Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

An experimental and theoretical approach for the carbon deposition problem during steam reforming of model biogas

Brus G., Nowak R., Szmyd J., S., Komatsu Y., Kimijima S.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2015

|

Vol. 53 nr 2

273--284

EN

The conversion of biogas to electricity presents an attractive niche application for solid oxide fuel cells (SOFCs). A number of attempts have been made to use biogas as a fuel for high temperature fuel cell systems such as SOFCs. Biogas can be converted to a hydrogen-rich fuel in a reforming process which can use steam or carbon dioxide as the reforming agent. Conventionally, the reforming process is conducted at around 850◦C using several different catalysts depending on application. Biogas naturally contains the reforming agent, carbon dioxide, however, for typical biogas the content of carbon dioxide is insufficient to conduct the reforming process safely. Fore those cases, steam is added to prevent carbon deposition. Carbon formation occurs between the catalyst and the metal support, creating fibers which damage the catalytic property of the reactor. A number of papers have dealt with the problem of carbon deposition during both methane steam reforming and dry reforming. However, from the standpoint of solid oxide fuel cells, not every carbon-free condition is optimal for its operation. This paper treats this subject, explaining the mechanism of carbon formation during the steam reforming of biogas and using a numerical analysis to determine efficient and carbon-free working conditions.

2

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

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

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2014

|

z. 86 [290], nr 1

43--50

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.

3

Analiza procesu reformingu metanu parą wodną przy pomocy uogólnionej metody najmniejszych kwadratów

Ściążko A., Komatsu Y., Brus G., Kimijima S., Szmyd J. S.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2014

|

z. 86 [290], nr 1

95--102

PL

Matematyczny model zjawiska fizycznego obarczony jest niepewnością, wynikającą z niedokładności pomiarów eksperymentalnych, wartości przyjętych parametrów oraz założonych uproszczeń modelowych. Artykuł przedstawia eksperymentalną oraz numeryczną analizę procesu parowego reforming metanu za pomocą Uogólnionej Metody Najmniejszych Kwadratów (GLS). Opublikowane dotychczas równania kinetyki procesu reformingu różnią się znacznie między sobą oraz nie zawierają analizy niepewności przedstawionych rezultatów. Algorytm GLS pozwala na wyznaczenia najbardziej prawdopodobnych wartości empirycznych parametrów definiujących szybkość reakcji reformingu oraz umożliwia obiektywną weryfikację przygotowanego modelu matematycznego. Analiza numeryczna została przeprowadzona w oparciu o badania eksperymentalne z wykorzystaniem 0.3 g próbki katalizatora Ni/YSZ 60:40%v. Pokazano, że metoda GLS zapewnia poprawę dokładności zmiennych mierzonych oraz pozwala na wyznaczenie najbardziej prawdopodobnych wartości niewiadomych oraz niepewności charakteryzujących otrzymane wyniki.

EN

Mathematical model of the physical phenomena contains the uncertainties resulted from the inaccuracy of the measurements, assumed values of parameters and model simplifications. The article presents the experimental and numerical analysis of methane steam reforming process with Generalized Least Squares Method (GLS). Published in the literature equations about kinetics of reforming process are different and they do not contain the uncertainty analysis of the obtained results. The GLS algorithm is adopted to select the most probable values of reforming kinetics parameters and to objectively validate proposed mathematical models. The numerical analysis was conducted on the basis of the experimental measurements of 0.3 g Ni/YSZ 60:40vol catalyst sample. It was proven that GLS method is useful in securing higher accuracy of measured variables, finding the most probable values of unknowns and simultaneously determining the uncertainty coupled with all the variables in the system.

4

The effect of applied control strategy on the current-voltage correlation of a solid oxide fuel cell stack during dynamic operation

Szmyd J. S., Komatsu Y., Brus G., Ghigliazza F., Kimijima S., Ściążko A.

Archives of Thermodynamics

|

2014

|

Vol. 35, no. 3

129--143

EN

This paper discusses the transient characteristics of the planar type SOFC cell stack, of which the standard output is 300 W. The transient response of the voltage to the manipulation of an electric current was investigated. The effects of the response and of the operating condition determined by the operating temperature of the stack were studied by mapping a current-voltage (I-V) correlation. The current-based fuel control (CBFC) was adopted for keeping the fuel utilization factor at constant while the value of the electric current was ramped at the constant rate. The present experimental study shows that the transient characteristics of the cell voltage are determined by primarily the operating temperature caused by the manipulation of the current. Particularly, the slope of the I-V curve and the overshoot found on the voltage was remarkably influenced by the operating temperature. The different values of the fuel utilization factor influence the height of the settled voltages. The CBFC has significance in determining the slope of the I-V characteristic, but the different values of the fuel utilization factor does not affect the slope as the operating temperature does. The CBFC essentially does not alter the amplitude of the overshoot on the voltage response, since this is dominated by the operating temperature and its change is caused by manipulating the current.