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http://hdl.handle.net/1843/53035
Type: | Dissertação |
Title: | Simulação e análise de uma unidade de geração de hidrogênio em refinarias de petróleo |
Authors: | Nayara Eloy Granato Costa |
First Advisor: | Marcelo Cardoso |
First Referee: | Daniel José de Oliveira Ferreira |
Second Referee: | Idalmo Montenegro de Oliveira |
Third Referee: | Daniel Bastos de Rezende |
Abstract: | A produção de hidrogênio tem ganhado espaço no mercado devido a sua grande utilização em refinarias de petróleo, mais especificamente no processo de hidrotratamento, com o intuito de remover impurezas como enxofre nos combustíveis. Com a crescente preocupação com o meio ambiente e a saúde, as medidas de caráter regulatório tem o objetivo de reduzir os elevados índices de emissão de poluentes na atmosfera, principalmente oriundos da queima de combustíveis fósseis. Um dos principais poluentes provenientes dessas emissões são os óxidos de enxofre, oriundos do enxofre presente nos combustíveis, sendo estes os principais causadores da chuva ácida. O hidrotratamento se constitui da reação entre os derivados de petróleo e o hidrogênio, a fim de reduzir o teor de contaminantes. As Unidades de Geração de Hidrogênio (UGH) produzem hidrogênio a partir da reforma a vapor. Este elemento é insumo para o processo de hidrotratamento, que o requer com alta pureza. Desta forma, uma etapa de purificação é necessária, sendo realizada por variação de pressão (PSA), a tecnologia mais utilizada. O objetivo deste trabalho é avaliar e simular uma unidade de geração de hidrogênio (UGH) no simulador comercial ASPEN PLUS aplicando a modelagem matemática de uma coluna de adsorção para purificação de hidrogênio previamente desenvolvida e implementada no MATLAB. Realizou-se uma análise de sensibilidade no modelo matemático de adsorção para avaliar o efeito do tipo de adsorvente utilizado na coluna de adsorção e o efeito da pressão na regeneração do leito. Para simular o modelo de adsorção no ASPEN PLUS, estabeleceu-se uma interface com o MATLAB através do EXCEL e do módulo User 2 do ASPEN. O modelo estudado apresentou boa correlação com os resultados experimentais reportados na literatura. Observou-se a forte influência das características do material adsorvente no desempenho da adsorção, assim como dos parâmetros operacionais. A conexão entre os dois softwares foi realizada com êxito e a simulação executada foi capaz de representar o processo de produção de hidrogênio de forma satisfatória, permitindo avaliar os efeitos das variáveis de processo sobre a planta como um todo. A planta de UGH simulada permitiu obter hidrogênio com pureza de 99,8% devido às simplificações. Esse trabalho é um passo para o desenvolvimento de simulações, visando o Treinamento de Operadores (OTS). A partir dos resultados de uma simulação, quando bem ajustados, permite ao operador e/ou usuário um melhor entendimento e acompanhamento do processo, de forma a atuar sobre suas variáveis de uma maneira muito mais consciente, podendo avaliar previamente os seus efeitos e impactos. |
Abstract: | Hydrogen production has improved market share due to its wide use in oil refineries, more specifically in the hydrotreatment, in order to remove impurities such as sulfur in fuels. With a increasing concern about the environment and health, regulatory measures aim at reducing the high rates of pollutants in the atmosphere, mainly from the burning of fossil fuels. One of the main pollutants is sulfur oxides, originating from the sulfur present in fuels, and the main causers of acid rain. Hydrotreatment consists of the reaction between the petroleum derivatives and the hydrogen, in order to reduce the content of contaminants. Hydrogen Production Units (HPU) produce hydrogen from the steam reforming. This element is an input for hydrotreatment, which requires it with high purity. In this way, a purification step is necessary, by Pressure Swing Adsorption (PSA), the most used technology. The objective of this work is to evaluate and to simulate a Hydrogen Production Unit (HPU) in the commercial simulator ASPEN PLUS applying an adsorption column mathematical modeling for hydrogen purification previously developed and implemented in MATLAB. A sensitivity analysis was maded in the adsorption mathematical model to evaluate the effect of adsorbent type used in the adsorption columm and the effect of pressure on bed regeneration. To simulate the adsorption model in ASPEN PLUS, an interface with MATLAB was established through EXCEL and ASPEN User 2 module. The model studied showed good correlation with the experimental results reported in the literature. The strong influence of the characteristics of the adsorbent material on the adsorption performance, as well as the operational parameters was observed. The connection between the two software was successful and the simulation performed was able to represent the hydrogen production process in a satisfactory way, allowing to evaluate the effects of the process variables on the plant as a whole. The simulated HPU plant yielded hydrogen with 99.8% purity due to simplifications. This paper is a step towards the development of simulations, aiming at Operator Training (OTS). From the results of a simulation, when it is well-adjusted, it allows the operator and / or the user to better understand and follow the process, so as to act on their variables in a much more conscious way, being able to evaluate beforehand their effects and impacts. |
Subject: | Engenharia química Adsorção Hidrogênio - Purificação MATLAB (Programa de computador) Modelagem matemática |
language: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Publisher Initials: | UFMG |
metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
Rights: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/53035 |
Issue Date: | 28-Feb-2018 |
Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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