no-img
شبیه سازی، برنامه نویسی، پایان نامه

بررسی عوامل موثر بر کارایی پیل سوختی هیدروژنی، پایان نامه مهندسی مکانيک | شبیه سازی، برنامه نویسی، پایان نامه


شبیه سازی، برنامه نویسی، پایان نامه
adsads

ادامه مطلب

DOC
پایان نامه بررسی عوامل موثر بر کارایی پیل سوختی هیدروژنی، مهندسی مکانیک
doc
آگوست 19, 2015
۳۰,۰۰۰ تومان
4 فروش
۳۰,۰۰۰ تومان – خرید

پایان نامه بررسی عوامل موثر بر کارایی پیل سوختی هیدروژنی، مهندسی مکانیک


عنوان: پایان نامه بررسی عوامل موثر بر کارایی پیل سوختی هیدروژنی، مهندسی مکانیک

رشته:  پروژه تخصصی دوره کارشناسی‌،مهندسی مکانیک گرایش حرارت و سیالات

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: ۱۰۸

 

 

چکیده:

در این پروژه به روشهای تولید هیدروژن و کاربرد آنها در وسایل نقلیه و محدودیتهای استفاده از آنها در وسایل نقلیه پرداخته می شود و در آخر هم صرفه بودن استفاده از هیدروژن را از نظر اقتصادی بررسی می کنیم و آنها را با وسایل نقلیه هیدروژنی مقایسه می کنیم.

برای تولید هیدروژن روشهای مختلفی وجود دارد که ۹۹% تولید هیدروژن توسط ریفورمینگ سوختهای فسیلی با بخار آب است. سوختهای فسیلی حاوی مقادیر بسیار زیادی هیدروژن می باشند ( مثل CH4 و C2H8) و با واکنش دادن آنها با بخار آب مقادیر زیادی هیدروژن آزاد می شود.

 در ادامه به معرفی پبل های سوختی می پردازیم پیل های سوختی به این ترتیب کار می کنند که اکسیژن با هیدروژن ترکیب می شود و گرما و آب بعلاوه جریان الکتریسیته تولید می شود. همانطور که مشخص است پیل های سوختی سهم قابل ملاحضه ای در کاهش نشر دی اکسید کربن دارند چون بدون سوزاندن سوخت های فسیلی از انرژی آنها استفاده می کنند و همچنین علاوه بر ان می توان از سیستم CCS که عبارت است از جذب دی اکسید کربن استفاده کرد. پیل های سوختی انواع متفاوتی  دارند که میتوان به پیل سوختی قلیایی، پیل سوختی اسید فسفریک، پیل سوختی کربنات مذاب، پیل سوختی اکسید جامد، پیل سوختی با الکترولیت پلیمر جامد اشاره کرد. که اینها را به خاطر انواع مختلف الکترولیت هایی که در آنها وجود دارد دسته بندی کرده اند. مثلا در پیل سوختی قلیایی الکترولیت هیدروکسید پتاسیم استفاده میشود و در پیل سوختی اسید فسفریک الکترولیت اسید فسفریک مورد استفاده قرار می گیرد. اما به طور کلی کار تمام این انواع پیل سوختی این است که هیدروژن و اکسیژن را با هم واکنش داده و آب و گرما و هیدروژن را تولید می کنند. اما در راه استفاده از پیل های سوختی مشکلاتی وجود داشت  و یکی از آن ها این بود که هیدروژن در دسترس نبود  که بتوان آن را به عنوان خوراک ورودی با اکسیژن در پیل سوختی ترکیب کرد اما این مشکل را با مبدلها برطرف کردند. مبدل دستگاهی است که سوخت های هیدروکربنی (گاز طبیعی، پروپان و بوتان) و یا سوخت های الکلی را به هبدروژن تبدیل می کند به ایت ترتیب با داشتن سوخت هیدروکربنی و مبدل سوخت مواد اولیه مورد نیاز برای پیل سوختی تامین می شد.

در ادامه به بررسی تولید هیدروژن از متانول پرداخته می شود استفاده از متانول برای تولید هیدروژن از این نظر بهتر از سوختهای فسیلی است که در آن پیوند بین کربن و کربن وجود ندارد پس در دمای پایین تر می توان پیوند ها را شکست و هیدروژن نیز راحتتر تولید می شود. که البته خود متانول از گاز متان تولید می شود. همچنین متانول نسبت به سوختهای فسیلی دارای قبلیت اشتعال کمتری است و قابلیت انتشار کم به محیط  به دلیل فشار بخار پایین را دارد که این ها از مزایای استفاده از متانول می باشند.

