چکیده:

با توجه به رشد روز افزون گاز های گلخانه ای به ویژه دی اکسید کربن تلاش برای کاهش این آلاینده ها به منظور مقابله با گرایش جهانی امری ضروری است.یکی از بزرگترین منابع تولید دی اکسید کربن نیروگاه های سوخت فسیلی است.در این مطالعه بازیافت در اکسید کربن از یک نیروگاه سیکل ترکیبی توسط تکنولوژی احتراق اکسیژنی مورد بررسی قرار گرفته است.از آنجایی ک بازیافت و انتقال دی اکسید کربن نیازمند صرف هزینه و انرژی است ؛ قیمت الکتریسیته تولیدی در نیروگاه های مجهز به سیستم بازیافت دی اکسید کربن افزایش می یابد.در این تحقیق،اکسیژن استفاده شده در فرایند احتراق با استفاده از برج تقطیر و غشا و با ترکیب درصد مختلف تامین شده است.به علت استفاده از اکسیژن ناخالص در خروجی گاز های حاثل از احتراق ،ناخالصی نیتروژن با دی اکسید کربن و آب همراه خواهد بود. در نتیجه افزودن واحد جداسازی دی اکسید کربن از نیتروژن در پایان چرخه تولید انرژی ضروری است.به عبارتی در این تحقیق ترکیبی از دو فرایند احتراق اکسیژنی و پسا احتراق داریم.ترکیب درصد اکسیژن در هوا بین 21% تا 95% تغییر داده می شود .انرژی لازم برای این فرایند های هیبریدی و تاثیر آن بر انرژی خالص تولید نیروگاه با توان 400 MW محاسبه شده است و در پایان این دو فرایند برودتی و غشایی تولید اکسیژن مقایسه شده اند.در ترکیب دصد 30% اکسیژن با روش تبریدی ،انرژی مصرفی نیروگاه به کمترین مقدار (0,986 Mj/kg co2)  خواهد رسید .با این وجود احتراق با اکسیژن خالص به علت عدم نیاز به واحد جذب آمینی  با 9,9 Mj/kg co2 بالاترین توان خالص را خواهد داشت.جداسازی غشایی برای این واحد در رقابت با روش تبریدی روش موفقی نبود و توان خالص آن در بهترین حالت  7,87 Mj/kg co2 محاسبه شده است .شبیه سازی واحد غشایی با نرم افزار  memsim موجود در پژوهشگاه صنعت نفت و بخش نیروگاه – به علت ضعف نرم افزار های مختص نیروگاه ها مانند  IECM و Thermoflow در پذیرش ترکیب درصد های متفاوت اکسیژن درفرایند احتراق اکسیژنی – با Sdpen plus انجانم شده است .برج تقطیر تولید اکسیژن و برج جذب آمینی با Aspen hysys شبیه سازی شده است.

کلمات کلیدی :احتراق اکسیژنی ،جذب و ذخیره دی اکسید کربن ،غشا،نیروگاه،پسااحتراق

فهرست عناوین

فصل اول:مقدمه ،تعریف مسئله و هدف از انجام پروژه،روش انجام کار و نوآوری و محتوی پایان نامه

