عنوان پایان‌نامه
طراحی فرآیند جدید برای مایع سازی هم زمان هیدروژن و گاز طبیعی
- رشته تحصیلی
- مهندسی انرژیهای جدید پذیر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77266;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77266;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 492;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 492
- تاریخ دفاع
- ۲۵ آبان ۱۳۹۵
- دانشجو
- میرهادی سیدصدقیانی
- استاد راهنما
- مهدی مهرپویا
- چکیده
- این پایان نامه در تلاش است تا فرآیندی نوین برای مایع سازی هیدروژن و گاز طبیعی به صورت همزمان ارائه کند به طوری که سه فرآیند تبرید جذبی و مبرد آمیخته جداگانه برای سرمایش هیدروژن بهره می برد. فرآیند پیشنهادی قابلیت مایع سازی 300 تن هیدروژن در روز را دارد. خوراک های مورد نظر در دمای 25 درجه سانتی گراد و 21 بار وارد سیکل تبرید جذبی و سیکل تبرید با مبرد آمیخته اول شده و تا دمای تعادل 195- درجه سانتی گراد سرد می شوند، سپس، توسط سیکل تبرید با مبرد آمیخته دوم تا دمای 253- سانتی گراد سرد شده و 4/165 کیلوژول بر ساعت به ازای هر کیلوگرم هیدروژن و گاز طبیعی تولیدی توان مصرف می کند، که دارای کمترین میزان مصرف توان نسبت به فرآیندهای مشابه است. نحوه چیدمان سیکل های تبرید با مبرد آمیخته و نوع مبرد استفاده شده در این سیکل ها، که جزء نوآوری های این پایان نامه بوده، به صورت دقیق در توضیح داده شده اند. تحلیل های انرژی، اگزرژی و اگزرژواکونومیک برای ارزیابی فرآیند از لحاظ ترمودینامیکی و اقتصادی انجام شده اند. تحلیل انرژی نشان می دهد که فرآیند مذکور دارای ضریب عملکرد 0/2421 می باشد، که بهبود به سزایی را نسبت به فرآیند های مشابه را نشان می دهد. بر اساس نتایج حاصل از تحلیل اگزرژی، فرآیندهای پیشنهادی به ترتیب دارای راندمان اگزرژی 32، 52/24و 62/54 درصدی می باشند. از سویی دیگر، تحلیل ترمواقتصادی نشان داد که مبدل حرارتی (HE-2) با 2256/26 دلار بر ساعت هزینه اتلاف اگزرژی، دارای بدترین عملکرد در میان تجهیزات دیگر است. همچنین، تحلیل ترمواقتصادی نیز نشان داد که در مبدل های حرارتی فرآیند پیشنهادی هزینه¬های جاری و عملکرد بیشترین سهم را در هزینه های کلی این تجهیزات دارد که با بهبود عملکرد و استفاده از مبرد هایی با قابلیت انتقال حرارت بهتر می توان هزینه های کلی را کاهش داد.
- Abstract
- This paper endeavor to propose a novel hydrogen and natural gas liquefaction plant, comprised of three independent refrigeration cycles with an absorption refrigeration cycle and different multi-component refrigerants (MR) and several stages. The proposed plant is capable to produce some 300 tons liquid hydrogen per day is simulated and analyzed thermodynamically. The proposed plant liquefy a feed of 3.5 kg/s-1 normal hydrogen gas at 25 ?C and 21 bar to equilibrium temperature -195 ?C by abroption refrigeration cycle and first MR refrigeration cycle, again the second refrigeration cycle cool hydrogen to -253 ?C with 4.165 total power consumption, having the least power consumption compared to identical plants. The configuration of first and second refrigeration cycle and their MR refrigerants, being the novelty of this work, suggested to plant is described and elaborated precisely. Energy, exergy and exergoeconomic analyses of the proposed process, required to determine exergy destruction rates and qualify the proposed plant, were carried out for each unit and whole process. The energy analysis reveals that the proposed process enjoys 0.2421 Coefficient of Performance, which is considerably higher than other identical process. According to results of exergy analysis, the exergy efficiency of first proposed liquefaction plant, second proposed liquefaction plant and third proposed liquefaction process are 32%, 52.24% and 62.54%, respectively, which highlight the optimal performance of the proposed processes. Moreover, the exergoeconomic analysis reveals that the heat exchanger (HE-2) has the highest exergy destruction cost rate with 2256.26 $/hr magnitude, among other equipment. Furthermore, the major destructive equipment is Cooling unit of the second proposed process. Again, expanders of the refrigeration cycles have the second spot in the greatest exergy destruction rate, which is precisely discussed subsequently. Keywords: Hydrogen, Natural Gas, Liquefaction Plant, Exergy, Exergoeconomic, Energy
