view in publisher's site

Hydrogen production through sorption enhanced steam reforming of natural gas: Thermodynamic plant assessment

Highlights•Detailed process simulation of an SER-based plant for H2 production is presented.•The effect of the SER operating conditions on plant performance indexes is analysed.•Almost 100% of carbon capture ratio is obtained in every case analysed.•9–15 % points of difference in the H2 efficiency compared to conventional reforming.•3–6 % points of equivalent H2 efficiency improvement on conventional reforming.AbstractA detailed and comprehensive simulation model of a H2 production plant based on the Sorption Enhanced Reforming (SER) process of natural gas has been developed in this work. Besides thermodynamic advantages related to the shift of reforming equilibrium, SER technology features an intrinsic CO2 capture that can be of interest in environmentally constrained economies. The model comprises natural gas treatment, H2 and CO2 compression, as well as H2 purification with an adsorption unit that has been integrated within the SER process by using the off-gas for sorbent regeneration. A complete thermal integration has been also performed between the available hot gas streams in the plant, so that high pressure steam is generated and used to generate power in a steam cycle.A comprehensive comparison with conventional H2 production technologies based on fired tubular reforming (FTR) has been made by defining a proper set of performance indexes. The investigation allowed to set the optimal design parameters and operating conditions of the SER plant and conclude that a better hydrogen production efficiency can be attained when reactors are designed for atmospheric pressure operations rather than pressurized (3 bar) conditions. The SER plant with optimized design parameters (reformer operating temperature at 923 K and a steam-to-carbon ratio in the initial charge around 2) shows considerable improvements on the carbon capture ratio (around 99% for the SER case vs. 85% for the FTR case) and on the natural gas to hydrogen conversion efficiency (by around 15 percentage points) in comparison to the FTR based process featuring CO2 capture. On the whole, a higher natural gas to hydrogen conversion efficiency by 9–15 percentage points, or by 3–6 percentage points when considering credits for steam and electricity import/export, have resulted for the SER plant operating at atmospheric pressure in comparison to the conventional hydrogen production process.

تولید هیدروژن از طریق اصلاح بخار پیشرفته گاز طبیعی: ارزیابی نیروگاه ترمودینامیکی

نکات برجسته شبیه‌سازی دقیق فرآیند یک کارخانه مبتنی بر SER برای تولید H۲ ارائه شده‌است. * تاثیر شرایط عملیاتی SER بر شاخص‌های عملکرد کارخانه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته‌است. * تقریبا ۱۰۰ % از نسبت جذب کربن در هر مورد آنالیز شده به دست می‌آید. ۹ - ۱۵ درصد تفاوت در بازده H۲ در مقایسه با اصلاح مرسوم. ۳ - ۶ % نقاط بهبود بازده H۲ معادل در بازترکیب مرسوم. در این تحقیق یک مدل شبیه‌سازی دقیق و جامع از یک کارخانه تولید H۲ براساس فرآیند اصلاح بهبود جذب (SER)گاز طبیعی توسعه‌یافته است. علاوه بر مزایای ترمودینامیک مربوط به تغییر اصلاح تعادل، فن‌آوری SER یک جذب ذاتی CO۲ را نشان می‌دهد که می‌تواند در اقتصادهای با محدودیت زیست‌محیطی مورد توجه قرار گیرد. این مدل شامل تصفیه گاز طبیعی، تراکم H۲ و CO۲، و همچنین خالص‌سازی H۲ با واحد جذب است که در فرآیند SER با استفاده از گاز خاموش برای احیا جاذب یکپارچه شده‌است. یک ادغام حرارتی کامل نیز بین جریان‌های گاز داغ موجود در کارخانه انجام شده‌است، به طوری که بخار فشار بالا تولید می‌شود و برای تولید برق در یک چرخه بخار استفاده می‌شود. یک مقایسه جامع با فن‌آوری‌های تولید H۲ مرسوم براساس اصلاح لوله‌ای (FTR)با تعریف مجموعه مناسبی از شاخص‌های عملکرد انجام شده‌است. این بررسی اجازه تنظیم پارامترهای طراحی بهینه و شرایط عملیاتی کارخانه SER را می‌دهد و نتیجه می‌گیرد که بهره‌وری تولید هیدروژن بهتری می‌تواند زمانی حاصل شود که راکتورها برای عملیات فشار جوی طراحی شده‌اند تا شرایط تحت فشار (۳ بار). کارخانه SER با پارامترهای طراحی بهینه (دمای عملیاتی اصلاح در ۹۲۳ K و نسبت بخار به کربن در بار اولیه در حدود ۲)پیشرفت‌های قابل‌توجهی را در نسبت جذب کربن نشان می‌دهد (حدود ۹۹ % برای مورد SER در مقابل. ۸۵ % برای مورد FTR)و بازده تبدیل گاز طبیعی به هیدروژن (حدود ۱۵ درصد)در مقایسه با فرآیند مبتنی بر FTR که نشان‌دهنده جذب CO۲ است. به طور کلی، یک گاز طبیعی بالاتر با بازده تبدیل هیدروژن ۹ - ۱۵ درصد، یا ۳ - ۶ درصد هنگام در نظر گرفتن اعتبار برای بخار و واردات / صادرات برق، منجر به عملکرد کارخانه SER تحت فشار اتمسفر در مقایسه با فرآیند تولید هیدروژن معمولی شده‌است.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Fuel Technology
  • ترجمه مقاله Fuel Technology
  • مقاله تکنولوژی سوخت
  • ترجمه مقاله تکنولوژی سوخت
  • مقاله Energy Engineering and Power Technology
  • ترجمه مقاله Energy Engineering and Power Technology
  • مقاله مهندسی انرژی و فن‌آوری قدرت
  • ترجمه مقاله مهندسی انرژی و فن‌آوری قدرت
  • مقاله Renewable Energy, Sustainability and the Environment
  • ترجمه مقاله Renewable Energy, Sustainability and the Environment
  • مقاله انرژی تجدید پذیر، پایداری و محیط زیست
  • ترجمه مقاله انرژی تجدید پذیر، پایداری و محیط زیست
  • مقاله Condensed Matter Physics
  • ترجمه مقاله Condensed Matter Physics
  • مقاله فیزیک ماده چگال
  • ترجمه مقاله فیزیک ماده چگال
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.