فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:66

پایان نامه تحصیلی جهت اخذ درجه کارشناسی

مهندسی شیمی – صنایع پالایش

فهرست مطالب :

مقدمه ................................   1
فصل اول: سوخت هیدروژن ........................   2
گاز هیدروژن و روشهای تولید آن   .................   3
تحقيق و توسعه   .................................................   5
مسائل ايمني   ....................................................   6
اقتصاد هيدروژن   ................................................   6
فصل دوم: آشنایی با سوخت CNG و ایستگاههای آن ...............................   7
مقدمه   ..................8
‫CNG (ﮔﺎز ﻃﺒﻴﻌﻲ ﻣﺘﺮاﻛﻢ)   ..............................8
اﺻﻮل ﺧﻮدروﻫﺎي ﮔﺎز طبیعی   ..........................12
ﺑﺮرﺳﻲ اﻳﺴﺘﮕﺎه ﺳﻮﺧﺖ رﺳﺎﻧﻲ ‪CNG .........13
‫ﺗﻌﺎرﻳﻒ و اﺻﻮل اﻳﺴﺘﮕﺎه   ....................................13
ﺗﺠﻬﻴﺰات اﻳﺴﺘﮕﺎه ﺳﻮﺧﺖ رﺳﺎﻧﻲ ‪CNG .... 17
ﺑﺮرﺳﻲ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺗﺮاﻛﻢ در اﻳﺴﺘﮕﺎه ‪CNG .....19
ﻣﺠﻤﻮﻋﻪ ﻛﻤﭙﺮﺳﻮر   ..............................................21
ﺳﻴﺴﺘﻢ ﭘﺮدازش اﻳﺴﺘﮕﺎه ‪ CNGاز راه دور   ....................................................21
ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻛﻨﺘﺮل ﻣﻮﺗﻮر (MCC) ......................22
ﺗﺸﺮﻳﺢ اﺻﻮل و روﺷﻬﺎي ﺳﻮﺧﺖ رﺳﺎﻧﻲ و ذﺧﻴﺮه ﺳﺎزي   ................................23
ﺑﺮرﺳﻲ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺗﻮزﻳﻊ ﻛﻨﻨﺪه   ...........................26
ﻣﻌﺮﻓﻲ و ﺑﺮرﺳﻲ ﻛﺎﻣﻞ اﻧﻮاع دراﻳﺮﻫﺎي اﻳﺴﺘﮕﺎه ﺳﻮﺧﺖ رﺳﺎﻧﻲ ‪ CNG .....27
اﻫﻤﻴﺖ اﺳﺘﻔﺎده از دراﻳﺮ ﮔﺎز ﻃﺒﻴﻌﻲ در اﻳﺴﺘﮕﺎه ﻫﺎي ﺳﻮﺧﺖ رﺳﺎﻧﻲ ........28
ﺑﺮرﺳﻲ اﻧﻮاع دراﻳﺮﻫﺎ ...........................................29
اقتصاد جايگاه هاي سوخت CNG .................31
فصل سوم: آشنایی با سوخت HCNG و ایستگاههای آن   .........................................37
مقدمه   ...............38
HCNG غنی سازی شده 20 درصد   ..........40
تحقیقات 10 سال اخیر ..................................42
استراتژی و نصب آزمایشگاهی   .......................45
مباحث و نتایج آزمون   ........................................46
عامل تعيين كننده نسبت هيدروژن بهينه........... 46
مقایسه کاتالیزورهای مختلف   ...............................50
مقایسه نسبت غنی سازی شتاب   ..........................52
مقایسه نتایج ETC گاز طبیعی و CNG خالص 20 درصد ...............................55
نتایج   ................56
جنبه های اقتصادی سوخت HCNG ......57
آنالیز هزینه ایستگاه سوخت رسانی HCNG .............................57
آنالیز اقتصادی سرمایه گذاری    .......................61
منابع.........................................65

مقدمه :

بواسطه افزایش قیمت جهانی بنزین و نیز ارتقا استانداردهای زیست محیطی با هدف کاهش آلایندگی موتورها در بخش حمل و نقل، سوخت های جدیدی طراحی و به بازار ارائه شده اند که مقایسه آنها
می تواند بهترین گزینه را با توجه به شرایط بومی هر منطقه، بخصوص کشور ما مشخص نماید.