۱ – ۱. مقدمه

غلظت دی اکسید کربن موجود در اتمسفر از ppm ۲۷۸ در پیش از انقلاب صنعتی، به حدود ppm ۳۷۹ در حال حاضر، افزایش یافته است. حدود ۶۰٪ از انتشار دیاکسیدکربن مربوط به احتراق سوختهای فسیلی به ویژه در نیروگاه ها استا ۱ ا. با افزایش جمعیت و درآمد خانوارها، افزایش مصرف الکتریسیته و در نهایت تولید دی اکسیدکربن در سال های آینده روند رو به رشدی خواهد داشت. شکلی ۱-۱ انتشار دی اکسید کربن را در بخش های مختلف نشان میدهد. همانطور که در شکل مشاهده می شود، میزان انتشار دیاکسید کربن در نیروگاهها با شتاب بیشتری نسبت به سایر بخشی ها در حال افزایش است [2 بخش اعظم انرژی مصرفی در ایران، از سوختهای فسیلی، نفت و گاز (۹۹/۳٪ در سال ۱۳۸۷) تأمین می شود. با توجه به محدودیتهای افزایش تولید نفت خام و گاز طبیعی، رشد فزاینده مصرف فرآوردههای نفتی و گاز، وابستگی اقتصاد و بودجه عمومی به درآمدهای فروش نفت خام و مالکیت نسلهای آینده بر منابع طبیعی، لزوم بهینه سازی در بخش های عرضه و تقاضای نفت و گاز کشور واقعیتی انکارناپذیر است . در ایران، طبق اعداد اعلام شده در ترازنامه هیدروکربوری ایران در سال ۱۳۸۵، سالانه حدود ۱۱۰ میلیون تن دی اکسیدکربن از احتراق سوخت در نیروگاه های فسیلی وارد اتمسفر می شود. بر اساسی مطالعات صورت گرفته، افزایش میزان گازهای گلخانه ای موجب افزایش دمای زمین خواهد شد. در صورتی که هیچ اقدامی برای کاهش گازهای گلخانه ای صورت نگیرد، این افزایش دما در ۵۰ سال آینده در حدود ۵ درجه سانتیگراد تخمین زده می شود. افزایش دما، موجب تغییر آب و هوای نقاط مختلف جغرافیایی، افزایش سطح آب دریاها، ذوب شدن یخهای قطبی، ایجاد سیلی و طوفان های شدید و اثرات مخرب دیگری خواهد شد . بنابراین، مقابله با گرمایش جهانی و کاهش اثرات گازهای گلخانه ای از بعد ملی سال ۱۹۹۲ در کنفرانس ریو، کنوانسیون تغییر آب و هوا در مجموعه سازمان ملل متحد با حضور تمام کشورهای جهان شکل گرفت و در سال ۱۹۹۴ اجرائی شد؛ سپس در دسامبر ۱۹۹۷، صد و شصست کشور در کیوتو ژاپن، پروتکلی را برای کنترل گازهای گلخانه ای تهیه کردند. بر اساس این پروتکل، کشورهای صنعتی متعهد شدند که میزان گازهای گلخانهای خود را در محدوده سالهای ۲۰۱۲-۲۰۰۸ به زیر ۵٫۵٪ سطح انتشار سال ۱۹۹۰ برسانند. از آنجا که کاهش این میزان گاز گلخانه ای در این محدوده زمانی به های زیست محیطی سهم خود را در کاهش گازهای گلخانه ای ایفا کنند. علاوه بر این، میتوانند از مزایای فروش گواهیهای کاهش انتشار و جذب سرمایه کشورهای صنعتی طبق مکانیسم توسعه پاک  استفاده نماید.

۵-۱. نوآوری

نوآوری پروژه از این حیث قابل اهمیت است که کاربری عملی آن بر اساس جستجوی انجام شده تاکنون صورت نگرفته است. اما با توجه به تمامی مزایای احتراق اکسیژنی از لحاظ کاهش آلاینده هایی نظیر دیاکسیدکربن، اکسیدهای نیتروژن و اکسیدهای گوگرد، صرفه جویی در مصرف انرژی و سود اقتصادی ارزش مطالعه و بررسی اولیه را دارد. از تکنولوژی های متنوعی برای احتراق اکسیژنی می توان استفاده کرد. علاوه بر سیکل های ترکیبی متفاوت احتراق اکسیژنی برای تولید نیرو، میتوان از روشی های با نیاز کمتر به انرژی در تولید اکسیژن استفاده نمود و در نتیجه هزینه تمام شده برق تولیدی کاهش مییابد و باعث افزایش بهرهوری اقتصادی می شود. در مجموع با استفاده از این تکنولوژی مصرف سوخت و انتشار آلاینده ها تا حد قابل توجهی کاهش مییابد که از لحاظ اقتصادی و زیست محیطی قابل توجه است.

