طراحی سامانه یکپارچه برای تولید سوخت از هیدروژن الکترولیزی

دی‌اکسید کربن و هیدروژن خوراک اصلی برای فرایند تولید سوخت های الکترولیزی می باشند. در این پژوهش برای نخستین بار واحد‏های تولید هیدروژن و به‏دام‏اندازی دی‌اکسید کربن به‌عنوان دو واحد تولید خوراک با واحد تولید سوخت‏های الکترولیزی یکپارچه گردیدند. ابتدا شبیه سازی فرایندها در نرم‏افزار اسپن پلاس انجام گرفت. بازده تولید سوخت از برق برای این سامانه یکپارچه در حدود 57 درصد به‌دست‌آمده است که در مقایسه با کارهای مشابه انجام شده به دلیل استفاده از سامانه الکترولیز دما بالای بخار در تولید هیدروژن، که نیازمند برق کمتری در مقایسه با سامانه الکترولیز دماپایین آب است، بالاتر می باشد. در ادامه، یکپارچه ‏سازی حرارتی سه واحد به‌منظور کاهش مصرف انرژی انجام گرفت. دو نوع مبدل حرارتی پوسته و لوله و صفحه-پره به‌صورت تلفیقی برای حصول هدف فوق مورد استفاده قرار گرفتند. با انجام این کار، از 9/139 مگاوات سرویس‏جانبی سرد موردنیاز فرایند، که باید با آب خنک یا چرخه سرما‏ساز تامین شوند، 9/58 مگاوات (حدود 42 درصد) به تولید بخارهای فشار بالا و متوسط تخصیص داده شد. همچنین، طراحی نواحی انتقال حرارت فرایند-فرایند با رعایت قوانین فناوری پینچ در شبکه مبدل ‏های حرارتی انجام گرفت. سطح کل مبدل‏های پوسته-لوله موردنیاز 11179 مترمربع و حجم کل موردنیاز از طریق مبدل های پره-صفحه در حدود 9/6 متر‏مکعب حاصل گردید.

design of an integrated system for e-fuel production

the main feedstocks for the e-fuels production unit are carbon dioxide and hydrogen. in this study, for the first time, hydrogen production and co2 capture processes as two feed production units were integrated with e-fuels production unit. the processes were first simulated in aspen plus software. due to the use of high-temperature steam electrolysis for hydrogen production, which uses less electricity than low-temperature water electrolysis, the power to liquid efficiency was obtained by 57%, which is greater than results reported in similar works. then, heat integration of the three processes was implemented in order to reduce energy consumption. both shell-and-tube and plate-fin heat exchangers were used to achieve the targeting results. by heat integration, 58.9 mw (approximately 42%) of the required cold utility, which must be supplied by chilled water and refrigerants, was allocated to generate high and medium pressure steams. moreover, design of process-to-process regions were carried out according to the pinch design rules.the total area associated with shell-and-tube heat exchangers was obtained 11179 m2 and the total volume associated with plate-fin heat exchangers was obtained 6.9 m3.