Laboratório de Tecnologias de Energia no IDMEC/IST
Produção de hidrogénio
Desenvolvimento do projecto EDEN
Endogeneizar o Desenvolvimento de
Energias Novas (Prime 3.1A Cont. 3/164)
Toste Azevedo e Rui Neto
IDMEC – IST,
Lisboa, 29 Julho 2009
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
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.
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
Instalação Piloto
Concursos, adjudicação e instalação em doze meses.
Ainda existem alguns problemas a resolver.
Technical specifications of main components.
Electrolyser
Full load
Units
3
Specific Consumption
7.3
kWh/Nm
Energy Efficiency
41
%
Fuel Cell
Part/Full load
3
Specific Consumption
0.68/0.76
Nm /kWh
Energy Efficiency
49/44
%
System Efficiency*
20/18
%
Possível utilização futura para veículos a hidrogénio.
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
Inst. Piloto em Porto Santo
Tanque de
armazenamento
Gerador eólico
Electrolisador
Pilha de
combustível
Inversores
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
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).
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
Simulação reformação
• Foram efectuados cálculos simulando reformação
no interior de tubos/canais que permitem constatar
que perfis radiais se aproximam de parabólicos
1100
Temperature (ºC)
1000
900
z = 15 (mm)
z = 35 (mm)
z = 55 (mm)
z = 75 (mm)
800
700
600
0.00
1.25
2.50
3.75
r (mm)
5.00
6.25
Este tipo de perfil de
temperatura é utilizado
em modelo simplificado
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
Modelo simplificado
• Comparado com modelo 2D produz resultados
equivalentes e permite ligação por UDF com
programa Fluent.
Mole Fractions (Dry Basis) of Reforming Products
Mole Fraction
0.75
Caso teste de reformação num reactor tubular para gás natural
0.70
65.0, H2O
0.65
65.0, H2
0.60
240.1, H2O
0.55
0.50
240.1, H2
0.45
240.1, Eq., H2O
65.0, Fluent, CO
0.16
65.0, Fluent, H2
65.0, Fluent, CH4
Mole Fraction
0.80
65.0, Fluent, CO2
Mole Fractions (Dry Basis) of Reforming Products
65.0, Fluent, H2O
0.14
65.0, CO2
0.12
65.0, CO
65.0, CH4
0.10
240.1, CO2
0.08
240.1, CO
240.1, CH4
0.06
240.1, Eq., CO2
0.04
0.40
975ºC
0.35
0.02
775ºC
Exp., H2O
0.30
5
10
15
20
25
-1
Space Velocity [s ]
30
240.1, Eq., CO
1050ºC
240.1, Eq., H2
35
Exp., H2
240.1, Eq., CH4
Exp., CO2
0.00
5
10
15
20
25
-1
Space Velocity [s ]
30
35
Exp., CO
Exp., CH4
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
Modelo acoplado
New
Furnace Wall
T

furnace
furnace
reformer
reformer
hconv.
 Tgas
 hconv.
 Tgas
furnace
reformer
hconv.
 hconv.
• Com base no procedimento desenvolvido
foi possível calcular perfil de temperatura
na superfície entre fornalha e reformador.
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
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.
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
Reforming do Metanol: produção de Hidrogénio
Reactor integralmente produzido no IST.
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
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.
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
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.
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
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.
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
Natural gas steam reforming
• Test section operating at high temperature and
pressure up to 8 bar for testing natural gas
steam reforming catalyst.
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
Pilhas de Combustível PEM
Testes de Operação
•Optimização
de
desempenho
•Monitorização
de produção
eléctrica e
térmica
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
Parâmetros tipicamente monitorizados
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
Parâmetros tipicamente monitorizados
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
Parâmetros tipicamente monitorizados
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica
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.
Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica