Modelling and simulation of a catalytic gasification integrated with solid oxide fuel cell system

Abstract

Enerji alanında çalışan araştırmacıların en büyük sorunu; sürdürülebilir bir ekonomi için çevreyi korurken yüksek verimli ve düşük maliyetli enerji üretimini de beraberinde sağlamaktır. Entegre gazlaştırıcı-yakıt hücre sistemleri; gazlaştırma (biyokütle ve/ veya kömür) ve katı oksit yakıt hücrelerini (SOFC) birleştirerek çevresel ve yüksek verimli enerji üretimi için yeni fırsatlar sunmaktadır. Bu tez çalışmasının amacı, katalizör ve birlikte gazlaştırma işleminden oluşabilecek sinerjik özelliklerin sentez gazı bileşimini değiştirmesi ve entegre gazlaştırıcı-SOFC bazlı güç sistemlerinin performansı üzerindeki etkilerini araştırmaktır. Bu tez çalışması kapsamında aşağıdaki çalışmalar yapıldı:•Yakıt özelliklerinin (Çan Kömür ve/ veya Pirinç Samanı) ve çalışma koşulların, sentez gazı bileşimi üzerindeki etkilerini incelemek,•Sentez gazı içerisindeki H2’nin yüksek verim ile elde edilebilmesi için katalitik gazlaştırma prosesinin optimizasyonu ve geliştirilmesi,•Yüksek verimli entegre Gazlaştırıcı - SFOC hibrit sistemin verimini incelemek. Bu çalışmada; entegre gazlaştırıcı - katı oksit yakıt hücre sistemini modellemek ve elde edilen modelin verimliliğini incelemek için AspenTech firmasına ait Aspen PLUS yazılımı kullanıldı. Aspen PLUS yazılımına ait yerleşik reaktör modülleri ve entegre sistemin verimliliğini inceleyen termodinamik fonksiyonlar kullanılarak parametrik çalışma yapıldı. Elde edilen sonuçlar, katalitik gazlaştırmanın entegre güç sistemleri için uygulanabilir ve enerji üretimi için verimli olduğunu gösterdi.

Researchers in energy society encounter great challenges: to deliver highly efficient and low-cost energy while protecting the environment that is essential to sustainable economy. Integrated gasification fuel cell systems that combine solid oxide fuel cells (SOFC) and gasification (biomass and/ or coal) are promising unexploited opportunities for highly efficient and environmentally energy production. This research presents a multifaceted study of an integrated Fluidized Bed Gasifier-SOFC based power system utilization, with an emphasis on catalytic gasification, for high energy efficiency. The goal of this dissertation research is to investigate the effects of catalyst including synergetic properties of co-gasification on the syngas composition and performance of integrated Gasifier-SOFC based power systems through detailed thermodynamic analyses including the study of:•Effects of fuel type (Çan Coal and/ or Rice Straw) and operating conditions,•The development and optimization of a catalytic gasification process aimed at the production of synthesis gas with a highly efficient H2 formation.•To investigate the efficiency of the integrated Gasifier-SOFC hybrid system.To achieve the goals, Aspen Plus software from AspenTech has been conducted using built-in reactor modules and the sensitivity analysis of the proposed SOFC and Gasifier models has been conducted by using thermodynamic models able to investigate the efficiency of integrated systems. Results show that an integrated Gasifier-SOFC based power system including catalytic gasification is feasible and leads to energy production.