प्रक्रम ऊष्मा: Difference between revisions
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विनिर्माण क्षेत्र में सभी ईंधन उपयोग का लगभग 30% प्रोसेस | विनिर्माण क्षेत्र में सभी ईंधन उपयोग का लगभग 30% प्रोसेस हीट है, और [[कार्बन न्यूट्रल|कार्बन]] तटस्थ या कम से कम कार्बन प्रोसेस हीट आपूर्ति के नए रूपों को पेश करने के महत्वपूर्ण प्रयासों का लक्ष्य है। कुछ अपशिष्ट - जिनमें [[बेकार टायर]] भी शामिल हैं - आमतौर पर प्रतिस्थापन ईंधन के रूप में उपयोग किए जाते हैं या उचित अनुपात में पारंपरिक ईंधन में मिश्रित किए जाते हैं।<ref>{{cite web | url=https://rundgehts.at/casestudies/von-altreifen-zum-ersatzbrennstoff | title=पुराने टायरों से लेकर वैकल्पिक ईंधन तक| date=2 June 2022 }}</ref> [[बायोमास]] पहले से ही उद्योग में व्यापक उपयोग में है, जबकि भू-तापीय, [[केंद्रित सौर ऊर्जा]] और परमाणु ऊर्जा प्रायोगिक बनी हुई है और वर्तमान में आर्थिक रूप से प्रतिस्पर्धी नहीं है। प्रोसेस हीट के लिए परमाणु ऊर्जा का उपयोग करने में एक समस्या यह है कि आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले दबाव वाले पानी रिएक्टरों का ऑपरेटिंग तापमान 400 डिग्री सेल्सियस से काफी नीचे होता है<ref>{{Citation |title=Pressurized Water Reactor (PWR) Systems |url=https://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/for-educators/04.pdf |work=Reactor Concepts Manual |archive-url=https://web.archive.org/web/20220812213316/http://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/for-educators/04.pdf |publisher=USNRC Technical Training Center |archive-date=2022-08-12}}</ref> और उबलते पानी के रिएक्टर अभी भी कम तापमान (लगभग 285 डिग्री सेल्सियस (545 डिग्री फारेनहाइट)) पर काम करते हैं।<ref>{{cite web | url=https://energyeducation.ca/encyclopedia/Boiling_water_reactor | title=Boiling water reactor - Energy Education }}</ref> उन्नत गैस ठंडा रिएक्टर - जिसका उच्च शीतलक आउटलेट तापमान एक स्पष्ट डिजाइन लक्ष्य था - एक तकनीकी गतिरोध साबित हुआ है और 2022 तक किसी अन्य उच्च तापमान वाले परमाणु ऊर्जा संयंत्र ने कभी भी व्यापक वाणिज्यिक संचालन में प्रवेश नहीं किया है।<ref>{{cite web | url=https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/advanced-gas-reactor | title=Advanced Gas Reactor - an overview | ScienceDirect Topics }}</ref> कुछ जनरेशन IV रिएक्टर प्रस्ताव इसे बदल देंगे, जिससे उच्च श्रेणी की गर्मी पैदा हो सकेगी। इसी प्रकार भू-तापीय ताप स्रोतों में अक्सर अपेक्षाकृत कम तापमान होता है, कभी-कभी बिजली उत्पादन के लिए द्विआधारी चक्र की भी आवश्यकता होती है।