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Conversion et gestion de l'énergie 211 (2020) 112752 Comparaison de différents

Conversion et gestion de l'énergie 211 (2020) 112752 Comparaison de différents CO2procédés de liquéfaction et évaluation exergoéconomique du CO intégré2système de réfrigération à liquéfaction et à absorption Kasra Aliyon, Mehdi Mehrpooya⁎, Ahmad Hajinezhad⁎ Département des énergies renouvelables et de l'environnement, Faculté des nouvelles sciences et technologies, Université de Téhéran, Téhéran, Iran ARTICLEINFO ABSTRAIT Mots clés: CO2liquéfaction Captage du carbone Réfrigération à absorption Analyse économique Analyse exergoéconomique Analyse exergétique La liquéfaction du CO capté2provenant des centrales électriques est l'un des moyens de préparer le CO2flux pour le transport vers le site d'utilisation ou de capture. Dans cette étude, quatre CO2les systèmes de liquéfaction sont comparés en termes de performances énergétiques, exergétiques et économiques. Il est conclu que le système de réfrigération à absorption intégré présente les meilleures performances parmi tous avec une meilleure efficacité exergétique et des coûts d'investissement, d'exploitation et de cycle de vie inférieurs de plus de 20 %. Pour avoir un aperçu plus approfondi des performances des systèmes de réfrigération à absorption intégrés, une analyse exergoéconomique est mise en œuvre. Les facteurs exergoéconomiques liés aux dispositifs de ce procédé montrent des potentiels considérables d'amélioration des performances, notamment avec la mise à niveau des échangeurs de chaleur. La part de la compression et de la réfrigération dans la liquéfaction du CO2Le flux est étudié dans l'analyse énergétique parallèlement au COP de chaque système de réfrigération. Les taux de destruction exergétique, l'efficacité exergétique de l'équipement et l'efficacité exergétique des systèmes de réfrigération sont calculés dans l'analyse exergétique. Dans l'analyse économique, les coûts d'investissement et d'exploitation, ainsi que l'impact de différents paramètres sur les coûts du cycle de vie, sont étudiés. Enfin, l'analyse exergoéconomique montre les flux de coûts dans le système de réfrigération à absorption intégré, montrant la part des différents coûts dans le processus de liquéfaction global. Les progiciels utilisés pour cette étude sont Aspen HYSYS V 11, Aspen Process Economic Analyzer et Matlab. 1. Introduction encore plus de 80% de l'énergie mondiale était fournie par des combustibles fossiles en 2017[dix]. Cela signifie que le simple développement des énergies renouvelables pourrait Il est établi sans aucun doute que le monde est confronté à de graves défis concernant le réchauffement climatique. L'émission de CO2en brûlant des combustibles fossiles a l'effet le plus important sur l'aggravation de cette situation[1]. Pour atténuer ces changements, il existe deux moyens, à savoir l'utilisation des énergies éolienne et solaire comme principale source d'énergie.[2], le remplacement des ressources thermiques renouvelables par des ressources fossiles[3], utilisation de biocarburants[4], améliorant l'efficacité énergétique des systèmes consommateurs ou producteurs d'énergie[5], l'intégration de différents systèmes énergétiques[6], et l'utilisation des techniques de captage et de stockage du carbone (CSC)[sept]. La mise en œuvre de chacune des méthodes mentionnées ci-dessus présente certains défis. Par exemple, l'exploitation des énergies renouvelables nécessite l'utilisation d'un stockage d'énergie à grande échelle en raison de la nature stochastique des énergies renouvelables[8]. De même, l'utilisation d'unités de captage du carbone nécessite la disponibilité de sites de stockage et d'installations de transport vers les sites de stockage[9]. Cette étude porte sur l'un des plus importants problèmes de CO2techniques de transport qui est CO2 liquéfaction. Alors que le développement des énergies renouvelables est considérablement élevé, ne pas aider le monde à atteindre l'agenda 2030 et 2050 fixé dans l'accord de Paris[11]. Au contraire, d'autres techniques telles que la capture du carbone sont également nécessaires. L'accent mis sur l'utilisation de la technologie de capture du carbone pour atténuer le changement climatique est fait à la fois dans le protocole de Kyoto en 1998 [12]et l'accord de Paris en 2015[11]. Même le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) a publié un rapport spécial sur le captage et le stockage du dioxyde de carbone en 2005[13]. Tout cela montre l'importance d'utiliser la technologie CSC aux côtés d'autres technologies telles que les énergies renouvelables pour atténuer les problèmes croissants liés au changement climatique. Il existe trois principales méthodes de captage du carbone[14]: premièrement, le captage du carbone post-combustion, dans lequel le CO2le flux est extrait des gaz de combustion des centrales électriques à combustible fossile ou des gaz d'échappement de l'industrie du ciment et de l'acier[15]. Deuxièmement, la capture du carbone par oxycombustible, dans laquelle le combustible est brûlé avec une concentration élevée d'O2flux de sorte que les gaz de combustion de l'installation ne soient constitués que de CO2et H2O. Ensuite, le mélange de CO2et H2L'O pourrait être séparé facilement en condensant