اصلاح و بهينه‌سازي چرخه مايع‌ساز هيدروژن مجهز به سيستم تبخيركنندۀ گاز طبيعي مايع

Modification and optimization of an integrated hydrogen liquefaction process with an LNG regasification system

هيدروژن در مقايسه با سوخت­ هاي فسيلي بدليل ارزش گرمايي بالاتر و خروجي كربن صفر درهنگام مصرف، بسيار مورد توجه است. اقتصادي­ترين روش نگه­داري گاز هيدروژن مايع ­سازي است. در اين پژوهش، گاز هيدروژن با استفاده از سرمايش چرخۀ پريكو و سيستم تبخير گاز طبيعي مايع، پيش­سرد شده و سپس با استفاده از چرخۀ سرد­كنندۀ مبرّد تركيبي مايع مي ­شود. نوآوري اين تحقيق پيشنهاد يك چرخۀ مايع­ ساز هيدروژن با كارايي بالاتر بر پايه استفاده از سرمايش سيستم تبخير­كنندۀ گاز طبيعي مايع است، در چرخة پيشنهادي نسبت به چرخۀ مشابه، چرخه سرد­كنندۀ پريكو جايگزين چرخۀ نيتروژني شده و در قسمت سرمايش ­نهايي از چرخه سرد­كننده مبرد تركيبي استفاده شده­ است، طراحي جديد موجب كاهش كار مصرفي در بخش فشرده ­سازي شده كه نتيجه آن، كاهش هزينه­ برق مصرفي به ازاي توليد يك كيلوگرم هيدروژن مايع نسبت به چرخه­ با مشخصات مشابه است. آناليز انرژي، اگزرژي و اقتصادي براي چرخۀ پيشنهادي انجام شده است. در چرخۀ مايع ­سازي هيدروژن پيشنهادي با ظرفيت 14 تن در ساعت، مقدار مصرف انرژي ويژه 15 % و دوره برگشت سرمايه 20 % ، نسبت به چرخه با مشخصات مشابه كاهش يافته ­اند.

Using Hydrogen instead of fossil fuels has grown significantly due to its high energy density and zero carbon emission during consumption. The most economical method of storing hydrogen is liquefaction. In this study, after pre-cooling by the cold energy of the PRICO and liquefied natural gas (LNG) regasification systems, hydrogen gas enters the next stage and it liquefies by a mixed refrigeration cycle. The novelty of this cycle is based on the new design of a high-efficiency hydrogen liquefaction cycle which is using the cold energy of a LNG regasification process, in turn, results in less power consumption in the compression part and also less cost of power consuming for one kilogram of liquid hydrogen compared to that for a similar cycle. Energy, exergy, and economy analyses are implemented to investigate the proposed cycle. In the proposed hydrogen liquefaction cycle with the capacity of 14 tons per hour, the specific energy consumption (SEC) 15 % and payback period 20% decreased in comparison to the similar cycle.