ENSINANDO OS PRINCPIOS BSICOS DA REFORMA A VAPORPARA A PRODUO DE HIDROGNIO

Antonio C. C. de Souza - caetano@feg.unesp.brUniversidade Estadual Paulista - Campus de GuaratinguetAv. Ariberto Pereira da Cunha, 33312516-410 - Guaratinguet - SPJos L. Silveira - joseluz@feg.unesp.brUniversidade Estadual Paulista - Campus de GuaratinguetAv. Ariberto Pereira da Cunha, 33312516-410 - Guaratinguet - SP

Resumo: Este trabalho destaca princpios bsicos para a produo de hidrognio, podendoser exibidos no ensino da Engenharia, sobre o ponto de vista de fontes alternativas deenergia. Trata-se do processo de produo de Hidrognio por Reforma a Vapor, convertendoEtanol, Gs Natural, Biogs, etc. Dar-se- nfase para a reforma do Gs Natural e doEtanol, principais combustveis pesquisados no Brasil. Na Reforma a Vapor, o combustvellquido ou gasoso injetado em um reformador (um tipo de reator) juntamente com vapordgua superaquecido (entre 300 e 800C). Segundo pesquisas realizadas nesta rea, osucesso das reaes dependem de vazes mssicas, temperaturas e presses dos reagentes,razes mssicas combustvel/gua, das caractersticas do reformador, entre outros fatores.Os produtos so o hidrognio (como vetor energtico), CO2, CO, CH4 remanescente,produtos que podem ser reaproveitados para uma produo posterior de hidrognio oueliminados utilizando catalisadores.Normalmente o hidrognio produzido utilizado emclulas de combustvel, sistemas de gerao de energia, apresentando rendimentos eltricosmaiores que os sistemas tradicionais, como o motor de combusto interna e o turbogerador.Dependendo da clula, o rendimento global pode ser aumentado ao utilizar o calorresultante do processo eletroltico (reao do H2 com o O2) para aquecimento, resfriamentoou em diversos processos industriais. Por estas consideraes, este trabalho pode serimportante para o ensino da Engenharia.

Palavras-chave: Reforma a vapor, Etanol, Gs Natural, Hidrognio.

1. INTRODUO

O hidrognio uma fonte promissora de produo de energia devido ao grande podercalorfico proporcionado, alm de ser um produto que praticamente no polui o meioambiente.

O hidrognio bastante utilizado em processos industriais consumindo diversoscombustveis. Para fins energticos, o hidrognio pode ser utilizado em motores de combustointerna e em clulas de combustvel (uma das aplicaes mais recentes).

As clulas de combustvel so dispositivos que produzem eletricidade com umrendimento que pode atingir 50%, bem superior que dos motores de combusto interna e dasturbinas a gs. A maior parte das clulas consomem hidrognio e oxignio (este comocomburente).

A produo de hidrognio para obteno de energia trmica e eltrica mais eficiente ebarata so tecnologias promissoras bastante estudadas em empresas, universidades, institutosde pesquisa.

Para a obteno de hidrognio, alm do dispositivo de gerao deste vetor energtico, sonecessrios outros dispositivos como catalisadores, purificadores, etc.

As clulas de combustvel so dispositivos interessantes na gerao distribuda (GD) deenergia, j que podem fornecer eletricidade e calor (atravs da cogerao) no local prximo aoconsumo em caso de blecautes, uso em horrios de pico e para fornecer energia em momentosonde o preo da eletricidade proveniente da rede cara, como nos horrios de pico, alm deserem alternativas a outras fontes de GD altamente poluidoras como os geradores a diesel.

2. O HIDROGNIO

Alm de ser quimicamente ativo, o mais simples e mais comum elemento do universo,compondo 75% de sua massa e 90% de suas molculas, alm de compor aproximadamente6% da massa de biomassa seca. Na CNTP, o hidrognio um gs incolor (dificultando a suadeteco, alm da sua chama ser invisvel), inodoro e inspido. inclusive um condutor deenergia (www.celulasacombustivel.com.br, 2004; Dincer, I., 2002).

