Controlo de humidade de um electrolisador óxido sólido

Abstract

O fornecimento de vapor ou gases reagentes com alta humidade é importante para muitos processos industriais como a reforma de vapor do gás natural e a produção de hidrogénio por electrólise de vapor. Os métodos mais comuns de humidificação externa são i) sistema de injecção de vapor e, ii) humidificação por bolhas. Embora a humidificação de bolhas seja mais barata não consegue fornecer facilmente a humidade requerida para estas tecnologias e com a precisão necessária (>90% de humidade relativa). Por outro lado o método de injecção de vapor é provavelmente caro para um laboratório normal. Neste trabalho, no entanto, propõe-se a construção de um gerador de vapor para assegurar uma corrente de vapor uniforme de 50 ml/min, a funcionar a 120ºC e pressões superiores a 2bar a um custo de construção muito baixo. O trabalho escolhe componentes adequadas para sobreviver/aguentar às condições de operação desejadas que podem oferecer a precisão e os critérios de segurança necessária. Um controlador é desenhado e construído para oferecer um controlo harmonioso dos componentes seleccionados permitindo um nível desejado de precisão. Um programa labview é escrito para controlar o microcontrolador. A influência das condições de entrada nos parâmetros de saída de vapor é avaliado para que os limites de funcionalidade do equipamento sejam definidos. O aparelho criado é demonstrado para oferecer uma continua corrente de vapor, seguro e com mais precisão do que a obtida num sistema simples de humidificação por bolha, mesmo assim a uma mera fracção de preço dos sistemas de injecção de vapor disponíveis. O gerador de vapor é integrado num sistema de laboratório real na qual a produção de hidrogénio por electrólise de vapor será estudada.

The delivery of steam or reactant gases at high humidities is important for many industrial processes such as steam reforming of natural gas, the production of hydrogen by steam electrolysis. The most common methods of external humidification, are i) steam injectiontype and; ii) bubble humidification. Although bubble humidification is cheap it cannot easily supply the large humidities required for these technologies with the required precision (>90%Relative Humidity). On the other hand steam injection methods are prohibitively expensive for normal laboratory use. In this work one, therefore, aims to construct a steam generator to yield a uniform steam flow of 50ml/min, working up to 120ºC and pressures up to 2bar at a very low construction cost. The work selects components suitable to survive the desired operating conditions that can offer the required precision and the necessary safety criteria. A microcontroller is designed and built to offer harmonous control of the components selected allowing the desired level of precision. A labview program is written to control the microcontroller. The influence of input conditions on output steam parameters is assessed to allow the limits of functionablilty of the equipment to be defined. The formed device is demonstrated to offer continuous steam flow, safely and with more precision than that obtainable from a simple bubble humidification system, yet at a price which is a mere fraction of that of the vapor injection systems. The steam generator is integrated into a real laboratory system in which the production of hydrogen by steam electrolysis will be studied.