Simulação do processo de Metanol para Gasolina (MTG): uso do gás de síntese como matéria-prima

Abstract

RESUMO

O desenvolvimento de novas tecnologias na sociedade gera uma demanda crescente por energia. Diante da dependência de combustíveis fósseis e de seu impacto ambiental, a busca por combustíveis alternativos ganha destaque. Esses combustíveis podem complementar os fósseis na oferta de energia, além de contribuir para a transição energética e a descarbonização da cadeia de produção de energia. Dessa forma, a biomassa pode ser utilizada para produção de gasolina através da tecnologia Methanol to Gasoline (MTG), onde o metanol, oriundo do gás de síntese, é transformado em uma série de hidrocarbonetos que podem variar de C2 a C10, incluindo parafinas, olefinas e compostos aromáticos. Assim, neste trabalho, pretende-se realizar a simulação e otimização de todas as etapas referentes ao processo MTG usando o gás de síntese como matéria prima. Desse modo, utilizou-se dados de literatura, especificamente composição de gás de síntese oriundo da biomassa para simular a produção de metanol e a produção de DME usando o simulador acadêmico Aspen Plus®. A rota utilizada para produção de metanol a partir do gás de síntese foi a Pré-reforma Adiabática com Resfriamento a Água (APW), com dois reatores adiabáticos e um reator de resfriamento à água que visa maiores rendimentos de metanol e controle de temperatura. A rota de produção do DME incluiu uma etapa de destilação flash para remover as impurezas da corrente de alimentação, seguida de um reator para a produção de dimetil-éter e uma coluna de destilação para a separação do produto final. A produção da gasolina foi simulada usando o MATLAB para predizer a composição do produto a partir de dados de rendimentos experimentais e, por último, a sua purificação do produto principal continha um vaso flash e uma coluna de destilação, a fim de maximizar as frações pesadas da gasolina. Nesse contexto, foi possível produzir 1253 mol/s de metanol a partir de uma vazão de gás de síntese de 9104,22 mol/s . Percebeu-se que a produção poderia ser maior na primeira etapa desse processo, pois o hidrogênio (H2) ficou em excesso ao passo que o monóxido de carbono (CO), já havia atingido uma conversão de 98% ao entrar no último reator. Dessa forma, para melhores rendimentos de metanol, seria necessária uma vazão molar de H2/CO variando de 0,8 a 1,2. na etapa de produção de DME, atingiu-se uma conversão de 99,79% de metanol no reator tubular e houve recuperação total do produto pelo topo da coluna de destilação. A composição da gasolina obtida pelo MATLAB teve baixo desvio no balanço atômico dos componentes e a sua purificação foi bem sucedida, produzindo uma corrente de gasolina com frações molares maiores de hidrocarbonetos pesados, heptano e 1,2,3- trimetilbenzeno. Dessa maneira, a simulação produziu gasolina com um rendimento de 0,066 kggasolina/kggás de síntese. As simulações das etapas de produção de gasolina via gás de síntese foram validadas pela semelhança dos resultados aportados na literatura, confirmando sua precisão e, portanto, sua utilidade para fins preditivos.