O hidrognio tem a maior relao energia-peso que qualquer outro combustvel.Reagido com oxignio puro, os nicos produtos so calor e gua. Com o ar (constitudo

por cerca de 71% de nitrognio), alguns xidos de nitrognio (NOX) so formados. Mesmoassim, a queima de hidrognio produz menos poluentes atmosfricos que de combustveisfsseis.

3. PRINCIPAIS COMBUSTVEIS

A escolha do combustvel deve satisfazer as seguintes condies:- A converso em outra forma de energia deve ser fcil para o uso final.- Deve ter alta eficincia.- Deve ser seguro.O combustvel de um sistema clula de combustvel depende da aplicao. Nos meios de

transporte e em sistemas portteis, podem ser utilizados metanol, etanol, gs natural, gasolinae diesel. Em sistemas estacionrios, destacam o consumo de gs natural, propano, butano (osdois ltimos gases tambm fazem parte da composio do gs liquefeito de petrleo, o GLP)ou combustveis derivados da decomposio anaerbia da biomassa, resduos industriais oubiogs.

3.1. Combustveis fsseis

Gs NaturalAproximadamente 89% de seu volume ocupado pelo metano (CH4), possuindo tambm,

embora em menores propores etano (C2H6), propano (C3H8), butano (C4H10), dixido decarbono (CO2), nitrognio (N2), gua, entre outros produtos (Silveira e Tuna, 1999).

Hoje, aproximadamente a metade da produo de hidrognio em escala industrial nomundo provm do gs natural, pelo processo de reforma a vapor(www.celuladecombustivel.com.br, 2004).

O gs natural como combustvel automotivo est se popularizando no Brasil, com ainstalao de uma infra-estrutura para o abastecimento, tornando cada vez mais acessvel ouso deste insumo para as clulas de combustvel.

Gasolina, Diesel e Querosene para Aviao

So constitudos basicamente por hidrocarbonetos (compostos orgnicos que contmtomos de carbono e hidrognio) e, em menor quantidade, por substncias cuja frmulaqumica contm enxofre, nitrognio, metais, oxignio etc. Se estes combustveis possussemuma frmula definida, a frmula da gasolina seria C7,14H14,28, do leo diesel seria C13,57H27,14 edo querosene para aviao seria C15H30 (Brown L.F., 2001).

A grande vantagem est no fato de aproveitar a infra-estrutura estabelecida em postosservindo como transio para provveis postos a hidrognio no futuro, pois ambos so algunsdos combustveis automotivos mais consumidos no mundo.

Gs Liquefeito de Petrleo (GLP)O Gs liquefeito de petrleo composto por propano (em torno de 50%) e butano (em

torno de 50%), sendo uma das alternativas a produo de hidrognio por reforma a vapor, jque existem vrios estudos abordando a reforma destes gases. Ele utilizado em aquecimentode ambientes, empilhadeiras, preparao de gneros alimentcios, solda forte (lato, prata),secagem de papel, iluminao, hospitais e laboratrios e diversas atividades industriais.

3.2. Biomassa

A biomassa uma opo como fonte de energia renovvel e como fonte de hidrognio,sendo representado por combustveis como o etanol, metanol, metano, matrias-primas nobresou oriundas de rejeitos industriais, da agropecuria e de estaes de tratamento de esgotos.

EtanolO etanol e uma fonte de energia renovvel, pouco poluente e, se aplicado em clulas de

combustvel, possibilita uma eficincia energtica maior que a dos motores de combustointerna. Deve ser destacada a presena de uma ampla rede de distribuio do produto.

um lquido incolor, voltil, com odor e sabor caractersticos. Sua frmula molecular C2H5OH. Pode ser dissolvido com gua em todas as propores e no libera fuligem com asua queima.

Segundo Ioannides (2001), o etanol menos txico que o metanol, sendo este um dosmotivos para a sua pesquisa para a produo de hidrognio.

Em substituio ao petrleo, o lcool:- Emite menos CO2, alm de contribuir para o ciclo do carbono na natureza.- O etanol no nocivo ao meio ambiente no caso de ocorrerem derramamentos ou

vazamentos.

