Simulação em CFD de um reator de membrana para a produção de hidrogênio a partir de processo combinado de desidroaromatização/reforma seca do metano
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Data de Publicação: | 2018 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/33446 |
Resumo: | Combustíveis fósseis correspondem a principal matriz energética do planeta, porém sua futura escassez e problemas ambientais e geopolíticos, devem acelerar o processo de mudança para novas matrizes energéticas. Um dos grandes candidatos a substituto é o Hidrogênio, pois apresenta inúmeras vantagens frente aos combustíveis fósseis, como queima limpa e alta capacidade energética. Porém, a produção de hidrogênio sofre com uma grande quantidade de fatores limitantes. Assim, melhorias e novas formas de produção desse combustível estão sendo pesquisadas, visando eliminar restrições. Aliada a produção, aparece a intensificação dos processos, onde ao mesmo tempo que se produz, ocorrem etapas como a destilação, purificação e extração. Assim, os reatores com membrana aparecem como alternativa para desenvolvimento e melhoria do processo de produção de hidrogênio. Dessa forma, o uso de ferramentas que possam facilitar o processo de modelagem torna-se essencial para esse tipo de processo. A fluidodinâmica computacional (CFD) é a parte da engenharia destinada ao desenvolvimento de soluções numéricas de problemas de fenômenos de transporte. A abordagem CFD tem mostrado importantes resultados, oferecendo grande aplicabilidade, e quase não tendo restrições a geometrias e processos complexos, sendo cada vez mais impulsionada pelo avanço de computadores e softwares. O presente trabalho aborda a simulação via CFD de um reator de membrana na reação combinada de Desidroaromatização/Reforma Seca do Metano visando elucidar o comportamento do processo combinado e comparar com os processos individuais. Inicialmente os processos foram simulados de forma individual, a reforma seca do metano que foi validada com os dados experimentais de Silva (2009). Depois a desidroaromatização do metano, que foi validada com estimativas de Larachi et al. (2002), Iliuda et al. (2003) e Cavalcanti Filho (2004). Com as condições de simulação numérica que melhor se adequaram aos resultados, foi realizada a simulação do processo combinado em reator de membrana, onde foi possível determinar concentrações dos principais componentes (H₂, CO, C₆H₆ e C) em função do tempo. A simulação mostrou que no processo combinado podem ser obtidos concentrações de efluentes de H₂ e CO, maiores que obtidas nos processos individuais. Com relação a produção de C₆H₆, houve equivalência com relação ao processo individual. E para as condições analisadas do processo combinado, foram observadas diminuição da concentração de carbono nos efluentes, demonstrando a capacidade do processo combinado reduzir a deposição sobre o catalisador, umas das principais limitações da produção de hidrogênio e outros co-produtos. |
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CAVALCANTI, Danilo Emídio de Souzahttp://lattes.cnpq.br/3040512557387613http://lattes.cnpq.br/2445243904431423BENACHOUR, MohandMACIEL, Leonardo José Lins2019-09-20T20:40:21Z2019-09-20T20:40:21Z2018-08-22https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/33446Combustíveis fósseis correspondem a principal matriz energética do planeta, porém sua futura escassez e problemas ambientais e geopolíticos, devem acelerar o processo de mudança para novas matrizes energéticas. Um dos grandes candidatos a substituto é o Hidrogênio, pois apresenta inúmeras vantagens frente aos combustíveis fósseis, como queima limpa e alta capacidade energética. Porém, a produção de hidrogênio sofre com uma grande quantidade de fatores limitantes. Assim, melhorias e novas formas de produção desse combustível estão sendo pesquisadas, visando eliminar restrições. Aliada a produção, aparece a intensificação dos processos, onde ao mesmo tempo que se produz, ocorrem etapas como a destilação, purificação e extração. 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Inicialmente os processos foram simulados de forma individual, a reforma seca do metano que foi validada com os dados experimentais de Silva (2009). Depois a desidroaromatização do metano, que foi validada com estimativas de Larachi et al. (2002), Iliuda et al. (2003) e Cavalcanti Filho (2004). Com as condições de simulação numérica que melhor se adequaram aos resultados, foi realizada a simulação do processo combinado em reator de membrana, onde foi possível determinar concentrações dos principais componentes (H₂, CO, C₆H₆ e C) em função do tempo. A simulação mostrou que no processo combinado podem ser obtidos concentrações de efluentes de H₂ e CO, maiores que obtidas nos processos individuais. Com relação a produção de C₆H₆, houve equivalência com relação ao processo individual. E para as condições analisadas do processo combinado, foram observadas diminuição da concentração de carbono nos efluentes, demonstrando a capacidade do processo combinado reduzir a deposição sobre o catalisador, umas das principais limitações da produção de hidrogênio e outros co-produtos.ANPFossil fuels are the planet's main energy matrix, but its future shortage and environmental and geopolitical problems must accelerate the process of change to new energy matrices. One of the great candidates for substitute is Hydrogen, because it has many advantages over fossil fuels, such as clean burning and high-energy capacity. However, hydrogen production suffers from a large number of limiting factors. Thus, improvements and new ways of producing this fuel are being researched, aiming at eliminating restrictions. Allied to production, the intensification of processes appears, where at the same time that it takes place, steps of separation, purification, and extraction. Thus, membrane reactors appear as an alternative to the development and improvement of the hydrogen production process. In this way, the use of tools that can facilitate the modeling process becomes essential for this type of process. Computational Fluid Dynamics (CFD) is the part of engineering designed to develop numerical solutions to problems of transport phenomena. The CFD approach has shown important results, offering great applicability, and almost no restrictions on complex geometries and processes, being increasingly driven by the advancement of computers and software. The present work deals with CFD simulation of a membrane reactor in the combined reaction of Dehydroaromatization / Dry Methane Reforming in order to elucidate the behavior of the combined process and to compare with the individual processes. Initially the processes were simulated individually, the dry reform of the methane that was validated with the experimental data of SILVA (2009). After the dehydroaromatization of methane, which did Larachi et al. (2002), Iliuda et al. (2003) and Cavalcanti Filho (2004) validate with estimates. With the numerical simulation conditions that best fit the results, the combined process simulation was performed in membrane reactor, where it was possible to determine concentrations of the main components (H₂, CO, C₆H₆ and C) as a function of time. The simulation showed that in the combined process higher concentrations of H₂ and CO effluents can be obtained than obtained in the individual processes. Regarding the production of C₆H₆, there was an equivalence with respect to the individual process. And for the analyzed conditions of the combined process, a decrease in the carbon concentration in the effluents was observed, demonstrating the ability of the combined process to reduce the deposition on the catalyst, one of the main limitations of the production of hydrogen and other co-products.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia QuimicaUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia QuímicaCFDHidrogênioMetanoReator de MembranaValidaçãoSimulação em CFD de um reator de membrana para a produção de hidrogênio a partir de processo combinado de desidroaromatização/reforma seca do metanoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPETHUMBNAILTESE Danilo Emídio de Souza Cavalcanti.pdf.jpgTESE Danilo Emídio de Souza Cavalcanti.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1221https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/33446/5/TESE%20Danilo%20Em%c3%addio%20de%20Souza%20Cavalcanti.pdf.jpg50d1f92674ea575bb0c72d8f04be39abMD55ORIGINALTESE Danilo Emídio de Souza Cavalcanti.pdfTESE Danilo Emídio de Souza Cavalcanti.pdfapplication/pdf1544814https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/33446/1/TESE%20Danilo%20Em%c3%addio%20de%20Souza%20Cavalcanti.pdf81a11e3b0d741c5524081772f4cbcfadMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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