Thermodynamic analysis of Chemical Looping Combustion

Mousavi, Vahid and Ghaebi, Hadi and Miroliaei, Alireza (2017) Thermodynamic analysis of Chemical Looping Combustion. Masters thesis, university of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text (تحلیل ترمودینامیکی حلقه¬ی شیمیایی احتراق)
Vahid Mousavi.pdf

Download (617kB)
Official URL: http://www.uma.ac.ir

Abstract

Due to limited nuclear and fossil energy resources as well as environmental problems such as air and soil pollutions, the urge for an alternative energy resource is becoming more sensible than ever. Meanwhile utilizing clean and renewable energy sources is increasing, because of its being infinite an not harmful for enviornment, such that governments and companies are puting more and more of their efforts an investments on research and development of these novel technologies. In this present study, a chemical looping combustion system is being thermodynamically analyzed. This system uses Methane as fuel source. Methane reacts with oxygen carrier (flameless combustion) in the fuel reactor (reduction reactor) and as a result steam and carbon dioxide are formed. In this state steam is condensed and a pure stream of carbon dioxide is gained simply and without any energy penalties. On the other side, in the oxidation reactor steam and metal react to form meallic oxide. Other than metallic oxide, a pure stream of Htdrogen is produced as a result of this reaction. The metallic oxide is then transferred to reduction reactor to complete the cycle. By applying energetic and exergetic analysis on the system, effects of different parameters is being studied. This study shows that over-increasing the temperature prevents the reaction from proceeding in the desired direction and as a result the amount of hydrogen production reduces. Opposite to the temperature, increasing the pressure has negative effect on amount of hydrogen production, all over its varying domain and consequently overall energy an exergy efficiencies are being decreased. Also it is has been clarified that the major exergy destruction occurs in the reactors. All the analysis are extracted using EES software and by applying “direct minimization of Gibbs free energy” method.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: تحلیل ترمودینامیکی حلقه¬ی شیمیایی احتراق
Persian Abstract: با توجه به محدود بودن منابع انرژی هسته¬ای و فسیلی و همچنین مشکل آلودگی محیط زیست، نیاز به جایگزینی مناسب برای این سوخت¬ها به شدت احساس می¬شود. در این بین استفاده از انرژی¬های پاک و تجدیدپذیر به دلیل بی¬پایان بودن منابع و همچنین عدم آلودگی محیط¬زیست پیوسته رو به افزایش است به طوری که امروزه شاهد افزایش چشمگیر فعالیت¬ها و سرمایه¬گذاری¬های دولتی و شرکت¬های خصوصی در امر تحقیق، توسعه و عرضه انواع تکنولوژی¬های نوین برای استفاده از انرژی¬های تجدیدپذیر هستیم. در مطالعه حاضر به تحلیل ترمودینامیکی سیستم حلقه شیمیایی احتراق پرداخته می¬شود. این سیستم از متان به عنوان سوخت بهره می¬برد. متان در راکتور سوخت (راکتور کاهنده) با حامل اکسیژن واکنش می¬دهد (احتراق بدون شعله) و بخارآب و دی¬اکسیدکربن به عنوان محصولات احتراق شکل می¬گیرند. در این حالت با چگالیدن بخارآب جریان خالص دی¬اکسیدکربن بدست می¬آید و از انتشار آن، به عنوان محصول احتراق، به داخل جو جلوگیری به عمل می¬آید. از سوی دیگر در راکتور اکسیداسیون بخارآب با پودر فلزی واکنش می¬دهد تا اکسید فلزی شکل گیرد. دیگر محصول این واکنش، علاوه بر اکسید فلزی، جریان خالصی از هیدروژن می¬باشد. همچنین اکسید فلزی تشکیل شده به راکتور کاهنده انتقال می¬یابد تا چرخه تکمیل شود. در ادامه با انجام تحلیل انرژی و اگزرژی بر روی سیستم، تاثیر پارامتر¬های مختلف مورد مطالعه قرار می¬گیرد. این تحقیق مشخص می¬کند که افزایش دمای واکنش بیش از حد مشخصی، از پیش¬برد واکنش ممانعت به عمل می¬آورد. در نتیجه میزان تولید هیدروژن کاهش می¬یابد. برخلاف دما، افزایش فشار در تمام دامنه تغییرات، باعث کاهش تولید هیدروژن و در نتیجه کاهش بازده انرژی و اگزرژی کل سیستم می¬شود. همچنین مشخص شد که اگزرژی تخریب شده در راکتور بیشتر از سایر اجزا می¬باشد. تمام تحلیل¬ها در نرم افزار EES و با بکارگیری روش مینیمم¬سازی مستقیم انرژی آزاد گیبس انجام شده¬اند.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Ghaebi, HadiUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Miroliaei, AlirezaUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Date Deposited: 28 Oct 2018 20:20
Last Modified: 28 Oct 2018 20:20
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/1311

Actions (login required)

View Item View Item