Aplicação de métodos heurísticos de otimização na produção de hidrogênio por reforma a vapor

Abstract

A disponibilidade de inúmeras fontes de gás natural torna viável a utilização de diferentes processos de produção de hidrogênio, insumo este empregado na obtenção dos mais diversos produtos (e.g., fertilizantes, combustíveis, lubrificantes, polímeros, etc). Dentre estes processos, os reatores de reforma são os mais utilizados industrialmente para produção de hidrogênio. Pretendendo maximizar a produtividade e a eficiência energética, as técnicas de fluidodinâmica computacionais são amplamente utilizadas para avaliar o desempenho dos processos sem o custo de implementação do projeto real. O presente trabalho objetivou simular, aplicando o software ANSYS- CFX, o processo de produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor do metano utilizando um reator com membrana, visando realizar a produção e separação no mesmo equipamento, além de determinar as condições ótimas de operação. As técnicas de otimização Algoritmo Genético e Enxame de Partículas foram aplicadas e comparadas na investigação das condições de otimalidade do processo. As condições ótimas de temperatura operacional e razão molar de alimentação H₂O/CH₄ encontradas foram 873,15 K e 6, respectivamente, fornecendo 96,38 % de conversão de metano e 64,05 % de recuperação de hidrogênio, corroborando a eficiência das técnicas aplicadas.