การจำลองการผลิตไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพด้วยกระบวนการไตรรีฟอร์มมิงร่วมกับเซลล์เชื้อเพลิง
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้ศึกษาการนำก๊าซชีวภาพมาใช้เป็นแหล่งพลังงานในการผลิตไฟฟ้าด้วยกระบวนการไตรรีฟอร์มมิง (tri-reforming) ร่วมกับเซลล์เชื้อเพลิงแบบคาร์บอเนตหลอมเหลว (molten carbonate fuel cell, MCFC) และเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์แข็ง (solid oxide fuel cell, SOFC) ซึ่งออกแบบกระบวนการด้วยซอฟต์แวร์ Aspen Plus v.9.0 โดยใช้ก๊าซชีวภาพที่ได้จากน้ำเสียของโรงงานน้ำตาลที่มีองค์ประกอบก๊าซมีเทน 75 % และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 25 % และได้ศึกษาอิทธิพลของตัวแปรต่าง ๆ ที่มีผลต่อการผลิตไฟฟ้า ได้แก่ อุณหภูมิของกระบวนการไตรรีฟอร์มมิง (200-1,200 ºC) สัดส่วนโดยโมลของไอน้ำต่อคาร์บอน (0.1-3.0) สัดส่วนโดยโมลของก๊าซออกซิเจนต่อคาร์บอน (0.1-1.0) อุณหภูมิของเซลล์เชื้อเพลิงแบบคาร์บอเนตหลอมเหลว (600-750 ºC) และอุณหภูมิของเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์แข็ง (800-1,000 ºC) ผลการศึกษาพบว่าสภาวะการดำเนินงานที่เหมาะสมที่ผลิตก๊าซไฮโดรเจนได้มากที่สุดของกระบวนการไตรรีฟอร์มมิง คือ อุณหภูมิของกระบวนการไตรรีฟอร์มมิง 700 องศาเซลเซียส สัดส่วนโดยโมลของไอน้ำต่อคาร์บอน คือ 3 และสัดส่วนโดยโมลของก๊าซออกซิเจนต่อคาร์บอน คือ 0.1 สำหรับเซลล์เชื้อเพลิง สภาวะการดำเนินงานที่เหมาะสมของเซลล์เชื้อเพลิงแบบคาร์บอเนตหลอมเหลว คือ อุณหภูมิ 750 องศาเซลเซียส และสภาวะการดำเนินงานที่เหมาะสมของเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์แข็ง คือ อุณหภูมิ 1,000 องศาเซลเซียส ภายใต้ความดันบรรยากาศ นอกจากนี้ได้ศึกษาเปรียบเทียบสมรรถนะของเซลล์เชื้อเพลิงในรูปของความหนาแน่นกำลังไฟฟ้า (power density) ซึ่งพบว่าค่าความหนาแน่นกำลังไฟฟ้าของระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์แข็งมีค่า 5,807.33 วัตต์ต่อตารางเมตร (W/m2) ซึ่งมีค่าสูงกว่าค่าความหนาแน่นกำลังไฟฟ้าของระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์เชื้อเพลิงแบบคาร์บอเนตหลอมเหลว (3,085.14 W/m2)
Article Details
เอกสารอ้างอิง
The Secretariat of the House of Representatives, 2016, Hydrogen Fuel: Alternative Energy Resource to Reduce Global Warming, Available Source: https://library2.parliament.go.th/ejournal/content_af/2559/jun2559-6.pdf, November 13, 2018. (in Thai)
Energy Policy and Planning Office Ministry of Energy, 2015, Hydrogen fuel: New Energy Source Used Instead of Crude Oil, Available Source: http://erdi.cmu.ac.th/index.php/news/1254?category=11, November 16, 2018. (in Thai)
Wiboonsaliltara, S., 2014, Equilibrium Model of Hydrogen Production from Hydrocarbon and Alcohol, Chulalongkorn University, Bangkok, 24 p. (in Thai)
Lekapat, S. and Teekasap, S., 2013, Fuel cell: Alternative energy resource in the future, EAU Heritage J. Sci. Tech. 7: 1-10. (in Thai)
Arpornwichanop, A., 2011, Fuel cell, Available Source: http://www.chulapedia.chula.ac.th/index.php, November 20, 2018. (in Thai)
Department of Alternative Energy Development and Efficiency, 2018, Map of Biogas Status for Production and Usage in Thailand, Available Source: http://webkc.dede.go.th/testmax/node/671, November 24, 2018. (in Thai)
Manenti, F., Pelosato, R., Vallevi, P., Leon-Garzon, A.R., Dotelli, G., Vita, A., Faro, M.L., Maggio, G., Pino, L. and Aricò, A.S., 2015, Biogas-fed solid oxide fuel cell (SOFC) coupled to tri-reforming process: Modelling and simulation, Int. J. Hydrog. Energy 40: 14640-14650.
