Estudos sobre a modelagem e simulação de um reator snox®

Abstract

Um dos principais problemas ambientais nos países industrializados está relacionado a liberação no meio ambiente de gases formadores de chuva ácida. A quantidade desses gases lançada para atmosfera é controlada pela legislação ambiental que vem se tornando cada vez mais restritiva. Vários são os processos aplicados a indústria capazes de remover esses contaminantes de correntes advindas de processos industriais. Dentre esses, destaca-se o processo SNOX® da Haldor Topsoe®, o qual é capaz de remover NOX e SOX de efluentes gasosos industriais, visando enquadrar a concentração desses gases dentro dos parâmetros exigidos pela legislação ambiental. A remoção desses gases é realizada por um reator constituído por dois leitos catalíticos, distintos, em série. O primeiro leito catalítico é constituído por um catalisador de estrutura monolítica, nesse ocorre a reação de redução do NOX. Enquanto que, o segundo leito é constituído por um catalisador em formato de anéis de Rashig, e nesse ocorre a oxidação do SO2. Neste trabalho foi modelado e simulado o comportamento dinâmico de um reator de abatimento de emissões atmosféricas nas condições operacionais similares a um reator de uma unidade SNOX®. Cada um dos leitos catalíticos que compõem o reator foi modelado e validado separadamente. No primeiro leito além da reação de redução do NO também considerou-se a reação de oxidação do SO2, esse modelo matemático foi simulado e avaliado nas condições operacionais apresentadas em Tronconni et al. (1998). No segundo leito catalítico do reator considerou-se apenas que a reação de oxidação do SO2 acontecia no leito, o modelo matemático do leito de oxidação foi simulado e avaliado nas condições operacionais apresentadas em Almqvist et al. (2008). Ambos os modelos apresentaram bom ajuste aos dados experimentais com erros entre 2 e 11%. Com isso, os dois modelos foram acoplados num código computacional e simulados nas condições operacionais do reator SNOX® mostrado em Schoubye e Jensen (2007). O primeiro leito catalítico teve um incremento na temperatura ao longo do reator de 9°C e a conversão de NO foi de 92%, a região de entrada do primeiro leito foi a região com maior quantidade de sítios catalíticos ocupados pela amônia. Já no segundo leito catalítico a conversão do SO2 foi de 96%. Como parte do estudo de modelagem e simulação do reator, técnicas de análise de sensibilidade global foram aplicadas, determinando-se o grau de dependência de parâmetros específicos sobre: as concentrações de NO, NH3 e SO3, no primeiro leito do reator, e as concentrações de SO2 e SO3 no segundo leito. Determinou-se que dentre os parâmetros avaliados o que teve maior influência sobre as concentrações de saída de ambos os leitos foi o comprimento do leito. A partir do modelo matemático desenvolvido neste trabalho também foram gerados dados para inferir as concentrações de NO e SO3 na saída do reator, que foi realizada através de redes neurais e máquinas de vetor de suporte. Verificou-se que a performance da estimação realizada pelas redes neurais se assemelha a das máquinas de vetor de suporte.