MetanolO metanol um lquido incolor, possuindo um odor suave na temperatura ambiente. Sua

frmula molecular CH3OH. Atualmente essa uma das matrias-primas mais consumidas naindstria qumica. J foi conhecido como lcool da madeira, devido a sua obteno comerciala partir de sua destilao destrutiva. Mas o metanol tambm pode ser produzido pelo gsnatural e por outros combustveis fsseis, alm de ser mais fcil de reformar que a gasolina(Dincer, I, 2002). H tambm a converso qumica de CO2 em metanol por reao cataltica(metanao) como podemos mostrar na seguinte equao (Bockris J.O.M., 1999):

CO2 + 3H2 CH3OH + H2O

A maior utilizao do metanol atualmente est na produo de formaldedo, metil-tert-butil-ter (MTBE), aditivo para a gasolina e que est sendo banido aos poucos nos EUA, ecomo combustvel puro ou em mistura com gasolina para automveis leves.

BiogsO metano o principal componente do "biogs", produzido por bactrias anaerbias

metanognicas, estas encontradas em grande quantidade no meio ambiente. A proporo de cada gs na mistura depende de vrios parmetros, como o tipo de

digestor e o substrato a digerir. De qualquer forma, esta mistura essencialmente constitudapor metano (CH4), com valores mdios na ordem de 55 a 65%, e por dixido de carbono(CO2) com aproximadamente 35 a 45% de sua composio(http://www.net11.com.br/eecc/biogas/biogas.html, 2004).

3.3. Outras fontes de Hidrognio

guaEste insumo dever ser uma das principais fontes de hidrognio no futuro, destacando as

anlises de viabilidade econmica de sua produo a partir da gua de reservatrios dasgrandes usinas hidreltricas brasileiras. A idia produzir durante a madrugada, perodo emque a demanda por energia baixa e de menor custo.

A eletrlise, um dos mtodos mais conhecidos, permite romper a molcula de gua emtomos de hidrognio e oxignio atravs da passagem de corrente eltrica. Com isto, socriadas partculas carregadas (ctions e nions). O hidrognio se concentra no ctodo e ooxignio, no anodo. A tenso necessria varia com a presso e a temperatura de operao.

4. FORMAS DE PRODUO DE HIDROGNIO

Estes so outros processos de produo de hidrognio pesquisados e (ou) utilizados:- Oxidao parcial- Reforma autotrmica - Eletrlise da gua- Processos biolgicos e fotobiolgicos por enzimas- Eletrlise a vapor- Pirlise a plasma- Processos fotoeletroqumicos (foto-eletrocatlise)- Processo para obteno de hidrognio por decomposio cataltica da amnia- Decomposio bacteriana de resduos slidos- Fisso Nuclear- Purificao de resduos gasosos industriais

5. REFORMA A VAPOR

A reforma a vapor provavelmente o mtodo mais comum de produo de H2 em indstriasqumicas, podendo fornecer produtos com altas concentraes de H2 (mais de 70% em volumeseco) (Ahmed, S., et al, 2001).A eficincia da reforma relacionada com as propriedades fsico-qumicas do combustvel,das presses e temperaturas dos reagentes, de condies tcnicas do reformador e do fluxo decombustvel e da gua. O mtodo utilizado para reformar o combustvel depende tanto de suascaractersticas quanto da clula de combustvel que ir consumir os produtos da reforma. Suatecnologia determina a pureza do hidrognio e o contedo de outros produtos da reforma.So necessrias instalaes associadas ao reformador que permitam a remoo de diversoselementos qumicos, com o intuito de purificar os produtos oriundos da reforma que possamcontaminar os componentes de uma clula de combustvel ou a obteno de alguns elementospara a produo suplementar de H2,como os catalisadores. importante destacar a remoo deCO, metanao, absoro de CO2, adsoro, entre outros processos.

Alm disso, h a necessidade de pr-tratamento dos combustveis a serem reformados,como o processo de dessulfurizao, necessrio para a reforma do gs liquefeito de petrleo(GLP).

Nas clulas que atuam em temperaturas mais altas (SOFC e MCFC), a alta temperatura deoperao na prpria clula ajuda no processo de reforma do combustvel, ativando maisfacilmente as reaes. Assim, diz-se que a reforma ocorre internamente. Nas clulas acombustvel que operam em temperaturas baixas, tipicamente de 80 a 200C, a concentraode CO deve ser mnima, pois o monxido de carbono um veneno para o eletro-catalisador eo eletrlito, diminuindo a eficincia da clula, bem como sua vida-til(www.celulasacombustivel.com.br, 2004).