<ref>{{cite web | url=https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/geothermal-source-temperature | title=Geothermal Source Temperature - an overview | ScienceDirect Topics }}</ref><ref>{{Cite report |url=https://www1.eere.energy.gov/geothermal/pdfs/drillinghandbook.pdf |title=भूतापीय ड्रिलिंग के लिए सर्वोत्तम अभ्यासों की पुस्तिका|last=Finger |first=John |last2=Blankenship |first2=Doug |date=December 2010 |publisher=Sandia National Laboratories |archive-url=https://web.archive.org/web/20220418215723/https://www1.eere.energy.gov/geothermal/pdfs/drillinghandbook.pdf |archive-date=2022-04-18 |url-status=live}}</ref> | ||
बढ़ी हुई लागत ([[कार्बन मूल्य निर्धारण]] की अनदेखी) और कम राउंड ट्रिप दक्षता की कीमत पर डीकार्बोनाइजेशन के लिए एक स्टॉपगैप समाधान वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले [[जीवाश्म ईंधन]] को [[एक्स को पावर]] व्युत्पन्न ईंधन द्वारा प्रतिस्थापित करना है। हालाँकि इस दृष्टिकोण का फायदा यह है कि यह न्यूनतम या बिना किसी संशोधन के मौजूदा तकनीक के साथ प्रयोग करने योग्य है, यह प्रतिरोधी तापक से भी कम कुशल है क्योंकि विद्युत ऊर्जा को कृत्रिम ईंधन में बदलने के लिए आवश्यक रासायनिक प्रक्रियाएं प्रतिरोधी तापक की तुलना में कम कुशल हैं। ऐसी प्रक्रियाओं में जहां ईंधन गर्मी और रासायनिक कार्य दोनों प्रदान करता है (उदाहरण के लिए स्टील बनाने में कम करने वाले एजेंट के रूप में [[कोक (ईंधन)]]) हालांकि आने वाले कुछ समय के लिए पावर-टू-एक्स ईंधन एकमात्र व्यवहार्य कम कार्बन विकल्प हो सकता है। पानी के विद्युत् अपघटन जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से प्राप्त हाइड्रोजन को अक्सर प्रक्रिया ताप के वर्तमान स्रोतों के विकल्प के रूप में प्रस्तावित किया जाता है। हाइड्रोजन आज पहले से ही उद्योग में व्यापक उपयोग में है, लेकिन 2022 तक [[भाप सुधार]] जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से ज्यादातर जीवाश्म ईंधन से प्राप्त होता है। चूंकि [[सल्फर-आयोडीन चक्र]] जैसी हाइड्रोजन उत्पादन के लिए कुछ प्रस्तावित प्रक्रियाओं के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है, इसलिए हाइड्रोजन उत्पन्न करने की उनकी व्यवहार्यता प्रक्रिया के लिए आवश्यक ऊष्मा के प्रत्यक्ष उपयोग के विपरीत प्रक्रिया ऊष्मा के लिए ईंधन संदिग्ध लगता है। | बढ़ी हुई लागत ([[कार्बन मूल्य निर्धारण]] की अनदेखी) और कम राउंड ट्रिप दक्षता की कीमत पर डीकार्बोनाइजेशन के लिए एक स्टॉपगैप समाधान वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले [[जीवाश्म ईंधन]] को [[एक्स को पावर]] व्युत्पन्न ईंधन द्वारा प्रतिस्थापित करना है। हालाँकि इस दृष्टिकोण का फायदा यह है कि यह न्यूनतम या बिना किसी संशोधन के मौजूदा तकनीक के साथ प्रयोग करने योग्य है, यह प्रतिरोधी तापक से भी कम कुशल है क्योंकि विद्युत ऊर्जा को कृत्रिम ईंधन में बदलने के लिए आवश्यक रासायनिक प्रक्रियाएं प्रतिरोधी तापक की तुलना में कम कुशल हैं। ऐसी प्रक्रियाओं में जहां ईंधन गर्मी और रासायनिक कार्य दोनों प्रदान करता