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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/31157
Type: | Dissertação |
Title: | Reforma de glicerol em um reator de recuperação de calor de leito fixo e fluxo continuo: análise de exergia |
Title in English: | Glycerol reforming in a fixed bed and continuous flow heat recovery reactor: analysis of exergy |
Authors: | Dias, Felipe Pinheiro Falcão |
Advisor: | Bueno, André Valente |
Keywords: | Engenharia mecânica;Glicerol;Exergia;Biocombustíveis;Syngas;Steam reforming |
Issue Date: | 2017 |
Citation: | DIAS, F. P. F. Reforma de glicerol em um reator de recuperação de calor de leito fixo e fluxo contínuo: análise de exergia. 2017. 62 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. |
Abstract in Brazilian Portuguese: | A demanda crescente por energia e seu consequente impacto torna o uso de energias renováveis uma opção estratégica, como os biocombustíveis em aplicações de mobilidade nesse cenário. Esses biocombustíveis alternativos foram recebidos com entusiasmo, mas uma série de dificuldades surgiu com a sua utilização em larga escala. No caso do biodiesel, as principais são: impulsão de desmatamento pela demanda de matéria-prima, crescimento de problemas de garantia de alimento pelo uso de materiais consumíveis, e larga geração de glicerol, subproduto de baixo valor cuja purificação requer o manejo de água contaminada. Pirólise e reforma de glicerol têm recebido atenção como alternativas para utilização na produção de gases de síntese ricos em hidrogênio. A maioria dos trabalhos pesquisados tem seu foco nos parâmetros do processo ou no uso de catalisadores, buscando maior formação de hidrogênio. Porém, a eficiência de exergia associada ao processo de conversão ainda é pouco investigada. Esse tema é discutido através da análise de um reator de reforma de bancada. Gases de escape provenientes de um motor diesel, cujo resfriamento foi limitado, foram direcionados para um trocador casco-tubo de 21 passagens, montado externamente ao casco do reator, provendo toda a energia de entrada. A eficiência de exergia foi determinada em função da temperatura do leito e da concentração glicerol/água com utilização de balanços termodinâmicos. A temperatura de saída do leito foi variada de 600°C a 800°C para cada concentração de glicerol injetada (10 a 90% em massa). Exergias física e química de cada componente foram consideradas na análise, assim como o fluxo de exergia associado ao calor e à transferência de massa. Perdas exergéticas foram agrupadas em contribuições distintas: exergia dos subprodutos, exergia termomecânica do gás de síntese e a exergia no fluxo de saída dos gases de escape. A maior eficiência de exergia encontrada foi de 61,6%, atingida a 750 °C com concentração de 70%. Temperatura de reação no leito foi o parâmetro de maior influência na eficiência de exergia do hidrogênio, que cresceu continuamente de 1,6% para 19,0%. A concentração de glicerol impactou nas irreversibilidades e distribuições de perdas de exergia, onde os hidrocarbonetos tiveram domínio com 90% de concentração de glicerol; irreversibilidades das reações de 70 a 30%; e água com 10%. |
Abstract: | The ever growing energy demand and its consequent environmental burdens make the use of renewable energy strategic in terms of sustainability, such as biofuels in mobility applications within this scenario. These alternative fuels were received with enthusiasm, but a series of issues emerged with their widespread utilization. Biodiesel‟s main concerns are deforestation impulse caused by feedstock crop demand; food security issues, raised by the use of edible raw materials; and large yield of glycerol, a low value sub product whose treatment requires waste water management. Glycerol„s pyrolysis and reforming have received increasing attention as alternatives to its use in the production of hydrogen rich syngas. Most of the cited works have its focus in process parameters or catalysts upon hydrogen yeld. However the energy efficiency has low publications. This subject is accessed trough the energy and exergy analysis of a bench scale glycerol reforming reactor. Exhaust gases from a limited cooling diesel engine were directed trough 21 baffles mounted outside the reactor shell, providing the energy input necessary to the reforming reactions. Exergy efficiency of the reforming process was determined in function of the reaction bed temperature and glycerol/water concentration by means of thermodynamic balances. The outlet reaction bed temperature varied from 600 ºC to 800 ºC for each glycerol/water feed concentration taken into account (10% to 90%wt of glycerol). Physical and chemical exergies of each syngas component were considered in the course of the analysis, as well as heat and mass exergy flows. The irreversibilities associated with the heat transfer from hot gases to the reacting bed and internal reaction bed processes were calculated individually. Exergy losses were grouped into distinct outflow contributions: sub-products total exergies (water, char and tar), syngas thermomechanical exergy and outflow exhaust gases exergy. The highest syngas exergy efficiency attained was 61,6%, being achieved at 750°C with 70% glycerol feed rate. The reaction bed outlet temperature was the most important parameter for H2 exergy efficiency, which continuously increased from 1.6% at 600°C to 19.0% at 800°C. The glycerol feed concentration impacted on the exergy irreversibilities and losses distributions, which were dominated by tar production at 90% glycerol concentration; reactions irreversibilities from 70 to 30% glycerol, and water outflow at 10% glycerol. |
URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/31157 |
Appears in Collections: | DEME - Dissertações defendidas na UFC |
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