Details

Otimização da produção de hidrogênio pela reforma a vapor dometano em reator com membrana laboratorial

by Silva, Leandro Cardoso

Abstract (Summary)
O hidrogênio é utilizado como combustível e como matéria-prima em importantes processos,como na produção de amônia e metanol e na síntese de Fischer-Tropsch, além do crescenteuso em células a combustível. A reforma a vapor do metano é a principal rota para produção dehidrogênio, sendo que as reações predominantes são globalmente endotérmicas e reversíveis, oque leva o reator a operar a altas temperaturas, na tecnologia convencional, a fim de se atingirconversões satisfatórias. Os reatores com membrana que permitem a permeação seletiva dehidrogênio tem sido propostos como uma alternativa aos reatores convencionais, por ser possívelobter altas conversões a temperaturas menores. Entretanto, a viabilidade econômica dosreatores com membrana para produção de hidrogênio dependem da eficiência de operação destes.Assim, a fim de consolidar esta tecnologia, é necessário encontrar as condições ótimas deoperação de tais reatores. Neste trabalho foi modelado e otimizado um reator com membrana,em escala de laboratório, para produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor do metano.O modelo completo proposto, constituído por equações de balanço de massa, de energia e dequantidade de movimento, foi validado com dados experimentais da literatura. Duas cinéticasintrínsecas para a reforma a vapor do metano foram avaliadas durante a validação do modelo. Omodelo completo foi comparado com um modelo constituído apenas por equações de balançode massa (modelo isotérmico) e, em geral, obteve-se pouca discrepância entre ambos. Um outromodelo, referenciado como modelo simplificado, foi obtido por ajuste de superfície de respostaao modelo completo. Cinco importantes parâmetros de operação, a saber, pressão de entradado reator (P0r ), vazão de alimentação de metano (FCH04), vazão de gás de arraste (FI), temperaturaexterna do reator (Tw) e razão de alimentação entre vapor d?água e metano (m), foramutilizados como variáveis de escolha na otimização da produção de hidrogênio. Três estratégiasde otimização foram utilizadas: (1) análise paramétrica, usando o modelo completo; altasconversões de metano e recuperações de hidrogênio (99,99% e 99,01% respectivamente) foramencontradas, porém, desconsiderando as interações entre as variáveis; (2) otimização restritausando o modelo simplificado e o código NPSOL; a função objetivo foi definida como a somada conversão de metano e da recuperação de hidrogênio (XCH4 +YH2 ); as variáveis codificadasrelativas à P0r e FI alcançaram o valor máximo, enquanto m convergiu para o valor mínimo;como resultado, obteve-se: XCH4 = 93;85% e YH2 = 92;09%; (3) otimização restrita usando omodelo isotérmico e o código DIRCOL; foi usada a mesma função objetivo anterior, entretanto,não foi possível resolver o problema de otimização em toda a faixa operacional desejado; nestecaso, alcançou-se uma conversão de metano de aproximadamente 96% e uma recuperação dehidrogênio de 91%.
This document abstract is also available in English.
Bibliographical Information:

Advisor:Adilson José de Assis; Carla Eponina Hori; Luís Cláudio Oliveira Lopes; Mohand Benachour

School:Universidade Federal de Uberlândia

School Location:Brazil

Source Type:Master's Thesis

Keywords:Reforma a vapor do metano Reatores com membrana Modelagem Simulação Otimização. ENGENHARIA QUIMICA Hidrogênio

ISBN:

Date of Publication:10/29/2008

© 2009 OpenThesis.org. All Rights Reserved.