مقدمه 2

1-2- معرفی فرایند جذب و ذخیره سازی دی اکسید کربن

1-2-1-روش های موجود برای CSS در نیروگاه های سوخت فسیلی 4

1-3 تعریف مسئله و هدف از انجام این پروژه 9

1-4 روش انجام کار 9

1-5 نوآوری 10

1-6 محتوی پایان نامه 10

شماتیکی از SCOC-CC

شماتیکی از SCOC-CC

فصل دوم

۱-۱-۲. سیستم تولید اکسیژن روش های مختلف تولید اکسیژن

مورد بحث قرار گرفتهاند. مطالعات انجام شده حاکی از این است که در واحدهای فعلی احتراق اکسیژنی از روش تبریدی استفاده شده است که در حدود ۱۵٪ انرژی تولیدی واحد را مصرف می کند . در حالت عادی برای زغال سنگ در حدود ۲۰٪ و برای گاز طبیعی ۵ ٪ هوا بیش از میزان تئوری در نظر گرفته می شودا ۱۳ . از آنجایی که اکسیژن خالص در مقایسه با هوا قیمت بیشتری دارد تا حد امکان درصد اکسیژن اضافی را در سیستم های احتراق با اکسیژن کاهش میدهند. درصد اکسیژن اضافی برای احتراق اکسیژنی، حدود ۳-۵٪ در نظر گرفته می شود . با این وجود هر چه درصد اکسیژن اضافی کمتری لحاظ شود هزینه واحد تولید اکسیژن کمتر خواهد شد.

۱-۲-۲. جذب با حلال مایع

در این روش گاز از درون برج جذب عبور داده می شود و در تماس با مایعی که حلالیت دیاکسیدکربن در آن بیشتر از حلالیت سایر اجزای گاز است، قرار میگیرد. در انتهای برج مایع حاوی دیاکسیدکربن خارج شده و به برج دفع پمپ می شود و پس از حرارت دهی، عملیات دفع گاز صورت گرفته و مایع احیا شده به برج جذب برگردانده میشود. حلال های آلی پتانسیل جذب بالایی برای دیاکسید کربن دارند و به صورت عمده برای این کار استفاده می شوند. در نیروگاههای زغال سنگ سوز که فشار نزدیک اتمسفریک است؛ استفاده از محلول های آبی مثل محلول داغ پتاسیم کربنات رایج تر است

۲-۲-۲-۲. جاذبهای شیمیایی

روش های جذب شیمیایی معمولاً برای غلظتهای پایین تا متوسط دیاکسیدکربن مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش دیاکسیدکربن با جاذب شیمیایی مناسب واکنش داده و تشکیل یک ترکیب ضعیف واسطه را میدهد که بعد در مجاورت حرارت یا تغییر در فشار شکسته میشود. جاذبهای بر پایه فلزهای آلکالی از طریق تبدیل کربنات به بیکربنات در حضور بخار آب، دیاکسید کربن را به دام می اندازند. جاذبهای جامدی که در مقیاس بزرگ استفاده میشوند شامل سدیم اکسید، پتاسیم اکسید و جاذبهای بر پایه ی لیتیم و کلسیم اکسید است . جاذبهای بر پایه ی لیتیم در محدودهی دمایی زیر C” ۴۰۰-۵۰۰ ظرفیت خوبی دارند و در دمای بالا به راحتی احیا می شوند . تخلخل بالای جاذبهای بر پایه سدیم سبب می شود که این جاذبهها در دمای مشابه به دمای عملیاتی آمینها کار کنند C° ۲۵-۱۲۰ ولی ظرفیت آنها کمتر است

