عنوان پایان‌نامه
طراحی و بهینه سازی تولید هیدروژن با روش باز آرایی متان با بخار آب توسط انرژی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 63428;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1448.
- تاریخ دفاع
- ۲۵ خرداد ۱۳۹۳
- دانشجو
- وحید عبودی
- استاد راهنما
- سیدمحمدعلی موسویان, مهدی مهرپویا
- چکیده
- در این پژوهش ابتدا به اهمیت هیدروژن پرداخته و سپس به شرح فرآیند تولید هیدروژن اشاره شده است. با شبیه¬سازی این فرآیند در نرم¬افزار Aspen مقدار حرارت کلی مورد نیاز برای واحد مولی از خوراک ورودی، محاسبه شده است. خوراک ورودی در حالت بهینه و مخلوطی از متان، هیدروژن و آب با نسبت 5:1:1 در نظر گرفته شده است. با شبیه سازی فرآیند در نرم¬افزار Comsol امکان وارد کردن سیستم راکتور-کوره فراهم آمده است. در ابتدا با استفاده از داده¬های مربوط به کوره¬های سوخت¬سوز فرآیندهای موجود شبیه¬سازی شده است و سپس برای اصلاح و صرفه¬جویی در مصرف سوخت، سیستم انرژی خورشیدی جهت تأمین بخشی از حرارت مورد نیاز، در نظر گرفته شده است. حرارت مورد نیاز فرآیند برای یک راکتور با حجم m36/0، از روی نرم¬افزار Aspen برابر با Kj/hr 8000 معادل Kj192000 در روز، به ازای Kmol/hr 01/0 متان ورودی، بدست آمده است. با وارد کردن سیستم خورشیدی در نرم¬افزار Comsol و استفاده از حرارت دریافتی از آن به جای کوره، اثرات این سیستم و بررسی¬های اقتصادی مربوط به آن انجام شده است. انرژی دریافتی از سیستم خورشیدی نسبت مستقیمی با سطح آیینه¬های دریافت¬کننده¬ی انرژی خورشیدی دارد. بنابراین برای سطح¬های مختلف که با تعداد آیینه مشخص می¬شود، انرژی دریافتی از سیستم خورشیدی به¬دست آورده شده است. تعداد آیینه نقش کلیدی در هزینه¬های ساخت و راه¬اندازی سیستم خورشیدی ایفا می¬کند. هزینه¬های راه¬اندازی و نصب سیستم خورشیدی شامل هزینه¬های ثابت و هزینه¬های متغیر است. هزینه متغیر بر اساس تعداد آیینه برای سیستم¬های مختلف خورشیدی تغییر می¬کند. با استفاده از سیستم انرژی خورشیدی با تعداد 16 آیینه، مقدار متوسط Kj41/211157 در روز حرارت مورد نیاز بدست می¬آید که صرفه¬جویی در مصرف سوخت به حساب می¬آید. با در نظر گرفتن واحدی برای ذخیره¬سازی انرژی و تاًمین تمام انرژی مورد نیاز فرآیند، با انجام محاسبات سیستم خورشیدی باید شامل 15 آیینه باشد. همچنین با توجه به هزینه سیستم خورشیدی بر اساس تعداد آیینه و در نظر گرفتن بازگشت سرمایه، حالت بهینه برای تعداد آیینه برابر 15 به¬دست می¬آید. با توجه به اینکه ارزش حرارتی گاز طبیعی در ایران برابر با MJ36 برای هر نرمال مترمکعب می¬باشد، میزان صرفه¬جویی گاز طبیعی حدود 6 نرمال مترمکعب در روز برای هر لوله به ازای Kmol/hr 01/0 متان ورودی می¬باشد. به طور مثال، در فرآیند تولید هیدروژن پالایشگاه تهران، میزان m36/17139 گاز طبیعی در روز صرفه¬جویی می¬شود، که معادل m36255954 در سال است. با احتساب 025/0 دلار برای هر نرمال مترمکعب گاز طبیعی، سالانه به طور متوسط 2/139021 دلار در مصرف سوخت صرفه¬جویی خواهد شد. واژه¬های کلیدی: انرژی خورشیدی، هیدروژن، شبیه¬سازی، بازآرایی متان، راکتور واحد بازآرایی، Aspen، Comsol
- Abstract
- first In this study the importance of hydrogen is discussed, and then the hydrogen production process has been noted. total amount of required heat per mole unit of inlet feed is calculated by simulation of this process in Aspen software,. The optimum feed is considered mixture of methane, hydrogen and water in a ratio 5:1:1 . by Comsol software, the reactor-furnace system can be used in process. at first,by using data relating to the furnace, the processes is simulated and then for improvment and cost saving in fuel consumption and in order to provide part of the required heat, solar energy system added to simulation of this process. required heat in this Process for a reactor with a volume 0.6 m3 is equaled to 8000 Kj/hr or 192000 Kj/Day per 0.01 Kmol/hr of CH4 at inlet by Aspen software. By introducing the solar system by Comsol software and use it instead of furnace, the economic studying of this system and their impacts has been done. received energy from solar system is in direct proportion to the surface of the mirror. So the recieved energy of the solar system is obtained for different levels that specify by number of mirrors,. The number of mirrors have the key role in capital cost of a solar system. capital costs of the solar system include the cost of fixed and variable costs. The variable cost changes by changing the number of mirrors for the solar system .bye Using solar energy with 16 mirror, the average value of the 211157.41 Kj/Day obtain that is our saving cost. By noting a unit for saving energy and supply all needed energy, and by calculation of solar system, we need 15 mirrors. As the heating value of natural gas is 36 Mj per normal cubic meters, saving of natural gas is 6 Normal cubic meters per Day for each one of reactor for 0.01 Kmol/hr CH4 at inlet. For example, in the Hydrogen production process at Tehran refinery, natural gas is saved as 17139.6 m3 per Day or 6255954 m3 per Year. Including the 0.025 $ per normal cubic meters of natural gas, cost saving of the fuel is 156398.85 Dollar per Year in average. Key words: Solar energy, Hydrogen, Simulation, CH4 Reforming, unit Reforming-reactor,Aspen,Comsol
