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Title: Análise computacional da reforma seca do metano a partir do biogás em um reator de membrana
Authors: Caldas, Gustavo Luis Rodrigues
Souza, Patrick Rodrigues
Monnerat, Rafael Rivero
metadata.dc.contributor.advisor: Moreira, Roger Matsumoto
metadata.dc.contributor.advisorco: Mattos, Lisiane Veiga
metadata.dc.contributor.members: Santos, Lizandro de Sousa
Esteves, Laura Margarida de Matos Martins
Issue Date: 2018
Publisher: Universidade Federal Fluminense
Abstract: Este trabalho tem como objetivo simular a reforma seca do metano em um reator químico de membrana empregando um software de fluidodinâmica computacional. A reação de reforma seca do metano, utilizando biogás, apresenta-se como uma boa alternativa para a produção de hidrogênio, de forma limpa e eficiente. Foi utilizado o software de simulação e modelagem COMSOL MULTIPHYSICS versão 5.2a, que emprega o método dos elementos finitos para resolução do problema de valor de contorno. Inicialmente, foi testada a reprodutibilidade dos resultados alcançados com base no trabalho de Prabhu et al. (2000). Foram analisadas também duas situações para uma corrente de biogás: utilizando gás de arraste na parte interna do reator e sem o uso do gás. A conversão desta reação no reator estudado foi calculada e suas características fluidodinâmicas relacionadas à membrana foram analisadas. Os resultados encontrados foram 77,9% de conversão para o modelo do artigo base, indicando um desvio de 12,6 pontos percentuais em relação a este. Já nas simulações utilizando biogás os resultados foram 70% e 70,2% de conversão de metano em gás hidrogênio com e sem gás de arraste, respectivamente. A queda de pressão ao longo do reator é desprezível. A presença do gás de arraste possui poucos efeitos na fluidodinâmica do reator e na conversão em produto em dimensões e vazões diminutas. O modelo foi validado pela tendência em relação à literatura estudada e os resultados obtidos mostram que a membrana promove um aumento de conversão de hidrogênio quando comparados com a termodinâmica (62,5%), revelando-se como uma tecnologia promissora.
metadata.dc.description.abstractother: This work aims to simulate methane dry reforming in a membrane reactor using a Computational Fluid Dynamics software. Methane dry reforming reaction employing biogas as source can be a useful alternative for clean and efficient hydrogen production. COMSOL MULTIPHYSICS version 5.2a modelling and simulation software, which uses finite element analysis to solve boundary value problem, was employed. First, the reproducibility of the results based on the ones from Prabhu et al. (2000) was tested. Two different situations were analyzed for the biogas stream: addition of sweep gas stream within tube side reactor and without it. Reaction conversion into the reactor was computed and its fluid dynamics around the membrane was studied. Results showed a value of 77.9% methane conversion for the reference article model, pointing 12.6% deviation from it. For the biogas stream simulations, values of methane conversion were 70% and 70.2%. Pressure drop through reactor is negligible. Sweep gas effect acts little on fluid dynamics profiles and product conversion in low dimensions and inlet flows. Model was validated by its trend against literature comparison and results indicated that membrane has a good effect on hydrogen conversion enhancement when compared to thermodynamics values (62.5%), revealing as promising technology.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/6986
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