مصرف روزانه بیش از 65 میلیون لیتر بنزین در بخش حمل ونقل سهم عمده ای از هزینه های جاری کشور را به خود اختصاص داده است از طرفی قیمت تمام شده بالای بنزین و نیز محدودیت منابع تأمین این کالای استراتژیک باعث شده است تا ایران همچون بسیاری از کشورها به فکر استفاده از سوختهای جایگزین با قابلیت های بهتر باشد که از جمله مهمترین آنها می توان به اتانول، متانول،HCNG ،CNG ، LPG و سوخت دیزل GTL اشاره کرد. درکشور ما برخورداری از منابع غنی گاز طبیعی باعث شده است تا CNG بعنوان سوخت جایگزین که علاوه برقیمت کمتر از آلایندگی پایین تری نیز برخوردار است، گزینه مناسبی بنظر برسد . این در حالیست که CNG در دنیا سوخت جدیدی محسوب نمی شود، چرا که حضور این سوخت در بخش حمل و نقل از سال 1920 به چشم می خورد و درحال حاضر میلیونها خودروی گاز سوز در برخی کشورهای جهان همچون آرژانتین، برزیل، پاکستان، امریکا، ایتالیا، چین و ایران در خیابانها و جاده ها تردد می کنند. سوخت HCNG نیز از جمله سوختهای جدیدی است که در کشورهای اروپایی و برخی کشورهای دیگر مورد استفاده قرار
می گیرد که تولید NOX در آن نزدیک به صفر می باشد. در ادامه بعد از معرفی سوخت هیدروژن و CNG به شرح تفصیلی در مورد HCNG خواهیم پرداخت.

گاز هیدروژن و روشهای تولید آن

امروزه گاز هيدروژن براي استفاده در موتورهاي احتراقي و خودروهای الكتريكي مورد بررسي قرار گرفته است. هيدروژن در دما و فشار طبيعي، يك گاز است و به اين علت، انتقال و ذخيره آن از سوخت هاي مايع ديگر، دشوارتر است. سامانه هايي كه براي ذخيره هيدروژن توسعه يافته‌اند، عبارتند از:

هيدروژن فشرده، هيدروژن مايع و پيوند شيميايي ميان هيدروژن و يك ماده ذخيره (براي مثال، هيدريد فلزات) كه اصطلاحا به آن روش حل كردن هم گفته مي شود. 

• در روش فشرده سازی، مخازنی همانند مخازن CNG که در فشار زیاد (در بعضي موارد تا 700 بار) هیدروژن در آن‌ها نگه‌داری می‌شود، به عنوان مخزن استفاده می‌شود.
• در روش مایع‌سازی، در دماهای بسیار پایین (بیش از 200 درجه زیر صفر) هیدروژن به صورت مایع نگه‌داری می‌شود. مشکل این روش هزینه زیاد نگه‌داری دمای پایین است. این روش حتی برای انتقال گاز مایع و به مقدار انبوه نیز در فواصل کمتر از 5000 کیلومتر اقتصادی نیست.
• در روش حل کردن، از فلزاتی که به صورت متخلخل هستند و سطح زیادی دارند، به عنوان منبع استفاده می‌شود. هیدروژن با حل شدن در این فلزات، ذخیره می‌شود و با کاهش فشار و نیز افزایش دما، حلالیت فلز کاهش یافته هیدروژن آن جدا می‌گردد.

با اين كه تاكنون هيچ سامانه حمل و نقل و توزيع مناسبي براي هيدروژن وجود نداشته، اما توانايي توليد اين سوخت از مجموعه متنوعي از منابع و خصوصيت پاك سوز بودن آن، هيدروژن را به سوخت جانشين مناسبي تبديل كرده است.

