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https://tede.unioeste.br/handle/tede/8651| Tipo do documento: | Dissertação |
| Title: | Análise de operabilidade da produção de gás de síntese a partir do processo sequencial de reforma a seco e reforma a vapor do biogás |
| Other Titles: | Operability analysis of syngas production via a sequential biogas dry reforming-steam reforming process |
| Autor: | Costa Sobrinho, Thales Uchoa da ![]() |
| Primeiro orientador: | Borba, Carlos Eduardo |
| Primeiro coorientador: | Nakajima, Evandro Alves |
| Primeiro membro da banca: | Silva, Edson Antonio da |
| Segundo membro da banca: | Scheufele, Fabiano Bisinella |
| Terceiro membro da banca: | Borba, Carlos Eduardo |
| Resumo: | Esta dissertação apresenta por meio de modelagem matemática, análise integrada da produção de gás de síntese (syngas) a partir do biogás, por meio da combinação sequencial dos processos de reforma a seco (DRM) e reforma a vapor (SRM) do metano. A metodologia adotada compreendeu o desenvolvimento de um modelo termodinâmico baseado na minimização da energia livre de Gibbs, considerando não idealidades através do coeficiente de fugacidade da espécie na mistura, capaz de prever a composição de equilíbrio das espécies envolvidas e sua validação com dados experimentais da literatura. O estudo avaliou o impacto de variáveis operacionais como temperatura na faixa de 600 - 1500 K, razão molar de alimentação CH4/CO2 na faixa de 1,5 a 4, vazão molar de vapor d’água na faixa de 4 a 16 kmol.h−1, nas variáveis de saída do processo como composição do gás de síntese, razão molar H2/CO e formação de coque. Os melhores resultados foram obtidos com temperaturas de 1000 K e 1150 K nos reatores DRM (R1) e SRM (R2), respectivamente, razão de alimentação CH4/CO2 ≥ 1,5 e fluxo de vapor d’água de 8 kmol/h, razão vapor/carbono (S/C) = 1,33, permitindo a obtenção de razão H2/CO ≥ 2,0, elevada conversão de reagentes e baixa formação de coque, em condições semelhantes as condições operacionais industriais dos reformadores. Além disso, foi determinado o índice de operabilidade (OI) como ferramenta de otimização, identificando as regiões operacionais seguras e eficientes do processo. O índice OI alcançou valor de 81,64%, indicando boa sobreposição entre os conjuntos de saídas alcançáveis e desejáveis. Os resultados demonstram que o processo de reforma empregando reatores sequenciais, é uma alternativa viável e promissora para a conversão dos componentes majoritários do biogás em gás de síntese com alta flexibilidade e seletividade, especialmente quando aliada a métodos de análise de operabilidade, contribuindo para o desenvolvimento de tecnologias sustentáveis de produção de gás de síntese a partir de resíduos renováveis. |
| Abstract: | This dissertation presents a mathematical modeling-based integrated analysis of synthesis gas (syngas) production from biogas through the sequential combination of dry reforming of methane (DRM) and steam reforming of methane (SRM) processes. The adopted methodology involved the development of a thermodynamic model based on the minimization of Gibbs free energy, accounting for non-idealities via the fugacity coefficient of each species in the mixture, capable of predicting the equilibrium composition of the involved species, and its validation using experimental data from the literature. The study assessed the impact of operational variables such as temperature (in the range of 600–1500 K), CH4/CO2 feed molar ratio (1.5 to 4), and water vapor molar flow rate (4 to 16 kmol·h−1) on process outputs such as syngas composition, H2/CO molar ratio, and carbon formation. The best results were obtained at temperatures of 1000 K and 1150 K in the DRM (R1) and SRM (R2) reactors, respectively, CH4/CO2 feed ratio ≥ 1.5, and a steam flow rate of 8 kmol·h−1, corresponding to a steam-to-carbon ratio (S/C) of 1.33. These conditions enabled the achievement of an H2/CO ratio ≥ 2.0, high reactant conversion, and low carbon formation, under operating conditions comparable to those used in industrial reformers. Furthermore, the operability index (OI) was determined as an optimization tool, identifying safe and efficient operational regions of the process. The OI reached a value of 81.64%, indicating a good overlap between achievable and desirable output sets. The results demonstrate that the reforming process employing sequential reactors is a viable and promising alternative for the conversion of the main components of biogas into synthesis gas, offering high flexibility and selectivity - especially when combined with operability analysis methods - thus contributing to the development of sustainable syngas production technologies from renewable waste sources. |
| Keywords: | Acoplamento de reatores Gás de síntese Reforma do biogás Operabilidade Reactors coupling Syngas Biogas reforming Operability |
| CNPq areas: | ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Estadual do Oeste do Paraná |
| Sigla da instituição: | UNIOESTE |
| Departamento: | Centro de Engenharias e Ciências Exatas |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
| Campun: | Toledo |
| Citation: | COSTA SOBRINHO, Thales Uchoa da. Análise de operabilidade da produção de gás de síntese a partir do processo sequencial de reforma a seco e reforma a vapor do biogás. 2025. 93 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Toledo, 2025. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| Endereço da licença: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
| URI: | https://tede.unioeste.br/handle/tede/8651 |
| Issue Date: | 17-Jul-2025 |
| Appears in Collections: | Mestrado em Engenharia Química (TOL) |
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|---|---|---|---|---|
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