از روش های دیگر تولید هیدروژن الکترولیزآب است. در آن با استفاده از یک اختلاف پتانسیل اولیه ملکولهای آب را تجزیه کرده و اکسیژن و هیدروژن تولید می کنند. الکترولیز دارای مزیت هایی نسبت به روش های دیگر تولید هیدروژن است که از جمله آن ها می توان به این اشاره کرد که با الکترولیزآب هم میتوان هیدروژن و هم می توان اکسیژن لازم را بدست آورد و الکترولیز آب هیدروژن را با درصد خلوص بالا تولید می کند و هزینه های آب نسبت به روش های دیگر بسیار کمتر است اما مشکلی که در اینجا با آن سروکار داریم این است که برای الکترولیز به انرژی الکتریکی اولیه ای نیازمندیم، برای حل این مشکل کارهایی انجام شد از جمله این که دستگاه هایی تولید شد که بدون جریان اولیه برق الکترولیز آب را انجام می دادند. و برای انجام این کار از انرژی الکترومغناطیسی استفاده می شود که این دستگاه خود دارای محدودیت هایی است از جمله آن که این دستگاه ها دارای حجم زیادی می باشند.

استفاده از هیدروژن دارای محدودیت زیادی است از اولین این محدودیت ها مقاومت افکار عمومی است چون هنوز این سوخت در بین مردم جا باز نکرده است و مردم آن را به عنوان یک سوخت قبول ندارند، از دیگر محدودیت های آن محدودیت های زیر بنایی است که مربوط می شود به تولید خودرو هایی که از سوخت هیدروژن استفاده کنند و همچنین دسترسی آسان به هیدروژن، از دیگر محدودیت ها ذخیره سازی هیدروژن در اتومبیل است چون ذخیره کردن هیدروژن در اتومبیل نیازمند حجم زیادی است برای این مشکل راه کارهایی ارائه شده است که می توان به فشرده کردن هیدروژن و ذخیره سازی سرد هیدروژن مایع و جذب روی هیدرهای فلزی اشاره کرد.

در ادامه بحث به توضیح در مورد تنها آلاینده سوخت هیدروژنی که اکسید ازت است پرداخته شده است. که میزان اکسید ازت ازاد شده به عوامل متعددی از جمله دمای احتراق بستگی دارد در این پروژه بررسی شده است که نشر اکسید ازت در ضریب تعادل های مختلف چقدر است.

در خوردروهای هیدروژنی یه خاطر دینامیک کند موتور باید از یک منبع انرژی ثانویه مانند باتری یا خازن استفاده کرد در این پروژه این موضوع را مورد بررسی قرار می دهیم که با استفاده از کنترل مستقیم گشتاور چگونه می توان این حجم منابع را کاهش داد.

در مرحله بعد در مورد ریفورمینگ گاز طبیعی با بخار آب در راکتور های غشایی صحبت شده است که در این روش با استفاده از راکتورهای غشایی هیدروژن را از گاز سنتز جدا می کنند. که از جمله مزیت هایی که در این روش وجود دارد این است که این روش در دماهای پایین تری انجام می شود و همچنین میزان خالص سازی هیدروژن دراین روش بسیار بیشتر است

 

 

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                          

مقدمه.

فصل اول

پیلهای سوختی

۱-۱- کارکرد پیل سوختی یا فیوسل:

۱-۲- سهم سیستم های پیل سوختی در کاهش نشر دی اکسیدکربن درحوزه های کاربردی آن ها:

۱-۱-۱- کلیات:

۱-۱-۲- حوزه قابل حمل:

۱-۱-۳- حوزه حمل ونقل..

۱-۳- تاریخچه پیل سوختی:

۱-۴- عملکرد پیل سوختی :

۱-۵- انواع پیل سوختی :

۱-۵-۱- پیل سوختی قلیایی :

۱-۵-۱-۱- مزایای پیل قلیایی :

۱-۵-۱-۲- معایب پیل قلیایی :

۱-۵-۲- پیل سوختی اسید فسفریک :

۱-۵-۲-۱- مزایای پیل اسید فسفریک :

۱-۵-۱-۲- معایب پیل اسید فسفریک :

۱-۵-۳- پیل سوختی کربنات مذاب :

۱-۵-۳-۱- مزایای پیل کربنات مذاب :

۱-۵-۳-۲- معایب پیل کربنات مذاب :

۱-۵-۴- پیل سوختی اکسید جامد :

۱-۵-۴-۱- مزایای پیل اکسید جامد :

۱-۵-۴-۲- معایب پیل اکسید جامد :

۱-۵-۵- پیل سوختی با الکترولیت پلیمر جامد :

۱-۵-۵-۱- مزایای پیل با الکترولیت پلیمر جامد :

۱-۵-۵-۲- معایب پیل الکترولیت پلیمر جامد :

۱-۶- سلول های سوختی چگونه کار می کنند؟.

