شماره ركورد
34117
پديد آورنده
دانيال حسين زاده الهرد
عنوان
تحليل فني و اقتصادي يك سيستم توليد آمونياك با استفاده از انرژيهاي تجديدپذير
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك- گرايش تبديل انرژي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/7/22
استاد راهنما
دكتر آيت قره قاني
استاد مشاور
/
دانشكده
مكانيك
چكيده
آمونياك نقش حياتي در كشاورزي و ذخيرهسازي انرژي ايفا ميكند؛ با اين حال، روش مرسوم توليد آن از طريق فرآيند هابر-بوش، انرژيبر و همراه با انتشار بالاي دياكسيد كربن است. در اين مطالعه، طراحي و تحليل يك سيستم نوين توليد آمونياك مبتني بر انرژيهاي تجديدپذير، كه انرژي خورشيدي و زيستتوده را با يكديگر تركيب ميكند، ارائه شده است. اين سيستم از يك رويكرد حلقه شيميايي براي توليد آمونياك بهره ميبرد كه نياز به تأمين مستقيم هيدروژن و انجام عمليات در فشار بالا را حذف ميكند. اجزاي سيستم شامل زيرسيستمهاي حرارتي خورشيدي به همراه دو چرخه رانكين و رانكين عالي براي توليد توان، واحدهاي جداسازي هوا براي توليد نيتروژن و اكسيژن با خلوص بالا، زيرسيستم زيستتوده براي توليد كربن بهعنوان ماده ورودي براي توليد آمونياك در حلقه شيميايي، توليد گاز سنتز براي احتراق و توليد گرما و توان، و سيستم حلقه شيميايي توليد آمونياك است كه از يك چرخه رانكين براي بازيابي حرارت و توليد توان استفاده ميكند. مدلسازي و شبيهسازيهاي ترموديناميكي با استفاده از نرمافزارهاي MATLAB و Aspen Plus انجام شده و ارزيابيهاي انرژي، اگزرژي، اقتصادي و زيستمحيطي سيستم مورد بررسي قرار گرفتهاند. نتايج نشان ميدهد اين سيستم قادر به توليد 2240 كيلوگرم آمونياك در ساعت است. همچنين اين سيستم 78/22 مگاوات توان توليد ميكند و هزينه ترازشده توليد آمونياك براي اين سيستم 638 دلار بر تن آمونياك بهدست آمده است. استفاده از حلقه شيميايي بهجاي سيستم تركيبي الكترولايزر غشاي تبادل پروتون و فرآيند هابر-بوش، منجر به كاهش تخريب اگزرژي، كاهش 50 درصدي انتشار دياكسيدكربن و كاهش 40 درصدي در هزينه كلي سيستم براي توليد مقدار مشابهي از آمونياك ميشود. با اين حال، اين سيستم به راكتورهاي دماي بالا و شبكههاي تبادل حرارتي پيشرفته نياز دارد و بهطور كلي، نتايج نشان ميدهد كه اين روش ميتواند مسيري پايدارتر، مقرونبهصرفهتر و زيستسازگارتر براي توليد آمونياك سبز از زبالههاي جامد شهري و منابع تجديدپذير فراهم كند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/15
عنوان به انگليسي
Technical and economic analysis of an ammonia production system using renewable energies
تاريخ بهره برداري
10/14/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
دانيال حسين زاده الهرد
چكيده به لاتين
Ammonia plays a vital role in agriculture and energy storage; however, the conventional method of its production through the Haber-Bosch process is energy-intensive and associated with high carbon dioxide emissions. In this study, the design and analysis of a novel ammonia production system based on renewable energy (combining solar energy and biomass) is presented. This system utilizes a chemical looping approach for ammonia synthesis, which eliminates the need for direct hydrogen supply and high-pressure operation. The system components include solar thermal subsystems with both Rankine and advanced Rankine cycles for power generation, air separation units for producing high-purity nitrogen and oxygen, a biomass subsystem for carbon production as a feedstock for ammonia generation in the chemical loop, synthesis gas production for combustion and heat and power generation, and a chemical looping ammonia synthesis system that incorporates a Rankine cycle for heat recovery and power production. Thermodynamic modeling and simulations have been conducted using MATLAB and Aspen Plus, and the system has been evaluated from energy, exergy, economic, and environmental perspectives. The results show that the system can produce 2240 kg of ammonia per hour and generate 22.78 MW of power, with a levelized cost of ammonia production estimated at $638 per ton. Replacing the conventional PEM electrolyzer and Haber-Bosch combination with the chemical looping system results in reduced exergy destruction, a 50% reduction in CO2 emissions, and a 40% decrease in overall system cost for producing the same amount of ammonia. However, the system requires high-temperature reactors and advanced heat exchange networks. Overall, the results suggest that this method can offer a more sustainable, cost-effective, and environmentally friendly pathway for green ammonia production from municipal solid waste and renewable resources.
كليدواژه هاي فارسي
انرژي خورشيدي , گازسازي زيستتوده , شبيهسازي Aspen Plus , تحليل اگزرژي و اقتصادي , كاهش انتشار دياكسيد كربن , حلقه شيميايي توليد آمونياك
كليدواژه هاي لاتين
Solar energy , biomass gasification , Aspen Plus simulation , exergy and economic analysis , carbon dioxide emission reduction , chemical looping ammonia synthesis
Author
Danial Hosseinzadeh Alherd
SuperVisor
Dr.Ayat Ghareghani