Nos projetos de reformadores, a importncia das taxas de transmisso de calor, dacintica de reao e da fluidodinmica so grandes (Ahmed, S. et al, 2001; Reche T.V. et al,2003).

Liebhafsky e Cairns (1968), Vasudeva et al (1996), entre outros, calcularam a deposiode carbono provocada pelo consumo de combustveis. O primeiro trabalho considerou atemperatura de operao da reforma e a razo O/C (O oxignio seria fornecido pela gua). Nosegundo trabalho, os parmetros avaliados foram a razo gua / etanol e temperatura deoperao. Manipulando estes parmetros, foram observadas as formaes de diversosprodutos em diversas propores e a energia total de Gibbs necessria para a reforma.

Ahmed e Krumpfelt (2001) realizaram estudos mostrando a eficincia dos reformadoresna produo de hidrognio, de acordo com o combustvel consumido. As eficinciasdependem de fatores como a razo atmica hidrognio / carbono e o calor de reao de cadacombustvel. Os resultados podem ser vistos na figura a seguir:

Figura 2 - O efeito da razo atmica hidrognio / carbono de um combustvel naeficincia terica mxima de um reformador de combustveis (Ahmed e Krumpfelt, 2001).

O clculo das condies termodinmicas (temperatura e presso) do reformador pode serfeito com softwares comercialmente disponveis.

Podemos mencionar a prtica dos clculos de energia e exergia para obter a eficincia dosreformadores a vapor, o impacto ambiental gerado com o reformador e a sua sustentabilidade,mas a importncia e os mtodos de clculo no sero detalhados neste trabalho.

5.1. Reforma a vapor de etanol

Anlise termodinmica:Ioannides, (2001) mostra que esta reao pode ser tem sido realizada em etapas:- Reao Global da Reforma do Etanol:

C2H5OH(V) + 3 H2O(V) 2 CO2 + 6 H2

O calor de formao de hidrognio necessrio a reforma de aproximadamente 30 kJ/mol(Brown L.F., 2001).

- Reao da Reforma a Vapor: A equao a seguir mostra a reao da reforma a vapor, aqual consiste na reao endotrmica do etanol com vapor de gua, formando, principalmente,CO (monxido de carbono) e H2 (hidrognio):

C2H5OH(V) + H2O(V) 2 CO + 4 H2

- Reao de Troca gua-gs. E uma outra etapa em uma temperatura menor, por reao desimples troca gua-gs. Devido reao de simples troca ser limitada pelo equilbrio, aconverso de CO incompleta e uma etapa adicional de remoo de CO necessria:

2 CO(g) + 2 H2O(V) 2 CO2 + 2 H2

Muitas reaes qumicas podem ocorrer simultaneamente a reao de reforma a vapor doetanol. A equao seguinte mostra a reao mais representativa que a da formao demetano a partir do monxido de carbono:

CO + 3 H2 CH4 + H2O

Deve-se considerar, adicionalmente, a possibilidade de formao de carbono pordecomposio de monxido de carbono pela conhecida reao de Bouduard:

2 CO CO2 + C(s)

Foi utilizado um modelo matemtico para calcular o sistema de equaes, fornecidas aseguir. Foram calculadas as composies de equilbrio e de sada da clula.

Os nmeros de moles dos componentes da mistura gasosa podem ser determinados pelasexpresses, segundo Silveira et al.(2001):

n EtOH=a x(9)

zfxnCO = 2(11)

bxfxnH += 342 (13)

znCH =4 (10)bfnCO +=2

(12)fxcbn OH +=2 (14)

=

=

6

1iiTOT nn (15)

Onde: a o nmero de moles de entrada de etanol, b o nmero de moles dehidrognio convertido pela clula, c o nmero de moles de entrada de vapor e x , f , zso os nmeros de moles convertidos associados as reaes (5), (6) e (7), respectivamente. Asconstantes de equilbrio associadas as reaes (5) a (7) podem ser expressas como:

K 1=y

2CO y4H 2

y2EtOH yH 2OP 4

(16)

K 2=yCO2 yH 2yCO yH 2O

(17)

K 3=yCH 4 yH 2O

yCO y3H

2P 2

(18)

y i=n i

n TOT(19)

Onde: P a presso parcial total e yi so as fraes molares dos componentesgasosos.