है (उदाहरण के लिए स्टील बनाने में कम करने वाले एजेंट के रूप में [[कोक (ईंधन)]]) हालांकि आने वाले कुछ समय के लिए पावर-टू-एक्स ईंधन एकमात्र व्यवहार्य कम कार्बन विकल्प हो सकता है। पानी के विद्युत् अपघटन जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से प्राप्त हाइड्रोजन को अक्सर प्रक्रिया ताप के वर्तमान स्रोतों के विकल्प के रूप में प्रस्तावित किया जाता है। हाइड्रोजन आज पहले से ही उद्योग में व्यापक उपयोग में है, लेकिन 2022 तक [[भाप सुधार]] जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से ज्यादातर जीवाश्म ईंधन से प्राप्त होता है। चूंकि [[सल्फर-आयोडीन चक्र]] जैसी हाइड्रोजन उत्पादन के लिए कुछ प्रस्तावित प्रक्रियाओं के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है, इसलिए हाइड्रोजन उत्पन्न करने की उनकी व्यवहार्यता प्रक्रिया के लिए आवश्यक ऊष्मा के प्रत्यक्ष उपयोग के विपरीत प्रक्रिया ऊष्मा के लिए ईंधन संदिग्ध लगता है। | ||
Revision as of 08:31, 27 September 2023
प्रक्रिया ताप से तात्पर्य औद्योगिक प्रक्रियाओं के दौरान ताप के अनुप्रयोग से है। कंक्रीट से लेकर कांच, स्टील से लेकर कागज तक, कई सामान्य उत्पादों के निर्माण के दौरान किसी न किसी रूप में प्रक्रिया ताप का उपयोग किया जाता है। जहां समग्र औद्योगिक प्रक्रिया के उप-उत्पाद या अपशिष्ट उपलब्ध हैं, उनका उपयोग अक्सर प्रक्रिया को गर्मी प्रदान करने के लिए किया जाता है। उदाहरण में, पेपर मेकिंग में काली लिकर या गन्ने की प्रसंस्करण में बगास शामिल हैं।
आवश्यकताएँ
प्रक्रिया के लिए आवश्यक तापमान व्यापक रूप से भिन्न होता है, लगभग आधे औद्योगिक प्रक्रिया ताप में ऑपरेटिंग तापमान 400 डिग्री सेल्सियस (752 डिग्री फ़ारेनहाइट) से ऊपर होता है। इन उच्च-तापमान प्रक्रियाओं की आपूर्ति आम तौर पर केवल प्राकृतिक गैस या कोयले जैसी समर्पित आपूर्ति द्वारा ही की जा सकती है, हालांकि ईंधन के उपयोग को कम करने के लिए अन्य स्रोतों से पूर्व ताप भी आम है। माध्यिका के नीचे चलने वाली वे प्रक्रियाएँ बहुत व्यापक प्रकार के स्रोतों का उपयोग कर सकती हैं, जिनमें उसी औद्योगिक प्रक्रिया में अन्य प्रक्रियाओं से अपशिष्ट ताप भी शामिल है। सैद्धांतिक रूप से प्रतिरोधी तापन प्रक्रिया ताप का एक संभावित स्रोत होगा, लेकिन भले ही यह आपूर्ति की गई बिजली का लगभग 100% ताप में परिवर्तित कर देता है, लेकिन ताप विद्युत प्लांट में बिजली उत्पन्न करने के लिए ईंधन जलाना स्पष्ट रूप से कम कुशल है, केवल उस बिजली का उपयोग करने के लिए सीधे ईंधन का उपयोग करने की तुलना में गर्मी को संसाधित करें इस प्रकार ऊष्मा के इस स्रोत का उपयोग केवल वहीं किया जाता है जहां गैर तापीय स्रोतों (जैसे जल विद्युत) से बिजली सस्ती और प्रचुर मात्रा में होती है। ताप पंप जो आमतौर पर घरेलू तापक, गर्म पानी और 100 डिग्री सेल्सियस (212 डिग्री फ़ारेनहाइट) से नीचे के अन्य ताप अनुप्रयोगों के लिए नियोजित होते हैं, "गर्म" और "ठंडे" अंत के