Análise termoquímica de reformador de etanol: produção de hidrogênio para acionamento de uma célula combustível do tipo PEM de 1 KW

Abstract

Este trabalho estuda os diversos parâmetros termoquímicos associados à reforma a vapor, visando o dimensionamento de dois protótipos de reformadores de etanol com capacidade de produzir hidrogênio suficiente para acionar uma célula a combustível do tipo PEM (Proton Exchange Menbrane Fuel Cell) de 1 KW. As condições de operação analisadas foram os níveis de temperatura e de pressão na composição de equilíbrio dos reagentes e dos produtos, e os tipos de catalisadores para o sistema de reforma a vapor de etanol. Também foram estudados os produtos das reações catalíticas do reformador de etanol e as concentrações dos gases presentes no fluxo de gases de síntese da reforma para o dimensionamento do reator de troca água-gás, o qual remove parte do CO e propicia uma produção adicional de hidrogênio para o processo. Na etapa de dimensionamento, foram estudadas as condições de operação, os tipos e as quantidades de catalisadores necessários para produzir hidrogênio suficiente para acionar uma célula a combustível do tipo PEM de 1 KW. A determinação das concetrações dos produtos do sistema de reforma a vapor de etanol foi realizada através de métodos de análises de cromatografia gasosa. Os resultados obtidos no primeiro reformador protótipo I, foram utilizados para o dimensionamento do sistema de reforma a vapor de etanol do reformador final de etanol protótipo II. POde-se concluir que a utilização do etanol para a produção de hidrogênio é tecnicamente viável através do processo termoquímico de reforma a vapor, o qual consiste numa importante rota para obtenção de um bio-hidrogênio, insumo energético alternativo e renovável para o país.

This work presents thermochemical analysis, based on the study of the several parameters associated to steam reforming system, for the dimensioning of two ethanol reformers with enough capacity to hydrogen produce to operating a PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) of 1 KW. In the analysis of the steam reforming system the operation conditions studied, the were the influences of the temperature and pressure in the composition of balance of the reactants, products and the types of catalysts for the ethanol steam reforming system. It was studied the products of the catalytic reactions of the ethanol reformer and the concentrations of the present gases in the flow of gases of synthesis of the reformer for dimensioning of the water-gas shift reactor, wich removes part of CO and it hydrogen additional production for the process. In the dimensioning stage studied the operation conditions, the types and the amounts necessary of catalysts to produce enough hydrogen to operating of PEMFC of 1 KW. The determination of the concentrations of the products of ethanol steam reforming system was accomplished through methods for gas chromatography analysis. The results obtained in the first reformer prototype I, they were used for the dimensioning of the ethanol steam reformin system of the final ethanol reformer prototype II. It can be concluded that the use of the ethanol for the production of hydrogen, is technically feasible, through the Termochemical process of steam reforming wich consists of a route important for obtainin of the bio-hydrogen alternative and renewable energy raw material input for country.