As constantes so relacionadas as energias livres das molculas envolvidas no equilbrio epodem ser determinadas assim que a temperatura absoluta for especificada. Determinando-a, possvel calcular as constantes de equilbrio a partir de dados termodinmicos como mostraMaggio et al. (1998).

Anlise Fsico-QumicaA dependncia da energia de Gibbs com a temperatura pode ser expressa de vrios modos

diferentes, dependendo do problema, conforme mostram as equaes seguintes:

G=H T . S d GoT =HT 2d R . ln K

dT= H

T 2d ln K

dT= H

R .T 2

Como a reao de reforma endotrmica, o Ho positivo e a constante de equilbrioaumenta com a temperatura. A variao da energia de Gibbs (Go) em funo da temperatura,na qual observa-se que, a 517,53C, a Go torna-se nula, indicando que a reao possvelsomente a altas temperaturas. A interseco da reta com o eixo horizontal apresenta um valorpositivo, o que indica que a reao endotrmica.

A temperatura desta reao pode ser reduzida com o uso de catalisadores. Entre oscatalisadores metlicos j testados, um dos mais ativos o cobalto suportado em alumina.

De acordo com o princpio de Le Chatelier, um aumento na temperatura da reao dereforma do etanol proporcionar uma maior formao de produtos.

A composio de equilbrio em funo da temperatura pode ser determinadaestabelecendo-se o equilbrio qumico da reao global como mostra a tabela a seguir:

Tabela 1: Equilbrio qumico da reao global de reforma a vapor

C2H5OH + 3 H2O 2 CO2 + 6 H2Incio n 3n 0 0

N moles n = n +3 n = 4 nEquilbrio

N moles n. (1-) 3n. (1-) 2 n. 6 n.

Considerar que a constante de equilbrio K seja igual a Kp (constante de equilbrio emfuno da presso parcial), que P indique a presso parcial de cada componente,comportamento ideal e desprezo aos coeficientes de fugacidade. Na tabela a seguir esto emdestaque a determinao da constante de equilbrio e do grau de avano () da reao globalda reforma a vapor do etanol. Conhecendo-se o grau de avano , pode-se calcular as fraes(i) de cada componente no equilbrio.

Tabela 2: Fraes dos componentes no equilbrio

etanol C2H5OH e tan ol =1

4.1 dixido de

carbono CO2 dixido =

2 .1

vapor H2O vapor =3. 1 4.1

hidrognio H2 hidrognio =3 .

2 .1

constante de equilbrio K K =33 . 8 . P 4

1 4 .1 4=27 .

8

12 4. P 4

grau de avano =8K

4K 427. P

Segundo Castellan, (1986), o valor do grau de avano () aumenta a medida que a reaoavana, atingindo um valor limite quando um ou mais reagentes consumido. Esse valorlimite do grau de avano a capacidade de avano da mistura reacional.

As constantes de equilbrio, o grau de avano e as fraes molares de hidrognio e etanol,ambos em funo de temperaturas (entre 0 a 1100C) e presso de 1 atm, so apresentados natabela 4.

Tabela 3: Constante de equilbrio (K), grau de avano () e frao molar () em funo datemperatura

Toperao (C) K H2 EtOHproduzido remanescente0 4,87E-15 0,0108 0,016 0,245

100 4,85E-06 0,1420 0,187 0,188200 1,38 0,5677 0,543 0,069300 7,40E+3 0,8959 0,709 0,014400 4,16E+6 0,9757 0,741 0,003500 5,70E+8 0,9927 0,747 0,001700 8,11E+11 0,9988 0,750 0,000900 1,49E+14 0,9997 0,750 0,0001100 8,10E+15 0,9999 0,750 0,000

De acordo com o princpio de Le Chatelier, um aumento na presso da reao global dareforma proporcionar um deslocamento no equilbrio da reao no sentido de diminuir onmero de moles isto , no sentido dos reagentes.