۵-۲-۲. روش های زیستی

در این روش از نوعی آنزیم معروف به کربنیک آنهیدراس به عنوان کارآمدترین کاتالیست واکنش دیاکسیدکربن با آب در بیوراکتورها استفاده می شود. استفاده از این کانالیست سرعت جذب دیاکسیدکربن توسط آب را تا چهار برابر افزایش می دهد. علاوه بر این به علت جذب دی اکسید کربن با جلبک ها نیاز به سیستمی برای فشردهسازی و ذخیره سازی دی اکسیدکربن نیست و از جلبکهای حاصل در خوراک دام استفاده می شود . علاوه بر روش های فوق روش های جدید و تحت بررسی دیگری مانند مواد جاذب سطحی جامد (در چهارچوب فلزات آلی، ماتریس های فیبری عامل دار شده و پلی (مایع های یونی)، جاذبهای مایع ساختار یافته (هیدراتهای دیاکسیدکربن، مایعات کریستالیا و مایعات یونی ) و روشهای بازسازی غیرحرارتی ” (جذب با نوسانات الکتریکی و روش های الکتروشیمیایی ) هستند که فقط به نام بردن از آنها اکتفا می کنیم

2-1 اجزای مختلف نیروگاه احتراق اکسیژنی 13

2-1-1- سیستم تولید اکسیژن 13

2-1-2-نیروگاه سیکل ترکیبی 13

2-1-3-جریان بازگشتی به محفظه احتراق 24

2-1-4- سیستم خالص سازی و تراکم دی اکسید کربن برای انتقال 25

2-2روشهای جذب دی اکسید کربن 26

2-2-1-جذب با حلال مایع 26

2-2-2- جذب سطحی 27

2-2-3- جداسازی غشایی 28

2-2-4- جداسازی با روش تبریدی 30

2-2-5- روشهای زیستی 31

2-3 تولید اکسیژن از هوا 31

2-3-1- روش تبریدی (لینده) 32

2-3-2 روش جذب سطحی 33

2-3-3- جداسازی غشایی 35

میزان انتشار دی اکسید کربن در بخش های مختلف

میزان انتشار دی اکسید کربن در بخش های مختلف

فصل سوم

۱-۳. مقدمه

در این فصل به خلاصه ای از مقالات که در نشریات معتبر علمی منتشر شدهاند، می پردازیم. این بخش به چهار قسمت مجزا تقسیم می شود. بخش اول به بررسی مقالات مربوط به روش – های جذب دیاکسیدکربن در نیروگاهها (پساحتراق و احتراق اکسیژنی)، علت انتخاب روش احتراق اکسیژنی و سیکل های ارائه شده برای این روش میپردازد. در بخش دوم مقالات نوشته شده در زمینه سیستمهای با احتراق هوای غنی شده از اکسیژن را مورد بررسی قرار می دهد. در بخش سوم و چهارم مطالعاتی در زمینه روشی های جذب دی اکسیدکربن و تولید اکسیژن انجام گرفته شده است.

