view in publisher's site

Ethanol Reforming: Setting up Performance Target

Process Synthesis techniques and Attainable region principles were used to determine the target of ethanol reforming to hydrogen from a material, energy and work balance point of view. From a material balance point of view, 100% hydrogen efficiency, defined as the fraction of hydrogen in the feed that is converted into the desired product (H2), can be achieved by partial oxidation at the ratio of ethanol to oxygen of 1 : 1.5, producing H2 and CO2. However, the process releases a significant amount of energy and work potential, which might not be economically recovered especially for small scale applications. Co-feeding water is one of the ways to recover this energy by producing more H2. We, therefore, look at the ultimate energy target for the process, which is considered to be at the point where ΔH across the process is zero. In order to achieve this water and oxygen must be fed to the process at ratios of 1:1.77 and 1: 0.62 respectively. This increases H2 production by 59%. However, the process will still have a significant amount of work potential indicated by the negative change in Gibbs free energy across the process. When work balance target of ΔG = 0 was considered, we can show that the hydrogen production can be increased up to 87%. However, the process will require heat to be supplied. If a low cost heat source is available, such as solar or waste heat from other processes, then a maximum of 187% selectivity of H2 based on ethanol can be achieved. For a fully energy integrated process, at ΔG = 0 the process does not require high quality heat for it to proceed. Therefore, at this point any source of heat at a temperature high enough to enable heat flow at any point in the process will be sufficient to drive the process. We consider this to be the ultimate target for ethanol reforming, which not only enables to conserve the chemical potential of ethanol but also provides an opportunity to store additional external energy in the form of H2. The feasibility of these targets were validated by Aspen Plus simulation.

شکل‌دهی مجدد اتانول: تنظیم هدف عملکرد

تکنیک‌های ترکیب فرآیند و اصول منطقه قابل اتصال برای تعیین هدف اصلاح اتانول به هیدروژن از دیدگاه مواد، انرژی و تعادل کار مورد استفاده قرار گرفتند. از نقطه‌نظر تعادل ماده، بازده هیدروژن ۱۰۰ %، که به عنوان کسر هیدروژن در خوراک تعریف می‌شود که به محصول مورد نظر تبدیل می‌شود (H۲)، را می توان با اکسیداسیون جزئی در نسبت اتانول به اکسیژن ۱: ۱.۵، تولید H۲ و CO۲ به دست آورد. با این حال، این فرآیند مقدار قابل‌توجهی انرژی و پتانسیل کار آزاد می‌کند که ممکن است از نظر اقتصادی به ویژه برای کاربردهای در مقیاس کوچک بازیابی نشود. آب با تغذیه مشترک یکی از راه‌های بازیابی این انرژی با تولید H۲ بیشتر است. بنابراین، ما به هدف انرژی نهایی برای این فرآیند نگاه می‌کنیم، که در نقطه‌ای در نظر گرفته می‌شود که ΔH در طول فرآیند صفر است. برای رسیدن به این آب و اکسیژن باید به ترتیب با نسبت‌های ۱: ۱.۷۷ و ۱: ۰.۶۲ به فرآیند تغذیه شوند. این امر تولید H۲ را تا ۵۹ % افزایش می‌دهد. با این حال، این فرآیند هنوز هم مقدار قابل‌توجهی پتانسیل کاری دارد که با تغییر منفی در انرژی آزاد گیبس در طول این فرآیند نشان داده می‌شود. هنگامی که هدف تعادل کار ΔG = ۰ در نظر گرفته شد، می‌توانیم نشان دهیم که تولید هیدروژن می‌تواند تا ۸۷ % افزایش یابد. با این حال، این فرآیند نیاز به تامین گرما دارد. اگر یک منبع حرارتی کم‌هزینه در دسترس باشد، مانند گرمای خورشیدی یا حرارت اتلافی از فرآیندهای دیگر، در این صورت حداکثر ۱۸۷ % گزینش پذیری از H۲ براساس اتانول حاصل می‌شود. برای یک فرآیند یکپارچه انرژی کامل، در ΔG = ۰، این فرآیند برای ادامه کار به حرارت با کیفیت بالا نیاز ندارد. بنابراین، در این نقطه هر منبع گرما در دمایی به اندازه کافی بالا که جریان گرما را در هر نقطه از فرآیند ممکن سازد، برای هدایت فرآیند کافی خواهد بود. ما این را هدف نهایی اصلاح اتانول در نظر می‌گیریم، که نه تنها امکان حفظ پتانسیل شیمیایی اتانول را فراهم می‌کند، بلکه فرصتی برای ذخیره انرژی خارجی اضافی به شکل H۲ فراهم می‌کند. امکان‌سنجی این اهداف توسط شبیه‌سازی اسپن پلاس تایید شد.
ترجمه شده با

سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.