A anlise do comportamento do grau de avano em diferentes faixas de temperaturas epresses, pode ser verificada na prxima tabela:

Tabela 4: Comportamento do grau de avano em diferentes faixas de operao (temperaturasna faixa de 300 a 700C e presses na faixa de 1 a 3 atm)

Efeito da PressoT(C) = 300 500 700Kp = 7,40E+3 5,70E+8 8,11E+11

Presso (atm) Grau de avano1 0,8959 0,9927 0,9988

1,5 0,8548 0,9891 0,99822 0,8188 0,9856 0,9976

2,5 0,7870 0,9821 0,99703 0,7587 0,9786 0,9964

Demandas para a produo de hidrognioA tabela a seguir apresenta os volumes de vapor e de etanol para diferentes temperaturas,

para uma produo de hidrognio constante e igual a 0,7 m3 .

Tabela 5: Volumes de vapor e etanol, relao etanol / vapor e grau de avano paratemperaturas diversas

Temperatura Demanda de H2 Demanda de vapor Grau de avano

C m3 m3 %300 0,7 0,0085 0,8959500 0,7 0,0042 0,9927700 0,7 0,0027 0,9988900 0,7 0,0018 0,99971100 0,7 0,0013 0,9999

As clulas de combustvel com etanol usado diretamente so conhecidas como DEFCs(Direct Ethanol Fuel Cells). Esta clula utiliza a tecnologia PEMFC, SOFC e a MCFC. Mas aquebra das ligaes qumicas carbono-carbono requer mais energia, exigindo maiortemperatura de operao e assim diminuindo a eficincia do processo de converso energtica.(www.celulasacombustivel.com.br, 2004).

5.2. Reforma a vapor de gs natural

A produo de hidrognio do gs natural um processo bem conhecido e descrito pordiversos autores (Steinberg M, 1996; Poirier M. G et al, 1997). uma das mais simples eeconmicas formas de produzir hidrognio (www.celulaacombustivel.com.br, 2004).

Para analisar o equilbrio termodinmico de um reformador a vapor de metano, a reformapode ser descrita desta forma:

CH4 +H2O CO + 3H2 Entalpia = + 205 kJ/mol (1.000K)

A variao de entalpia na reforma a vapor de metano a qualquer temperatura onde areforma possvel superior a 200 kJ/mol (Brown L.F., 2001).

Os produtos podem ser CH4, H2O, H2, CO, CO2, C(slido). H, O, OH, HO2, HCO, CH ouCH2 so radicais que podem ser produzidas pela reforma. Como a reforma a vapor umprocesso endotrmico, a transferncia de calor no ambiente externo ao reformador controla atemperatura do reformador, esta podendo variar entre 500 a 1000C. Um catalisador sugeridopara uso industrial o de nquel (Brown L.F., 2001). A temperatura do reformador afeta de

forma significativa as composies de equilbrio e a formao de carbono slido conformepodemos observar nos estudos Seo Y. S. et al (2002).

A eficincia de converso em hidrognio depende fortemente da proporo hidrognio /carbono (o metano possui, ento, a proporo 4:1 e o etano, 3:1). Mas a razo de converso doetano de 2,5:1 (Sosa M. I., 2003). O reator pode aproveitar a energia do gs residual de sadae queima-lo para a produo de calor para o reformador. (www.celulaacombustivel.com.br,2004).

O reformador a vapor converte o gs natural em hidrognio em dois passos. No primeiroocorre uma reforma primria dos hidrocarbonetos constituintes e o segundo passo compreendeuma reao secundria (de troca), acionada por um catalisador de nquel a altas temperaturas,conforme esto descritos nas equaes seguintes:

CH4 + H2O CO + 3H2 Reforma de metano C2H6 + 2 H2O 2 CO + 5 H2 Reforma de etanoCO + H2O CO2 + 3H2 Reao de troca

Na reforma a vapor de gs natural, necessria a remoo de monxido de carbono, oque pode prejudicar o catalisador. No caso de uma PAFC, o contedo mximo de CO2 no gsnatural de aproximadamente 3%. (Sosa M. I., 2003).

Outro mtodo interessante para o processamento de gs natural a decomposiocataltica com formao de hidrognio e carbono. Esta reao endotrmica (H>0), como naseguinte equao:

CH4 C + 2H2

A formao de hidrognio a partir do metano praticvel a partir de 622C se, a pressode 1 atm. A constante de equilbrio, calculada a partir de G0 indica uma forte dependnciatrmica, aumentando de 0,49 a 600C para 11,81 a 700C. Para o etano, a partir de 480C, possvel a produo de hidrognio, aumentando a constante de equilbrio de 0,80 a 475C para190 a 550C.

