Modelagem e simulação de um reator catalítico de leito fixo para a produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor do tolueno

Resumo

A gaseificação de biomassa tem sido considerada a técnica mais promissora para substituir as fontes de combustível convencionais em renováveis e produzir Gás de Síntese (GS). Porém, o GS produzido tem contaminação com o alcatrão, que é uma mistura complexa de hidrocarbonetos condensáveis, um problema significativo enfrentado na gaseificação da biomassa (SUN et al. 2018). Esses compostos tendem a condensar a baixas temperaturas e/ou pressão elevada, causando problemas nos equipamentos. Portanto, vários métodos para sua remoção foram estudados para melhorar o desempenho da gaseificação. A reforma catalítica a vapor (RCV) é uma forma interessante converter esse alcatrão e produzir H2. O H2 é considerado uma energia limpa e renovável para aplicações químicas, como a célula de combustível com alta eficiência. Desta forma, o objetivo desse trabalho foi estudar o desempenho de um modelo matemático unidimensional de um reator de leito fixo para simular as variações de temperatura e das espécies químicas presentes na RCV do alcatrão, sendo o tolueno (C7H8) o composto modelo por apresentar em maior quantidade do alcatrão. Este modelo é representado pelas equações de Balanço de Energia das fases fluidas e sólida e o balanço de massa dos componentes da RCV. A metodologia utilizada para a solução foi a formulação conhecida como Coupled Integral Equation Approach (CIEA), uma técnica que apresenta resultados mais precisos do que os outros métodos mais convencionais, como diferença finita (ANJOS et al. 2017). Após a utilização da CIEA, um código em linguagem FORTRAN 95 foi desenvolvido, gerando os resultados gráficos deste trabalho. Os gráficos representam as variações das temperaturas das fases Sólida (Ts) e fluidos (Tf) do reator com variação do coeficiente de transferência de calor e a evolução dos compostos químicos da RCV até alcançar o regime estacionário. Desta forma, foi possível concluir que as Ts e Tf possuem valores próximos, em torno de 1100K, e variam de acordo com a vazão de entrada do reator. As concentrações finais foram 0.60 kmol/h de H2, 0.10 kmol/h de CO, 0.22 kmol/h de CO2, 0.019 kmol/h de CH4, 0.015 kmol/h de C7H8 e 0.48 kmol/ e H2O, com quase todo C7H8 consumido no processo.