هيدروژن ساده‌ترين و سبك‌ترين سوخت هاي گازي است که در فشار اتمسفري و دماي جوي حالت گاز دارد. سوخت هيدروژن همان گاز خالص هيدروژن نيست، بلكه مقدار كمي اكسيژن و ديگر مواد را نيز با خود دارد. منابع توليد سوخت هيدروژن شامل گاز طبيعي، زغال سنگ، بنزين و الكل متيليك هستند. فرآيند فتوسنتز در باكتري ها يا جلبك ها و يا شكافتن آب به دو عنصر هيدروژن و اكسيژن به كمك جريان الكتريسيته يا نور مستقيم خورشيد از آب، روش هاي ديگري براي توليد هيدروژن هستند. 

در صنعت و آزمايشگاه هاي شيمي، توليد هيدروژن به طور معمول با استفاده از دو روش شدني است:
1. الكتروليز 

1. توليد گاز مصنوعي از بازسازي بخار يا اكسيداسيون ناقص

 در روش الكتروليز با استفاده از انرژي الكتريكي، مولكول‌هاي آب به هيدروژن و اكسيژن تجزيه مي‌شوند. انرژي الكتريكي را مي‌توان از هر منبع توليد الكتريسيته كه شامل سوخت هاي تجديدپذير نيز مي‌شوند، به دست آورد. وزارت انرژي آمريكا به اين نتيجه رسيده است كه استفاده از روش الكتروليز براي توليد مقادير زياد هيدروژن در آينده مناسب نخواهد بود.

روش ديگر براي توليد گاز مصنوعي، استفاده از بخار به همراه گاز طبيعي است. در اين روش، مي‌توان از هيدروكربن‌هاي ديگر نيز به عنوان ذخاير تأمين مواد استفاده كرد. براي نمونه، مي‌توان زغال سنگ و ديگر مواد آلي (بيوماس) را به حالت گازي درآورد و آن را در فرآيند یاد شده براي توليد هيدروژن به كار برد. از طرفي چون هيدروکربن هاي فسيلي محدود و رو به اتمام هستند، پس بهتر است ديد خود را به سمت استفاده از منابع تجديد شونده معطوف کنيم.

گاز هيدروژن مي تواند هم از منابع اوليه تجديدپذير و هم از منابع تجديدناپذير توليد شود. امروزه توليد گاز هيدروژن از منابع تجديدپذير به سرعت مراحل توسعه و رشد خود را مي پيمايد. اين در حالي است که توليد گاز هيدروژن از منابع تجديدناپذير به ويژه منابع فسيلي به علت محدود بودن اين منابع روز به روز کاهش
مي يابد. 

گاز هيدروژن در اثر واکنش هاي تخميري ميکروارگانيسم هاي زنده، به ويژه باکتري ها و مخمر ها روي بيوماس، توليد مي شود. بيوماس از منابع اوليه تجديد پذير است که از موادي مانند علوفه، ضايعات گياهان و فضولات حيوانات به دست مي آيد. در روند توليد گاز هيدروژن، باکتري هاي بي هوازي با استفاده از پديده تخمير، مواد آلي و آب را به گاز هيدروژن تبديل مي کنند. براي توليد هيدروژن به وسيله باکتري ها دو نوع تخمير وجود دارد: يک نوع تخمير نوري است که در آن به منبع نور نياز است و نوع ديگر، تخمير در تاريکي است که نيازي به نور ندارد. در اين واکنش ها منابع کربني زيادي استفاده مي شود که همگي از بيوماس تأمين مي شوند.