3-1- مقدمه 43

3-1-1- علت انتخاب احتراق اکسیژنی 43

2-1-3-احتراق سوخت و هوای تغلیظ شده از اکسیژن 46

3-1-3- جداسازی دی اکسید کربن 49

3-1-4- غشا جداساز اکسیژن 50

نمایی از OTM سرامیکی

نمایی از OTM سرامیکی

فصل چهارم

۱-۴. مقدمه

طبق مطالعات صورت گرفته، واحد تولید اکسیژن بزرگترین واحد مصرف کننده انرژی در واحدهای احتراق اکسیژنی است. توان مورد نیاز تولید هوای تغلیظ شده از اکسیژن با توان دوم غلظت اکسیژن نسبت مستقیم دارد . از طرفی بزرگترین چالش در پساحتراق جدب دیاکسیدکربن با غلظت پایین است. با در نظر گرفتن مشکلات این دو روشی، ایده استفاده از هوای تغلیظ شده به جای اکسیژن خالص به منظور کاهش هزینه تولید اکسیژن و افزایش غلظت دیاکسید کربن در گازهای خروجی شکل گرفت. تولید اکسیژن در خلوص پایین با غشا امکان پذیر است. فرآیند جداسازی هوا با استفاده از غشا یک فرایند انعطاف پذیر بوده که هزینه سرمایه گذاری و عملیاتی آن بسیار کمتر از فرایندهایی مانند جذب سطحی و فرایندهای تبریدی است. کاملا اتوماتیک و ساده است. نیاز به نیروی انسانی ندارد و ایمن است. سرعت راه اندازی و تعطیلی سیستم بالاست و سایز متوسط و وزن کمی دارد و آلودگی صوتی آن کم است. با توجه به دائمی بودن دسترسی به هوا، هزینه تهیه مواد اولیه بسیار کاهش یافته و قیمت نیتروژن و اکسیژن تولیدی فقط به هزینههای عملیاتی و تحویل به مشتریان وابسته است. فناوری غشایی، هزینه عملیاتی کمی داشته و قابلیت رقابت با فرایندهایی همچون فرایندهای تبریدی تولید گاز را دارد. در ادامه به شبیه سازی واحدهای هیبریدی تبریدی – نیروگاهی – جذب آمینی و غشایی – نیروگاهیجذب آمینی مورد نظر خواهیم پرداخت

۱-۳-۴ – ۲. شبیه سازی نیروگاه سیکل ترکیبی

این نیروگاه مانند سیکل های مرسوم ترکیبی گازسوز است و متشکل از دو واحد گازی با توربین گازی چهار مرحله ای است. کمپرسور هوای ۱۷ مرحله موجود در هر کدام از واحدها، هوا را تا bar ۸۰۷ فشرده می کند خروجی گاز از محفظه احتراق در حدود C” ۱۱۰۰ وارد توربین گازی شده و به فشار اتمسفریک منبسط می شود. توان خروجی از توربین گازی حدود MW ۱۲۵ است. جریان داغ وارد HRSG شده و گرمای مورد نیاز برای بویلر سیکل بخار را تأمین می کند. خروجی بخارها به هم پیوسته و وارد توربین بخار می شوند. این توربین حدود ۱۳۵MW توان خروجی دارد. بخار خارج شده به سمت برج خنک کن هدایت شده و پس از میعان به سیکل پمپ شود. واحد شبیه سازی شده در شکل ۴-۱۰ نمایش داده شده است.

4-1 مقدمه 54

4-1-1-شبیه ساز واحد تبریدی تولید اکسیژن 55

4-1-2-شبیه ساز واحد غشایی تولید اکسیژن 59

4-2 شبیه ساز واحد جذب دی اکسید کربن 62

4-3 شبیه ساز واحد نیروگاهی 66

4-4 شبیه ساز واحد فشرده سازی دی اکسید کربن 71

نمایی از توبین گازی به همراه اجزای آن

نمایی از توبین گازی به همراه اجزای آن

فصل پنجم

۵-۲-۵. تأثیر تغلیظ هوا بر توان خالص خروجی با توجه به نتایج به دست آمده از شبیه سازی ها، مصرف واحد جذبی بیشتر از واحد تبریدی

است. این اختلاف در حدی است که در حالت حذف کامل واحد جذبی ( ۹۵٪ اکسیژن) افزایش ناگهانی در الکتریسیته خروجی نیروگاه مشاهده می شود. با مقایسه توان تولیدی نیروگاه در ترکیب در صدهای مختلف اکسیژن، بالاترین توان تولیدی و بازده مربوط به احتراق با اکسیژن خالص و کمترین توان خروجی و بازده مربوط به احتراق با هوا (پسا احتراق) است..در ترکیب درصد حدود ۶۰٪ اکسیژن، یک بیشینه نسبی در توان خروجی نیروگاه مشاهده می شود، با توجه با کمتر بودن توان این ترکیب درصد نسبت به احتراق اکسیژنی (بیشینه مطلق) ارزش بررسی بیشتر ندارد. ضمن اینکه ترکیب در صدهای میانی دو سرمایه گذاری ضروری است (برج تقطیر برای تولید اکسیژن و برج جذب برای جذب دیاکسیدکربن) ولی در دو کران بازه فقط یکی از این سرمایه گذاری ها لازم است.

۵- ۶-۲. تأثیر تغلیظ هوا بر بازده نیروگاه

با تغلیظ هوا تا ۳۰٪ اکسیژن – ۹ ٪ تغلیظ هوا- بازدان کلی نیروگاه از ۲. ۴۰٪ به ۴۶٫۴٪ افزایش مییابد. این افزایش بازده به علت کاهش انرژی مصرفی ریبویلر از MW ۲۱۱ به MW ۱۳۳ و کاهش حجم هوای ورودی و در نتیجه توان کمپرسور هوا از MW ۴. ۲۲۰ به MW| ۵۴۰۹ است. این کاهش ها در ازای افزایشی یک واحد تبریدی با توان MW ۷.۸ به سیستم پساحتراق اتفاق میافتد. جدول ۵-۶ بازده نیروگاه در تمامی ترکیب در صدهای شبیه سازی شده عنوان شده است.

5-1- مقایسه شبیه سازی این پروژه و کار آقای W.Sanzا  74

5-2 نتایج شبیه سازی نیروگاه با ترکیب درصد های مختلف اکسیژن با روش تبریدی 75

5-2-1-تاثیر تغلیظ  هوا بر توان ناخالص خروجی  76

5-2-2- تاثیر تغلیظ هوا بر انرژی مصرف واحد تبریدی 76

5-2-3-تاثیر تغلیظ هوا بر واحد جذب آمینی 77

5-2-4- تاثیر تغلیظ هوا بر توان مصرفی نیروگاه 78

5-2-5-تاثیر تغلیظ هوا بر توان خالص خروجی 80

5-2-6- تاثیر تغلیظ هوا بر بازده نیروگاه 81

5-3 نتیاج شبیه سازی جداسازی اکسیژن از هوا با memsimا   81

5-4 نتایج تاثیر تغلیظ هوا به روش غشایی بر روی توان خالص 83

نمایی از سه روش به دام اندازی دی اکسید کربن

نمایی از سه روش به دام اندازی دی اکسید کربن

فصل ششم

۱-۶. نتیجه گیری

در فرایند احتراقی، تغلیظ هر چه بیشتر هوا از اکسیژن، سبب افزایش انرژی مصرفی واحد جداسازی هوا خواهد شد؛ در مقابل افزایش توان ناخالص نیروگاه و کاهش مصرف واحد جذب دی – اکسید کربن را خواهیم داشت. با توجه به مطالب ذکر شده انتظار میرود که مقداری بهینه برای ترکیب درصد اکسیژن وجود داشته باشد که در این نقطه کمترین مصرف انرژی برای جداسازی اکسیژن و دیاکسیدکربن و بیشترین توان تولیدی نیروگاه را داشته باشیم، برای تولید اکسیژن با خلوصی های پایین، روشی غشایی به علت ارزان بودن، قدرت رقابت با روشی تبریدی را دارد. با تغلیظ اکسیژن، مقدار نیتروژن کم شده و در نتیجه حجم گاز ورودی به برج جذب کاسته شده و قطر آن کاهش مییابد. خروجی دیاکسیدکربن غلیظتر شده و بار حرارتی ریبویلر کاهش مییابد. مجموع واحدهای مصرفی، جذب دیاکسید کربن و اکسیژن، در ترکیب درصد ۳۰٪ برای اکسیژن کمترین مصرف انرژی (MJ/kg|CO2 ۱۹۸۶. ۰ ) را دارد. با تغلیظ بیشتر هوا، علاوه بر بالا رفتن توان توربینها، توان مصرفی کمپرسور هوا کاهش مییابد و این امر سبب انتقال نقطه بهینه به سمت ترکیب در صدهای بالاتر اکسیژن می شود. نیروگاه شبیهسازی شده با تأمین اکسیژن از طریق تبریدی تمام انتظارات را به صورت جداگانه برآورده می کند و توان خالصی خروجی که برایند پارامترهای ذکر شده است؛ دارای تقعر منفی است و یک بیشینه نسبی )A, FA MJ/kg CO2( در ترکیب درصد حدود ۶۰٪ است. ولی در ترکیب درصد ۹۵ ٪ نمودار رفتار متفاوتی نشان میدهد و دارای بیشینه مطلق با MJ/kg CO2 ۹.۹ است. علت این قضیه را در روند نزولی بسیار ملایم (تقریباً ثابت) مصرف انرژی در ترکیب درصدهای بیشتر از ۴۵٪۳۰ در واحد جذب آمینی دانست. بار حرارتی ریبولر واحد جذب دیاکسید کربن شبیه سازی شده با افزایش خلوصی دی اکسید کربن به عدد MW ۱۲۲ میل می کند و با حذف ناگهانی این واحد بار حرارتی ریبویلر حذف شده و انرژی مصرفی فقط مربوط به واحد تبریدی است. شبیه سازی غشایی نیز برای این حجم اکسیژن انجام گرفت ولی غشاهای پلیمری اکسیژن، برای جداسازی این حجم گاز مناسب نیستند و علاوه بر سطح زیاد (در نتایج شبیه سازی حداقل ۲۲۸۲۲۸ مدول غشایی با سطح m ۸۶) نیاز به انرژی بالایی برای تأمین توان مورد نیاز برای ایجاد اختلاف فشار مناسب در دو سمت غشا داریم.

