Modelagem e simulação de um reator industrial em uma unidade de geração de hidrogênio

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2012
Autor(a) principal: Lima, Douglas Falleiros Barbosa
Orientador(a): Ndiaye, Papa Matar, 1966-
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Reações quimicas
Hidrogenio
Reatores de agua pressurizada
Reatores quimicos
Engenharia Química
Link de acesso: https://hdl.handle.net/1884/27742
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Papa Matar Ndiaye
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spelling Lenzi, Marcelo Kaminski, 1977-Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaNdiaye, Papa Matar, 1966-Lima, Douglas Falleiros Barbosa2024-07-17T20:15:01Z2024-07-17T20:15:01Z2012https://hdl.handle.net/1884/27742Orientador: Prof. Dr. Papa Matar NdiayeCoorientador: Prof. Dr. Marcelo Kaminski LenziDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Defesa: Curitiba, 27/05/2011Bibliografia: fls. 74-77Área de concentração: Modelagem, otimização e controle de processosResumo: A geração de hidrogênio na indústria de processos tem adquirido cada vez maior destaque no cenário nacional e internacional devido à grande tendência de aumento de seu consumo, para sua utilização em processos nobres, por exemplo, no hidrotratamento de combustíveis, buscando produtos de maior qualidade. Dentro deste contexto, ganha importância o processo de geração de hidrogênio, onde o domínio de sua tecnologia torna-se fundamental para a sua otimização. O reator de shift na unidade de geração de hidrogênio, etapa intermediária e responsável por converter o monóxido de carbono do gás de síntese a dióxido de carbono e hidrogênio, constitui um sistema reacional cuja predição de seu comportamento cinético, utilizando-se um modelo adequado pode ser bastante útil. Foi realizado extenso levantamento de modelo cinético fenomenológico com as devidas correções requeridas em termos de fenômenos de difusão nos poros de um catalisador em formato de pellet, desativação catalítica, pressão e ordem aparente da reação, para a modelagem de um reator de shift industrial de leito fixo de alta temperatura, utilizando catalisadores comerciais do tipo Fe-Cr promovidos por Cu. Previamente à etapa de modelagem, a consistência e qualidade dos dados industriais disponíveis foram avaliadas, onde um modelo estatístico entre as principais variáveis de entrada e a conversão de CO, foi desenvolvido, encontrando-se uma correlação de 0,75. Foi realizado um estudo da termodinâmica de equilíbrio deste conjunto de dados. As equações diferenciais de balanço molar e energético deste sistema foram propostas, e solucionadas por uma ferramenta computacional adequada. O modelo é ajustado e validado utilizando-se dados de operação de um reator industrial, obtendo-se um coeficiente de correlação de 0,77. Finalmente, demonstra-se a utilidade do modelo apresentando-se um estudo de caso de pesquisa de temperatura de alimentação ótima do reator, validada pela realização de um teste em reator industrial. Em um segundo estudo de caso, diferentes simulações são realizadas para se explicar determinados aspectos relevantes do comportamento histórico operacional de um reator de shift industrial. Uma malha de controle é proposta para a otimização da conversão do reator.Abstract: The industrial hydrogen generation has an increasing focus in the national and international industrial scene due to its increasing demand in processes such as hydrotreatment for higher quality fuel production. In this context, the hydrogen generation process has an increasing importance and its technology know how became fundamental to the process optimization. The water gas shift reactor, an intermediate step in the hydrogen generation unit, has the role of converting the carbon monoxide from the synthesis gas into carbon dioxide and hydrogen, is a reacting system whose kinetic behavior prediction ability can be very useful. An extensive review of the kinect expressions with the correction factors required to compensate the pore diffusion phenomena in the catalyst, age of the calalyst, pressure, order of reaction to model a high temperature industrial fixed bed shift reactor, using commercial Fe-Cr catalyst promoted by Cu. Previous to the modeling step, the industrial data quality and consistency were evaluated, a statistical multivariable model with the main variables as inputs and the CO conversion as output was developed, finding a correlation factor of 0,75. An evaluation of the approach to the reaction thermodynamic equilibrium of the industrial data was calculated. The molar and energy differential equation balance were stated and solved using a computational tool. The parameters were estimated and the model validated using industrial data, the final model correlation is 0,77. Finally, the model utility is demonstrated by a case study of optimal reactor feed temperature search, validated with an industrial reactor test. In the second case study, many simulations were generated to explain some aspects of a historical behavior of an industrial water gas shift reactor. A control loop is proposed to the reactor conversion optimization.78f. : il. , grafs., tabs.application/pdfDisponível em formato digitalReações quimicasHidrogenioReatores de agua pressurizadaReatores quimicosEngenharia QuímicaModelagem e simulação de um reator industrial em uma unidade de geração de hidrogênioinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - LIMA, DOUGLAS FALLEIROS BARBOSA.pdfapplication/pdf1207461https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/27742/1/R%20-%20D%20-%20LIMA%2c%20DOUGLAS%20FALLEIROS%20BARBOSA.pdff3c07c245c759c4ff51a9fa79713bfe4MD51open accessTEXTR - D - LIMA, DOUGLAS FALLEIROS BARBOSA.pdf.txtExtracted Texttext/plain127971https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/27742/2/R%20-%20D%20-%20LIMA%2c%20DOUGLAS%20FALLEIROS%20BARBOSA.pdf.txtf7ee709b8ee75d8684385389ebf5d6caMD52open accessTHUMBNAILR - D - LIMA, DOUGLAS FALLEIROS BARBOSA.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1272https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/27742/3/R%20-%20D%20-%20LIMA%2c%20DOUGLAS%20FALLEIROS%20BARBOSA.pdf.jpgbc4a5017137073fcf6bd3dee72981cb7MD53open access1884/277422024-07-17 17:15:01.626open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/27742Repositório InstitucionalPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestinformacaodigital@ufpr.bropendoar:3082024-07-17T20:15:01Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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