۱-۶-۱- مشکلات سلول سوختی:

۱-۶-۲- اهداف سلول سوختی:

۱-۷- دیدگاههای زیست محیطی در بکارگیری از پیل سوختی :

۱-۸- پلاریزاسیون در پیلهای سوختی :

۱-۹- نیروگاه پیل سوختی :

۱-۱۰- بررسی امکان ساخت پیلهای سوختی در ایران و شناسایی سازندگان احتمالی:

فصل دوم

متانول و کاربرد آن در اتومبیل پیل سوختی

۲-۱- مقدمه:

۲-۲-تولید، مصرف و بازار متانول در ایران، منطقه خلیج فارس و جهان :

۲-۲-۱- واردات، تولید، مصرف و صادرات در متانول ایران :

۲-۳- تغییرات مصرف سالیانه متانول در نقاط مختلف جهان در سالهای آینده :

۲-۴- ایجاد و توسعه شبکه ذخیره سازی و پخش متانول و هیدروژن برای اتومبیل ها:

۲-۵- چرا ایران باید هر چه سریع تر فن آروی پیل سوختی را به دست بیاورد؟.

۲-۶- مقایسه هزینه های متانول و بنزین به عنوان سوخت اتومبیل :

۲-۷- تولید و تجزیه طبیعی متانول :

۲-۹- آیا مصرف متانول در اتومبیل پیل سوختی، گاز گلخانه ای تولید می شود؟.

فصل سوم

۳-۱- بررسی گازهای تولید کننده اوزون شهری :

۳-۲- مقایسه اتومبیل های با سوخت گاز طبیعی فشرده (سی ان جی ) با اتومبیل پیل سوختی متانولی :

۳-۲-۱- نتیجه گیری :

۳-۳- منابع تجدید پذیرانرژی برای تولید هیدروژن:

۳-۴- توافقنامۀ جهانی هیدروژن:

۳-۵- نگرش زیست محیطی به هیدروژن:

فصل چهارم

۴-۱- الکترولیز آب:

۴-۲-۱- الکترولیز آب بدون برق:

۴-۳- روشی برای تولید ارزان هیدروژن:

۴-۴- تولید هیدروژن از زغال سنگ:

۴-۵- ریفرمینگ بخار:

۴-۶- گاز سنتز:

۴-۶-۱- روشهای تولید گاز سنتز:

۴-۶-۲- فرایند مناسب جهت تولید گاز سنتز:

۴-۷- محدودیت های کاربرد انرژی هیدروژن:

۴-۷-۱- مقاومت افکار عمومی:

۴-۷-۲- محدودیت های زیر بنایی:

۴-۷-۳- ذخیره سازی به همراه خودروها:

فصل پنجم

۵-۱- کاهش سایز منبع انرژی ثانویه در خودروی پیل سوختی با استفاده از کنترل مستقیم گشتاور:

۵-۱-۱- کنترل مستقیم گشتاور:

۵-۱-۲- شبیه سازی:

۵-۲- فرایند ریفورمینگ گاز طبیعی با بخار آب در راکتورهای غشایی:

۵-۲-۱- مدل سینیتیکی واکنشهای اصلی فرایند SMR:

۵-۲-۲- مکانیزم جداسازی با غشا:

۵-۲-۳- مقایسه نسبت بخار آب به متان در خوراک ورودی به راکتور غشایی و راکتور معمولی:

۵-۲-۳- اثر فشار واکنش بر میزان تبدیل متان در راکتورها معمولی :

۵-۳- توصیف وسیله نقلیه هیبرید پیل سوختی:

۵-۳-۱- مقایسه سیستم پیل سوختی و موتورهای مرسوم:

نتیجه گیری:

منابع :

 

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                       

شکل ۱-۱: کارکرد پیل سوختی یا فیوسل..

شکل ۱-۱: اجزای یک سلول سوختی PEM…

شکل ۴-۱: الکترو لیز آب..

شکل ۴-۲: شماتیک الکترولیز آب..

