Análise de viabilidade do processo de reforma do glicerol com água supercrítica : modelagem e simulação

Abstract

Para garantir a sustentabilidade da produção global de biodiesel, o desenvolvimento de diferentes aplicações para o glicerol bruto, um dos seus principais subprodutos, é crucial. Um dos mais promissores métodos é a utilização do glicerol para produção de hidrogênio com água supercrítica como meio de reação. No presente trabalho foi estudada a reforma do glicerol em água supercrítica utilizando software Aspen Plus® para simulação do processo e para análise de viabilidade econômica. O modelo termodinâmico utilizado foi o de Peng-Robinson por apresentar resultados consistentes na avaliação de propriedades do sistema água-glicerol, além de apresentar erro de apenas 2,4% utilizando a modelagem do equilíbrio e o método da minimização da energia livre de Gibbs (reator RGIBBS do Aspen Plus®) quando comparado com resultados experimentais de reforma do glicerol bruto. Na análise das variáveis de operações do processo, observa-se que o aumento da temperatura, redução da pressão e menores valores de composições de glicerol/metanol na alimentação favorecem a formação de hidrogênio (H₂) e que o inverso facilita a formação de metano (CH₄) e dióxido de carbono (CO₂). Na análise de viabilidade inicial do projeto da planta, os melhores parâmetros de operação foram 600°C, 25 MPa e concentração de glicerol bruto de 10% em relação à vazão de entrada. Para a melhor configuração da planta estudada foi necessário realizar integração energética da corrente de alimentação com a de produtos, utilizar um reformador com duas seções de diferentes materiais de construção (SS316 e Hastelloy C) e reduzir primeiro a pressão para depois reduzir a temperatura da corrente de saída após o reformador. O custo capital total da planta foi 17,95 milhões de dólares, com 53% do preço total gasto em equipamento, além do custo total de operação ser de 10,89 milhões de dólares por ano, reutilizando a água do processo e com custo da unidade de separação de hidrogênio de 1,47 USD/kg de hidrogênio produzido. O período de retorno da planta foi de 8,24 anos com um índice de rentabilidade de 1,03 para vida útil do projeto de 10 anos. O preço mínimo de venda do hidrogênio foi de 25,50 USD/kg para a planta com lucro proveniente apenas da venda de H2. Quando se vende a mistura gasosa proveniente dos subprodutos de processo é possível obter um preço mínimo de venda de até 9,65 USD/kg de hidrogênio.