Acoplamento das reações de Fischer-Tropsch e, reator mutifuncional

Abstract

Os reatores multifuncionais são equipamentos que promovem o acoplamento térmico de uma reação exotérmica e uma reação endotérmica, fazendo com que a primeira forneça a energia necessária para a segunda ocorrer, simultaneamente ou em etapas. Essa combinação de duas operações unitárias vai de encontro ao conceito de integração de processos, com objetivo de reduzir o consumo de energia e consequentemente o custo operacional de processos industriais. Neste trabalho estudou-se as reações da síntese de Fischer-Tropsch acoplada termicamente com a desidrogenação de metilciclohexano, em um reator multifuncional, com intuito da integração da produção de combustíveis como gasolina e hidrogênio. Foi feita a modelagem matemática do reator, escrevendo-se as equações de balanço material para cada componente dos dois sistemas reacionais, bem como as equações de conservação de energia para as reações exotérmica e endotérmica. A modelagem foi feita em regime permanente, por meio de equações diferenciais ordinárias, e o sistema de equações obtido foi resolvido em MATLAB; o modelo cinético dessas reações foi levantado em literatura. Foram simuladas diferentes condições operacionais para a operação do reator em escoamento paralelo, com uma geometria definida, visando a otimização da produção de gasolina. Nas melhores condições, o rendimento da produção de gasolina atinge 10,69 g/100g(H2+CO).

Multifunctional reactors are used in chemical process industries and promote thermal coupling between an exothermic and an endothermic reaction. The former supplies energy to the latter so they can be carried out simultaneously or in steps. Coupling of two or more unit operations in a single equipment is connected to the concept of process integration, reducing energy consumption and capital costs of industrial processes. Fischer-Tropsch synthesis coupled with methyl cyclohexane dehydration in a multifunctional reactor was studied is this work, aiming the production of gasoline and hydrogen. The reactor was modelled by using material and energy balances for each component of the reactional system, in a pseudo homogeneous, one-dimensional and steady state model. Reaction kinetics were taken from the literature and the system of ordinary differential equations was solved in Matlab, in parallel flow. Gasoline production was optimized and in the best operational conditions gasoline yield was equal to 10.69 g/100g(H2+CO).