6-1 نتیجه گیری 85

6-2- پیشنهاد 87

نمایی مفهومی از طراحی ITM

نمایی مفهومی از طراحی ITM

فهرست جدول ها

جدول 1-1 غلظت دی اکسید کربن در جریان خروجی واحد های مختلف 6

جدول 2-1 تراوایی و گزینش پذیری اکیسژن نسبت  به نیتروژن در برخی از غشا های پلیمری 39

جدول 4-1 دبی جرمی هوای غنی شده از اکسیژن با توجه به ترکیب دصد اکسیژن 59

جدول 4-2 شرایط عملیاتی فرایند غشایی جداسازی اکسیژن 61

جدول 5-1 مقایسه نتایج بدست آمده از شبیه سازی با اطلاعات مقاله   74

جدول 5-2 نتایج شبیه سازی نیروگاه با ترکیب درصد های مختلف اکسیژن 75

جدول 5-3 توان لازم برای جداسازی اکسیژن توسط شبیه ساز Aspen Hysysا  76

جدول 5-4 بار حرارتی ریبویلر و نرخ جریان باز گشتی به برج جذب در حالات مختلف 78

جدول 5-5 قطر برج های جذب و دفع در ترکیب درصد های مختلف اکسیژن خوراک نیروگاه 78

جدول 5-6 بازده گرمایی ،بازده الکتریکی و بازده کلی نیروگاه 81

جدول 5-7 نتایج شبیه سازی برای غشا تک مرحله ای 82

جدول 5-8 نتایج مربوط به توان مورد نیاز واحد غشایی 82

واحدهای ساخته شده ودرحال ساخت احتراق اکسیژنی

واحدهای ساخته شده ودرحال ساخت احتراق اکسیژنی

فهرست شکل ها

شکل 1-1 میزان انتشار دی اکسید کربن در بخش های مختلف 3

شکل1-2 نمایی از سه روش به دام اندازی دی اکسید کربن 4

شکل1-3 واحد های ساخته شده و در حالت ساخت احتراق اکسیژنی 8

شکل2-1 شماتیکی از SCOC-CCا   14

شکل2-2 شماتیکی از سیکل آبی 15

شکل2-3 شماتیکی از سیکل Grazا  15

شکل2-4 شماتیکی از S-Grazا  15

شکل2-5 نمایی از توربین های گازی به همراه اجرای آن 17

شکل2-6 نمایی از یک نیروگاه سیکل ترکیبی توربین گاز /مبدل بازیافت حرارت 19

شکل2-7 نمایی از یک توربین بخار غیر چگالشی 23

شکل2-8 نمایی از یک توربین بخار زیر کشی 24

شکل2-9 انرژی مصرفی واحد تبریدی تولید اکسیژن 33

شکل2-10واحد جداسازی اکسیژن به روش جذب سطحی فشار متناوب 34

شکل2-11 تصویر جریان یک فرایند غشائی جهت تولید a)اکسیژن خالص b)هوای غنی از اکسیژن 37

