Thermodynamic study of hydrogen production from crude glycerol autothermal reforming for fuel cell applications

Authayanun, Suthida; Arpornwichanop, Amornchai; Paengjuntuek, Woranee; Assabumrungrat, Suttichai

doi:10.1016/j.ijhydene.2010.04.050

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“…However, the works studying the catalytic steam reforming of crude glycerol [6,[13][14][15][16][17] are scarce. The crude glycerol used in these works, apart from glycerol, was made up of methanol, inorganic salts, polyglycerols and fatty acid impurities.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Analysis and optimisation of H2 production from crude glycerol by steam reforming using a novel two step process

Remón

Jarauta-Córdoba

García

et al. 2016

Fuel Processing Technology

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This work studies the valorisation of biodiesel-derived glycerol to produce a hydrogen rich gas by means of a two-step sequential process. Firstly, the crude glycerol was purified with acetic acid to reduce problematical impurities. The effect of the final pH (5-7) on the neutralisation process was addressed and it was found that a pH of 6 provided the best phase separation and the greatest glycerol purity. Secondly, the refined glycerol was upgraded by catalytic steam reforming and this step was theoretically and experimentally studied. The theoretical study analyses the effect of the temperature (400-700 ºC), glycerol concentration (10-50 wt.%) and N 2 (225-1347 cm 3 STP/min) and liquid flow (0.5-1 mL/min) rates on the thermodynamic composition of the gas. The results show that the temperature and glycerol concentration exerted the greatest influence on the thermodynamics. The experimental study considers the effect of the temperature (400-700 ºC), glycerol concentration (10-50 wt.%) and spatial time (3-17 g catalyst min/ g glycerol) on the product distribution in carbon basis (gas, liquid and solid) and on the composition of the gas and liquid phases. The experiments were planned according to a 2 level 3 factor Box-Wilson Central Composite Face Centred (CCF, :  1) design, which is suitable for studying the influence of each variable as well as all the possible interactions between variables. The results were analysed with an analysis of variance (ANOVA) with 95% confidence, enabling the optimisation of 2 the process. The gas phase was made up of a mixture of H 2 (65-95 vol.%), CO 2 (2-29 vol.%), CO (0-18 vol.%) and CH 4 (0-5 vol.%). Temperatures of 550 ºC and above enabled thermodynamic compositions for the gas to be achieved and helped diminish carbon formation. A possible optimum for H 2 production was found at a temperature of around 680 ºC, feeding a glycerol solution of 37 wt.% and using a spatial time of 3 g catalyst min/g glycerol. These conditions provide a 95% carbon conversion to gas, having the following composition: 67 vol.% H 2 , 22 vol.% CO 2 , 11 vol.% CO and 1 vol.% CH 4 .

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Analysis and optimisation of H2 production from crude glycerol by steam reforming using a novel two step process

Remón

Jarauta-Córdoba

García

et al. 2016

Fuel Processing Technology

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“…Because this process involves the use of nonrenewable resources or high energy consumption, this form of hydrogen production is not sustainable or economically feasible. Over the last few years, biomass, mainly glycerol, has been used to produce hydrogen by different methods, such as steam reforming, 6 gasification, 7 autothermal reforming, 8 aqueous-phase reforming, 9 electrochemical reforming, 10 photofermentation 11 and supercritical water reforming 12 processes. Most of the studies on hydrogen production from biomass have focused on thermochemical routes.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Photocatalytic production of hydrogen: an innovative use for biomass derivatives

