Publicação: Análise termodinâmica das reações de reforma do metano e do GLP
para a produção de hidrogênio
Carregando...
Arquivos
Tipo do documento
Data
Direito de acesso
Coleções
Área do conhecimento
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Autores
Orientador
Coorientador
Hori, Carla Eponina
Resumo
As composições de equilíbrio químico das reações de reforma a vapor e reforma seca do
metano são calculadas usando dois métodos distintos: (1) avaliação das constantes de
equilíbrio (ACE); (2) multiplicadores de Lagrange (ML). As composições de equilíbrio da
reforma a vapor do gás liquefeito de petróleo (GLP) são calculadas apenas pelo método ACE.
Ambos os métodos resultam em sistemas de equações algébricas não lineares, resolvidos
numericamente no software livre Scilab © INRIA-ENPC. A principal contribuição deste
trabalho é realizar uma análise termodinâmica comparativa para estas reações, determinando a
influência das principais variáveis operacionais sobre o equilíbrio químico. São estudados os
efeitos da temperatura, pressão, razão inicial H2O/CH4 (reforma a vapor do metano), razão
inicial CH4:CO2:N2 (reforma seca do metano) e razão inicial C3H8:C4H10:H2O (reforma a
vapor do GLP) sobre os produtos das reações. Para a reforma a vapor do metano avaliou-se a
composição de equilíbrio como função da temperatura e da pressão, o rendimento de H2 e a
seletividade de H2/CO, ambos como função da temperatura, a conversão de CH4 e a deposição
de carbono, como função da razão de alimentação H2O/CH4 e da temperatura. Para a reforma
seca do metano, avaliou-se a composição de equilíbrio, o rendimento de H2, a seletividade de
H2/CO, a seletividade H2/CO2 e a conversão de CH4, todos como função da temperatura.
Foram avaliadas as constantes de equilíbrio das reações consideradas na reforma a vapor do
GLP com o intuito de se definir o sistema reacional que represente este processo. Para a
validação dos resultados, empregam-se dois procedimentos: (1) comparação com dados
experimentais e de simulação, específicos de equilíbrio químico, publicados na literatura; (2)
cálculo da taxa de reação intrínseca, que no equilíbrio deve ser nula.
Abstract
The chemical equilibrium compositions of steam and dry methane reforming reactions,
(SMR) and (DMR), respectively, are calculated by two distinct methods: (1) evaluation of the
equilibrium constants; (2) Lagrange multipliers. The chemical equilibrium compositions of
LPG steam reforming reaction are calculated by the method of evaluation of equilibrium
constants. Both methods result in systems of non-linear algebraic equations, solved
numerically using the open-source software Scilab © INRIA-ENPC. The main contribution of
this study is, therefore, to conduct a comparative thermodynamic analysis for these reactions,
determining the influence of key operational variables on chemical equilibrium. Effects of
temperature, pressure, initial H2O/CH4 ratio (steam methane reforming), initial CH4:CO2:N2
ratio (dry methane reforming) and C3H8:C4H10:H2O ratio (steam reforming of LPG) on the
reaction products are evaluated. For the steam methane reforming, the equilibrium
compositions were calculated as a function of temperature and pressure, H2 yield and H2/CO
selectivity, both as a function of temperature, CH4 conversion and carbon deposition, as
function of the initial ratio H2O/CH4. For the dry methane reforming, the equilibrium
compositions, H2 yield, H2/CO selectivity, H2/CO2 selectivity and CH4 conversion were
calculated as a function of temperature. Also, the equilibrium constants for the reactions
considered in the steam reforming process of LPG were evaluated as a temperature function.
For results validation, two procedures are employed: (1) comparison between experimental
data and simulated equilibrium data, published in the literature; (2) calculation of the intrinsic
reaction rates, which should be equal to zero at equilibrium conditions.
Palavras-chave
Viabilidade termodinâmica, Reações de reforma do metano, Otimização de processos, Equilíbrio químico, Methane reforming, Hidrogen, Chemical equilibrium, Scilab softwere, Hidrogênio, Metano
Citação
FRANCO, Tatiana Vilarinho. Análise termodinâmica das reações de reforma do metano e do GLP
para a produção de hidrogênio. 2009. 142 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2009.