Kimya endüstrisinde hidrojen pinch uygulamaları

Hidrojen enerjisi en önemli yenilenebilir enerji kaynaklarından biridir. Geleceğin yakıtı ve büyük enerji problemlerine çözüm alternatifi olarak görülmektedir. Çalışma, birçok elementle kolayca reaksiyona girebilen ve bu sebeple birçok endüstride tercih edilerek yaygın olarak kullanılan hidrojenden, süreç boyunca daha etkin ve yüksek verimle faydalanılması, sürecin içeriğindeki CO2 emisyonunun en aza indirilmesi, ve maliyetinin düşürülerek, yararlanılması amaçlıdır. Hidrojen üretim kapasitesinin arttırılması hedeflendiğinde, hem yatırım hem de işletme maliyetinin buna bağlı olarak artacağı gözlemlenmektedir. Temel ekonomik problemlerin en aza indirilme hedefleri için, hidrojen yönetimi özellikle petrokimya endüstrileri başta olmak üzere, diğer birçok endüstriler için de gereklidir. Hidrojen-pinch uygulamaları sonucunda, rafineriler için gerekli en az hidrojen kullanımı ve bu gereksinime ulaşabilmek için çeşitli stratejiler geliştirilmesi sağlanırken, önemli birimlerdeki verimin istenilene ulaştırılması ile işletme maliyetleri düşer, aynı zamanda hidrojen-pinch uygulaması ile kimyasal süreçlerde enerji optimizasyonuna da gidilmiş olur. Hidrojen-pinch analizi, endüstrideki hidrojen arz ve talebinin optimuma yakın noktaya getirilmesi anlamına da gelir. Bu yaklaşımda ne fazla hidrojen kullanımı, ne de hidrojenin atık şeklinde değerlendirilemez hale gelmesi istenir. Bu çalışma, bir petrokimya sürecinin hidrojen şebekesine yöntemin uygulanması, saflaştırma işleminin gerçekleştirilerek grafiksel yöntemle sistemin fazlalık hidrojen miktarının saptanması işlemidir. Bu entegrasyon uygulaması ile utilite kullanımının azalmış olduğu görülmüş ve herhangi bir yeni tasarım yapılmaksızın, sistemin ihtiyacı olan en az hidrojen beslemesi yani talebi saptanmıştır. Hidrojen şebekesi mevcut durumda 277,2 mol/s saf hidrojen besleme akımı ile beslenirken, hidrojen pinch uygulaması ile bu değer 268,8 mol/s değerine indirgenmiştir. Sisteme gerekli en az hidrojen miktarı 268,8 mol/s,besleme akımı olarak gönderildiğinde ve saflaştırma işlemi ile atık gaz olarak uzaklaştırılan hidrojenin saflaştırılıp geri beslenmesiyle, saf hidrojen besleme miktarı 196,8 mol/s ye düşürülmüştür. Bunun sonucunda yaklaşık %30 gibi bir hidrojen geri kazanımı sağlanmıştır. Hidrojen entegrasyonu ile minimum hidrojen ihtiyacı ve sistemin fazlalık hidrojen miktarı saptandıktan sonra, mevcut sistem ve entegre sistem için ayrı ayrı ekserji analizi yapılmış, ve her bir birimin ekserji verimlilikleri hesaplanmıştır. Gereksiz hidrojen tüketimi düşürüldükçe ekserji verimliliğinin arttığı gözlemlenmiştir. Böylece besleme hidrojen miktarının azaltıldığı entegre sistemin içinde daha faydalı enerji barındırdığı ve daha çevreci olduğu söylenebilmektedir.