बीच उच्च तापमान के अंतर पर कार्नोट दक्षता बहुत कम होती है। पिघला हुआ नमक विद्युत् अपघटन जैसी कुछ प्रक्रियाएं उसी बिजली द्वारा आवश्यक प्रक्रिया गर्मी प्रदान करती हैं जो एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया को जारी रखने के लिए भी आवश्यक है। गर्मी का वर्णन आमतौर पर "ग्रेड" द्वारा किया जाता है, जबकि उच्च तापमान का "ग्रेड" अधिक होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि गर्मी स्वाभाविक रूप से गर्म से ठंडी की ओर प्रवाहित होती है और इस प्रकार कम तापमान के अनुप्रयोगों के लिए गर्मी के उच्च तापमान स्रोत का उपयोग करना हमेशा संभव होता है लेकिन इसके विपरीत नहीं होता है। चूंकि उच्च श्रेणी की गर्मी का उत्पादन करना अधिक बोझिल और महंगा है और चूंकि सामग्रियों में सीमित गर्मी प्रतिरोध होता है, इसलिए उत्प्रेरक और फ्लक्स के उपयोग के माध्यम से जहां भी संभव हो, काम करने के तापमान को कम करने के प्रयास होते हैं। संतुलन प्रतिक्रियाओं में जहां तापमान संतुलन को प्रभावित करने वाले कारकों में से एक है, निरंतर प्रक्रिया में वांछित उत्पादों को हटाकर तापमान आवश्यकताओं को कम किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि AB और CD के बीच एक संतुलन प्रतिक्रिया AC और BD उत्पन्न करती है और तापमान बढ़ाकर संतुलन को दाईं ओर स्थानांतरित किया जा सकता है, तो प्रतिक्रिया से लगातार AC या BD को हटाने से तापमान की आवश्यकताओं को कम किया जा सकता है (ले चैटेलियर का सी.एफ. सिद्धांत)। हालाँकि, इसकी सीमाएँ हैं क्योंकि प्रतिक्रिया की गति भी तापमान पर निर्भर है। उत्प्रेरक किसी भी दिए गए तापमान पर प्रतिक्रिया की गति को बढ़ाने का काम कर सकते हैं लेकिन परिभाषा के अनुसार, वे संतुलन को नहीं बदलते हैं।
डीकार्बोनाइजेशन
विनिर्माण क्षेत्र में सभी ईंधन उपयोग का लगभग 30% प्रोसेस हीट है, और कार्बन तटस्थ या कम से कम कार्बन प्रोसेस हीट आपूर्ति के नए रूपों को पेश करने के महत्वपूर्ण प्रयासों का लक्ष्य है। कुछ अपशिष्ट - जिनमें बेकार टायर भी शामिल हैं - आमतौर पर प्रतिस्थापन ईंधन के रूप में उपयोग किए जाते हैं या उचित अनुपात में पारंपरिक ईंधन में मिश्रित किए जाते हैं।[1] बायोमास पहले से ही उद्योग में व्यापक उपयोग में है, जबकि भू-तापीय, केंद्रित सौर ऊर्जा और परमाणु ऊर्जा प्रायोगिक बनी हुई है और वर्तमान में आर्थिक रूप से प्रतिस्पर्धी नहीं है। प्रोसेस हीट के लिए परमाणु ऊर्जा का उपयोग करने में एक समस्या यह है कि आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले दबाव वाले पानी रिएक्टरों का ऑपरेटिंग तापमान 400 डिग्री सेल्सियस से काफी नीचे होता है[2] और उबलते पानी के रिएक्टर अभी भी कम तापमान (लगभग 285 डिग्री सेल्सियस (545 डिग्री फारेनहाइट)) पर काम करते हैं।[3] उन्नत गैस ठंडा रिएक्टर - जिसका उच्च शीतलक आउटलेट तापमान एक स्पष्ट डिजाइन लक्ष्य था - एक तकनीकी गतिरोध साबित हुआ है और 2022 तक किसी अन्य उच्च तापमान वाले परमाणु ऊर्जा संयंत्र ने कभी भी व्यापक वाणिज्यिक संचालन में प्रवेश नहीं किया है।[4] कुछ जनरेशन IV रिएक्टर प्रस्ताव इसे बदल देंगे, जिससे उच्च श्रेणी की गर्मी पैदा हो सकेगी। इसी प्रकार भू-तापीय ताप स्रोतों में अक्सर अपेक्षाकृत कम तापमान होता है, कभी-कभी बिजली उत्पादन के लिए द्विआधारी चक्र की भी आवश्यकता होती है।[5][6]
