Development of thermodynamically integrated processes for the efficient utilization of energy carriers (hydrogen and ethanol)

Résumé

Plusieurs systèmes intégrés, incorporant des technologies énergétiques propres, ont été proposés comme solutions potentielles aux défis posés par l'énergie à long terme. Une approche prometteuse consiste à utiliser des sous-produits industriels contenant de l'hydrogène et du dioxyde de carbone issus des gaz d'échappement industriels. Ces gaz peuvent être purifiés et convertis en hydrogène liquide ou en méthanol liquide, agissant ainsi comme des vecteurs énergétiques efficaces grâce à des méthodes de liquéfaction avancées. Cette approche contribue non seulement à la lutte contre la pollution de l'environnement, mais elle permet également de minimiser le gaspillage d'énergie. Cela s'inscrit parfaitement dans l'impératif mondial visant à atteindre des objectifs d'émissions nettes nulles. Cette étude présente trois structures intégrées innovantes pour le stockage d'énergie à base de combustible. La première méthode propose une structure intégrée visant à liquéfier l'hydrogène en utilisant un cycle de réfrigération à éjecteur-compression, un cycle de réfrigérant multi-composants en cascade, ainsi que le cycle de génération d'énergie de Kalina. Pendant le processus de liquéfaction de l'hydrogène, l'excès de chaleur généré est efficacement utilisé par le cycle de production d'électricité de Kalina. Le système de réfrigération est intégré à la configuration du noyau principal à travers des courbes composites et grandes composites. Cela optimise les pourcentages de composition du réfrigérant et les pressions de fonctionnement du cycle de réfrigération afin d'obtenir la meilleure correspondance possible entre les courbes froides et chaudes. L'étude présente également deux nouveaux procédés intégrés pour la production de méthanol. La première conception se focalise sur un processus générant des gaz combustibles à basse et haute pression, des composés aromatiques, de l'électricité, ainsi que de l'eau chaude en tant que produits secondaires, avec le méthanol liquide comme produit principal. Ce processus englobe le cycle de purification de l'hydrogène, le cycle de production de méthanol, le cycle de Rankine organique (ORC), le cycle d'absorption-compression (ACRC) et l'utilisation de capteurs solaires. La chaleur résiduelle du réacteur de méthanol est efficacement récupérée par l'ORC pour générer de l'énergie, tandis que l'ACRC assure le refroidissement du cycle de purification de l'hydrogène. La deuxième conception pour la production de méthanol décrit un processus respectueux de l'environnement, utilisant l'hydrogène extrait du gaz de four à coke (COG) pour réagir avec le dioxyde de carbone dans un réacteur à méthanol. Les sous-systèmes de ce procédé comprennent une unité de capture de CO2 pour séparer le dioxyde de carbone des gaz d'échappement, un procédé de purification et de liquéfaction du gaz naturel pour produire du gaz naturel liquéfié (GNL), l'extraction d'hydrogène à partir de COG et un cycle de production de méthanol. Des panneaux photovoltaïques, adaptés à la situation géographique, sont utilisés pour fournir la puissance requise. Dans les méthodes proposées pour la production de méthanol liquide, l'analyse économique est menée en utilisant le coût annualisé du système (ACS), et le processus est soumis à une optimisation multi-objectifs grâce à l'implémentation de l'algorithme génétique avancé NSGAII. Les méthodes de prise de décision floue, TOPSIS et LINMAP sont employées pour évaluer le taux de rendement optimal et le coût de revient du produit principal. Des analyses de sensibilité, d'énergie et d'exergie sont réalisées à l'aide du logiciel Aspen HYSYS V.10 et du code MATLAB afin d'évaluer de manière exhaustive les performances du procédé d'un point de vue thermodynamique.

Date	22 avr. 2024
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Adrian Ilinca (Directeur(-trice))