Προσομοίωση και τεχνο-οικονομική αξιολόγηση της επένδυσης παραγωγής αμμωνίας για χρήση ως φορέας υδρογόνου

Κοτσιφάκος, Γεώργιος; Kotsifakos, Georgios

dc.contributor.author	Κοτσιφάκος, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Kotsifakos, Georgios	en
dc.date.accessioned	2025-04-04T07:20:00Z
dc.date.available	2025-04-04T07:20:00Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61618
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29314
dc.rights	Default License
dc.subject	Μπλε αμμωνία	el
dc.subject	Φορέας υδρογόνου	el
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Οικονομική ανάλυση	el
dc.subject	Blue ammonia	en
dc.subject	Hydrogen carrier	en
dc.subject	Simulation	en
dc.subject	Economic analysis	en
dc.title	Προσομοίωση και τεχνο-οικονομική αξιολόγηση της επένδυσης παραγωγής αμμωνίας για χρήση ως φορέας υδρογόνου	el
dc.title	Simulation and techno-economic assessment of ammonia production investment for use as a hydrogen carrier	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ορθολογική και αειφορική διαχείριση ενεργειακών συστημάτων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10-01
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια, η χρήση ορυκτών καυσίμων ως η κύρια πηγή ενέργειας έχει προκαλέσει μεγάλη αύξηση των επιπέδων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, που είναι η κύρια αιτία υπερθέρμανσης του πλανήτη. Το φαινόμενο της κλιματικής αλλαγής απασχολεί ολοένα και περισσότερο και συνεπώς η απαλλαγή από τις εκπομπές άνθρακα με τη χρήση εναλλακτικών καθαρών, βιώσιμων και ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι απαραίτητη για τη μελλοντική ενεργειακή βιωσιμότητα και την παγκόσμια ασφάλεια. Το υδρογόνο έχει τη δυνατότητα να συμβάλει σημαντικά στη μείωση των εκπομπών στους τομείς της ενέργειας, των μεταφορών και της βιομηχανίας. Ωστόσο, η χρήση του ως καύσιμο προβληματίζει, λόγω του αυξημένου κόστους αποθήκευσης και διανομής του. Η υγρή αμμωνία αποτελεί έναν ιδανικό υποψήφιο φορέα υδρογόνου συνδυάζοντας σημαντική περιεκτικότητα σε Η2 και υψηλό ενεργειακό περιεχόμενο. Η βιομηχανική της παραγωγή είναι ευρεία, το δίκτυο διανομής ανεπτυγμένο και οι ιδιότητές της κατάλληλες για οικονομική αποθήκευση. Στο πλαίσιο αυτό, στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η διεργασία παραγωγής αμμωνίας από φυσικό αέριο με ταυτόχρονη δέσμευση του παραγόμενου διοξειδίου του άνθρακα (παραγωγή μπλε αμμωνίας). Η προσομοίωση της διεργασίας πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του υπολογιστικού εργαλείου Aspen Plus V11. Πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις ευαισθησίας για την εύρεση των βέλτιστων συνθηκών λειτουργίας της διεργασίας και έγινε προκαταρκτική οικονομική ανάλυση της μονάδας παραγωγής μπλε αμμωνίας. Η μονάδα παραγωγής μπλε αμμωνίας χωρίζεται στις διεργασίες της αναμόρφωσης φυσικού αερίου (ΦΑ) με ατμό (SMR), της χημικής απορρόφησης/δέσμευσης του CO2 και της σύνθεσης αμμωνίας μέσω της διεργασίας Haber-Bosch. Αρχικά, κατασκευάστηκε η προσομοίωση της αναμόρφωσης με ατμό στο λογισμικό του Aspen Plus. Πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις ευαισθησίας ως προς τις συνθήκες λειτουργίας των αντιδραστήρων και βελτιστοποίηση της διεργασίας SMR με σκοπό τη μεγιστοποίηση της συνολικής παραγωγής υδρογόνου, ελαχιστοποιώντας παράλληλα τις απαιτήσεις σε θερμά και ψυχρά φορτία. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση της διεργασίας δέσμευσης CO2 . Για τη διεργασία χημικής απορρόφησης, επιλέχθηκε ως διαλύτης υδατικό διάλυμα μονοαιθανολαμίνης (MEA). Σκοπός της διεργασίας ήταν η δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα κατά 90% από το ρεύμα τροφοδοσίας στη στήλη απορρόφησης. Εξετάστηκαν τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των στηλών απορρόφησης και απογύμνωσης καθώς και η επίδραση του λόγου ανθράκωσης. Ωστόσο, η αριστοποίηση της συγκεκριμένης διεργασίας πραγματοποιήθηκε ύστερα από την οικονομική ανάλυση. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκε η προσομοίωση της διεργασίας της σύνθεσης αμμωνίας μέσω της διεργασίας Haber-Bosch, με το άζωτο να λαμβάνεται από τον ατμοσφαιρικό αέρα. Σε αυτή την προσομοίωση περιλαμβάνεται η διεργασία της μεθανοποίησης, της σύνθεσης καθώς και της ψύξης και του τελικού διαχωρισμού της υγρής αμμωνίας ώστε να είναι κατάλληλη για αποθήκευση. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις ευαισθησίας και βελτιστοποίηση της διεργασίας με στόχο την μέγιστη παραγωγή αμμωνίας. Συνολικά, η διεργασία επιλέχθηκε να επεξεργάζεται 83,9 χιλ. τόνους ΦΑ/χρόνο στην διεργασία αναμόρφωσης, από τη διεργασία της σύνθεσης παράγονται 147,5 χιλ. τόνοι NH3/χρόνο, καθαρότητας 99,22%, και δεσμεύονται 221,6 χιλ. τόνοι CO2/χρόνο στη μονάδα απορρόφησης. Στο τελευταίο στάδιο της εργασίας, πραγματοποιήθηκε προκαταρκτική οικονομική ανάλυση της συνολικής διεργασίας παραγωγής μπλε αμμωνίας. Συγκεκριμένα, προσδιορίστηκε το πάγιο κόστος κάθε διεργασίας, στο οποίο περιλαμβάνεται το κόστος εγκατάστασης του εξοπλισμού (μεθοδολογία «Detailed Factorial»), το κόστος για την αγορά των καταλυτών της εκάστοτε διεργασίας και το κόστος αγοράς διαλύτη. Το πάγιο κόστος όλης της μονάδας παραγωγής μπλε αμμωνίας ανέρχεται στα 51 εκατ. €. Όσον αφορά στο λειτουργικό κόστος της μονάδας, σε αυτό υπεισέρχεται το κόστος των βοηθητικών παροχών, το λειτουργικό κόστος για τα ρεύματα τροφοδοσίας καθώς και το σταθερό λειτουργικό κόστος. Το λειτουργικό κόστος όλης της μονάδας παραγωγής μπλε αμμωνίας ανέρχεται στα 122,3 εκατ. € ανά έτος. Επομένως, το κόστος της παραγόμενης αμμωνίας ισοδυναμεί με 783,7 €/ton NH3. Το κόστος αυτό είναι ενδεικτικό λόγω της τρέχουσας αβεβαιότητας στο κόστος της ενέργειας, δηλαδή στις τιμές προμήθειας φυσικού αερίου και ηλεκτρικής ενέργειας. Βάσει της πολιτικής της Ευρωπαϊκής Ένωσης για το κλίμα προβλέπεται ότι στα επόμενα χρόνια θα υπάρξει σημαντική αύξηση στο φόρο εκπομπών άνθρακα, ενώ η τιμή του φυσικού αερίου πρόκειται να σταθεροποιηθεί ή και να μειωθεί. Ως εκ τούτου, στα επόμενα χρόνια η βιωσιμότητα της διεργασίας αναμένεται να ευνοηθεί ως αποτέλεσμα πολιτικών επιλογών.	el
heal.advisorName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Λούλη, Βασιλική	el
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	153 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false