در طبيعت ميکروارگانيسم هاي بي هوازي در غياب اکسيژن و با استفاده از پديده تخمير، گاز هيدروژن توليد مي کنند، ولي مقدار اين گاز از نظر کمي پايين است و از نظر اقتصادي براي مصارف صنعتي و خانگي و ... قابل توجيه نيست؛ از اين رو بايد با استفاده از روش هايي، بازده توليد گاز هيدروژن را افزايش داد. يکي از روش هايي که مي توان بازده توليد گاز هيدروژن را بالا برد، تغييرات ژنتيک در ژنوم اين باکتري ها با استفاده از روشهاي مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي است. روش ديگر، استفاده از ترکيبي از باکتري هاي هوازي و
بي هوازي در کنار هم است. در اين روش چون باکتري هاي بي هوازي در فرآيند تخمير توليد اسيد هاي آلي
مي کنند، رفته رفته محيط واکنش اسيدي مي شود و PH پايين مي آيد؛ از اين رو توليد هيدروژن کاهش مي يابد. ولي هنگامي که باکتري هاي هوازي در محيط باشند، از اسيد هاي آلي استفاده و آنها را از محيط خارج مي کنند؛ در نتيجه راندمان توليد گاز هيدروژن بالا مي رود.

تحقيق و توسعه 

وزارت انرژی آمريكا براي توسعه استفاده از هيدروژن دو برنامه اصلي را دنبال مي‌كند که يکي برنامه هيدروژن وزارت انرژی و ديگري شبكه اطلاعاتي تكنولوژي‌هاي هيدروژن است. هيدروژن، سومين انرژي فراوان بر روي سطح زمين است؛ همان طور كه به صورت ابتدايي در آب و تركيبات آلي يافت مي شود. هيدروژن از هيدروكربن ها يا آب به دست مي آيد و هنگامي كه به عنوان سوخت مصرف مي شود، يا براي توليد الكتريسيته از آن استفاده مي شود و يا با تركيب مجدد با اكسيژن توليد آب مي كند. از اين رو و با توجه به قابليت بالاي توليد انرژي در اين سوخت اخيراً تلاش هاي زيادي براي جانشين کردن اين سوخت صورت مي گيرد.

مسائل ايمني 

هيدروژن از ديدگاه ايمني نيز مطمئن و مطلوب است و براي حمل ونقل، نگهداري و استفاده، خطرناك تر از سوخت هاي رايج ديگر نيست. به هر صورت مسائل ايمني همچنان به عنوان يكي از اساسي‌ترين مقوله ها در استفاده از انرژي هيدروژن باقي مي ماند. استانداردهاي متداول دنيا امنيت استفاده از آن را با سخت گيري در طراحي‌ و انجام آزمايش هاي متعدد فراهم مي آورد. همچنين در حوزة نگهداري و حمل آن، استانداردهاي بسياري براي تمام تجهيزات مرتبط تدوين شده است.

اقتصاد هيدروژن 

براي هيدروژن به عنوان يك سوخت، سيستم توزيعي مناسبي وجود ندارد. با اين كه معمولاً انتقال از طريق خط لوله با صرفه‌ترين راه انتقال سوخت‌هاي گازي است، اما در حال حاضر سيستم خط لوله مناسبي موجود نيست. انتقال هيدروژن به طور خاص از طريق مخزن و تانكرهاي گاز صورت مي‌گيرد. استفاده از هيدروژن به عنوان سوخت به يك زير ساختار براي حمل ونقل و نگهداري و با توجه به مسائل ايمني و اقتصادي نياز دارد. 

ديدگاه ايجاد يك زير ساختار كه هيدروژن را به عنوان منبع انرژي مورد استفاده قرار مي‌دهد، مفهوم اقتصادي بودن اين طرح را پديد آورده كه بهترين راه جهت ايجاد تقاضاي بيشتر براي توليد و مصرف اين انرژي است، زيرا منابع توليد هيدروژن بسيار ارزان و دردسترس هستند. هيدروژن قابليت بالايي براي توليد انرژي دارد و ميزان آلودگي ناشي از مصرف اين سوخت در محيط زيست بسيار کم است. اين سوخت به عنوان منبعي تجديدپذير، پاک و فراوان تر از سوخت فسيلي مي تواند کاربرد زيادي براي نيروگاه ها و بخش حمل و نقل داشته باشد.

و...