Termokimyasal hidrojen üretim entegre sistemlerinin termodinamik analizi
Thermodynamic analysis of the thermochemical hydrogen production based integrated systems
Yazar: GÜLİZ ÖNDER ÇELİK
Danışman: PROF. DR. MURAT ÖZTÜRK
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Enerji üretimi = Energy generation ; Hidrojen üretimi = Hydrogen production

Özet:
Bu tez çalışmasında iki farklı multijenerasyon sistem önerilmiş ve termokimyasal analizleri yapılmıştır. İlk sistem Kalina, magnezyum-klor, tek etkili absorpsiyonlu soğutma ve Organik Rankin Çevrimleri ile hidrojen sıvılaştırma alt sisteminden oluşmaktadır. Parabolik çanak kollektörle ısıtılan çalışma sıvısının enerjisi önce Organik Rankin Çevrimi'ne aktarılır ve burada güç üretimi gerçekleştirilir. Sonra magnezyum-klor termokimyasal çevrimine enerji sağlanarak H2 ve O2 üretilir. H2 sıvılaştırılarak depolanır.  Atık ısı Kalina çevrimine gönderilerek güç ve evsel kullanım için sıcak su üretilir. Son olarak atık ısı tek etkili absorpsiyonlu soğutma çevrimine gönderilerek soğutma işlemi yapılır ve tekrar kullanılmak üzere soğuk depolama tankına gönderilir. Yapılan termodinamik analizlere göre birleşik sistemin enerji ve ekserji verimlilikleri sırasıyla %54,17 ve %50,46 olarak hesaplanmıştır.

İkinci sistem ise, biyokütle gazlaştırma, Brayton, bakır-klor, Organik Rankin ve Kalina çevrimleriyle, kademeli soğutma, kurutma ve hidrojen sıvılaştırma alt sistemlerinden oluşmaktadır. Brayton çevriminde biyogaz yakılarak güç üretilir. Egzoz gazıyla önce bakır-klor döngüsüne ısı transfer edilerek burada O2 ve H2 üretimi gerçekleştirilir. H2 sıvılaştırılarak depolanırken bir yandan da güç üretilir. Atık ısı sırasıyla Organik Rankin ve Kalina çevrimlerine gönderilerek tekrar güç üretilir. Sonra kademeli soğutma sisteminde soğutma işlemi için kullanılır. Son olarak kurutma işleminde kullanılır. Sistemin enerji ve ekserji verimliliği sırasıyla %56,71 ve %53,59'dur. Hesaplamalar EES (Engineering Equation Solver) programı kullanılarak yapılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Magnezyum-klor çevrimi, bakır-klor çevrimi, biyokütle gazlaştırma, güneş enerjisi, termokimyasal çevrim, hidrojen üretimi

Abstract:
In this thesis, two different multigeneration systems were proposed and thermochemical analyzes were performed. The first system includes Kalina, magnesium-chlorine, single-effect absorption cooling, and Organic Rankin Cycles and hydrogen liquefaction subsystem. The working fluid which heated by parabolic dish collector is first sent to Organic Rankine Cycle and generated power. Then this heat is sent to magnesium-clorine thermochemical cycle to produce H2 and O2. H2 is liquefied and stored. The waste heat is sent to the Kalina cycle to generate hot water for power and domestic use. Finally, the waste heat is sent to single-effect absorption cooling cycle and sent to the cold storage tank for reusing. According to the thermodynamic analyzes, the energy and exergy efficiencies of the combined system were calculated as 54.17% and 50.46%, respectively.

The second system includes biomass gasification, Brayton, copper-chlorine, Organic Rankin and Kalina cycles, cascaded refrigeration, drying and hydrogen liquefaction subsystems. Burning biogas generated power in the Brayton cycle. Firstly, the exhaust gas transferred to the copper-chlorine cycle, where O2 and H2 are produced. Power is generated while H2 was liquifying. The waste heat is sent to Organic Rankin and Kalina cycles respectively to generate power. Then used for cooling in the cascade refrigeration system and used in the drying process. The energy and exergy efficiency of the system is 56.71% and 53.59% respectively. Calculations were made using EES (Engineering Equation Solver) program.

Key Words: Magnesium-chlorine cycle, copper-chlorine cycle, biomass gasification, solar energy, thermochemical cycle, hydrogen production