تحليل انرژي و اگزرژي سيستم نوين ريفرمينگ بخارآب بيوگاز خورشيدي براي توليد هيدروژن

Energy and Exergy Analysis of a Novel Biogas Steam Reforming System for Hydrogen Production using Solar Energy

در اين مقاله، يك سيستم جديد ريفرمينگ بخارآب بيوگاز جهت توليد هيدروژن ارائه شده است. مخلوط بيوگاز شامل درصد زيادي متان و دي اكسيدكربن و مقادير ناچيز گازهاي ديگر مي ­باشد. مدلسازي جامع ترموديناميكي (انرژي و اگزرژي) بر روي سيستم پيشنهادي صورت گرفته است. تأثير پارامترهاي مختلف سيستم از قبيل دما و نسبت مولي دي­ اكسيدكربن به متان در مخلوط بيوگاز بر روي ميزان توليد هيدروژن، بازده انرژي و اگزرژي كل سيستم انجام شده است. نتايج نشان دادند كه با افرايش دماي واكنش ريفرمينگ بخارآب انجام شده در راكتور در يك نسبت مولي ثابت دي ­اكسيدكربن به متان در مخلوط بيوگاز، ميزان توليد هيدروژن و بازده انرژي و اگزرژي سيستم افزايش مي­يابد. علاوه بر اين با افزايش نسبت مولي دي ­اكسيدكربن به متان در مخلوط بيوگاز در دماهاي بالا باعث كاهش توليد هيدروژن به ازاي هر مول متان شده و در نتيجه بازده انرژي و اگزرژي كل سيستم كاهش يافته است. همچنين بيشترين بازده انرژي و اگزرژي كل سيستم در شرايطي كه ميزان توليد هيدروژن بيشينه است، به ترتيب برابر %52 و % 42 حاصل شده است.

In this paper, a novel biogas steam reforming system for producing hydrogen is presented. The mixture of biogas contains a large percentage of Methane, Carbon Dioxide and negligible amounts of other gases. A thermodynamic comprehensive modeling (energy and exergy) was done on the suggested system. The impact of various system parameters in the mixture of biogas such as; temperature, and molar ratio of carbon dioxide to methane is also done on the hydrogen production rate, energy and exergy efficiencies of the entire system. The results show that by increasing the temperature of the steam reforming reaction in reactor, in a constant molar ratio of carbon dioxide to methane in the mixture of biogas, hydrogen production rate and energy and exergy efficiences are increased. Moreover, increasing the molar ratio of carbon dioxide to methane in the biogas combination at high temperatures, resulted a decrease in hydrogen production per mole of methane and so the energy and exergy efficiencies of the entire system (decreased). As well as the most energy and exergy efficiencies of the whole in the case of hydrogen production is maximum, achieved to 52% and 42%; respectively.