Melo¹,

Silva²

2011

J. Braz. Chem. Soc.

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Hidrogênio é considerado o vetor energético do futuro por ser não poluente e muito flexível quanto à conversão a diferentes formas de energia, como calor por combustão ou energia elétrica via células a combustível. Tradicionalmente, o hidrogênio é produzido a partir da reforma a vapor de gás natural de origem fóssil, o que torna a implantação efetiva da economia de hidrogênio insustentável do ponto de vista ambiental. Para contornar esse problema, diversas rotas de produção de hidrogênio a partir de fontes renováveis estão sendo propostas. Pesquisas recentes apontam a reforma foto-induzida de biomassa como uma possibilidade promissora, uma vez que utiliza radiação solar, fonte inesgotável de energia e matérias primas renováveis como derivados de biomassa e água. Os trabalhos nesse campo são ainda muito incipientes, porém bastante animadores. O processo consiste na combinação da decomposição fotocatalítica da água com a reação de fotodecomposição de substâncias orgânicas mediadas por um semicondutor irradiado. Neste processo, a reação de oxidação da água é suprimida pela presença de um doador de elétrons de sacrifício (biomassa), assim como a formação de radical superóxido quando a reação é realizada em condições anaeróbicas. Os resultados de reforma foto-induzida apontam para rendimentos semelhantes ou superiores a outros processos de produção de hidrogênio a partir de biomassa como hidrólise enzimática e reforma catalítica em fase aquosa. No entanto, os trabalhos desenvolvidos até o momento estão focados no TiO 2 , o que limita a porção absorvida da radiação solar à luz UV. Deste modo, o grande desafio atual nesta área é o desenvolvimento de semicondutores de banda estreita capazes de conduzir a reação de reforma foto-induzida de biomassa com luz visível, que consiste de cerca de 40% da radiação solar.Hydrogen is considered the energy carrier of the future because of its clean and very flexible conversion into different forms of energy, e.g., into heat via combustion or electricity via fuel cells. Traditionally, hydrogen is produced from natural gas steam reforming from fossil fuels making the effective implementation of hydrogen economically and environmentally unsustainable. To overcome this problem, several routes are being proposed for hydrogen production from renewable sources. Recent research points to the photoinduced reforming of biomass as a promising possibility, since it uses solar radiation, an inexhaustible source of energy, and raw materials derived from renewable sources such as biomass and water. Studies in this field are still incipient but quite encouraging. The process combines photocatalytic water splitting with the photodecomposition of organic compounds mediated by an irradiated semiconductor. In this process, the water oxidation reaction is suppressed by a sacrificial electron donor (biomass), as well as the formation of superoxide radicals when the reaction is carried out under anaerobic conditions. The hydrogen production rates from photoinduced reforming are similar or superior to othe...

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“…O mercado da glicerina bruta é conhecido por sua complexidade e imprevisibilidade, já que a glicerina é geralmente obtida como subproduto de produtos primários e depende da influência da demanda destes. O mercado da glicerina refinada é mais complexo ainda, dado que a glicerina bruta tem um pequeno número de refinarias que a usam, enquanto que a glicerina refinada pode ser vendida a centenas de indústrias diferentes (BONNARDEAUX, 2006).Embora muitas tentativas tenham sido feitas para usar a glicerina bruta, a fim de reduzir o custo de produção de biodiesel, ainda é necessário purificá-la para obter uma melhor conversão da glicerina no produto desejado (SKOPAL et al 2010, 20 ZHOU et al, 2008AUTHAYANUN;ARPORNWICHANOP, 2010;WOLFSON et al, 2009;WILKENS et al, 2011;RINGEL et al, 2011). A desidratação da glicerina, por adição de hidrocarboneto, era empregada como técnica analítica para quantificação da água na glicerina (HOYT; CLARK, 1931;…”

unclassified

“…Embora muitas tentativas tenham sido feitas para usar a glicerina bruta, a fim de reduzir o custo de produção de biodiesel, ainda é necessário purificá-la para obter uma melhor conversão da glicerina no produto desejado (SKOPAL et al 2010, ZHOU et al, 2008AUTHAYANUN;ARPORNWICHANOP, 2010;WOLFSON et al, 2009;WILKENS et al, 2011;RINGEL et al, 2011 A desidratação da glicerina, por adição de hidrocarboneto, era empregada como técnica analítica para quantificação da água na glicerina (HOYT;CLARK, 1931;SPAHET;HUTCHISON, 1936;TRUSLER, 1940 A glicerina é um produto altamente versátil que é constantemente aplicada em novos produtos. Dependendo das publicações pesquisadas, até 1700 aplicações foram identificadas (HOOGENDOORN, 2008;BAILEY;HUI, 1996 …”

unclassified

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Estudo da desidratação da glicerina por destilação trifásica em coluna de pratos perfurados.

