TECHNO-ECONOMIC INVESTIGATION OF METHANOL PRODUCTION PLANT USING SOLAR AND WIND ENERGY IN IRAQ

Abstract

ABSTRACT

This study aims to make a techno-economic investigation of a plant that produces methanol using solar and wind energy in Iraq using waste gas from a Fallujah white cement factory. Carbon dioxide in flue gas is captured in the carbon capture plant (CCP) and hydrogen is obtained from the wastewater of the factory in the hydrogen plant (HP) with the help of photovoltaic and wind turbine energy, all of which is combined in the methanol plant (MPP) to produce methanol fuel. Using the Engineering Equation Solver (EES), a calculation was made of the amount of energy required and the number of solar panels or wind turbines that would be required to meet this demand, followed by an investigation of the environmental impact of the methanol plant. The Iraqi Fallujah white cement facility was selected as a case study location. Processes of the systems of CO2 emissions, heat integration, energy

efficiency, and techno-economic performance were all taken into consideration. Renewable energy PV, WT, methanol plants, and methanol fuel showed efficiencies of 0.21%, 0.98%, 0.1626%, and 0.5872%, respectively, and at the optimum density of the electrolyzer, 2.2 kA/m2, the efficiency of the electrolyzer was 0.782%. This study demonstrates that flue gas is the most significant input parameter affecting the outputs because all process output parameters increase as flue gas levels rise. The entire cost to operate the plant for 30 years for each of the PV plants and wind turbines (WTs) was found to be $9,46 billion and $5,291 billion, respectively, with a production capacity of over 34,530 million tons of methanol, which corresponds to 0.4131 $/kg for the PV plant and 0.2413 $/kg for the WT plant. Environmentally, the rate of captured emissions was approximately 3894 tons per day, and the mitigation rate was approximately 3594 tons per day. According to the results, the existing plant is competitive with other clean synthetic fuel manufacturing facilities.

ÖZET

Bu çalışma, Irak'ta Felluce'deki bir beyaz çimento fabrikasının atık gazını kullanarak güneş ve rüzgâr enerjisi kullanarak metanol üreten bir tesisin termoekonomik incelemesini yapmayı amaçlamaktadır. Baca gazındaki karbondioksit, karbon yakalama tesisinde (CCP) yakalanır ve tamamı fotovoltaik ve rüzgâr türbini enerjisi yardımıyla elde edilen hidrojen ile birleştirilerek metanol elde edilmektedir. Hidrojen hidrojen tesisinde (HP), fabrikanın atık suyundan elde edilmektedir. Engineering Equation Solver (EES) kullanılarak, gerekli enerji miktarı ve bu talebi karşılamak için gerekli olacak güneş paneli veya rüzgâr türbini sayısı hesaplanmış ve ardından metanol tesisinin çevresel etkisi araştırılmıştır. Irak Felluce beyaz çimento tesisi örnek olay yeri olarak seçilmiştir. Sistemlerin CO2 emisyonları, ısı entegrasyonu, enerji verimliliği ve termo-ekonomik performans süreçleri dikkate alınmıştır. Yenilenebilir enerji PV, WT, metanol tesisleri ve metanol yakıt sırasıyla %0,21, %0,98, %0,1626 ve %0,5872 verimlilik göstermiştir ve elektrolizörün optimum yoğunluğu olan 2,2 kA/m2'de

elektrolizörün verimliliği %0,782 bulunmuştur. Bu çalışma baca gazı debisinin çıkışları etkileyen en önemli girdi parametresi olduğunu göstermektedir, çünkü baca gazı seviyeleri yükseldikçe tüm proses çıkış parametreleri artmaktadır. Çalışmanın sonucuna göre 34,530 milyon tonun üzerinde metanol üretim kapasitesine sahip olan tesisin 30 yıllık işletme maliyetinin her bir PV santrali ve rüzgâr türbini (WT) için sırasıyla 9,46 bilyon dolar ve 5,291 bilyon dolar olduğu bulundu. PV tesisi için 0.4131 $/kg ve WT tesisi için 0.2413 $/kg. Çevresel olarak, yakalanan emisyonların oranı günde yaklaşık 3894 ton ve azaltma oranı günde yaklaşık 3594 ton bulunuştur. Sonuçlara göre, mevcut tesis diğer temiz sentetik yakıt üretim tesisleri ile rekabet edebilir durumdadır.