Estudo de reações de reforma do metano por metodologia de superfície de resposta

Abstract

Há uma constante demanda de energia e crescente busca por novas fontes energéticas, dentre as possibilidades disponíveis o hidrogênio e o gás de síntese têm ocupado papéis de destaque. Há diversos meios para produzi-los, dentre esses cita-se a reforma a vapor, reforma seca e oxidação parcial que chamam atenção pelo aspecto econômico, ambiental e histórico. Partindo desse contexto esse trabalho de conclusão de curso utiliza a análise termodinâmica por meio da minimização da energia de Gibbs aliada à metodologia de superfície de respostas para o estudo dessas reformas. Dessa forma, o problema foi formulado na forma de programação não-linear no software GAMS, utilizando a equação do virial truncado no segundo termo como a equação de estado que representa o sistema. As superfícies de respostas foram geradas utilizando o software STATISTICA. A comparação com resultados obtidos na literatura demonstrou que o modelo proposto possui uma boa predição, com um erro médio relativo de apenas 21%. Por meio das simulações viu-se que a reforma a vapor é a que produz mais hidrogênio, já a reforma seca produz maior quantidade de monóxido de carbono. A oxidação parcial do metano apresentou um comportamento diferente das outras reformas pois a quantidade de hidrogênio e gás de síntese na saída diminuíam conforme aumentava a quantidade de reagentes na alimentação, porém, mostrou-se ser a tecnologia mais aplicável para a síntese de Fischer-Tropsch. Com isso, pode-se determinar pontos com produção de hidrogênio 70% puro, além de condições operacionais em que o gás de síntese era obtido com fração molar de 95%, o que diminui consideravelmente o custo de purificação desses compostos. Através do modelo proposto percebeu-se que o crescimento de temperatura e a diminuição da pressão favorece a produção desses compostos. Assim sendo, o modelo proposto demonstrou ser uma ótima ferramenta para a análise das reformas a vapor, reforma e oxidação parcial.