Sosa et al (2003) analisaram um reformador a vapor de gs natural, onde a vazo mssicado gs de 54 Nm3/h, a temperatura de reforma igual a 800C e a presso de operao igual a1 atm. O hidrognio compe 53% da vazo mssica total dos produtos da reforma, sendoaltamente dependente da temperaturas, estas altamente dependentes do grau de avano dareforma. Se a presso aumenta, a eficincia diminui. As temperaturas altas, ao contrrio,aumentam a eficincia da reforma, podendo atingir a rendimentos de produo de hidrognioprximos a 100% se estas forem superiores a 1000C.

5.3. Reforma a vapor de metanol

A reao global descrita na equao a seguir:

CH3OH + H2O CO2 +3H2

O calor de formao de hidrognio necessrio a reforma de aproximadamente 20 kJ/mol(Brown L.F., 2001).

O metal mais utilizado neste caso o paldio ou suas ligas a temperaturas abaixo de300C, e gases contendo enxofre, cloro e bromo devem ser evitados (Ledjeff-Hey K., 1998).Aumentando a presso tambm aumenta as atividades do catalisador mas reduz a conversodo metanol.

A tecnologia conhecida como metanol direto (DMFC) uma variao da tecnologiaPEMFC no qual faz uso do metanol diretamente sem a necessidade de reforma.

5.4. Reforma a vapor de grandes hidrocarbonetos

A expresso geral para a reforma a vapor destes hidrocarbonetos a seguinte:

CnHm + n H2O nCO + ( n + m/2 ) H2

Para estes combustveis, , a reforma a vapor ocorre entre 700 e 950C (Brown L.F., 2001).Para a gasolina, leo diesel e querosene para aviao, usada a estrutura molecular CnH2n,

conforme podemos observar na reforma a vapor seguinte:

CnH2n + n H2O nCO + 2n H2

6. CONCLUSES

Neste estudo apontamos uma das formas de obteno de hidrognio, a reforma a vapor,destacando combustveis como etanol e gs natural. um processo promissor devido aocrescente uso do hidrognio como fonte de energia eltrica e trmica.

H outros estudos paralelos que podem ser realizados como a anlise exergtica eenergtica da reforma dos insumos utilizados, um maior detalhamento dos estudos sugeridospara incrementar o estudo de diretrizes importantes em projetos de reformadores a vapor, bemcomo estudar tambm o sistema que o reformador inclui, como os que incluem as clulas decombustvel, para uma otimizao das fontes de energia utilizadas, dando o exemplo dofornecimento de calor por um queimador de gases residuais das clulas de combustvel para oreformador a vapor, aumentando a sua eficincia global e contribuindo para um menorimpacto ambiental.

7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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TEACHING BASIC PRINCIPLES ABOUT STEAM REFORMING TOHYDROGEN PRODUCTION

Abstract: This work shows basic principles to hydrogen production, which can be exhibitedin Engineering teaching in Energy Alternative Sources. It is the process of hydrogenproduction by Steam Reforming using ethanol, natural gas, biogas, etc. This work emphasizesthe natural gas and ethanol reforming, main studied fuels in Brazil. At Steam Reforming,liquid or gas fuels are injected in a reformer (a reactor) with superheated steam water(between 300 to 800C). In some researches are written that the success of the reactionsdepends on mass flows, temperatures, pressures of reactants, fuel / water mass proportions,reformer features, etc. The products are hydrogen (as energetic resource), CO2, CO, CH4 andremaining products, that can be reused for additional hydrogen production or extracted bycatalysts for example. Generally, the hydrogen is used in fuel cells, energy generation systemshowing electric performances higher than common systems, as internal combustion engineand turbogenerator. Depending on the fuel cell, the overall performance can be increasedusing heat produced by electrolytic process (using H2 and O2) for heating, cooling or forindustry processes. For those considerations, this work can be important for teaching inEngineering.

Keywords: Steam reforming, Ethanol, Natural Gas, Hydrogen.