Doğalgazın ısıl değerinin güneş enerjisi kullanılarak artırıldığı bir aerosol akış reaktörünün sayısal incelenmesi ve tekno-ekonomik analizi

Abstract

ÖZET: Aerosol reaktör, metan, bozunum, modelleme,yoğunlaştırılmış güneş enerjisi, tekno-ekonomik analiz, hesaplamalı akışkanlar dinamiği Güneş eneıjisinin depolanması ve transferi için çeşitli mühendislik yaklaşımları geliştirilmektedir. Bunlar içinde öne çıkan konulardan birisi güneş enerjisinin termokimyasal yöntemlerle depolanmasıdır. Bu yöntemle normal koşullar altında bile büyük miktarda enerjinin depolanabilmesi imkânı vardır. Diğer taraftan kolay elde edilebilmesi ve yaygınlığı dolayısı ile metan termokimyasal enerji depolamada kullanılabilecek yaygın ve ucuz bir maddedir. Bundan dolayı son zamanlarda metanın termokimyasal dönüşümlerde kullanımına ilişkin çeşitli yöntemler geliştirilmiştir ve bu yöntemler üzerinde hem deneysel hem de teorik araştırmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada metanın bozunumunun sayısal incelenmesi ve ekonomik yönleri üzerinde çalışılmıştır. Metan bozunumu için güneş enerjisi kullanılmasında önemli bir avantaja haiz kuvars aerosol reaktörler üzerinde araştırma yapılarak bu konu üzerinde çalışılmıştır. Ele alman reaktöre metan ve karbon parçacıkları birlikte gönderilir ve gönderilen ve oluşan karbon parçacıkları ısı transfer oranım artırır. Bu alanda deneysel çalışmalar baz alınarak yapılmış ilk çalışmadır. Fluent 6.0.12 programı ile nümerik bir model oluşturularak bu modelin çözümü ile elde edilen sonuçlar literatürde verilen deneysel çalışmalarla karşılaştırılmış ve oluşturduğumuz nümerik modelin uygun sonuçlar verdiği görülmüştür. Daha sonra besleme akış debilerinin, reaktör geometrilerinin ve farklı duvar sıcaklıklarının metanın bozunumuna olan etkileri incelenmiştir. Bozunum mekanizması enerji, akış, ışınım ile ısı geçişi, iki fazlı akış ve kimyasal kinetik olguları temelinde ele alınmıştır. Mekanizma fazla sayıda parametreye bağlı olarak açıklanabildiğinden oldukça karmaşıktır. Aerosol reaktödeki bozunum sürecine ait çok çeşitli parametrelerin etkileri ancak tam kapsamlı bir nümerik modelleme ile incelenebilirdi. Bu çalışmada ilk defa olarak sürece etki eden bütün parametreler bir arada ele almarak çözümleme yapılmıştır. Bu nedenle bu konuda yapılmış diğer çalışmalara farklı bir katkı sağlamaktadır. Aynı çalışma kapsamında güneş enerjisinin bu tip süreçlerde değerlendirilmesine ilişkin teknik ve ekonomik parametrelere bağlı olarak 30 Mw'lik bir tesis için bir tekno-ekonomik analiz yapılmıştır.

NUMERICAL INVESTIGATION AND THECNO-ECONOMIC ANALYSIS OF AN AEROSOL FLOW REACTOR TO INCREASE NATURAL GAS CALORIFIC VALUE BY USING SOLAR ENERGY SUMMARY Key Words: Aerosol reactor, methane, decomposition, modelling,concentrated solar energy, thecno-economic analysis, computional fluid dynamic It is developed different engineering approaches for solar energy that one renewable energy sources conversion is to store and transfer. The favorit approach of these is storing solar energy by using thermochemical reaction method. It is possible to obtain energy storing with this method even surroundingd conditions. In addition this, methane is very suitable matter for thermochemical energy storing on account of easy way of be obtained and widespread. In this respect, it has been developed certain methods relating to thermochemical conversion of methane. There are alot of theoritical and experimental researchs in this fields. In this study, it is studied numerical examination of methane decomposition and economic aspects of hydrogen production plants by using methane decomposition process at concentrated solar energy sysytems. Aerosol quartz reactors which have advantage at solar energy conversion were researched and examined. Carbon and methane are injected in aline to reactor and injected and formed particultes increse heat transfer rates. It is the first study in this field in respect of last made experimental and one dimensional numerical studies. It was used firstly computional fluid dynamic methods for examination and explanation at methane decomposition mechanism in aeroel reactor by using solar energy. Fluent 6.0.12 code was used solution of numerical model including momentum, energy, heat transfer, reaction kinetics, discrete phase flow and radiation of heat equations. Results were compared with the other numerical and experimental studies an seen harmonic with to those. Afterwards, it was examined the effects of variant feed rates, wall temperatures and different geometric structures at methane decomposition. Decomposition mechanism was defined simultaneously and integrated momentum, energy, heat transfer, reaction kinetics, discrete phase flow and radiation of heat equations. Because of this aprroach it is very different study from the others. Mechanism is very complex due to the lots of parameters. The effects of the mechanism parameters could be effectly examined two dimensional numerical model with CFD method. Since computional fluid dynamic was used copmlex methane decomposition mechanism regarding to many parameters, it supplied different contributes. Thecno-economic analysis study also deals with the thecno-economic respects of the methane decomposition regarding different parameters at solar plants. The goal is to develop a feasibity model of this systems for 30 MW plant and explain of the technics and economic parametres effects of this model. xviu