Design of bench-scale methane processing reactors for hydrogen-driven PEM fuel cells

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Boğaziçi Üniversitesi, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2007

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: EMRE MAŞALACI

Danışman: AHMET KERİM AVCI

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Küçük ölçekli yakıt pili uygulamalarında kullanmak üzere metan gazının yakıt dönüşüm sisteminde hidrojene dönüşümünün durağan davranışı bilgisayar destekli modelleme/benzetim yöntemleriyle incelenmiştir. Yakıt dönüşüm sistemi dolaylı kısmi oksidasyon (toplam oksidasyon + buhar reformlama) reaktörü, su-gazı değişim reaktörü ve seçimli karbon monoksit oksidasyon reaktöründen oluşmaktadır. Dolgulu yataklı tipte ve tüp şeklinde olduğu kabul edilen reaktörlerin kararlı durum benzetimleri ve boyutlandırılmaları altı değişik besleme oranı ((metan/oksijen, buhar/metan) = (2.24, 1.17), (1.89, 1.56))/yakıt pili çıkış gücü (10, 50, 100 W) düzeninde yapılmıştır. Reaktörlerin boyutlarının katalizör miktarı cinsinden bulunmasıyla sonuçlanan reaktör benzetimlerinde kullanılacak sınır değerlerini elde etmek amacıyla kütle dengesi hesaplamaları yürütülmüştür. Modelleme ve benzetim çalışmaları bir boyutlu türdeş reaktör modeli kullanılarak yapılmıştır. Uzunluk cinsinden reaktör boyutları ve katalizör parçacığının çapı, katalizör parçacığının içindeki kütle iletimini, akışkan ve katalizör arayüzündeki ısı iletimini, ve dolgulu yataklı reaktörlerdeki akış rejimini belirleyen kriterler kullanılarak bulunmuştur. Boyutlandırmanın aşırı basınç düşüşüne sebep olmaması için reaktör tüpü boyunca toplam basınç değişimi ayrıca kontrol edilmiştir. İki farklı besleme oranı için ve bütün reaktörlerde katalizör miktarının PEM tipi yakıt pili nin gücüyle doğrusal olarak arttığı bulunmuştur. Bunun sonucu olarak, her reaktörün uzunluk ve çap değerlerinin de artan yakıt pili gücüyle birlikte arttığı gözlemlenmiştir. 10, 50 ve 100W lık yakıt pillerini çalıştaracak toplam reaktör hacimleri 7.36 cm3, 38.05 cm3, 83.52 cm3 olarak hesaplanmıştır. Bunun yanısıra benzetim sonuçları kullanılarak 10W lık yakıt pilini çalıştırmak üzere laboratuvar ölçekli bir esas model önerilmiştir.