Kim, Jinwook;Kim, Sangwoo;Park, Dalyung;Jeon, Sanghee;Lee, Dohyung
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2010.11a
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pp.91.1-91.1
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2010
The Reforming system is an effective method to generate hydrogen which uses for fuel cell system. The purpose of this study is to present characteristics of an autothermal reformer at various operating conditions and to investigate ideal conditions for reforming efficiency. Dominant chemical reactions are Full Combustion, Steam Reforming reaction, Water-Gas Shift reaction and Direct Steam Reforming reaction. Operating parameters of the autothermal reformer are inlet temperature, Oxygen to Carbon Ratio, Steam to Carbon Ratio and Gas Hourly Space Velocity. Autothermal reformer is filled with catalysis of a packbed-bed type. Using numerical approach, we have investigated on various reaction conditions.
Temperature programmed oxidation (TPO) is used to characterize coke species deposited on commercial nickel catalyst, C11-PR during propane pre-reforming. Propane pre-reforming performed under various condition, S/C from 1.5 to 2.5 and temperature from $350^{\circ}C$ to $450^{\circ}C$. There are three kinds of coke species detected by TPO: (i) reactive coke, (ii) coke deposited on metal site and (iii) coke deposited on acid support. Coke deposited on metal and support are minimized although reactive coke is generated at temperature of $400^{\circ}C$ and S/C of 2.0. Reactive coke is expected to remove easily below temperature of $200^{\circ}C$. Therefore, optimized pre-reforming condition for propane is $400^{\circ}C$ and S/C of 2.0.
Liquid hydrocarbon fuels, such as gasoline, kerosene, diesel and JP 8, can be good candidates for SOFC (solid oxide fuel cell) system fuel due to their high hydrogen density. Autothermal reforming (ATR) is suitable for liquid hydrocarbon fuel reforming because oxygen can decompose the aromatics in liquid fuel and steam can suppress the carbon deposition during catalytic reaction. The advantage of ATR is that it has a simple system construction due to exothermicity of ATR reaction. We control the exothermicity of reaction, make the reaction possible design a self-sustaining ATR reactor. A self-sustained 1kW-class kerosene autothermal reformer is introduced in this paper. The 1kW-class kerosene reformer was continuously operated for about 140 hours without degradation of reforming performance.
The heat-flow characteristics and reforming efficiency of steam reformer with combustor are numerically investigated at various operating conditions. SCR(Steam to Carbon Ratio) and GHSV(Gas Hourly Space Velocity) are adopted as important operating conditions. User-Defined-Function(UDF) was used to simultaneously calculate reforming and combustion reaction. Numerical results show that hot burned gas rise by a buoyant force and heat exchange between reforming reactors and cocurrent flow occurs in the combustion region. The results also indicate that an increase of SCR leads to decrease the mole fraction of hydrogen at the reactor outlet. As GHSV increases, conversion rate decreases.
An adaptive predictive control for steam-reforming plant which consist of a steam-gas reformer and a waste heat steam-boiler was studied by using MIMO bilinear model. The simulation experiments of the process identification were performed by using linear and bilinear models. From the simulation results it was found that the bilinear model represented the dynamic behavior of a steam-reforming plant very well. ARMA model was used in the process identification and the adaptive predictive control. To verify the performance and effectiveness of the adaptive predictive controller proposed in this study the simulation results of steam-reforming plant control based on bilinear model were compared to those of linear model. The simulation results showed that the adaptive predictive controller based on bilinear model provides better performance than those of linear model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.11
s.254
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pp.1123-1130
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2006
This study discusses about research efforts of hydrogen generation from hydrocarbon(e.g., diesel, gasoline, natural gas, and LPG), especially, butane reforming by using Autothermal Reforming Reaction (ATR) technology. Several catalysts were selected for butane ATR. Thermodynamic reactor conditions (temperature, $O_2$/C, S/C) are varied and reforming characteristics of 2 catalysts (Pt and Rh on ceramic supports) and 1 commercial catalyst (FCR-HC35) have been examined. To understand reaction behaviors in an ATR reactor comprehensively, temperature profiles of reactor were observed. By mass transfer limitation, fuel conversion decreases when GHSV increases. Significant temperature variation along the reactor was observed and it was mainly due reaction kinetics difference between exothermic oxidation and endothermic reforming reaction.
To check the feasibility of SMART (Steam Methane Advanced Reforming Technology)system, an experimental investigation was conducted. A fluidized bed reactor of diameter 0.052 m was operated cyclically up to the $10^{th}$ cycle, alternating between reforming and regeneration conditions. FCR-4 catalyst was used as the reforming catalyst and calcined limestone (domestic, from Danyang) was used as the $CO_2$ absorbent. Hydrogen concentration of 98.2% on a dry basis was reached at $650^{\circ}C$ for the first cycle. This value is much higher than $H_2$ concentration of 73.6% in the reformer of conventional SMR (steam methane reforming) system. However, the hydrogen concentration decreased because the $CO_2$ capture capacity decreased as the number of cycles increased.
Biogas, composed mainly of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2), is a renewable gas that can serve as an alternative energy source. In this study, we developed a new microwave reformer and analyzed its reforming characteristics. We observed that higher temperatures of the microwave receptor led to increased reforming efficiency. By supplying appropriate amounts of methane and steam, we could prevent carbon generated from the thermal decomposition reaction of carbon dioxide from depositing on the catalytic active layer, thus avoiding the inhibition of catalytic activity. Hydrogen generation was enhanced when maintaining the biogas ratio and steam supply at adequate levels. Increasing the SiC ratio in the receptor improved the uniformity of temperature distribution and growth rate, resulting in higher conversion rates of the reforming process.
In this paper, performance of the gas turbine combined cycle(GTCC) using pre-combustion carbon capture technology was comparatively analysed. Steam reforming and autothermal reforming were used. In the latter, two different methods were adopted to supply oxygen for the reforming process. One is to extract air form gas turbine compressor (air blowing) and the other is to supply oxygen directly from air separation unit ($O_2$ blowing). To separate $CO_2$ from the reformed gas, the chemical absorption system using MEA solution was used. The net cycle efficiency of the system adopting $O_2$ blown autothermal reforming was higher than the other two systems. The system using air blown autothermal reforming exhibited the largest net cycle power output. In addition to the performance analysis, the influence of fuel reforming and carbon capture on the operating condition of the gas turbine and the necessity of turbine re-design were investigated.
This paper presents the performance characteristics of a 1 kW solid oxide fuel cell (SOFC) stack under various internal reforming and fuel utilization conditions. The Research Institute of Industrial Science & Technology (RIST) developed the 9-cell stack using a $20{\times}20cm^2$ anode supported planar cell with an active area of $324cm^2$. In this work, current-voltage characteristic test, fuel utilization test, continuous operation, and internal reforming test were carried out sequentially for 765 hours at a furnace temperature of $700^{\circ}C$. The influence of fuel utilization and internal reforming on the stack performance was analyzed. When the 1 kW stack was tested at a current of 145.8 A with a corresponding fuel utilization of 50-70% (internal reforming of 50%) and air utilization of 27%, the stack power was approximately 1.062-1.079 kW. Under continuous operation conditions, performance degradation rate was 2.16%/kh for 664 hours. The internal reforming characteristics of the stack were measured at a current of 145.8. A with a corresponding fuel utilization of 60-75%(internal reforming of 50-80%) and air utilization of 27%. As fuel utilization and internal reforming ratio increased, the stack power was decreased. The stack power change due to the internal reforming ratio difference was decreased with increasing fuel utilization.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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