Zagadnienia modelowania procesu produkcji wodoru dla potrzeb energetyki w reakcji dekompozycji metanolu w innowacyjnych reaktorach termokatalitycznych ze stopu Ni3Al

• Autorzy: Ziółkowski P. , Badur J. , Stajnke M. , Kornet S. , Jóźwik P. , Bojar Z. , Ziółkowski P. J.

Warianty tytułu

EN

Issues in modelling of hydrogen production for energy industry applications by methanol decomposition in innovative thermocatalytic reactor made from Ni3Al intermetallic alloy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia dotyczące modelowania pracy reaktora termokatalitycznego wykonanego z cienkiej taśmy ze stopu na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al. Niniejszy układ umożliwia innowacyjną produkcję wodoru na cele energetyczne poprzez dekompozycję metanolu praktycznie przy ciśnieniu atmosferycznym. Przy obecnym stanie obciążenia turbin parowych w energetyce zawodowej wywołanym zarówno współpracą z odnawialnymi źródłami energii jak i zmiennymi reżimami pracy staje się zasadnym sięganie do nowych technologii magazynowania energii elektrycznej. Przyszłościowym magazynem są paliwa w tym wodór i związany z nim poprzez reakcje chemiczne metanol, których produkcję można analizować przy wykorzystaniu nowoczesnych narzędzi obliczeniowych. W artykule omówiono wyniki analiz numerycznych uwzględniających powierzchniowe reakcje katalityczne a mianowicie: dekompozycję metanolu do wodoru i tlenku węgla. Odniesiono się również do wyników eksperymentów. Przedstawione analizy należy uznać za użyteczne w aspekcie projektowania urządzeń zapewniających wysokosprawną oraz czystą konwersję energii elektrycznej w chemiczną i odwrotnie.

EN

This paper concerns the issues of the process hydrogen production modelling by methanol decomposition in the thermo-catalytic reactor on the intermetallic phase of Ni3Al. At the current load of steam turbine and cooperation with renewable energy sources, more detailed computational tools modelling chemical reaction are required, which allow determining the ability of storage electrical energy in fuels. This article describes the results of interaction Ni-based foils with flow which exhibit extremely high catalytic activity in methanol decomposition. The numerical simulation has been performed via CFD procedure with extension including increased chemical reactions rate on an interphase between fluid and solid. Presented analysis should be considered as satisfied and promising in the process of energy conversion from fuel to electric energy and reversly.

Słowa kluczowe

PL

reaktory termokatalityczne ze stopu Ni3Al; produkcja wodoru; dekompozycja metanolu

EN

thermocatalytic reactor made from Ni3Al intermetallic alloy; hydrogen production; methanol decomposition

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 10
• Strony: 664--667
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Ziółkowski P.

• Instytut Maszyn Przepływowych im. R. Szewalskiego PAN, Zakład Konwersji Energii, Gdańsk

autor

Badur J.

• Instytut Maszyn Przepływowych im. R. Szewalskiego PAN, Zakład Konwersji Energii, Gdańsk

autor

Stajnke M.

• Instytut Maszyn Przepływowych im. R. Szewalskiego PAN, Zakład Konwersji Energii, Gdańsk

autor

Kornet S.

• Instytut Maszyn Przepływowych im. R. Szewalskiego PAN, Zakład Konwersji Energii, Gdańsk

autor

Jóźwik P.

• WAT, Wydział Nowych Technologii i Chemii, Warszawa

autor

Bojar Z.

• WAT, Wydział Nowych Technologii i Chemii, Warszawa

autor

Ziółkowski P. J.

• Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
• Instytut Maszyn Przepływowych im. R. Szewalskiego PAN, Zakład Konwersji Energii, Gdańsk

Bibliografia

• [1] Kowalczyk Т., Badur J., Lemański M., Poprawa elastyczności bloku energetycznego klasy 390 MW przy użyciu SOEC. „Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej" 2017, nr 53, s. 155-158.
• [2] Badur J., Sławiński D., Kornet S., Kowalczyk Т., Bryk M., Ziółkowski P. J., Stajnke M., Ziółkowski P., Pozaprojektowe ograniczenia mające na celu utrzymanie dyspozycyjności turbiny parowej dużej mocy, „Energetyka" 2016, t. 749, nr 11, s. 652-654.
• [3] Badur J., Kornet S., Sławiński D., Ziółkowski P., Banaszkiewicz M., Rehmus-Forc A., Zagrożenia powodowane pękaniem osłony termopary w stopniu regulacyjnym turbiny parowej, „Energetyka" 2015, t. 736, nr 10, s. 647-650.
• [4] Badur J., Ziółkowski P., Sławiński D., Sposób wyznaczenia i kontroli opłacalności kogeneracyjnej pracy bloków parowych ze źródłami OZE, „Rynek Energii" 2017, 128, s. 40-46.
• [5] Klonowicz P., Wilanowski Ł., Jędrzejewski Ł., Suchocki Т., Surwiło J., Stępniak D., Wstępna analiza potencjału zasobników energii typu UWCAES w Zatoce Gdańskiej, „Rynek Energii" 2016, nr 3,s. 100-107.
• [6] Satyga S., Szabłowski Ł., Badyda K., Energy analysis of underwater energy storage system based on compressed air, "Trans. IFFM" 2016, No. 131, p. 151 -160.
• [7] Lepszy S., Chmielniak Т., Mońka P., Technical and economic analysis of energy storage system using hydrogen undergro-und reservoirs with covering of peak electricity demand, [w:] Proceedings of 4rd International Conference on Contemporary Problems of Thermal Engineering. CPOTE 2016, Gliwice - Katowice, 14-16 September 2016. Eds. W. Stanek, P. Gtadysz, L. Czarnowska, К. Petela. Gliwice 2016, s. 333-340.
• [8] Jóźwik P., Polkowski W., Bojar Z., Applications of Ni3Al based intermetallic alloys-current stage and potential perceptivities, "Materials" 2015, No. 8, p. 2537-2568.
• [9] Michalska-Domańska M., Norek M., Jóźwik P., Jankiewicz В., Stępniowski W.J., Bojar Z., Catalytic stability and surface analysis of microcrystalline NI3AI thin foils in methanol decomposition, "Appl. Surf. Sci." 2014, No. 293, p. 169-176.
• [10] Jóźwik P., Badur J., Karcz M., Numerical modelling of a micro-reactor for thermocatalytic decomposition of toxic compounds. "Chemical and Process Engineering" 2011, Vol. 32, No. 3, p. 215-227.
• [11] Badur J., Numeryczne modelowanie zrównoważonego spalania w turbinach gazowych. Wydawnictwo IMP PAN, Gdańsk 2003.
• [12] Ziółkowski P., Stajnke M., Jóźwik P., Modelling of a mixture flow of helium and methanol in thermocatalytic reactor and chemical reactions on the intermetallic phase of Ni3Al "Trans. IFFM" 2017, po pozytywnych recenzjach.
• [13] Michalska-Domańska M., Jóźwik Р., Jankiewicz В., Bartosewicz В., Siemiaszko D., Stępniowski W. J., Bojar Z., Study of cyclic Ni3AI catalyst pretreatment process for uniform carbon nanotubes formation and improved hydrogen yield in methanol decomposition. "Materials Today: Proceedings" 2016, Vol. 3 S, S171 - S177.
• [14] Moussa S. O., El-Shall M. S., High-temperature characterization of reactively processed nanostructure nickel aluminide intermetallics", "J. Alloys Compd." 2007, Vol. 440, p. 178-188.
• [15] Mitani H., Xu Y, Hirano Т., Demura M., Tamura R., Catalytic properties of Ni-Fe-Mg alloy nanoparticle catalysts for methanol decomposition," Catalysis Today" 2017, Vol. 281, p. 669-676.
• [16] Modliński N., Madejski P., Janda Т., Szczepanek К., Kordylewski W., A validation of computational fluid dynamics temperature distribution prediction in a pulverized coal boiler with acoustic temperature measurement, "Energy" 2015, Vol. 92, p. 77-86.
• [17] Weber R., Schaffel-Mancini N. Mancini M., Kupka Т., Fly ash deposition modelling: requirements for accurate predictions of particle impaction on tubes using RANS-based computational fluid dynamics, "Fuel" 2013, Vol. 108, p. 586-596.
• [18] Badur J., Ziółkowski P., Sławiński D., Kornet S., An approach for estimation of water wall degradation within pulverized-coal boilers, "Energy" 2015, Vol. 92, p. 142-152.
• [19] Karniadakis G., Beskok A., Aluru N., Microflows and nanoflows - fundamentals and simulation [in:] Antman S.S., Marsden J.E., Sirovich L. (Eds.), Interdisciplinary Applied Mathematics 2005, Vol. 29, Springer.
• [20] Badur J., Ziółkowski P.J. Ziółkowski P., On the angular velocity slip in nano flows, "Microfluid Nanofluid" 2015, Vol. 19, p. 191-198.
• [21 ] Badur J., Karcz M., Lemański M., On the mass and momentum transport in the Navier-Stokes slip layer, "Microfluid Nanofluid" 2011, Vol. 11, p. 439-449.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).