Estudo termodinâmico e otimização energética das reformas a vapor e autotérmica de etanol

• Autor(a) principal: Reis, Aline Rocha dos
• Data de Publicação: 2021
• Outros Autores: Santos, Juliana Brunelli Stoco, Pinheiro, Juliana Frias, Dias, Tayrini Fernanda
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da FEI
• Texto Completo: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/5159
• topic: etanol; hidrogênio; simulação; otimização; ethanol; hydrogen; simulation; optimization

Em 2018, aproximadamente 81% do consumo energético no mundo foi suprido por processos que utilizam combustíveis fósseis (IEA, 2020). Diante da constante preocupação em relação aos impactos ambientais gerados por tais combustíveis, principalmente pelas emissões de gases que causam o efeito estufa, fontes renováveis de energia vêm sendo estudadas e desenvolvidas. Para países com grande produção de álcool etílico, como o Brasil, o maior produtor mundial a partir da cana-de-açúcar, a produção de hidrogênio a partir da reforma de etanol é uma possibilidade técnica e economicamente viável de combustível alternativo, em razão de seu alto poder de combustão e menor impacto ambiental. A proposta deste trabalho foi realizar um estudo termodinâmico e otimização energética das reformas a vapor e autotérmica de etanol, com possibilidade de aplicação em motores de combustão interna (Ciclo Otto). Dessa forma, uma fração do etanol proveniente do tanque de combustível poderia ser direcionada ao reformador para produzir hidrogênio, o qual seria misturado ao etanol, possibilitando um aumento do poder calorífico da mistura combustível e redução na emissão de poluentes. No presente estudo foram simuladas diferentes condições em um reator de Gibbs utilizando o simulador comercial Aspen Plus. Uma estratégia de adição de oxigênio na reação da combustão do etanol foi proposta com o objetivo de diminuir a formação de coque, para evitar contaminação no catalisador. Foi realizada a análise na faixa de temperatura de 400 K a 1200 K, com pressão de 1 a 7 bar, razão de alimentação de vapor de água/etanol (R) entre 0 e 9 e de oxigênio/etanol (Ro) entre 0 e 1,5, em condições ideais. Os resultados mostraram que a produção de hidrogênio na reforma a vapor é favorecida a pressão atmosférica, ao elevar a temperatura e a razão de alimentação de vapor de água/etanol, enquanto a formação de subprodutos é reduzida, exceto o monóxido de carbono. Já na reforma autotérmica, o aumento da razão de alimentação de oxigênio/etanol, desfavorece a formação de hidrogênio em temperaturas acima de 850 K. Entretanto, o coque também tem sua produção reduzida. Com a otimização energética foi possível indicar a região ótima de operação, definida por valores de Ro entre 0 e 0,25 e R a partir de 3 e 2, respectivamente sem formação de coque, utilizando uma temperatura de 900 K no reformador. Foi obtida, na região ótima, uma média de energia específica de mistura combustível etanol-produto de reforma de 30,85 MJ/kg de etanol no sistema, um aumento de 14,68% em relação ao poder calorífico do etanol.