شکل2-12 طرح غشاء با انتقال تسهیل شده با استفاده از حامل 38

شکل2-13 نمایی مفهومی از طراحی ITMا 40

شکل2-14 نمایی از OTM سرامیکی 41

شکل3-1انرژی کلی مورد نیاز برای فرایند هیبریدی نیروگاه گاز سوز 47

شکل 3-2 انرژی مورد نیاز در فرایند  هیبریدی نیروگاه بیوگاز 48

شکل 3-3 تاثیر گزینش پذیری و نسبت فشار ها بر روی غلظت اکسیژن های نفوذ کرده 53

شکل 4-1 نمایی از شبیه سازی واحد تبریدی جداسازی هوا در Aspen Hysysا   58

شکل 4-2 نمای واسطه دیداری ایجاد شده برای نرم افزار Memsim 2.0ا   60

شکل 4-3 شماتیکی از غشاء جداسازی هوا 62

شکل 4-4 شماتیکی از جذب آمینی  دی اکسید کربن 63

شکل 4-5 نمودار تخمین β برای محاسبه انرژی مکانیکی برج جذب 64

شکل 4-6 نمایی از شبیه سازی واحد آمینی در Hysysا  66

شکل 4-7 شماتیک ارائه شده برای سیکل S-Graz  در مرجع   67

شکل 4-8 نمایی از سیکل S-Graz  شبیه سازی شده در Aspen plusا    68

شکل 4-9 دیاگرام ساده شده شکل S-Grazا  69

شکل 4-10 سیکل ترکیبی گازسوز با احتراق هوا 71

شکل 4-11 واحد فشرده سازی دی اکسید کربن جدا شده 72

شکل 5-1 اثر تغلیظ اکسیژن بر توان خالص و ناخالص خروجی نیروگاه  76

شکل 5-2 انرژی لازم تخمین زده شده برای واحد های جذب آمینی و تبریدی با Aspen Hysysا  77

شکل 5-3 مجموع انرژی مصرفی در واحد های هیبریدی تبریدی –جذبی 79

شکل 5-4 توان خالص خروجی از نیروگاه به ازای هر کیلوگرم دی اکسید کربن جدا شده 80

شکل5-5 مقایسه توان خالص خروجی دو نیروگاه با استفاده از دوتکنولوژی غشایی و تبریدی 83


Abstract

Considering the drastical increasing of greenhouse gases in the atmosphere, especially carbon dioxide, reduction of these gases seems necessary to combat global warming. Fossil fuel power plants are one of the main sources of CO2 emission. In this thesis, CO2 capture from a natural gas fired combined cycle power plant using different oxygen percent in air feed is studied. Aspen Plus was used to evaluate the effect of this capture technology on the plant efficiency and energetic parameters of the system. Aspen Hysys is used to simulate Amine absorption tower and Air Separation cryogenic tower. Since the oxygen production plant, CO2 capture and transport are cost and energy intensive, the cost of electricity generated in capture plants increases. Oxygen production with Membrane technology is less expensive. In this thesis membrane and cryogenic technologies are compared and some 400MW power plants are simulated. A minimum has accrued in 30% oxygen (0.986 MJ/kg CO2). However using pure oxygen generates highest net power (9.9 MJ/kg CO2). In this capacity membrane is not useful and in the best condition it can generate 8.87 MJ/kg CO2 avoided.

Keywords: CO2 capture, oxy-fuel combustion, membrane, post combustion, power plant,


تعداد صفحات فایل : 90

مقطع : کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

خرید فایل pdf و سفارش فایل word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید