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Hydrogen is one of most studied sources for clean power generation in the near future. Nowadays, hydrogen is mainly produced through methane steam reforming in packed bed reactors, with a promising alternative to this technology being the implementation of hydrogen-selective membrane reactors. This work compares the isothermal mathematical models of both designs by assessing the effects of multiple design variables on methane conversion, while also providing recommended operating conditions for maximum efficiency of the membrane reactor over the packed bed technology. Additionally, an optimization study is carried by dividing the reactor length in isothermal segments to achieve higher efficiency. Results showed that the membrane technology considerably increases hydrogen production, with temperature being the most influential variable on methane conversion. While the temperature profile optimization provided similar conversions compared to the isothermal models, the membrane reactor’s efficiency was increased, further justifying its implementation.

DestaquesSimulação de processos de produção da acrilonitrila.Simulação das plantas de utilidades para resultados mais realistas.Análise do ganho em ecoeficiência considerando cinco ecoindicadores.O processo com etapa de condensação parcial mostrou-se a opção mais sustentável.ObjetivoAvaliar o ganho em ecoeficiência pela introdução de uma etapa de condensação parcial no processo convencional de produção de acrilonitrila.MetodologiaO processo de produção de acrilonitrila convencional e o modificado, bem como a planta de utilidades associada, foram simulados computacionalmente utilizando o software UniSim Design Suite R390.1. Com base nos resultados, desenvolveram-se cinco ecoindicadores (consumo de água, combustível e energia, emissão de CO2 e geração de efluentes líquidos) que foram simultaneamente avaliados por meio do Índice Comparativo de Ecoeficiência dos processos considerados.ResultadosA modificação do processo convencional de produção de acrilonitrila, realizada a partir da introdução de uma etapa de condensação parcial com o intuito principal de reduzir o consumo da água de processo, resultou em um aumento de 76% na ecoeficiência considerando-se os ecoindicadores empregados no estudo. A redução no consumo de água foi evidenciada pelo cálculo do ecoindicador correspondente, que se mostrou 47% menor para o processo modificado.Limitações da investigaçãoA ecoeficiência foi avaliada desconsiderando-se fatores sociais e de segurança. Além disso, os poucos dados fornecidos sobre o processo e dimensionamento dos equipamentos da seção de recuperação, por parte dos autores de referência, limitou a comparação de resultados.Implicações práticasO trabalho apresenta um exemplo prático do uso de ecoindicadores na análise do aumento da ecoeficiência pela modificação de processos industriais, principalmente para a redução do consumo de água. Embora a modificação avaliada neste trabalho tenha sido implementada em uma planta de produção de acrilonitrila, a metodologia pode ser aplicada de maneira similar a outros processos industriais.OriginalidadeO presente trabalho apresenta uma avaliação quantitativa do ganho em ecoeficiência (destacadamente no que se refere ao consumo de água) pela introdução de uma etapa de condensação parcial no processo convencional de produção de acrilonitrila.