ایده ای برای تولید مواد شیمیائی و برق با استفاده از انرژی زمین گرمایی

نکات برجسته

چکیده

کلمات کلیدی

1. مقدمه

2. تولید NH3

شکل 1. ترکیب موازنهی NH3، N2 و H2 در دماها و فشارهای مختلف

شکل 2. طرح مفهومی برای تولید NH3 با استفاده از EGS با عمق 3000 متر

3. اکسیداسیون آلودهکنندهها در فاضلاب

4. تولید H2 از طریق اصلاح بخار CH3OH

شکل 3. ترکیبات موازنه  در دماها و فشارهای مختلف که با ضریب مولی  برابر با 1:2 شروع میشود. 

شکل 4. اصلاح بخار متانول در منبع ESG به عمق 10000 متر

شکل 5. ترکیب موازنهی متانول اصلاح شده با بخار

شکل 6. بهرهی اکسرژی و آنتالپی با اصلاح متانول  

شکل 7. طرح مفهومی برای تولید NH3 و توان با استفاده از حرارت EGS

5. تولید CH3OH از طریق اکسیداسیون جزئی متان

6. طراحی سیستم برای پیادهسازی واکنشهای شیمیائی

7. تحلیلی اقتصادی

شکل 8. سیستم زمین گرمایی بسته برای گرفتن و انتقال حرارت با ساز و کارهای واکنشی-تقویتی

8. نتیجه گیریها

این مقاله ایده ای را برای انجام فعالیت های شیمیائی تجاری و تولید توان با استفاده از گرمای زمین گرمایی ارائه می دهد. می توان از فشار بالا (Ps) و دما (Ts) که سیال ها از منابع عمیق زمین گرمایی می گیرند برای تولید مواد شیمیائی یا تصفیه ی آلودگی ها بهره برد. واکنش های بالای P که ممکن است گران قیمت باشد یا پیاده سای آن روی سطح زمین غیر ایمن است می توان در منابه زمین گرمایی با استفاده از طرح های بسته بکار برد. نمونه هایی از واکنش هایی را نشان می دهیم که ممکن است از سیستم های زمین گرمایی تقویت یافته (EGS) شامل تولید آمونیاک (NH3)، اکسیداسیون فوق بحرانی از آلاینده های فاضلاب، تولید هیدروژن (H2) توسط بخار اصلاح متانول (CH3OH) و اکسیداسیون جزئی متان (CH4) در تولید CH3OH بهره ببرند.

انرژی زمین گرمایی منبع انرژی داخلی بزرگی است که دوست دار محیط است و می تواند ظرفیت بار پایه را برای تامین دیماند مشتریان (مصرف کنندگان) در سرتاسر دنیا بدون وقفه تامین کند. تخمین زده می شود که نیروگاه های زمین گرمایی تنها بین 19 تا 103 گرم CO2 در هر کیلووات ساعت برق تولید کنند [10]. در مقایسه، نیروگاه های برق با سوخت فسیلی تقریبا 1235 گرم CO2 در هر کیلووات ساعت برق تولید می کنند و نیروگاه های برق با سوخت گاز طبیعی تقریبا 487 گرم CO2 در هر کیلووات ساعت برق تولید می کنند [10]. تحقیق جدیدی که توسط دانشگاه MIT انجام شده است [6] تخمین زد که EGS می تواند بیش از 100,000MWe در 50 سال تولید کند. در حال حاضر، انرژی زمین گرمایی برای تولید توان و برای کاربردهای صنعتی و گرمایش خانگی بکار برده می شود. فن آوری که انرژی را از EGS دریفات کند در حال توسعه است. در حال حاضر، چالش های متعددی فرا راه توسعه ی موفقیت آمیز صنعت EGS وجود دارد که شامل موارد زیر است: * حفاری چاه های EGS که عمیق تر از 3000 متر هستند در مرحله ی آزمایشی قرار دارد با اینکه صنایع گاز و نفت توانسته اند چاه-های عمیقی را در محیط هایی با دمای کم تر حفر کنند. شرکت Exxon Neftegaz Limite توانسته است چاهی را حفر کند که در عمق 11 کیلومتری قرار دارد [3]. * شکستن سنگ و تزریق سیال برای دستیابی به حرارت لزوما منجر به استفاده ی بیش از حد از آب و تلفات می گردد. صدها ملیون گالن آب لازم هستند که مستلزم استفاده ی بیش از حد از آب است. برای نمونه، نیروگاهی که 10 گالن آب بر ثانیه پمپ می کند و تلفات آب آن 10% است بیش از 31 ملیون گالن آب در سال تنها برای جبران تلفات آب نیاز خواهد داشت. این میزان علاوه بر آب مورد نیاز خود نیروگاه است. آب با T و P بالا بخصوص در آب سطحی حلال خوبی برای برخی از مواد معدنی سنگی است. مواد معدنی حل شده می توانند بصورت نوسان T و P در EGS و در لوله ها آبشویی شوند و بدین ترتیب نفوذ پذیری EGS را کاهش دهند. سیال هایی که فعل و انفعالی با مواد معدنی سنگی ندارند ممکن است مزایای داشته باشند. *‌ فعالیت زمین لرزه ای مرتبط با شکستن هیدرولیک منابع EGS ممکن است در مکان هایی باعث توقف کار شود. پروژه های EGS عمیق که در آن T به بیش از 375 درجه ی سانتیگراد می رسد ممکن است باعث نرم شدن سنگ شود که در نتیجه به بدشکلی و حرکت آن منجر می گردد و حفظ ترک ها در سنگ دشوار و پرهزینه می¬گردد. لذا، ایدهها و طرح های جدیدی ممکن است برای بهره برداری موثرتر از این منبع انرژی لازم باشند. دماها (Tها) و فشارهای بالا (Pها) در انجام بسیاری از واکنش-های شیمیائی تجاری لازم هستند منجر به افزایش هزینه ها و کاهش پایداری می گردند. سیال های تزریقی در منابع سیستم های زمین-گرمایی تقویت شده (EGS) ممکن است به حالت فوق بحرانی بدون پمپاژ یا فشار مکانیکی شدید از لحاظ انرژی دست یابند. سیال-های فوق بحرانی حلال های بسیار خوب و محیط های موثری برای انجام واکنش های شیمیائی هستند [4، 7، 8]. این امر باعث می شود تا منابع EGS برای انجام واکنش های شیمیائی مناسب گردند در حالیکه حرارت EGS را برای تولید توان انتقال می دهند. حتی واکنش های گرماده برای افزایش سرعت واکنش خود نیاز به حرارت دارند. همچنین، بخاطر اینکه واکنش ها در زیر زمین انجام می-شوندهزینه ی سیستم ممکن است کاهش یابد زیرا ضوابط سختگیرانه ی کم تری برای عامل های واکنش P بالا وجود دارد. تولید همزمان توان و مواد شیمیائی با استفاده از منابع EGS فرصت کسب و کار منحصربفردی را بوجود می آورد. بخاطر اینکه احتمال آلودگی زیر زمین یا سطح توسط مواد شیمیائی و همچنین واکنش دهنده ها و تولیدات این مواد نگرانی زیادی را در پی دارد که ممکن است در EGS وجود داشته باشد و مانع از از دست دادن واکنش دهنده ها و محصولات شود، طرح های سیستم بسته ضروری هستند. در این مقاله، از فرآیندهای فشار بالا و دما بالا استفاده می-کنیم که می توان برای استفاده با منابع EGS بکار بست. این موضوعات در زیر مورد بحث و بررسی قرار می گیرند.