Reforma a vapor do metano para produção de hidrogênio: estudo termodinâmico e protótipo de modelo matemático de reator com membrana

AUTOR(ES)

Sandro de Carvalho Alves

DATA DE PUBLICAÇÃO

2005

RESUMO

A reforma a vapor do metano é o método industrial dominante na produção de hidrogênio. As reações de reforma a vapor são altamente endotérmicas e o reator deve operar a altas temperaturas a fim de se obter conversões razoáveis. O uso de reator com membrana torna possível realizar as reações de reforma a vapor a temperaturas mais moderadas através da retirada contínua de hidrogênio. Os resultados deste trabalho mostram a potencialidade do uso dos reatores com membrana na produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor do metano em condições mais amenas do que as empregadas pela tecnologia convencional, com conseqüente economia de energia. O principal objetivo desta dissertação foi apresentar e validar um modelo de reator com membrana seletiva a H2, além de realizar o estudo termodinâmico e cinético das reações de reforma a vapor. Os dados experimentais utilizados na validação foram obtidos da literatura. Para tanto, três modelos matemáticos foram apresentados, sendo que o primeiro é relativamente simples, porém representativo, de um reator com membrana para a reforma a vapor do metano, em que considerou somente o balanço de massa. Isto é válido para condições de escala de laboratório na qual o reator pode ser tomado como sendo isotérmico. A partir do primeiro modelo, evoluiu-se para o segundo, mais complexo e que leva em consideração os balanços de massa, energia e de momento ao longo do reator. O terceiro modelo, tal como o segundo, considerou os balanços de massa, energia e momento ao longo do comprimento do reator com membrana. Através destes estudos verificou-se que variáveis como velocidade espacial (WHSV), razão carga de metano-superfície de membrana (L/S), temperatura, pressão da reação, pressão parcial do hidrogênio e a própria presença da membrana influenciam significativamente na conversão do metano. Alguns destes parâmetros foram analisados através de estudos de sensibilidade paramétrica pelo método das derivadas usando o código DASPK 3.0. Para o primeiro modelo analisaram-se as sensibilidades à pertubação dos parâmetros WHSV e L/S ao longo do reator, na conversão de CH4, sendo que o parâmetro tm (ou L/S) possui um efeito muito mais acentuado.

ASSUNTO(S)

modelagem e simulação hidrogênio-produção modelos matemáticos sensitivity analysis conversão de equilíbrio metano-reforma modeling and simulation engenharia quimica análise de sensibilidade reatores com membrana- modelagem e simulação equilibrium conversion

Documentos Relacionados

• Otimização da produção de hidrogênio pela reforma a vapor do metano em reator com membrana laboratorial
• AvaliaÃÃo do processo de reforma seca do metano em reator de membrana
• Análise termodinâmica das reações de reforma do metano e do GLP para a produção de hidrogênio
• Catalisadores para produção de hidrogênio por reforma a vapor do etanol e seu uso em SOFC.
• Estudo da permeação de hidrogênio em reator com membrana de paládio: modelagem matemática e simulação computacional