n-buthanol-butyraldehyde-hydrogen chemical heat pump system

Abstract

Chemical heat pump represents a new technology with great potential to reduce the energy consumption in very different sectors. In a chemical heat pump, heat can be removed at low temperature from environment or from a heat reservoir by an endothermic reaction and can be boosted at high temperature to an industrial process stream by an exothermic reaction. Therefore, chemical heat pumps can provide the ability to capture the rejected low-grade heat and to reuse it at increased temperature levels in various industrial processes. Chemical heat pumps can operate with less electric power and compression compared to mechanical heat pumps and generally have higher thermodynamic efficiencies than them and they provide high storage capacity and high heat of reaction as compared to sensible heat generated by absorption. One of the most important advantages of a chemical heat pump results from the possibility of energy storage without heat loss caused by temperature differences. In this work a theoretical study was done for n-buthanol/butyraldehyde/hydrogen chemical heat pump system on the dehydrogenation of n-buthanol at low temperature and the hydrogénation of butyraldehyde at high temperature. Based on the performance and economic analysis, the quantity of waste-heat that must be supplied to produce the benefits of process heat and the value of minimum energy for the chemical heat pump to be more economical than the steam boiler with the same heat duty were determined.

Özet

Kimyasal ısı pompası, çok farklı sektörlerdeki enerji tüketimini azaltacak potansiyele sahip yeni bir teknolojidir. Bir kimyasal ısı pompasında, çevreden ya da düşük sıcaklıktaki bir kaynaktan endotermik bir reaksiyonla ısı alınır ve ekzotermik reaksiyonla yüksek sıcaklıkta endüstriyel bir proses akımına verilir. Dolayısıyla, çeşitli endüstrilerde kullanılamayan düşük sıcaklıktaki atık ısı, kimyasal ısı pompaları ile tutulabilir ve yüksek sıcaklık seviyelerinde tekrar kullanılabilir hale getirilebilir. Çok daha az elektrik gücü ve basınçla çalışan, genellikle mekanik ısı pompalarından daha yüksek termodinamik verimler sağlayan kimyasal ısı pompaları, yüksek depolama kapasitesine sahiptirler ve absorpsiyonla üretilen duyulur ısıya göre daha yüksek reaksiyon ısısı verirler. Bir kimyasal ısı pompasının en önemli avantajlarından biri, sıcaklık farklarından kaynaklanan ısı kayıpları olmaksızın enerji depolama olanağını sağlamasıdır. Bu çalışmada, n-bütanolün düşük sıcaklıkta , dehidrojenasyonu ve oluşan bütiraldehitin yüksek sıcaklıkta hidrojenasyonunu içeren, n-bütanol/bütiraldehit/hidrojen kimyasal ısı pompası sistemi teorik olarak incelenmiştir. Performans ve ekonomik analiz temelinde, proses ısısı gereksinimlerini karşılayacak atık ısı miktarı ve aynı ısı yükünde buhar kazanından daha ekonomik olacak kimyasal ısı pompası için gereken minimum enerji değeri saptanmıştır.