بررسی عددی راکتور تولید هیدروژن خورشیدی توسط ریفورمینگ بخار متان با استفاده از لنز فرنل سهموی

هیدروژن یک سوخت پاک و جایگزین مناسب برای سوخت های فسیلی است، اما در طبیعت به صورت عنصری وجود ندارد. یکی از روش های اصلی تولید هیدروژن، ریفورمینگ بخار متان است که گرمای مورد نیاز آن معمولا از سوخت های فسیلی تامین می شود، که باعث انتشار کربن دی اکسید به محیط زیست می گردد. با استفاده از انرژی خورشیدی می توان گرمای مورد نیاز فرآیند را تامین کرد. در این پژوهش، به بررسی عددی ریفورمینگ بخار متان در راکتور لوله ای با کاتالیزور Ni/Al۲O۳ و استفاده از لنز فرنل سهموی به عنوان متمرکزکننده خورشیدی پرداخته شده و تاثیر پارامترهای هندسی و عملیاتی بر عملکرد راکتور مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، از نرم افزار کامسول مولتی فیزیکس برای حل معادلات راکتور استفاده شده و مدل میانگین-مخلوط برای شبیه سازی انتقال جرم واکنش دهنده ها در راکتور به کار رفته است. نتایج نشان داد که افزایش دبی، باعث کاهش راندمان تبدیل متان از ۷۷/۸۵% به ۴۷/۲۵%. افزایش طول لوله، راندمان تبدیل متان را از ۴۵/۲۷% به ۰۷/۲۳% کاهش داد، اما راندمان تولید هیدروژن از ۳۴/۱۶% به ۱۵/۱۸% افزایش یافت. با افزایش نسبت بخار به کربن، راندمان تبدیل متان از ۱۸/۲۵% به ۲۴/۳۱% و تولید هیدروژن از ۵۱/۱۳% به ۸۸/۲۰% افزایش یافت، اما راندمان شیمیایی از ۱۸/۱۲% به ۴۷/۶% کاهش یافت. افزایش دمای ورودی واکنش دهنده ها، راندمان تبدیل متان را از ۹۷/۵۱% به ۱۴/۶۴% و تولید هیدروژن را از ۱/۲۷% به ۵۱/۴۳% افزایش داد. همچنین سیستم طراحی شده، توانایی تولید ۱۴/۴۹ کیلوگرم هیدروژن در سال و کاهش ۲۶/۴۴۲ کیلوگرم دی اکسید کربن را دارد.

کلیدواژه ها:

ریفورمینگ متان با بخار ، تولید هیدروژن ، راکتور لوله ای ، انرژی خورشیدی ، لنز فرنل