Oppe¹,

Edith²

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. Estima-se que 10% da produção de biodiesel é glicerina bruta e destes 10%, aproximadamente entre 30% e 60% correspondem à glicerol. As impurezas são formadas por água, sais orgânicos e inorgânicos, ésteres e álcoois, e traços de glicerídeos. Como as aplicações mais nobres da glicerina requerem uma glicerina isenta de impurezas, novas rotas de purificação da glicerina bruta vem sendo estudadas. Neste sentido, o Laboratório de Separações Térmicas e Mecânicas da EPUSP propôs uma nova rota de purificação em 2008, na qual a ultima etapa é a desidratação de uma solução glicerol-água por meio de destilação trifásica usando tolueno como arrastador. O objetivo do presente trabalho foi estudar o comportamento deste tipo de destilação em uma coluna modulada com três pratos perfurados. Nesta coluna avaliou-se o layout de pratos e as melhores condições de operação. Os resultados, obtidos com este estudo, constituem uma contribuição importante para o projeto básico de coluna de destilação trifásica. As séries experimentais foram planejadas sequencialmente empregando-se planejamento estatístico de experimentos (DOE). Como variáveis de processo foram estudadas a vazão de vapor do tolueno (kg/h), vazão de alimentação de glicerina (kg/h) e concentração de glicerol na alimentação (% em massa). Como variáveis geométricas foram estudadas a área livre do prato (Ф) e a altura de vertedouro (Hw). O desempenho da coluna foi avaliado mediante o incremento da concentração de glicerol (em relação à concentração de glicerol na alimentação) e a concentração de glicerol no fundo da coluna (estas duas variáveis de resposta são dependentes entre si). A influência das variáveis de processo e geométricas nas respostas estudadas permitiram a construção de modelos estatísticos, e o melhor deles foi comparado com os modelos de não equilíbrio (NEQ) e de equilíbrio (EQ) obtidos por simulação no programa ASPEN PLUS. O modelo de não equilíbrio está baseado nas equações de Maxwell-Stefan, que utiliza a abordagem de Eckert e Vanek (2001) e a correlação de Chen-Chuang (1993), para estimar os coeficientes binários de transporte de massa. O modelo de equilíbrio utiliza as equações MESH (Material balance, Equilibrium, mole fraction Summation, and Heat balance). Conclusivamente, pode-se afirmar que as variáveis operacionais exercem maior influência do que as variáveis geométricas na desidratação da glicerina. As melhores condições foram: a vazão de vapor de tolueno de 23,5 kg/h, vazão de alimentação de glicerina de 2,2 kg/h e concentração de glicerol na alimentação de 50 % glicerol em massa, usando o layout L 5 com área livre de 0,04 e altura de vertedouro de 70 mm. Os valores preditos pelo modelo estatístico (obtido com dados experimentais) e pelo modelo de NEQ representaram o comportamento da desidratação da glicerina por destilação trifásica à pressão atmosférica usando tolueno como arrastador, na coluna de pratos perfurados estudada. O modelo de EQ superestimou os valores reais.Palavras-chave: Destilação trifásica. Glicerol. Tolueno. Prato perfurado.Plan...

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Thermodynamic study of hydrogen production from crude glycerol autothermal reforming for fuel cell applications

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Analysis and optimisation of H2 production from crude glycerol by steam reforming using a novel two step process

Analysis and optimisation of H2 production from crude glycerol by steam reforming using a novel two step process

Photocatalytic production of hydrogen: an innovative use for biomass derivatives

Estudo da desidratação da glicerina por destilação trifásica em coluna de pratos perfurados.

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