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Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica

Laboratório de Tecnologias de Energia no IDMEC/IST

Toste Azevedo e Rui NetoIDMEC – IST,

Lisboa, 29 Julho 2009

Produção de hidrogénioDesenvolvimento do projecto EDEN

Endogeneizar o Desenvolvimento de Energias Novas (Prime 3.1A Cont. 3/164)


Projecto EDEN• Constituído por 6 PPS nos quais o

IDMEC/IST participou mais em 3:• PPS3 – Instalação de estação piloto de

armazenamento de energia com H2.• PPS5 – Desenvolvimento de tecnologias

complementares: Reformação e modelação.• PPS6 – Preparação de Road Map para o

Hidrogénio em Portugal até 2050 com projecções para a produção de hidrogénio.

O INEGI participou mais nos PPS2 e PPS5.


Instalação Piloto

Technical specifications of main components. Electrolyser Full load Units Specific Consumption 7.3 kWh/Nm3 Energy Efficiency 41 % Fuel Cell Part/Full load Specific Consumption 0.68/0.76 Nm3/kWh Energy Efficiency 49/44 % System Efficiency* 20/18 %

Concursos, adjudicação e instalação em doze meses.Ainda existem alguns problemas a resolver.

Possível utilização futura para veículos a hidrogénio.


Inst. Piloto em Porto SantoTanque de

armazenamentoGerador eólico

Electrolisador

Pilha de combustível

Inversores


Modelação térmica de reactores de reformação

• O IDMEC participou em três projectos de integração térmica de reformadores onde se usam sub-produtos gasosos para fornecimento do calor à reformação.

• Sub-produtos podem ser de purgas ou hidrogénio não usado em ânodo de pilhas de combustível ou de processo de purificação de hidrogénio (e.g. PSA).


Simulação reformação

• Foram efectuados cálculos simulando reformação no interior de tubos/canais que permitem constatar que perfis radiais se aproximam de parabólicos

Incr

ea

sing

Spa

ce V

elo

city

600

700

800

900

1000

1100

0.00 1.25 2.50 3.75 5.00 6.25

r (mm)

Tem

pera

ture

(ºC

)

z = 15 (mm) z = 35 (mm)

z = 55 (mm) z = 75 (mm)

Este tipo de perfil de temperatura é utilizado em modelo simplificado


Caso teste de reformação num reactor tubular para gás natural

975ºC 775ºC 1050ºC

Modelo simplificado

• Comparado com modelo 2D produz resultados equivalentes e permite ligação por UDF com programa Fluent.

Mole Fractions (Dry Basis) of Reforming Products

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

5 10 15 20 25 30 35Space Velocity [s-1]

Mol

e F

ract

ion

65.0, Fluent, H2O

65.0, Fluent, H2

65.0, H2O

65.0, H2

240.1, H2O

240.1, H2

240.1, Eq., H2O

240.1, Eq., H2

Exp., H2O

Exp., H2

Mole Fractions (Dry Basis) of Reforming Products

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

5 10 15 20 25 30 35Space Velocity [s-1]

Mol

e F

ract

ion

65.0, Fluent, CO2

65.0, Fluent, CO

65.0, Fluent, CH4

65.0, CO2

65.0, CO

65.0, CH4

240.1, CO2

240.1, CO

240.1, CH4

240.1, Eq., CO2

240.1, Eq., CO

240.1, Eq., CH4

Exp., CO2

Exp., CO

Exp., CH4


Modelo acoplado

furnace furnace reformer reformerconv. gas conv. gasNew

Furnace Wall furnace reformerconv. conv.

h T h TT

h h

• Com base no procedimento desenvolvido foi possível calcular perfil de temperatura na superfície entre fornalha e reformador.


Projecto Nemesis• O modelo desenvolvido foi utilizado em

projecto de demonstração em que se construiu uma instalação de 10 kgH2/dia.

• Espera-se desenvolver novo projecto para instalação de 250 kgH2/dia para posto de abastecimento de demonstração de frota.


Reforming do Metanol: produção de Hidrogénio

Reactor integralmente produzido no IST.


Preparação de catalisadores no IST

Catalisador de óxidos de cobre e zircónia.

Produção envolve vários passos: Preparação de pasta, fixação em suporte, secagem, sinterização.

Catalisador reduzido no reactor onde é utilizado.

Caracterização de desempenho e análise do catalisador antes e depois dos testes.


Conversão do Metanol com a Variação da Temperatura

Variação da conversão e da selectividade com a temperatura para várias razões entre metanol e água.

Testes de durabilidade dos catalizadores.

Comparação entre catalizadores produzidos no IST e referência comercial.


Perfis térmicos do reformador

• Perfis térmicos internos e exteros do reformador, para três temperaturas de forno. Conversão do metanol a fluxo constante (6014 h-1) para razões de água metanol 1,5.


Natural gas steam reforming• Test section operating at high temperature and

pressure up to 8 bar for testing natural gas steam reforming catalyst.


Pilhas de Combustível PEM

•Optimização de desempenho

•Monitorização de produção eléctrica e térmica

Testes de Operação


Parâmetros tipicamente monitorizados


Sumário

O IDMEC instalou uma estação piloto de produção de hidrogénio a partir de energias renováveis que é uma plataforma para desenvolvimento de demonstrações.

As capacidades de trabalho na análise térmica (e estrutural) de reformadores de modo a potenciar a participação em outros projectos de demonstração.

Foi implementado um laboratório para várias actividades relacionadas com o hidrogénio de modo a desenvolver projectos integrados nesta área.

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