Termokimyasal hidrojen üretimi için yeni H2SO4 parçalama çevrimleri

Abstract

Çevriminin enerji, ekserji analizleri, akış budunum kimyasal denge hesapları ve ekonomik analizleri hazırlanan bilgisayar programı ile yapılmıştır. Kimyasal denge hesaplarında Gibbs enerjisinin azaltılması prensibi kullanılmıştır. Sülfürik asit ve su karışımı için gerçek karışımın termodinamik özelikleri kullanılmıştır. Bu çalışma ile hidrojen (betimi için önerilen S-I ( kükürt - iyod ) kimyasal çevrimlerinden bin olan OA ( General Atomic ) mühendislik çevriminin sülfürik asit parçalama bölümü için iki yeni çevrim önerilmiştir. Yem çevrimlerde enerji kaynağı olanak nükleer enerji kullanılmıştır ve bu çevrimler Çevrim I ve Çevrim II olarak mflsndiTulTTU şfrr Çevrim I prensip olarak GA ( General Atomic ) mühendislik çevrimine daha, önceden önerilen sülfürik asit parçalama çevrimlerim benzer bir çevrimdir. Bu çevrimin enerji ve ekseni verimleri % 75.98 ve % 75.64 olarak bulunmuştur. Ayrıca 4 $ (19%) / GJ tipik nükleer enerji maliyeti için SO2nin üretimi maliyeti 2.205 S (1990) olarak elde edilmiştir. Bu çevrim diğer çevrimlerle karşılaştırıldığında enerji, ekseni verimleri ve bu yeni çevrimin GA ( General Atomic ) mühendislik çevrimi ile birleştirilmesi sonucu elde edilen hidrojen üretimi enerji verimi en yüksek çevrim olmaktadır. Ayrıca yafanın maliyeti ve SO2 nin üretimi maliyeti de en düşük olan çevrimdir. Çevrim n ile GA ( General Atomic ) mühendislik çevriminin sülfürik asit parçalama bölümüne daha önce önerilmiş çevrimlerden prensip olarak farklıbir çevrim önerilmiştir. Bu çevrim prensip olarak sülfürik asit üretimi çevriminin terssine çalışan çevrimdir. Çevrim II de oksijen enerji taşıyıcı olarak kullanılmış, kademeli adyabatik §03 parçalayıcı modeli uygulanmış ve ayrıca çevrimde mümkün olduğu kadar doğrudan temaslı ısı değiştirgeci kullanılmıştır. Çevrim II nin enerji ve ekseni verimleri % 64.23 ve % 64.04 olarak bulunmuştur. Ayrıca 4 $ (1990) / GJ tipik nükleer enerji maliyeti için SO2 nin üretimi maliyeti 3.283 $ (1990) olarak elde edilmiştir. Bu çevrim de diğer çevrimlerle karşılaştırıldığında verimler bakımından Çevrim I ve Scbepersm çevrimine göre düşük fakat GA nin sülfürik asit parçalama çevrimine göre enerji verimi daha yüksektir. Yine aynı şekilde yatırım maliyeti ve SO2 nin üretimi maliyetide Çevrim I ve Schepers'in çevrimine göre yüksek fakat GA nin sülfürik asit parçalama çevrimine göre düşüktür. Bu çevrim ayrıca SO2-O2 ayrıştırma işlemim çevrimin içinde tamamlamaktadır ve gerçekleştirilme şansı daha yüksektir. Çevrim ü kendisine benzer prensipte çalışan Cristina gurubu çevrimlerden daha düşük SO2 üretimi maliyetine sahiptir.

Models and computer programs have been prepared for energy, exergy and cost calculations of thermochemical cycles. In thermodynamic models minimization of Gibbs energy has been used for chemical equilibrium calculations of reactions, and properties of real mixture have been used for mixtures of B2SO4 and H^O in liquid phase. Two new processes have been developed for sulfuric acid decomposition section of GA engineering flowsheet, which is based on the S-I thermochemical cycle to produce hydrogen and use nuclear energy as energy source. These processes are called as Cycle I and Cycle II. Cycle I is similar to previous sulfuric acid decomposition processes, which were developed earlier for GA engineering flowsheet. Energy and exergy efficiencies of Cycle I are found to be 75.98 % and 75.64 % respectively, and for the typical nuclear heat cost of 4 $(1990)/GJ, the S02 production cost is 2.205 $(1990). The results show that Cycle I has higher energy and exergy efliciencies than the other sulfuric acid decomposition processes, and the hydrogen production efficiency of GA flowsheet has been improved considerably. It is also found that its investment and SO2 production costs are also lower than the others. With Cycle II, a different process has been developed which is based on the contact process for H2SO4 production. Excess oxygen is used as an energy vector, and direct contact heat exchangers and staged adiabatic SO3 decomposers as equipment. Energy and exergy efliciencies of Cycle II are found to be 64.23 % and 64.04 % respectively, and for the typical nuclear heat cost of 4$(1990)/GJ, the SO^ production cost is 3.283 $(1990). Comparisons show that Cycle II has lower energy and exergy efficiencies than Cycle I and Schepers's process but higher energy efficiency than GA section II. In addition, SO2-O2 seperation is accomplished within the process. It is found that the S02 production cost of Cycle II is lower than Cristina processes, which are based also on the contact process.