Santoni, F., Della Pietra, M., Pumiglia, D., Boigues Muñoz, C., McPhail, S.J., Cigolotti, V., Nam, S.W., Kang, M.G. and Yoon, S.P., 2018, Accurate in-operando study of molten carbonate fuel cell degradation processes-part I: physiochemical processes individuation, Electrochim. Acta 291: 343-352.
Yang, F., Zhu, X.J. and Cao, G.Y., 2007, Temperature control of MCFC based on an affine nonlinear thermal model, J. Power Sources 164: 713-720.
Nguyen, H.V.P., Othman, M.R., Seo, D., Yoon, S.P., Ham, H.C., Nam, S.W., Han, J. and Kim, J., 2014, Nano Ni layered anode for enhanced MCFC performance at reduced operating temperature, Int. J. Hydrog. Energy 39: 12285-12290.
Duan, L., Xia, K., Feng, T., Jia, S. and Bian, J., 2016, Study on coal-fired power plant with CO2 capture by integrating molten carbonate fuel cell system, Energy 117: 578-589.
Baron, R., Wejrzanowski, T., Szabłowski, Ł., Szczesniak, A., Milewski, J. and Fung, K.Z., 2018, Dual ionic conductive membrane for molten carbonate fuel cell, Int. J. Hydrog. Energy 43: 8100-8104.
Chatrattanawet, N., Saebea, D., Authayanun, S., Arpornwichanop, A. and Patcharavorachot, Y., 2018, Performance and environmental study of a biogas-fuelled solid oxide fuel cell with different reforming approaches, Energy 146: 131-140.
Pilatowsky, I., Romero, R.J., Isaza, C.A., Gamboa, S.A., Sebastian, P.J. and Rivera, W., 2011, Cogeneration Fuel Cell-Sorption Air Conditioning Systems, Springer London Dordrecht Heidelberg, New York, 35 p.
Duan, L., Zhu, J., Yue, L., and Yang, Y., 2014, Study on a gas-steam combined cycle system with CO2 capture by integrating molten carbonate fuel cell, Energy 74: 417-427.
Choedkiatsakul, I., Sintawarayan, K., Prawpipat, T., Soottitantawat, A., Wiyaratn, W., Kiatkittipong, W., Arpornwichanop, A., Laosiripojana, N., Charojrochkul, S. and Assabumrungrat, S., 2010, Performance assessment of SOFC systems integrated with bio-ethanol production and purification processes, Engineer J. 14: 1-14.
Campanari, S., Chiesa, P. and Manzolini, G., 2010, CO2 capture from combined cycles integrated with molten carbonate fuel cells, Int. J. Greenh. Gas Con. 4: 441-451.
Nahar, G., Mote, D. and Dupont, V., 2017, Hydrogen production from reforming of biogas: Review of technological advances and an Indian perspective, Renew. Sust. Energy Rev. 76: 1032-1052.
Phetkaewphet, S. and Sookkumnerd, C., 2015, Parametric study of process variables in biogas production at Mitr Phol (Phu vieng), 21 p., 2nd National Conference on Farm Engineering and Automation Technology. (in Thai)
Yu, K. and Chein, R., 2017, Numerical modeling on catalytic tri-reforming reaction of methane for syngas production, Energy Procedia 105: 4198-4203.
Zhang, Y., Cruz, J., Zhang, S., Lou, H.H., and Benson, T.J., 2013, Process simulation and optimization of methanol production coupled to tri-reforming process, Int. J. Hydrog. Energy 38: 13617-13630.
Khajeh, S., Aboosadi, Z.A. and Honarvar, B., 2014, A comparative study between operability of fluidized-bed and fixed-bed reactors to produce synthesis gas through tri-reforming, J. Nat. Gas Sci. Eng. 19: 152-160.
Zhang, Y., Zhang, S., Gossage, J.L., Lou, H.H. and Benson, T.J., 2014, Thermo dynamic analyses of tri-reforming reaction to produce syngas, Energy Fuels 28: 2717-2726.
Yoo, J., Bang, Y., Han, S.J., Park, S., Song, J.H. and Song, I.K., 2015, Hydrogen production by tri-reforming of methane over nickel–alumina aerogel catalyst, J. Mol. Catal. A Chem. 410: 74-80.
Damanabi, A.T. and Bahadori, F., 2017, Improving GTL process by CO2 utilization in tri-reforming reactor and application of membranes in Fisher Tropsch reactor, J. CO2 Util. 21: 227-237.
Wu, K.T., Yu, C.T. and Chein, R.Y., 2017, Numerical modeling on catalytic tri-reforming reaction of methane for syngas production, Energy Procedia 105: 4198-4203.
