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Type: Dissertação
Title: Análise de modelo matemático para simular a reação catalítica de conversão de CO2 a DME em leito fixo.
Authors: Carvalho, Aline Estevam
Advisor: Bastos Neto, Moisés
Co-advisor: Rios, Rafael Barbosa
Keywords: Modelagem;Conversão de CO2;Dimetil éter
Issue Date: 2021
Citation: CARVALHO, Aline Estevam. Análise de modelo matemático para simular a reação catalítica de conversão de CO2 a DME em leito fixo. 2021. 91 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós- Graduação em Engenharia Química, Fortaleza, 2021.
Abstract in Brazilian Portuguese: Diante dos crescentes índices de emissões de gás carbônico na atmosfera e das alterações climáticas decorrentes de tais emissões, tem-se incentivado a busca por desenvolvimentos de novos processos que permitam a redução dos índices de CO2 da atmosfera. Além disso, tem-se estudado o CO2 como uma possível fonte de carbono para conversão em produtos de valor agregado. Dentre tais produtos, destaca-se o dimetil éter, possível combustível substituto para o diesel, porém com menor emissão de poluentes. Considerando ainda o cenário de desenvolvimento de tecnologias de captura e utilização de carbono, foi implementado um modelo matemático pseudohomogêneo para descrever e simular o comportamento da produção de dimetil éter em um reator de leito fixo a partir da conversão direta de dióxido de carbono. A proposta do modelo permite, portanto, avaliar a formação de DME a partir de uma alimentação composta exclusivamente de CO2 e H2, indicando a viabilidade do processo e o melhor ajuste dos parâmetros avaliados. Este processo reacional foi simulado, no software gPROMS®, considerando as leis cinéticas comumente adotadas para catalisadores de CuO-ZnO-Al2O3 suportados em γ-Al2O3. O modelo matemático foi validado a partir de dados experimentais reportados na literatura para a conversão de CO2 a DME, utilizando um reator de leito fixo de bancada, a 40 bar e 275 °C. Realizou-se, a partir da validação, uma série de estudos sobre o comportamento do processo em função de parâmetros operacionais como temperatura, pressão, composição da alimentação e velocidade espacial. Os resultados obtidos por essas avaliações apontam o favorecimento da produção do dimetil éter a partir da conversão de CO2 para alimentações com a presença de CO em razões de CO/CO2 iguais a 0,05; 0,8; e 0,.1. Em razões (H2/CO+CO2) = 3, a pressão de 20 bar, temperatura de 280 ºC e vazão de 1000 mL g-1 h-1, a conversão de CO2 atingiu 19,15%, com rendimento de metanol e dimetil éter de 17,6% e 7,4%, respectivamente. A presença de água no processo mostrou-se indesejável, interferindo na produtividade de DME. Trabalho futuros visando à redução ou remoção da água no processo poderão ser desenvolvidos visando a favorecer a produção de DME.
Abstract: In view of the increasing levels of carbon dioxide emissions in the atmosphere and the climate changes resulting from such emissions, the development of novel processes that allow the reduction of the CO2 levels in the atmosphere has been encouraged. In addition, CO2 has been studied as a possible source of added-value carbon, allowing its capture and conversion into energetically valuable products. Considering the actual scenario of the carbon capture and utilization technologies, a pseudo homogeneous mathematical model was implemented to describe and simulate the behavior of the DME production in fixed bed reactor by CO2 direct conversion. The proposal of the model, therefore, allows to evaluate the formation of DME from a feed composed exclusively of CO2 and H2, indicating the feasibility of the process and the best adjustment of the defined parameters. This reactional process was simulated in gPROMS® software using kinetic models commonly adopted for CuO-ZnO-Al2O3 catalysts supported in γ-Al2O3. The mathematical model was validated by experimental data reported in literature for CO2 conversion in DME. The experiments were conducted in a fixed bed reactor, operated at 40 bar pressure and 275 °C. A series of analysis was made in function of operational parameters such as temperature, pressure, feed composition and space velocity. The results show the improvement of DME production from CO2 conversion with the presence of CO in the feed composition for CO/CO2 of 0.05, 0.08 and 0,1. In ratios (H2/CO+CO2) = 3, 20 bar pressure and 280 ºC, and 1000 mL g-1 h-1, CO2 conversion reached 19,.15%, with 17,.6% and 7,.4% of methanol and dimethyl ether yield, respectively. The water presence in the process was undesirable, interfering on the DME productivity. Future works aiming the reduction or removal of the water in the process can be developed to promote the DME production.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/59636
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