Wpływ warunków brzegowych na rozkład pola temperatury w przepływowym reaktorze do parowego reformingu metanu

• Autorzy: Moździerz M. , Brus G. , Ściążko A. , Komatsu Y. , Kimijima S. , Szmyd J., S.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2014.5

Warianty tytułu

EN

An influence of the boundary conditions on the temperature distribution in the flow reactor for methane/steam reforming

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jedną z zalet wysokotemperaturowych ogniw paliwowych ze stałym elektrolitem tlenkowym SOFC jest elastyczność w doborze paliw, w szczególności możliwość wykorzystania węglowodorów. Dla ogniw paliowych zasilanych węglowodorami możliwa jest konwersja paliwa na drodze reformingu zewnętrznego bądź wewnętrznego. W przypadku systemu z połączeniem wewnętrznym ciepło pochodzące z pracującego stosu ogniw paliwowych może zostać efektywnie wykorzystane w endotermicznej reakcji reformingu. Opracowanie tegoż systemu zależy od rozmieszczenia elementów pod kątem optymalizacji transportu ciepła w układzie, stresu termicznego wywieranego na poszczególne elementy, osadzania węgla, stopnia polaryzacji elektrod, kosztów oraz efektywności systemu. W pracy przedstawiono badania eksperymentalne na podstawie których zbudowano matematyczny model procesu reformingu, a także przeprowadzono analizę numeryczną wpływu warunków brzegowych oraz parametrów procesu na rozkład pola temperatury w reaktorze podczas reakcji parowego reformingu metanu.

EN

One of the advantages of high-temperature fuel cells with a solid oxide electrolyte SOFC is flexibility in the selection of fuels and in particular the use of hydrocarbons. For fuel cell powered by hydrocarbons it is possible to convert the fuel using external or internal reforming. For a internal system heat from the fuel cells stack can be effectively used in the endothermic reforming reaction. The development of that system depends on the arrangement of elements to optimize heat transfer in the system, thermal stress exerted on the individual elements, the carbon deposition, the degree of electrodes polarization, the cost and effectiveness of the system. The paper presents experimental studies on the basis of which a mathematical model of the reforming process was built. Furthermore, a numerical analysis of the influence of the boundary conditions and process parameters on the distribution of temperature field in the reactor during the steam reforming reaction of methane has been carried out.

Słowa kluczowe

PL

reforming parowy metanu; kinetyka reakcji chemicznych; materiały porowate; symulacja numeryczna

EN

methane/steam reforming; kinetics of chemical reactions; porous material; numerical simulation

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika
• Rocznik: 2014
• Tom: z. 86 [290], nr 1
• Strony: 43--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Moździerz M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Brus G.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Ściążko A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków
• Shibaura Institute of Technology, College of Systems Engineering and Science, 307 Fukasaku, Minuma-ku, Saitama-shi, 337-8570 Saitama, Japan

autor

Komatsu Y.

• Shibaura Institute of Technology, College of Systems Engineering and Science, 307 Fukasaku, Minuma-ku, Saitama-shi, 337-8570 Saitama, Japan

autor

Kimijima S.

• Technology, Graduate School of Engineering and Science, Saitama, Japan

autor

Szmyd J., S.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Achenbach E.,. Riensche E.: Methane/steam reforming kinetics for solid oxide fuel cells, J. Power Sources, 52 (1994) 283-288.
• 2. Brus G., Kimijima S., Szmyd J.S.: Experimental and numerical analysis of transport phenomena in an internal indirect fuel reforming type Solid Oxide Fuel Cells using Ni/SDC as a catalyst, J. Phys. Conf. Ser., 395 (2012).
• 3. Brus G., Komatsu Y., Kimijima S., Szmyd J. S.: An analysis of biogas reforming process on Ni/YSZ and Ni/SDC catalysts, Int. J. Thermodyn., 15 (2012) 43-51.
• 4. Brus G., Szmyd J.S.: Numerical modelling of radiative heat transfer in an internal indirect reforming-type SOFC, J. Power Sources, 181 (2008) 8-16.
• 5. Komatsu Y., Kimijima S., Szmyd J.S.: Numerical analysis on dynamic behavior of solid oxide fuel cell with power output control scheme, J. Power Sources, 223 (2013) 232-245.
• 6. Nield D., Bejan A.: Convection in porous media, Springer Science+Business Media, Inc., New York 2006.
• 7. Patankar S. V.: Numerical heat transfer and fluid flow. Hempshire Publishing Corporation, New York 1980.
• 8. Ściążko A., Komatsu Y., Brus G., Kimijima S.,. Szmyd J.S.: A novel approach to the experimental study on methane/steam reforming kinetics using the Orthogonal Least Squares method, J. Power Sources, 262 (2014) 245-254.
• 9. S. C. Singhal and K. Kendall, Eds.: High Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Fundamentals, Design and Applications. Elsevier Ltd., Oxford 2003.
• 10. Suzuki K., Iwai H., Nishino T.: Electrochemical and thermo-fluid modeling of a tubular solid oxide fuel cell with accompanying indirect internal fuel reforming, in Transport Phenomena in Fuel Cells, Sunden B., Faghri M., Eds. WITPress, Southampton 2005, pp. 83-131.