बढ़ी हुई लागत (कार्बन मूल्य निर्धारण की अनदेखी) और कम राउंड ट्रिप दक्षता की कीमत पर डीकार्बोनाइजेशन के लिए एक स्टॉपगैप समाधान वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले जीवाश्म ईंधन को एक्स को पावर व्युत्पन्न ईंधन द्वारा प्रतिस्थापित करना है। हालाँकि इस दृष्टिकोण का फायदा यह है कि यह न्यूनतम या बिना किसी संशोधन के मौजूदा तकनीक के साथ प्रयोग करने योग्य है, यह प्रतिरोधी तापक से भी कम कुशल है क्योंकि विद्युत ऊर्जा को कृत्रिम ईंधन में बदलने के लिए आवश्यक रासायनिक प्रक्रियाएं प्रतिरोधी तापक की तुलना में कम कुशल हैं। ऐसी प्रक्रियाओं में जहां ईंधन गर्मी और रासायनिक कार्य दोनों प्रदान करता है (उदाहरण के लिए स्टील बनाने में कम करने वाले एजेंट के रूप में कोक (ईंधन)) हालांकि आने वाले कुछ समय के लिए पावर-टू-एक्स ईंधन एकमात्र व्यवहार्य कम कार्बन विकल्प हो सकता है। पानी के विद्युत् अपघटन जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से प्राप्त हाइड्रोजन को अक्सर प्रक्रिया ताप के वर्तमान स्रोतों के विकल्प के रूप में प्रस्तावित किया जाता है। हाइड्रोजन आज पहले से ही उद्योग में व्यापक उपयोग में है, लेकिन 2022 तक भाप सुधार जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से ज्यादातर जीवाश्म ईंधन से प्राप्त होता है। चूंकि सल्फर-आयोडीन चक्र जैसी हाइड्रोजन उत्पादन के लिए कुछ प्रस्तावित प्रक्रियाओं के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है, इसलिए हाइड्रोजन उत्पन्न करने की उनकी व्यवहार्यता प्रक्रिया के लिए आवश्यक ऊष्मा के प्रत्यक्ष उपयोग के विपरीत प्रक्रिया ऊष्मा के लिए ईंधन संदिग्ध लगता है।
संदर्भ
- ↑ "पुराने टायरों से लेकर वैकल्पिक ईंधन तक". 2 June 2022.
- ↑ "Pressurized Water Reactor (PWR) Systems" (PDF), Reactor Concepts Manual, USNRC Technical Training Center, archived from the original (PDF) on 2022-08-12
- ↑ "Boiling water reactor - Energy Education".
- ↑ "Advanced Gas Reactor - an overview | ScienceDirect Topics".
- ↑ "Geothermal Source Temperature - an overview | ScienceDirect Topics".
- ↑ Finger, John; Blankenship, Doug (December 2010). भूतापीय ड्रिलिंग के लिए सर्वोत्तम अभ्यासों की पुस्तिका (PDF) (Report). Sandia National Laboratories. Archived (PDF) from the original on 2022-04-18.
अग्रिम पठन
- Toledano, Ilan (16 May 2016). "Process heating for manufacturing 101". Processing.
- "Renewable Industrial Process Heat". Environmental Protection Agency. 28 October 2014.