les gaz de combustion[16]. Troisième, ⁎Auteurs correspondants. Adresses mail:mehrpoya@ut.ac.ir (M. Mehrpooya),hajinezhad@ut.ac.ir (A. Hajinezhad). https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.112752 Reçu le 30 janvier 2020 ; Reçu sous forme révisée le 16 mars 2020 ; Accepté le 17 mars 2020 0196-8904/ © 2020 Elsevier Ltd. Tous droits réservés. Listes de contenus disponibles surScienceDirect Conversion et gestion de l'énergie page d'accueil Journal:www.elsevier.com/locate/enconman 2 Nomenclature Travail [kW] ̇Débit massique [kg/s] Enthalpie spécifique [kJ/kg] ExTaux d'exergie [kW] JTempérature [K] s ̇Taux d'entropie [kW/K] Entropie spécifique [kJ/kg.K] ̇Chaleur transférée [kW] ̇Débit molaire [kmol/s] X g y Fraction molaire Énergie libre de Gibbs [kJ/kmol] Exergie spécifique [kJ/kmol] Rapport d'exergie Durée de vie du projet [année] gén Q tot ch pH 0 je c P F O Q équi Génération à la surface d'échange Total Chimique Physique État mort Composant i (Composition) Composant c (Équipement) Produit Le carburant Travailler Transfert de chaleur Équivalent Abréviations Taux d'actualisation annuel ŻTaux de coût [$/h] ̇Taux de coût exergétique [$/h] c r F Symboles grecs Efficacité exergétique Facteur d'entretien Heures de travail annuelles [h] Indices g F dehors dans cw cwo cwi ré Gaz fluide Sortie Entrée Eau de refroidissement Sortie d'eau de refroidissement Entrée d'eau de refroidissement Destruction CSC FLIC CEPCI EPV VAN Capex Opex O & M TEMA CD FRC COMP IL SEP MSHE VLV MÉLANGER Captage et stockage du carbone Coefficient de performance Indice de coût des usine génie chimique Valeur actualisée équivalente Coût unitaire exergétique [$/GJ] Différence de coût relative Facteur exergoéconomique Valeur actuelle nette Dépenses en capital Dépenses de fonctionnement Exploitation Service de refroidissement de l'association des fabricants d'échangeurs tubulaires Compresseur du facteur de récupération du capital Échangeur de chaleur Séparateur Vanne d'échangeur de chaleur multi- flux Mixer DIS-CLM Colonne de distillation LH LHDP CV AB Réf Linde-Hampson Compression de vapeur à double pression Linde-Hampson Réfrigération à absorption la capture du carbone avant combustion, dans laquelle la teneur en carbone du combustible est séparée de celui-ci avant même d'être brûlé en transformant le combustible en hydrogène à l'aide de techniques de gazéification[17]. Il existe également d'autres techniques non conventionnelles telles que l'utilisation de piles à combustible à carbonate fondu [18]et bouclage chimique[19]capter le CO2, mais ils ne sont pas aussi développés que les trois systèmes de capture mentionnés. Après avoir capturé la teneur en carbone des gaz de combustion, des gaz d'échappement ou des combustibles fossiles, le CO2le flux pourrait être utilisé pour produire des produits tels que des produits chimiques[20], nanotubes de carbone[21]ou même utilisé dans les industries des boissons. L'injection du CO capté2les flux dans les champs pétrolifères à des fins de récupération assistée du pétrole (EOR) est également une autre méthode utilisée depuis longtemps[22]. La plus grande part du CO capturé2, cependant, doit être stocké dans les sites géologiques ou océaniques car la quantité de CO capté2d'une centrale à charbon supercritique pourrait atteindre 634 kg par MWh d'électricité produite[23], ce qui représente une quantité considérable de CO2que tout cela ne peut pas être utilisé par les méthodes mentionnées précédemment. Si le CO capturé2est sur le point d'être transporté vers des sites d'utilisation ou de stockage, il convient de le traiter afin que son volume spécifique diminue. Transport de CO2pourrait être fait en utilisant l'un ou l'autre des pipelines [24]ou transport maritime[25]. Transport de CO2l'utilisation de pipelines est possible lorsque le CO2le flux est dans l'un de ses états fluides possibles, à savoir fluide ou liquide supercritique[26]. Quand le CO2est comprimé à un état supercritique, la pression de fonctionnement et la température du pipeline sont maintenues dans la plage de 85 à 120 bar et de 13 °C à 44 °C, respectivement pour assurer un écoulement monophasique dans les canalisations[27]. Cette plage de pression, qui est aussi élevée que celle des canalisations de transport de gaz naturel à haute pression, oblige à utiliser des canalisations épaisses qui augmentent le CO2coûts de transport, mais CO2le transport en phase supercritique est le plus établi. L'étude de Han et al.[27]mentionné plusieurs avantages du CO2 liquéfaction du flux pour le transport, dont le plus important est le volume spécifique inférieur du CO2flux lorsqu'il est liquéfié car il nécessite des tuyaux de diamètres inférieurs, ce qui entraîne une réduction des coûts. L'autre avantage est lié à la faible consommation d'énergie des stations d'amélioration de la pression de ligne, car la consommation d'énergie des pompes est bien inférieure à celle des compresseurs. L'étude de Zhang et al.[28]a montré une réduction de 16 % pour les coûts d'investissement de CO2transports lorsqu'il s'agit de longues distances. De plus, l'étude de Teh et al.[29] ont indiqué que la consommation d'énergie serait de 50 % supérieure si la phase supercritique était prise en compte pour le CO2 transport. En plus uploads/Finance/ comparison-of-different-co2-liquefaction.pdf