Open Access Journal

International Science and Technology Journal

ISSN: 2519-9854 (Online)

ISSN: 2519-9846 (Print)

DOI: www.doi.org/10.62341/ISTJ

A peer-reviewed and open access journal concerned with publishing researches and studies in the field of applied sciences and engineering

Published by

Supervised by

Thermodynamic evaluation of hybrid sulfur cycle based on integration system for hydrogen production.

Researcher(s):
  • Salem Yosaf
  • Hamoda Gniaifaid
  • Abdalla Abrahem
Institution:Higher Institute of Scinece and Technology Al-Jufrah, Sokana – Libya
Higher Institute of Refrigeration and Air Conditioning Technologies, Sokana – Libya
Field:التقنيات الميكانيكية و المواد الهندسية
Published in:32nd volume - April 2023
الملخص
تعمل دورة الكبريت الهجين بدرجة حرارة عاليا, وذالك لتوليد الهيدروجين مع فقد طاقة حرارية. تهدف هذه الدراسة لستغلال الطاقة الحرارية الخارجة من الدورة الهجينة في توليد القدرة. تم تطوير منظومة لتوليد الطاقة وإنتاج الهيدروجين وذالك بتحوير دورة الكبريت الهجينة (Shysc). حيثٌ تم دمج هذه الدورة مع دورة (KC) وذالك لتوليد القدرة والهيدروجين معاً. يستغل النظام الحرارة المفقودة و المستردة من (Shysc) لتشغيل دورة كالينا وذالك لإنتاج القدرة. ينتج النظام المطور 0.101 كجم في الثانية من الهيدروجين و 0.802 كجم في الثانية أكسجين بكفاءة حرارية إجمالية تبلغ 18%, بناءً على القيمة الحرارية المنخفضة للهيدروجين (LHV). كما أوضحت الدراسة أن صافي الطاقة المنتجة بواسطة (KC) هو 68.36 ميجا جول لكل كجم منH2 ، بكفائة حرارية 7%. يعود سبب الكفائة المنخفضة بشكل أساسي إلى كمية الحرارة الكبيرة نسبيًا المستهلكة في فصل غاز ثاني أكسيد الكبريت ، والتي وصلت إلى 778.25 ميجاوات لكل كجم من الهيدروجين. تُستخدم هذه الطاقة الحرارية في عملية فصل ثاني أكسيد الكبريت ، حيث لا يتفاعل كل ثاني أكسيد الكبريت مع الماء داخل المحلل الكهروكيميائي ، ولكن يتفاعل 40% منه فقط مع الماء لإنتاج الهيدروجين. على الرغم من الكفائة المنخفضة للنظام ، يمكن إنتاج الهيدروجين والطاقة في وقت واحد, ويمكن ايضاَ تحسين كفائة النظام من خلال تحسين أداء المحلل الكهروكيميائي او دمج دورة قدرة حرارية لها كفاءة اعلى من دورة (KC).
Abstract
The solar hybrid sulfur cycle (Shysc) operates at a high temperature for hydrogen production, with thermal energy losses. This study aims to utilize waste heat for power production. A cogeneration system for power and hydrogen production has been developed. (Shysc) is considered and integrated with the Kalina cycle (KC) to utilize thermal energy for power production. The system utilizes the (Shysc) waste heat recovered to run the (KC). The developed integrated system produces 0.101 kg/s H2 and 0.802 kg/s O2 with an overall process thermal efficiency of 18% based on the hydrogen lower heating value. The study also shows that the net power produced by the KC is 68.36 MJ/kgH2, with a thermal efficiency of 7%. The low efficiency is mainly due to the relatively large amount of consumed heat in the sulfur dioxide gas separation, which reached 778.25MW/kgH2. This thermal energy is used in the SO2 separation process, where not all of the sulfur dioxide reacts with water inside the electrochemical analyser, but only 40% of it reacts with water to produce hydrogen. Despite the low efficiency of the system, hydrogen and power can be produced simultaneously. The system efficiency can be enhanced by developing the electrochemical analyser performance. Moreover, the thermal system efficiency can be improved by employing a power thermal cycle that is more efficient than the (KC). Keywords: Hydrogen Production, Hybrid Sulfur Cycle, Kalina Cycle, Thermal Efficiency, Electrochemical Performance.