Análise termodinâmica de reações de reforma autotérmica via método de maximização de entropia

Muitos sao os trabalhos encontrados na literatura que se propoem a realizar uma analise termodinâmica das reacoes de reforma autotermica. A maioria destes trabalhos utiliza a minimizacao da energia livre de Gibbs. Esta metodologia nao atende diretamente a condicao de termoneutralidade das reacoes de reforma autotermica, limitando as condicoes operacionais avaliadas por estas analises. Neste trabalho sao apresentadas analises termodinâmicas de distintos sistemas reacionais autotermicos por meio do calculo simultâneo do equilibrio quimico e de fases utilizando a metodologia da maximizacao da entropia - metodo que atende diretamente a condicao de termodeutralidade. Primeiramente foi realizada uma analise termodinâmica da reforma autotermica do metano utilizando o modelo do gas ideal para simular o comportamento da fase gasosa. Nesta analise foram investigados os efeitos da pressao, temperatura e composicao iniciais na composicao e temperatura no equilibrio do sistema reacional. Tambem foram determinadas as condicoes otimas para a maximizacao da producao do hidrogenio e as condicoes favoraveis a producao de gas de sintese. A resolucao do problema de programacao nao-linear, gerado a partir do modelo termodinâmico obtido, foi conduzida por meio do solver CONPT2, baseado no algoritmo de Gradiente Reduzido Generalizado (GRG), presente no software GAMS 21.6. Alem disso, foi realizada uma analise de convexidade do metodo de maximizacao de entropia utilizado para o modelo do gas ideal, onde se constatou a indeterminacao da convexidade do modelo implementado ao metodo da maximizacao da entropia empregado. Foi implementado o algoritmo do enxame de particulas (EP) para o metodo proposto visando a comprovacao dos pontos otimos calculados pelo algoritmo GRG. Os resultados da utilizacao do EP proposto para a reforma autotermica do metano sao apresentados e comparados com aqueles obtidos pelo algoritmo GRG. Em outra etapa foi realizada uma analise termodinâmica de diferentes reacoes de reforma autotermica (reforma autotermica, reforma autotermica seca e reforma autotermica com agua supercritica) aplicadas a diferentes substratos (etanol, glicerina e glicose), sendo utilizada a equacao de estado de Peng-Robinson para predizer o comportamento da fase gasosa. Foram investigados os efeitos das variaveis de processo, temperatura e composicao iniciais, na composicao e temperatura em condicao de equilibrio destes sistemas reacionais. Uma comparacao entre as tecnologias consideradas para cada substrato demonstrou que as reacoes de reforma autotermica com agua supercritica e reforma autotermica simples permitem uma maior producao de hidrogenio, enquanto que as reacoes de reforma autotermica seca e reforma autotermica simples sao mais favoraveis a producao de gas sintese. A metodologia empregada mostrou ser a mais adequada para a analise termodinâmica em reacoes adiabaticas, pois possibilita a obtencao direta da condicao de termoneutralidade e da previsao da temperatura final do processo, podendo ser util no desenvolvimento e otimizacao de processos que ocorram em condicao adiabatica, como e o caso das reacoes de reforma autotermicas estudas neste trabalho.