NOVEL AND SUSTAINABLE INTEGRATION OF R-152A HYDRATE-BASED DESALINATION SYSTEM WITH A DOUBLE-EFFECT ABSORPTION REFRIGERATION CYCLE. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (THESIS) THESIS_ALDROUBI.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 14 July 2025. Download (3MB)

Arabic Abstract

تظهر التقنيات المبتكرة لتحلية المياه المالحة كحلول حيوية لمعالجة التحدي المتزايد لندرة المياه العذبة. من بين هذه التقنيات، تبرز تقنية تحلية المياه بناءً على الهيدرات الغازية (GHBD) كنهج واعد بسبب استقلاليتها عن ملوحة المياه ومحتوى الأملاح الذائبة. تتضمن تقنية GHBD تكوين هياكل شبيهة بالثلج، تعرف بالهيدرات الغازية، من مادة تكوينية للهيدرات (عادةً غاز) والماء تحت ظروف معينة، مما يفصل الماء النقي على شكل بلورات ويترك الحل المركز من محلول الملح. ومع ذلك، غالبًا ما تتطلب المادة التكوينية التقليدية درجات حرارة تقريبًا قريبة من الصفر المئوي، مما يؤدي إلى استهلاك طاقة عالي وتكاليف تشغيلية. لمعالجة هذه التحديات، يقترح هذا الدراسة الاستفادة من تقنية تحلية المياه بناءً على هيدرات الغاز مع مادة تكوينية هي الريفريجرانت R-152a. يثبت عملية تحلية المياه بناءً على هيدرات الريفريجرانت (RHBD) استثنائيتها، حيث تقلل استهلاك الطاقة النوعية بنسبة 60٪ مقارنة بالبروبان. يكشف التحليل المقارن أثناء استخدام دورة الضغط البخاري (VCR) عن تقليلات كبيرة في استهلاك الطاقة مقارنة بالسوائل التقليدية مثل الميثان والبروبان. ومع ذلك، يسلط التحليل الطاقي الضوء على سيطرة الضواغط والمضخات على استهلاك الطاقة الإجمالي، مما يؤكد على الحاجة إلى استبدال دورة الضغط البخاري بتكامل أكثر استدامة. يأتي هنا دور الدورة الثنائية لامتصاص التبريد، التي تعمل بواسطة الحرارة الناتجة عن التفاعل الحراري لتكوين الهيدرات. يخفض تكامل هذه الدورة مع RHBD ليس فقط متطلبات الطاقة تقريبًا إلى الصفر، ولكن أيضًا يقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 20٪. يسفر التحليل الاقتصادي عن تكلفة سنوية مجمعة بقيمة 4.91 مليون دولار، وهو أقل بنسبة 20٪ من استخدام دورة الضغط البخاري كنظام تبريد لتبريد التغذية.

English Abstract

Innovative desalination technologies are emerging as critical solutions to address the escalating challenge of freshwater scarcity. Among these, gas hydrate-based desalination (GHBD) stands out as a promising approach due to its independence on water salinity and TDS. GHBD involves the formation of crystal ice-like structures from a hydrate former (typically gas) and water under specific conditions, separating pure water as crystals and leaving behind a concentrated brine solution. However, conventional hydrate formers often necessitate near-zero Celsius temperatures and high pressures, leading to high energy consumption and operational costs. To address these challenges, this study proposes leveraging gas hydrate-based desalination with R-152a refrigerant as a hydrate former. The refrigerant hydrate-based desalination process (RHBD) proves exceptional, reducing specific energy consumption by 60% compared to propane. Comparative analysis while using the Vapor Compression Cycle (VCR) reveals significant energy consumption reductions compared to conventional fluids like methane and propane. However, energy analysis highlights the dominance of compressors and pumps in total energy consumption, emphasizing on the need for replacing the vapor compression cycle with a more sustainable integration. Here comes the dual-effect absorption refrigeration cycle, running on heat dissipated from the exothermic reaction of hydrate formation. Integrating this cycle with RHBD not only decreases the energy requirement to almost zero but also reduces CO2 emissions by 20%. Economic analysis results in a total annualized cost of 4.91 M$, which is 20% less than using a vapor compression cycle as a refrigeration system to cool the feed.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Baaqeel, Hassan
Committee Members:	Zahid, Umer and Abdelaziz, Omar
Depositing User:	SIEF ADDEEN ALDROUBI
Date Deposited:	14 Jul 2024 11:06
Last Modified:	14 Jul 2024 11:06
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142997