Resumo: A geração de hidrogênio na indústria de processos tem adquirido cada vez maior destaque no cenário nacional e internacional devido à grande tendência de aumento de seu consumo, para sua utilização em processos nobres, por exemplo, no hidrotratamento de combustíveis, buscando produtos de maior qualidade. Dentro deste contexto, ganha importância o processo de geração de hidrogênio, onde o domínio de sua tecnologia torna-se fundamental para a sua otimização. O reator de shift na unidade de geração de hidrogênio, etapa intermediária e responsável por converter o monóxido de carbono do gás de síntese a dióxido de carbono e hidrogênio, constitui um sistema reacional cuja predição de seu comportamento cinético, utilizando-se um modelo adequado pode ser bastante útil. Foi realizado extenso levantamento de modelo cinético fenomenológico com as devidas correções requeridas em termos de fenômenos de difusão nos poros de um catalisador em formato de pellet, desativação catalítica, pressão e ordem aparente da reação, para a modelagem de um reator de shift industrial de leito fixo de alta temperatura, utilizando catalisadores comerciais do tipo Fe-Cr promovidos por Cu. Previamente à etapa de modelagem, a consistência e qualidade dos dados industriais disponíveis foram avaliadas, onde um modelo estatístico entre as principais variáveis de entrada e a conversão de CO, foi desenvolvido, encontrando-se uma correlação de 0,75. Foi realizado um estudo da termodinâmica de equilíbrio deste conjunto de dados. As equações diferenciais de balanço molar e energético deste sistema foram propostas, e solucionadas por uma ferramenta computacional adequada. O modelo é ajustado e validado utilizando-se dados de operação de um reator industrial, obtendo-se um coeficiente de correlação de 0,77. Finalmente, demonstra-se a utilidade do modelo apresentando-se um estudo de caso de pesquisa de temperatura de alimentação ótima do reator, validada pela realização de um teste em reator industrial. Em um segundo estudo de caso, diferentes simulações são realizadas para se explicar determinados aspectos relevantes do comportamento histórico operacional de um reator de shift industrial. Uma malha de controle é proposta para a otimização da conversão do reator.

Orientador: Elizabete Jordão / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-28T11:54:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_RicardoAlbertoNeto_D.pdf: 7772929 bytes, checksum: f5eb1f811ed61e9ff38bdc723987287c (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Neste trabalho é apresentado um modelo para o comportamento de microesferas de óxido misto de tório e urânio na fabricação de pastilhas combustíveis. Este modelo foi desenvolvido em um programa cuja meta era demonstrar a viabilidade de produzir material físsil por meio da utilização do tório em reatores a água pressurizada. Isto é importante porque leva a uma economia das reservas estratégicas de urânio e possibilita o uso nuclear das imensas reservas brasileiras de tório. O objetivo foi desenvolver um modelo para otimização das propriedades físicas das microesferas, densidade, resistência à fratura e superfície específica, de modo a produzir pastilhas combustíveis que satisfaçam a especificação do combustível quanto a microestrutura, densidade, porosidade aberta e teores de impurezas. E desta forma ajustar os parâmetros a serem utilizados no processamento sol-gel das microesferas para se obter estas propriedades e produzir pastilhas com microestruturas otimizadas, adequadas a um comportamento estável sob irradiação. O modelo indicou que, para atingir este objetivo, é necessário produzir microesferas possuindo simultaneamente densidade e superfície específica o mais reduzidas possível. Através de alterações nos parâmetros do processamento sol-gel, microesferas com as propriedades desejadas foram produzidas e o modelo foi corroborado experimentalmente, com a obtenção de pastilhas com microestruturas otimizadas, densidade, porosidade aberta e teores de impurezas, cumprindo todas as especificações deste novo tipo de combustível nuclear. Além disso foi possível obter expressões matemáticas que permitem calcular, a partir das propriedades das microesferas e da pressão de compactação utilizada,. a densidade que será obtida na pastilha sinterizada, bem como a pressão de compactação necessária para se atingir a densidade sinterizada especificada para o combustível / Abstract: In this work, a model for the behaviour of thorium-uranium-mixed oxide microespheres in the pelletizing process is presented. This model was developed in a program whose objective was to demostrate the viability of producing fissile material through the utilization of thorium in pressurized water reactors. This is important because it allows the saving of the strategic uranium reserves, and makes it possible the nuclear utilization of the large brazilian thorium reserves. The objective was to develop a model for optimizing physical properties of the microespheres, such as density, fracture strength and specific surface, so as to produce fuel pellets with microstructure, density, open porosity and impurity content, in accordance with the fuel specification. And, therefore, to adjust the sol-gel processing parameters in order to obtain these properties, and produce pellets with an optimized microstrucuture, adequate to a stable behaviour under irradiation. The model made it clear that to achieve this objective, it is necessary to produce microspheres with density and specific surface as small as possible. By changing the sol-gel processing parameters, microspheres with the desired properties were produced, and the model was experimentally verified by manufactoring fuel pellets with optimized microstructures, density, open porosity and impurity content, meeting the specifications for this new nuclear fuel for pressurized water reactors. Furthermore it was possible to obtain mathematical expressions that enables to calculate from the microspheres properties and the utilized compactation pressure, the sinter density that will be obtained in the sintered pellet and the necessary compactation pressure to reach the sintered density specified for the fuel / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química