دانشگاه تربیت مدرس پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر 2588-5316 8 1 2024 03 20 Effect of Operating Parameters on the Injection of Carbon Dioxide and Sour Gas as Cushion Gas in the Process of Underground Hydrogen Gas Storage بررسی تاثیر پارامترهای عملیاتی بر روی تزریق دی اکسید کربن و گاز ترش به عنوان گاز پایه در فرایند ذخیره سازی زیرزمینی گاز هیدروژن 1 11 20843 FA محمد رامسری گروه مهندسی نفت، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران آرزو جعفری گروه مهندسی نفت، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران حامد نامدار گروه مهندسی نفت، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران داود خوزان گروه مهندسی نفت، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران ارس رومی شرکت مهندسی و توسعه نفت، تهران، ایران Journal Article Research topic: The disparity between supply and demand is one of the main obstacles in transitioning from fossil fuels to renewable energy. Underground hydrogen storage derived from renewable sources is a suitable method for storing energy from these sources. However, a portion of the stored gas remains in the reservoir as cushion gas, which can add to the operational costs. It is therefore recommended to replace this cushion gas with less expensive alternatives, such as CO2 or sour gas, to reduce these costs. Nevertheless, this replacement can affect the purity and recovery factor of hydrogen, which can be controlled by specific operating parameters. This study will investigate how these parameters can be adjusted to maintain high purity and recovery factor for stored hydrogen. Research Method: In this section, a model of a partially depleted gas reservoir was initially constructed using the commercial simulator CMG. Following validation, this model was employed to evaluate the desired parameters. For this purpose, approximately 50% of the reservoir was depleted initially, followed by the injection of the cushion gas for one year. Subsequently, the hydrogen storage process was conducted over a period of 10 years. This research investigates the impact of various parameters, including the duration and rate of hydrogen injection and production, the soaking time and duration of cushion gas injection, the utilization of sour gas as the cushion gas, and the concentration of H2S within it, on the purity and recovery factor of the produced hydrogen. Main results: The results showed that increasing the rate of hydrogen injection and production enhances its purity and recovery factor. Reducing the injection period while increasing the extraction period decreases purity but improves recovery, provided that the extraction period does not exceed the injection period. Extending the cushion gas injection time and the interval between injection and hydrogen storage supports the purity and recovery factor of hydrogen. Additionally, in the cushion gas composition, increasing the proportion of H2S above 70% in the sour gas mixture reduces hydrogen purity and recovery by approximately 2% and 3%, respectively, confirming the potential of H2S as a cushion gas. موضوع تحقیق: عدم تعادل میان عرضه و تقاضا یکی از موانع اصلی در فرایند جایگزین کردن انرژی‌های تجدید پذیر به جای سوخت‌های فسیلی است. ذخیره سازی زیرزمینی گاز هیدروژن بدست آمده از منابع تجدید پذیر، روشی مناسب برای ذخیره انرژی حاصل از این منابع است. از طرفی با توجه به آن که در زمان ذخیره زیرزمینی گاز همواره بخشی از آن به عنوان گاز پایه درون مخزن باقی می‌ماند، توصیه می‌شود برای کاهش هزینه‌های عملیاتی این گاز با گازهای ارزان همچون گاز CO2 و گاز ترش جایگزین شود. اما در این حالت خلوص و ضریب بازیافت هیدروژن برداشت شده از مخزن از جمله عواملی هستند که تحت تاثیر قرار می‌گیرند که امکان کنترل آنها توسط پارامترهای عملیاتی وجود دارد. از این رو در این مطالعه به بررسی آنها پرداخته خواهد شد. روش تحقیق: در این قسمت ابتدا مدل یک مخزن گازی نیمه تخلیه شده توسط شبیه ساز تجاریCMG ساخته شد و پس از صحت سنجی مدل، از آن به منظور بررسی پارامترهای مورد نظر استفاده شد. برای این امر پس از تخلیه‌ی 50% مخزن، به مدت یک سال گاز پایه تزریق شده و سپس برای مدت 10 سال ذخیره سازی هیدروژن صورت گرفت. در این پژوهش تاثیر پارامترهای مدت زمان و نرخ تزریق و تولید هیدروژن، مدت زمان تزریق و زمان ماند گاز پایه، استفاده از گاز ترش به عنوان گاز پایه و درصد H2S موجود در آن بر روی خلوص و ضریب بازیافت هیدروژن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج اصلی: نتایج بدست آمده نشان داد افزایش نرخ تزریق و تولید هیدروژن باعث افزایش خلوص و ضریب بازیافت آن می‌شود. کاهش دوره تزریق و افزایش دوره برداشت موجب کاهش خلوص و افزایش ضریب بازیافت هیدروژن میشود، مشروط بر اینکه دوره برداشت از دوره تزریق بیشتر نشود. افزایش زمان تزریق گاز پایه و فاصله زمانی بین تزریق و ذخیره‌سازی، به خلوص و بازیافت هیدروژن کمک می‌کند. همچنین، در ترکیب گاز پایه، افزایش سهم H2S به بالای 70% در ترکیب گاز پایه، خلوص و بازیافت هیدروژن را به ترتیب حدود 2 و 3 درصد کاهش می‌دهد که این امر امکان استفاده از H2S را به‌عنوان گاز پایه تایید می‌کند.

https://arcpe.modares.ac.ir/article_20843_1881baeccb7399f3452cd7f37cdb2b29.pdf