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Numerical analysis of operation conditions and design aspects of a sulfur trioxide decomposer for solar energy conversion

Noglik, Adam und Roeb, Martin und Sattler, Christian und Pitz-Paal, Robert (2012) Numerical analysis of operation conditions and design aspects of a sulfur trioxide decomposer for solar energy conversion. International Journal of Energy Research, 36 (6), Seiten 798-808. Wiley. doi: 10.1002/er.1849.

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Kurzfassung

A basic concept for a receiver-reactor for solar sulfuric acid decomposition as the key step of the Hybrid Sulfur Cycle for hydrogen production has been developed and realized. A prototype reactor has been built and is specialized for the second part of the reaction, the decomposition of sulfur trioxide. For a detailed understanding of the operational behaviour of the developed reactor type a mathematical model was developed. The reactor model was validated using experimental data from the test operation with a prototype reactor. The present work deals with the optimization of process and design parameters and the evaluation of the achievable performance of the reactor type. Furthermore the reactor model is used for numerical simulations to predict specific operational points of the prototype reactor and the performance of a large-scale reactor on a solar tower. Influences of operational parameters like absorber temperature, feed mass flow, residence time, and initial concentration of the acid are analyzed. In many cases those analyses reveal the existence of an optimum of reactor efficiency. When varying the absorber temperature an optimum of reactor efficiency emerges due to two compensating effects: chemical conversion increases with temperature, whereas re-radiation losses increase disproportionately at the same time. This matches the experimental findings very well. A large scale tower-receiver-reactor consisting of several individual modules is modelled and simulated. The main differences to the prototype system are the reduced gradients of solar flux distribution on the receiver front face and the reduced thermal conduction losses due to the presence of several neighbor modules at a comparable temperature level. This leads to higher chemical conversions and better efficiencies. Reactor efficiencies up to 75 % are predicted.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/79478/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Numerical analysis of operation conditions and design aspects of a sulfur trioxide decomposer for solar energy conversion
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Noglik, AdamNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roeb, MartinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sattler, ChristianNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pitz-Paal, RobertNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2012
Erschienen in:International Journal of Energy Research
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:36
DOI:10.1002/er.1849
Seitenbereich:Seiten 798-808
Verlag:Wiley
Status:veröffentlicht
Stichwörter:solar chemistry, reactor modeling, sulfuric acid decomposition, solar energy, concentrated solar radiation, hybrid sulfur cycle
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Erneuerbare Energie
HGF - Programmthema:Konzentrierende Solarsysteme (alt)
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SF - Solarforschung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Solare Verfahrenstechnik (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Solare Verfahrenstechnik
Hinterlegt von: Roeb, Dr.rer.nat. Martin
Hinterlegt am:06 Dez 2012 11:29
Letzte Änderung:08 Nov 2023 07:35

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