شکل ۴-۳: ریفرمینگ بخار

شکل ۴-۴: پایلوت تولید گاز سنتز.

شکل ۵-۱: نحوه تولید ولتاژ DC برای تولید نیرو محرکه مبتنی بر پیل سوختی..

شکل ۵-۲: کنترل مستقیم گشتاور بر اساس کلید زنی..

شکل ۵-۳: بلوک دیاگرام کنترل خودروی پیل سوختی به روش مدولاسیون بردار فضا

شکل ۵-۴: بلوک دیاگرام کنترل خودروی پیل سوختی به روش کنترل مستقیم گشتاور

شکل ۵-۵: شکل موجها به روش DTC..

شکل ۵-۶: شکل موجها به روش SVM…

شکل ۵-۷: شکل موجهای روش DTC در هنگام شتاب گیری..

شکل ۵-۸: شکل موجهای روش SVM در هنگام شتاب گیری..

شکل ۵-۹: دیاگرام جریانی راکتور غشایی..

شکل ۵-۱۰: میزان تبدیل متان در راستای طول راکتور به ازای مقادیر مختلف…

شکل ۵-۱۱: اثر فشار روی تبدیل متان در راکتور غشائی..

شکل ۵-۱۲: اثر بر روی میزان تبدیل متان در رفورمرهای معمولی..

شکل ۵-۱۳: سیستم پیل سوختوی وسیله نقلیه.

شکل ۵-۱۴: مقایسه وسایل نقلیه احتراق داخلی مختلف…

شکل ۵-۱۵: مقایسه وسایل نقلیه احتراق داخلی..

شکل ۵-۱۶: مقایسه بازدهی انرژی اجزای مختلف وسایل نقلیه.

شکل ۵-۱۷: مقایسه تلفات انرژی در اجزای مختلف وسایل نقلیه.

شکل ۵-۱۸: بازدهی انرژی سیستم پیل سوختی در سوختهای مختلف…

شکل ۵-۱۹: بازدهی انرژی وسایل نقلیه متفاوت در سوختهای مختلف…

 

مقدمه

هیدروژن ماده اولیه بسیار مهم در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی محسوب می شود. میزان تولید فعلی سالانه هیدروژن در جهان حدود ۵۰ میلیون تن در سال است. در این میان ۹۹% هیدروژن توسط فرآیند ریفرمینگ سوختهای فسیلی (عمدتاً گاز طبیعی) با بخار آب تولید می شود. ۹۷% این میزان تولید در همان مکانهای مصرف (پتروشیمی ها، پالایشگاهها و …) می باشد و حدود ۳% به صورت تجاری و به منظور فروش تولید می شود. عمده مصارف هیدروژن را می توان در پالایشگاهها جهت فرآیند هیدروژناسیون، واحدهای پتروشیمی جهت تولید آمونیاک و متانول و همچنین تبدیل پارافینها به الفینها ذکر کرد.

همزمان با فشار فزایندۀ سازمانهای مسئول برای جلوگیری از گرم شدن بیشتر کرۀ زمین در اثر انتشار گازهای گلخانه ای که ناشی از سوختن سوختهای فسیلی می باشند ، تمرکز زیادی بر روی تولید و استفاده از گاز هیدروژن بعنوان یک منبع انرژی شده است. ارزش نهفته کاربرد گاز هیدروژن بعنوان سوخت یا حامل انرژی آن است که در محلی که این گاز سوزاننده و مصرف می شود فقط بخار آب تولید می شود و آلودگی بسیار ناچیزی را ممکن است ایجاد کند و یا اصلاً آلودگی ایجاد نمی کند. آنچه در این رابطه درباره هیدروژن باید گفت آن است که هیدروژن مانند سوختهای فسیلی و گاز طبیعی بطور آماده در طبیعت یافت نمی شود و لذا تولید آن نیازمند صرف هزینه انرژی اولیه است که بایستی بتوان آن را از منابع خاصی بطور فراوان و با قیمت قابل رقابت تولید نمود .در هر صورت کاربرد هیدروژن بعنوان یک منبع عام انرژی دارای محدودیتهای تکنولوژیک و ابزاری می باشد.

این پایان نامه با آیین نامه نحوه نگارش و تدوین پایان نامه تهیه شده و آماده ارائه میباشد.

 

 



ads

درباره نویسنده

admin 786 نوشته در شبیه سازی، برنامه نویسی، پایان نامه دارد . مشاهده تمام نوشته های

دیدگاه ها


دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *