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Consultar: Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica

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Ttulo [PT]: Contribuio ao projeto de um reator de reforma a vapor de metanol de uma clula a combustvel autnoma
Ttulo [EN]: Contribution the project of a reactor for methanol steam reforming of a fuel cell autonomous
Autor(es): Raphael Menechini Neto
Palavras-chave [PT]:

Reforma a vapor. Metanol. Reforma a vapor. Hidrognio. Modelagem matemtica. Clula a combustvel. Brasil.
Palavras-chave [EN]:
Steam reforming. Methanol. Steam reforming. Hydrogen. Mathematical modeling. Fuel cell. Brazil.
rea de concentrao: Cintica e reatores
Titulao: Mestre em Engenharia Qumica
Banca:
Luiz Mrio de Matos Jorge [Orientador] - UEM
Mauricio Pereira Canto - Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento
Marcos Antonio Coelho Berton - SENAI
Regina Maria Matos Jorge - UFPR
Resumo:
Resumo: As clulas a combustvel so uma alternativa interessante para a gerao de energia eltrica, especialmente para equipamentos de pequeno e mdio porte que apresentem a caracterstica de portabilidade. Alguns modelos de clulas so compactos e operam a baixas temperaturas, porm essa tecnologia esbarra no transporte e armazenamento do seu principal combustvel: o hidrognio. O hidrognio muito reativo e o seu armazenamento geralmente demanda a utilizao de sistemas complexos, operando muitas vezes a altas presses. Como alternativa pode-se armazen-lo na forma de combustveis lquidos com alta concentrao de hidrognio, como por exemplo o metanol, o qual pode ser facilmente armazenado e convertido a hidrognio mediante a reao de reforma a vapor. Este processo consiste basicamente na reao entre o metanol e o vapor de gua, produzindo hidrognio, monxido e dixido de carbono, segundo uma reao global endotrmica. A utilizao do metanol como principal reagente na reforma a vapor, para produo de hidrognio, muito interessante, pois este lcool o que apresenta a maior proporo entre hidrognio e carbono (4:1), alm de poder ser processado a baixas temperaturas e presso atmosfrica. Nos vrios processos de obteno do hidrognio por reforma a vapor, ocorre a produo do monxido de carbono (CO), o qual um subproduto indesejado por ser um veneno para vrios tipos de clulas a combustvel. Tanto o projeto como a determinao das condies timas de operao de um reator de reforma a vapor de metanol, visando a sua integrao as clulas a combustvel, podem encontrar na modelagem e simulao importantes ferramentas auxiliares. Entretanto, encontram-se poucos estudos em literatura envolvendo a modelagem, simulao e projeto de reatores de reforma a vapor do metanol, bem como estudos tericos que garantam a determinao das condies operacionais timas a fim de minimizar a produo do monxido de carbono. Neste contexto, o objetivo desse trabalho foi desenvolver um modelo matemtico de um reator de reforma a vapor de metanol, simul-lo e obter dados preliminares para a o projeto de um reator de reforma a vapor de metanol. O modelo foi construdo em duas partes: (i) considerando o reator isotrmico utilizando o modelo e as equaes cinticas da literatura. (ii) reator no isotrmico atribuindo modelo o coeficiente de transferncia de calor e a equao que descreve a transferncia de calor ao longo do reator. O modelo matemtico proposto foi implementado e resolvido numericamente no MATLAB. Os dados obtidos na simulao isotrmica foram comparados nas mesmas condies experimentais utilizada por PURNAMA et. al. (2004) o que indica que tanto o modelo desenvolvido como a metodologia empregada para a sua soluo numrica so adequadas. Realizamos a analises de sensibilidade do reator no isotrmico e tambm os parmetros timos de operao. A partir desses parmetros timos levantou-se a massa de catalisador necessria para produzir hidrognio em quantidade suficiente para alimentar clulas o combustvel do tipo PEM comerciais. Contudo estabeleceu-se a condio mnima de 50ppm na corrente de produto e a converso mnima de 70%. Essas condies mnimas garantem que no ser necessria uma etapa de purificao e adequao do combustvel, hidrognio, utilizado nas clulas a combustvel.

Abstract: Fuel cells are an attractive alternative for generating electricity, especially for equipment to small and medium-sized businesses that have the character of portability. Some models of cells are compact and operate at low temperatures, but this technology coming up in the transport and storage of its primary fuel: hydrogen. Hydrogen is very reactive and its storage generally requires the use of complex systems, often operating at high pressures. Alternatively you can "store" it in the form of liquid fuels with high concentrations of hydrogen, such as methanol, which can be easily stored and can be directly converted to hydrogen by steam reforming reaction. This process is basically the reaction between methanol and water vapor, producing hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, a second endothermic overall reaction. The use of methanol as the main reagent in the steam reforming for hydrogen production is very interesting because this alcohol is what has the highest ratio of carbon and hydrogen (4:1), and can be processed at low temperatures and atmospheric pressure. In various processes hydrogen production by steam reforming, occurs the production of carbon monoxide (CO), which is an unwanted byproduct, being a poison to various types of fuel cells. Both the project and determining the optimal operating conditions of a reactor for steam reforming of methanol in order to integrate the fuel cells may find importance in modeling and simulation aids. However, there are few studies in literature involving modeling, simulation and design of reactors for steam reforming of methanol and theoretical studies aimed at determining the optimum operating conditions to minimize the production of carbon monoxide. In this context, the objective of this study was to develop a mathematical model of a reactor for methanol steam reforming, simulate it and validates it against experimental data from literature. The mathematical model was implemented in MATLAB and solved numerically and comparison of its predictions in different experimental conditions indicates that both the model developed as the methodologies for its numerical solution were adequate. From this model were validated designed three reactors for steam reforming to meet with appropriate flow of hydrogen fuel cells available in three commercial fuel cell, and determine the operating conditions that minimize the generation of carbon monoxide and provide an effluent stream reactor with acceptable levels of CO that can be introduced directly into the fuel cell without requiring an intermediate step of removing this contaminant.
Data da defesa: 26/08/2011
Cdigo: vtls000207994
Informaes adicionais:
Idioma: Portugus
Data de Publicao: 2011
Local de Publicao: Maring, PR
Orientador: Prof. Dr. Luiz Mrio de Matos Jorge
Co-Orientador: Prof. Dr. Onlia Aparecida Andreo dos Santos, Mauricio Pereira Canto
Instituio: Universidade Estadual de Maring . Centro de Tecnologia . Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica
Nvel: Dissertao (mestrado em Engenharia Qumica)/
UEM: Departamento de Engenharia Qumica

Responsavel: beth
Categoria: Aplicao
Formato: Documento PDF
Arquivo: Disserta%E7%E3o.pdf
Tamanho: 2462 Kb (2520756 bytes)
Criado: 10-09-2013 17:35
Atualizado: 10-09-2013 17:40
Visitas: 1243
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