شماره ركورد
34553
پديد آورنده
هادي خلجي
عنوان
تحليل ترمو-اقتصادي سيستم توليد متانول مبتني بر انرژي تجديدپذير
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
تبديل انرژي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/07/22
استاد راهنما
دكتر آيت قرهقاني
استاد مشاور
دكتر آيت قرهقاني
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
رشد روزافزون تقاضا براي سوختهاي پايدار و ملاحظات مرتبط با تغييرات اقليمي، ضرورت بهرهگيري از منابع تجديدپذير همچون زيستتوده را برجسته ساخته است و بهرهبرداري از زيستتوده بهعنوان يك منبع كربني پايدار، در صورت تبديل به متانول، نهتنها ميتواند بخشي از نيازهاي انرژي و مواد شيميايي را تأمين كند، بلكه بهطور مؤثري در كاهش انتشار كربن و ارتقاي سازگاري زيستمحيطي سامانههاي انرژي نقشآفرين است. در اين مطالعه، يك فرآيند يكپارچه براي توليد متانول از زيستتوده ارائه شده و با كمك نرمافزارهاي مهندسي مدلسازي و شبيهسازي شده است، كه ساختار پيشنهادي بهگونهاي طراحي شده است كه بدون انتشار مستقيم دياكسيدكربن عمل ميكند و شامل بخشهاي گازيسازي زيستتوده، حلقه شيميايي توليد هيدروژن، چرخه مس-كلر و واحد سنتز متانول است. مدلسازي واكنشهاي واحد گازيسازي و سنتز متانول مبتني بر مكانيزمهاي سينتيكي گزارششده انجام شده است و سينتيك واكنشهاي واحد سنتز متانول از دادههاي تجربي گزارششده در ادبيات براي راكتور چند-لولهاي مجهز به كاتاليست Cu/Zn/Al/Zr استخراج گرديده است. پارامترهاي عملياتي تعيينكننده در هر بخش مورد بررسي قرار گرفتهاند؛ در بخش گازيسازي، تأثير دما و نسبت همارزي بر تركيب و كيفيت گاز سنتز ارزيابي شده، در حلقه شيميايي توليد هيدروژن، نقش مقدار حامل اكسيژن و ماده پشتيبان بر كارايي چرخه و راندمان برداشت هيدروژن مورد مطالعه قرار گرفته و همچنين، اثرات دما، فشار، محتواي بخار و سرعت فضايي گاز بر عملكرد واكنش، تبديل خوراك و بازده توليد متانول در واحد سنتز متانول بررسي شده است. تحليلهاي انرژي و اگزرژي نشان داده است كه بازده انرژي كلي سامانه برابر با 81/53 درصد و بازده اگزرژي كلي برابر با 11/67 درصد است، جداسازي محصول در برج تقطير با ديواره مياني منجر به دستيابي به خلوص جرمي متانول و آب بهترتيب 995/99 درصد و 987/99 درصد شده و از ديدگاه اقتصادي، دوره بازگشت سرمايه برابر با 9 سال و ارزش خالص فعلي سامانه برابر با 094/7502 هزار دلار برآورد شده است، كه بيانگر كارايي فني و پايداري اقتصادي مناسب سامانه است.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/26
عنوان به انگليسي
Thermo-economic Analysis of a Renewable-Energy-Based Methanol Production System
تاريخ بهره برداري
10/14/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
هادي خلجي
چكيده به لاتين
The growing demand for sustainable fuels, coupled with concerns about climate change, has emphasized the need to exploit renewable resources such as biomass, and the conversion of biomass to methanol not only contributes to meeting energy and chemical feedstock demands but also effectively reduces carbon emissions while enhancing the environmental compatibility of energy systems. In this study, an integrated process for methanol production from biomass was presented and modeled using engineering software; the proposed configuration is designed to operate without direct carbon dioxide emissions and encompasses biomass gasification, chemical looping hydrogen production, the Cu–Cl cycle, and a methanol synthesis unit. Reaction modeling for the gasification and methanol synthesis units was validated against experimental studies, with methanol synthesis reactions carried out in a multi-tubular reactor loaded with a Cu/Zn/Al/Zr catalyst. Key operational parameters in each section were thoroughly evaluated: in the gasification unit, the effects of temperature and equivalence ratio on syngas composition and quality were assessed; in the chemical looping hydrogen production, the effects of the quantities of oxygen carrier and supportive material on cycle performance and hydrogen recovery efficiency were examined; and in the synthesis unit, the impacts of temperature, pressure, steam content, and gas hourly space velocity on reaction performance, feed conversion, and methanol yield were investigated. Energy and exergy analyses indicated overall system efficiencies of 53.81% and 67.11%, respectively, while product separation in a distillation column with a partition wall achieved mass purities of methanol and water of 99.995% and 99.987%. From an economic perspective, the payback period is 9 years, with a net present value of 7502.094 k$, demonstrating the system’s technical performance and economic sustainability.
كليدواژه هاي فارسي
توليد متانول سبز , گازيسازي زيستتوده , حلقه شيميايي توليد هيدروژن , چرخه مس-كلر
كليدواژه هاي لاتين
Green methanol production , Biomass gasification , Chemical-looping hydrogen production , Copper–chlorine (Cu–Cl) cycle
Author
Hadi Khalaji
SuperVisor
Ayat Gharehghani