پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: این پژوهش به طراحی و ارزیابی سامانه نوین یکپارچه برای تولید هم‌زمان چندگانه اختصاص دارد. هدف، توسعه فرایندی کارآمد است که قادر به تولید هم‌زمان چهار محصول برق، گرما، سرما و دی‌اکسیدکربن خالص باشد. نوآوری اصلی، استفاده ترکیبی از زیست‌گاز تولیدشده از تخمیر ذرت خوشه‌ای (به‌عنوان منبع سوخت تجدیدپذیر) و یک واحد جذب کربن با قابلیت انتشار خالص منفی است. یکپارچه‌سازی حرارتی، مانند استفاده از حرارت بازیافتی گازهای خروجی توربین گازی برای تأمین انرژی واحد جذب کربن، و بهره‌گیری از سرمایش ناشی از فرایند گاز طبیعی مایع‌شده (LNG)، از دیگر ویژگی‌های متمایز این طرح است.
روش تحقیق: سامانه طراحی‌شده متشکل از اجزای اصلی شامل توربین گازی، واحد جذب شیمیایی دی‌اکسیدکربن، چرخه ارگانیک رانکین (ORC) برای بازیابی حرارت تلف‌شده و تولید برق اضافی و دیگ بخار آب گرم برای تأمین گرمایش است. این سامانه توسط نرم‌افزار اسپن هایسیس شبیه‌سازی شد. برای ارزیابی جامع عملکرد، چهار نوع تحلیل موازی روی سامانه انجام گرفت: تحلیل انرژی، تحلیل اکسرژی، تحلیل اقتصادی و در نهایت تحلیل عاملی حسّاسیت. تحلیل عاملی مذکور به‌منظور بررسی تأثیر تغییرات کلیدی عملیاتی (مانند دمای هوای احتراق) بر شاخص‌های عملکرد و ارائه راهکارهای بهبود انجام شد.
نتایج اصلی: بر اساس نتایج شبیه‌سازی، بازده انرژی کلی فرایند معادل 52/19%، بازده اکسرژی 40/59% و بازده الکتریکی 41/96% محاسبه شد. مزیت بزرگ سامانه، صرفه‌جویی حدود 34/1% در مصرف سوخت در مقایسه با تولید جداگانه همان محصولات بود. از جنبه اقتصادی، نرخ هزینه کل سامانه ۴۹۶ دلار بر ساعت و هزینه هر واحد محصول 25/74 دلار بر گیگاژول برآورد شد. تحلیل اکسرژی نیز نشان داد که کل تخریب اکسرژی در سامانه برابر با ۸۶۹۴ کیلووات است. نتایج کلیدی تحلیل عاملی حاکی از آن بود که افزایش دمای هوای احتراق، به‌دلیل کاهش تخریب اکسرژی در برنر و مبدل حرارتی E-100، منجر به بهبود قابل‌توجه همه شاخص‌های عملکرد می‌شود. به‌طوری که با این افزایش، بازده انرژی، کارایی اکسرژی، بازده الکتریکی و نرخ ذخیره سوخت به‌ترتیب به مقادیر 0/6269، 0/4587، 0/4720 و 0/4288 ارتقا یافتند.