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Simulación CFD del sistema de reformado de vapor de etanol para la producción de hidrógeno

Autores: Davidy, Alon

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2018

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Acceso abierto

Artículo científico
2018

Simulación CFD del sistema de reformado de vapor de etanol para la producción de hidrógeno


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Química

Palabras clave

Hidrógeno
Etanol
Reformado
Dinámica de fluidos computacional
Modelo de simulación
Flujo de calor

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 23

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El hidrógeno podría ser una fuente de combustible prometedora y a menudo se considera un portador de energía limpia, ya que puede ser producido a partir de etanol. El uso de etanol presenta varias ventajas, porque es una materia prima renovable, fácil de transportar, biodegradable, tiene baja toxicidad, contiene un alto contenido de hidrógeno y es fácil de almacenar y manejar. La reforma de vapor de etanol ocurre a temperaturas relativamente más bajas en comparación con otros combustibles hidrocarburados y ha sido ampliamente estudiada debido al alto rendimiento que proporciona para la formación de hidrógeno. Se ha desarrollado un nuevo modelo de simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD) de la reforma de vapor de etanol (ESR) en este trabajo. El modelo del sistema de reforma está compuesto por un quemador de etanol y un reactor de lecho catalítico. El etanol líquido se quema dentro de la cámara de combustión, luego el flujo de calor radiante del quemador se transfiere al reactor de lecho catalítico para transformar la mezcla de vapor de etanol en hidrógeno y dióxido de carbono. El modelo computacional propuesto está compuesto por dos fases: la simulación del quemador de etanol utilizando el software Fire Dynamics Simulator (FDS) (versión 5.0) y una simulación multifísica del proceso de reforma de vapor que ocurre dentro del reformador. El software multifísico COMSOL (versión 4.3b) se ha aplicado en este trabajo. Resuelve simultáneamente el flujo de fluidos, la transferencia de calor, la difusión con ecuaciones de cinética de reacciones químicas y el análisis estructural. Se muestra que la tasa de liberación de calor producida por el quemador de etanol puede proporcionar el flujo de calor necesario para mantener el proceso de reforma. Se ha encontrado que las fracciones másicas de hidrógeno y dióxido de carbono aumentan a lo largo del eje del reformador. La fracción másica de hidrógeno aumenta al mejorar el flujo de calor radiante. Se demostró que las tensiones de Von Mises aumentan con los flujos de calor. También se abordan cuestiones de seguridad relacionadas con la integridad estructural de la chaqueta de acero. Este trabajo muestra claramente que al usar etanol, que tiene una conversión a baja temperatura, la disminución de la resistencia estructural del tubo de acero es baja. Los resultados numéricos indican claramente que bajo condiciones normales de la reforma de etanol (la temperatura del acero es de aproximadamente 600 grados C o 1112 grados F), el tiempo de ruptura de la aleación de acero HK-40 aumenta considerablemente. En este caso, el tiempo de ruptura es mayor a 100,000 h (más de 11.4 años).

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