Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Performance Analysis Of Solid Oxide Fuel Cell Using Flare Gas For Electricity Generation
Year (A.D.)
2018
Document Type
Thesis
First Advisor
อมรชัย อาภรณ์วิชานพ
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Department (if any)
Department of Chemical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมเคมี)
Degree Name
วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
วิศวกรรมเคมี
DOI
10.58837/CHULA.THE.2018.1180
Abstract
ก๊าซที่ถูกปล่อยออกมาจากหอเผาทิ้งในกระบวนการผลิตปิโตรเลียมและปิโตรเคมีส่วนใหญ่มีองค์ประกอบที่เป็นก๊าซเรือนกระจก ปัจจุบันได้มีการศึกษาเพื่อลดปริมาณการปลดปล่อยก๊าซจากหอเผาทิ้ง ซึ่งจะช่วยลดปริมาณก๊าซเรือนกระจกและการสูญเสียพลังงานจากการเผาไหม้ก๊าซในหอเผาทิ้งอีกด้วย งานวิจัยนี้ได้ศึกษาการนำก๊าซทิ้งที่ระบายออกจากกระบวนการผลิตที่ผ่านกระบวนการรีฟอร์มมิงกลับมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตพลังงานไฟฟ้าโดยใช้เซลล์เชื้อเพลิงชนิดออกไซด์แข็ง แบบจำลองระบบเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้ก๊าซทิ้งจากกระบวนการกลั่นน้ำมันปิโตรเลียม ซึ่งมีก๊าซ ไฮโดรเจน และสารประกอบไฮโดรคาร์บอนอื่น ๆ เป็นองค์ประกอบหลัก ถูกพัฒนาขึ้นโดยใช้โปรแกรมจำลองกระบวนการ แอสเพน พลัส แบบจำลองระบบเซลล์เชื้อเพลิงที่ได้ถูกนำมาใช้ในการศึกษาผลของสภาวะการดำเนินงานของระบบเซลล์เชื้อเพลิง ที่มีต่อประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงในก๊าซทิ้ง การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิง และความสามารถในการลดปริมาณก๊าซทิ้งที่ระบายออกจากกระบวนการผลิตที่จะส่งไปยังหอเผาทิ้ง จากการวิจัยพบว่ากระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำที่มีค่าสัดส่วนคาร์บอนต่อไอน้ำเป็น 2.5 สารมารถเปลี่ยนรูปก๊าซทิ้งที่ระบายอออกจากกระบวนการกลั่นน้ำมันปิโตรเลียมเป็นก๊าซไฮโดรเจนได้สูงกว่ากระบวนการอื่น ซึ่งมีประสิทธิภาพในการผลิตคือร้อยละ 27.37 ที่อุณหภูมิ 700 องศาเซลเซียส ในขณะที่กระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำที่อุณหภูมิต่ำที่มีค่าสัดส่วนไอน้ำต่อคาร์บอนเป็น 0.7 และกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เหมาะสำหรับการเปลี่ยนรูปก๊าซทิ้งจากกระบวนการกลั่นน้ำมันให้เป็นก๊าซมีเทน ซึ่งมีประสิทธิภาพในการผลิตคือร้อยละ 69.02 และ 59.99 ที่อุณหภูมิ 300 และ 760 องศาเซลเซียสตามลำดับ ก๊าซทิ้งจากกระบวนการกลั่นน้ำมันปิโตรเลียมที่ผ่านกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำที่อุณหภูมิต่ำสามารถผลิตพลังงานงานไฟฟ้าได้ดีที่สุด (1472.68 kW) และมีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของเซลล์เชื้อเพลิงคือร้อยละ 32.30 โดยการป้อนก๊าซทิ้งจากกระบวนการกลั่นน้ำมันปิโตรเลียมปริมาณ 435 กิโลกรัมต่อชั่วโมง เข้าไปในกระบวนการและสามารถลดการการปลดปล่อยปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการเผาไหม้ของหอเผาทิ้งได้สูงถึงร้อยละ 76.76 และ 76.38 ตามลำดับ
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
Flare gas in petroleum and petrochemical industries is a significant source of greenhouse gas emissions. Thus, many studies have been explored to reduce this flare gas emission. A flare gas recovery is considered an interesting approach to minimize greenhouse gas emissions and to reduce energy consumption in a gas flaring system. In this study, the use of flare gas to produce electrical energy via a reforming and solid oxide fuel cell (SOFC) integrated system is investigated. Modeling of the SOFC system using the flare gas from a refinery process consisting of hydrogen and other hydrocarbons is performed by using Aspen Plus simulator. The developed model is validated with experimental data reported in the literature and used to analyze the effect of operating parameters on the electrical efficiency of the SOFC and the reduction of flare gas vent to flare system. The results show that the steam reforming process of flare gas with the with steam to carbon (S/C) ratio of 2.5 can produce hydrogen with the efficiency of 27.37 % at 700 ๐C whereas the low- temperature steam conversion process with S/C ratio of 0.7 and the dry reforming process produce mostly methane at the efficiency of 69.02 and 59.99 % at 300 and 760 ๐C respectively. The SOFC integrated with the low-temperature steam conversion can maximize the electricity generation (1,472.68 kW) with the electrical efficiency of 32.30% based on the flare gas feed rate of 435 kg pre hr. In addition, it is found that the SOFC integrated system can reduce the release of carbon monoxide and carbon dioxide up to 76.76 % and 76.38 % respectively, compared to the conventional combustion-based flare system.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
ไชยชาญสกุล, จุฑามาศ, "การวิเคราะห์สมรรถนะของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดออกไซด์ของแข็งที่ใช้ก๊าซที่ระบายออกจากระบบสำหรับการผลิตไฟฟ้า" (2018). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 3311.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/3311