ارزیابی و آنالیز فنی سیستم های کرایوژنیکی جمع آوری دی اکسید کربن جهت ذخیره سازی و استفاده مجدد

مسئله گرمایش کره زمین و عوارضی که در پی آن پیش می¬آید، امروزه بر کسی پوشیده نیست. این گرمایش عمدتا ناشی از تولید گاز¬های گلخانه¬ای نظیر دی اکسید کربن، بخار آب، اکسید¬های نیتروژن و گوگرد و... می¬باشد. پیش¬بینی¬ها حاکی از این است که دمای کره زمین تا پایان قرن بیست و یکم در حدود 4/1-8/5 درجه سانتیگراد افزایش می¬یابد. اکثر حجم این گازها حاصل سوزاندن سوخت¬های فسیلی است که در مراکز صنعتی، نیروگاهی، پالایشگاهی و پتروشیمی برای گرمایش فرآیند¬ها به کار می¬رود. سازمان¬های فعال در زمینه پیشگیری از گرمایش کره زمین بر این باورند که سهم دی اکسید کربن بین 55% تا 67% در گرم¬تر شدن زمین است. از این میان بخش نیروگاهی با سهم 24% در تولید پیشتاز صنایع آلاینده کشور می¬باشد. امروزه روش¬های جمع¬آوری و ذخیره سازی دی اکسید کربن( ccs) از مباحث مورد توجه مسائل زیست محیطی است. در این روش، دی اکسید کربن از دودکش صنایع آلاینده جدا می¬شود و برای ذخیره¬سازی بلند مدت ، به سفره¬های زمین¬شناختی از قبیل بستر¬های نفت و گاز، لایه¬های ذغال¬سنگ غیر قابل برداشت و همچنین لایه¬های آب شور در اقیانوس¬ها تزریق می¬شود. نتیجه این عملیات، ازدیاد برداشت نفت و گاز از بستر¬های انرژی رو به اتمام می¬باشد. با توجه به موارد ذکر شده، در این تحقیق اقدام به جداسازی و ذخیره¬سازی دی اکسید کربن از گاز دودکش یک نیروگاه سیکل ترکیبی آلاینده داخل کشور شده است. ابتدا یک چرخه کرایوژنیکی جداسازی و جمع¬آوری دی اکسید کربن معرفی شده و در ادامه، بهینه¬سازی آن از منظر فنی صورت می¬پذیرد. در طی فرآیند تحقیق، آرایش چرخه پیاپی دستخوش تغییر شده و در انتها بهترین آرایش از نظر فنی و انرژی معرفی می¬گردد. پارامتر¬هایی از جمله: کار محوری، مصرف انرژی حرارتی و سطح مورد نظر جهت انتقال حرارت برای کمینه¬سازی مد¬نظر بوده است. به عنوان نمونه، اتلاف اکسرژی در کمپرسور فشار بالای چرخه با ایجاد طبقات مختلف کمپرسور و بازیاب اصلاح شده است. همچنین با استفاده از ماشین¬های انبساطی( اکسپندر)، فشار جریان ناخالصی بازیافت شده است. در برخی نقاط چرخه، نیاز به باز طراحی قسمت¬هایی از چرخه احساس شد، که با توجه به ایجاد کمترین اتلاف اکسرژی، بخش¬هایی از چرخه اصلاح شده است. از روش¬های مختلفی در بهینه¬سازی استفاده شده است: آنالیز اکسرژی، انتگراسیون حرارتی( تکنولوژی پینچ) و آنالیز ترکیبی پینچ و اکسرژی از جمله ابزار¬های مورد استفاده در این تحقیق می¬باشند. هریک از این روش¬ها مزایا و معایب مخصوص به خود را دارند که متناسب با روند بهینه¬سازی، به کار رفته¬اند.