Le celle a combustibile a scambio protonico (PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) rappresentano una delle tecnologie innovative più promettenti grazie agli alti rendimenti di conversione e al basso impatto ambientale, sia nel campo della generazione stazionaria di piccola potenza (applicazioni residenziali anche in assetto cogenerativo), sia per applicazioni veicolari. Tuttavia, la mancanza di reti di distribuzione dell’idrogeno, il combustibile per eccellenza delle PEMFC, rende necessaria la loro integrazione con sistemi di produzione dell’idrogeno, che, attualmente, sono basati soprattutto sul reforming catalitico di idrocarburi. Nel presente lavoro vengono definite le condizioni operative ottimali di un sistema innovativo di produzione dell’idrogeno basato sullo steam reforming del GPL (gas propano liquido) in cui il reattore di shift è un reattore a membrana, integrato con un’unità di potenza da 4 kW, costituita da celle a combustibile a scambio protonico. Rispetto alla configurazione reattoristica tradizionale, l’impiego del reattore di shift a membrana consente di aumentare la produzione di idrogeno e di semplificare l’impianto non essendo più necessario il sistema di abbattimento/riduzione del CO ai valori compatibili per l’alimentazione dello stack polimerico poiché il processo di separazione produce idrogeno puro al 99.9%. La determinazione delle condizioni ottimali di funzionamento è stata ottenuta mediante l’applicazione di un modello termochimico del sistema di fuel processing appositamente sviluppato, in cui particolare attenzione è stata rivolta alla modellazione del reattore di shift a membrana. I risultati ottenuti indicano che l’efficienza termica del sistema di fuel processing è massima (0.88) per una pressione di esercizio pari a 10 bar e per un rapporto S/C pari a 4. Nelle condizioni nominalidi funzionamento dell’unità di potenza l’efficienza globale del sistema, riferita al potere calorifico inferiore del GPL, è 0.38.

Produzione di idrogeno da gpl mediante reforming con reattore di shift a membrana

CICCONARDI, Salvatore Pietro;COZZOLINO, Raffaello;PERNA, Alessandra
2010

Abstract

Le celle a combustibile a scambio protonico (PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) rappresentano una delle tecnologie innovative più promettenti grazie agli alti rendimenti di conversione e al basso impatto ambientale, sia nel campo della generazione stazionaria di piccola potenza (applicazioni residenziali anche in assetto cogenerativo), sia per applicazioni veicolari. Tuttavia, la mancanza di reti di distribuzione dell’idrogeno, il combustibile per eccellenza delle PEMFC, rende necessaria la loro integrazione con sistemi di produzione dell’idrogeno, che, attualmente, sono basati soprattutto sul reforming catalitico di idrocarburi. Nel presente lavoro vengono definite le condizioni operative ottimali di un sistema innovativo di produzione dell’idrogeno basato sullo steam reforming del GPL (gas propano liquido) in cui il reattore di shift è un reattore a membrana, integrato con un’unità di potenza da 4 kW, costituita da celle a combustibile a scambio protonico. Rispetto alla configurazione reattoristica tradizionale, l’impiego del reattore di shift a membrana consente di aumentare la produzione di idrogeno e di semplificare l’impianto non essendo più necessario il sistema di abbattimento/riduzione del CO ai valori compatibili per l’alimentazione dello stack polimerico poiché il processo di separazione produce idrogeno puro al 99.9%. La determinazione delle condizioni ottimali di funzionamento è stata ottenuta mediante l’applicazione di un modello termochimico del sistema di fuel processing appositamente sviluppato, in cui particolare attenzione è stata rivolta alla modellazione del reattore di shift a membrana. I risultati ottenuti indicano che l’efficienza termica del sistema di fuel processing è massima (0.88) per una pressione di esercizio pari a 10 bar e per un rapporto S/C pari a 4. Nelle condizioni nominalidi funzionamento dell’unità di potenza l’efficienza globale del sistema, riferita al potere calorifico inferiore del GPL, è 0.38.
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