masterThesis
Uso da glicerina no processo de combustão por recirculação química - um estudo experimental e de simulação
Glycerin usage in chemical looping combustion - experimental and simulation
Registro en:
OLIVEIRA, Giovanny Silva de. Uso da glicerina no processo de combustão por recirculação química - um estudo experimental e de simulação. Orientador: Domingos Fabiano de Santana Souza. 2022. 97f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.
Autor
Oliveira, Giovanny Silva de
Resumen
Greenhouse gases emissions and their consequences are one of the main
environmental problems faced today. To mitigate the impacts caused by this
phenomenon, Brazil seeks to reduce CO2 emissions by 43% by 2030 in order to meet the
Paris Agreement. To achieve this goal, it is possible to use technologies based on the
principle of Carbon Capture and Storage, such as Chemical Looping Combustion (CLC).
These processes are versatile in terms of the use of fuels in the three states of matter and
with the growing availability of glycerin in recent years, there is a need to relocate this
by-product to other applications that could increase its market value, since this waste
product represents about 10% of the amount of biodiesel generated. Thus, this study aims
to evaluate the feasibility of glycerin on Chemical Looping Combustion and provide its
process simulation. The crude glycerin solution was synthesized considering water,
methanol and ethanol as the main contaminants. The experiments were carried in two
sets: the first to determine the best values to oxygen-to-fuel molar ratio (ϕ), H2O/Glycerin
molar ratio and Fuel Reactor Temperature (TFR) and afterwards another set of
experiments was done for the contaminants (methanol and ethanol) using the best
operational conditions determined by the previous set. A simulation of the CLC process
was developed in the Aspen Plus® environment, verified with methane and ethanol
experimental data and adjusted for glycerin. For the first set, the results revealed that the
optimized conditions for the diluted glycerin in CLC was achieved at ϕ = 7, H2O/Glycerin
= 0,75 e TRR = 1023 K. The impurities analyses show that methanol brings disadvantages
to the combustion process, while ethanol improves the combustion efficiency. The
process simulation was capable to reproduce the experimental data found for glycerin
with acceptable deviations (mean deviation around 3% for the combustion efficiency). Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A emissão de gases de efeito estufa e suas consequências são um dos
principais problemas ambientais enfrentados na atualidade e, para mitigar os impactos
proporcionados por esse fenômeno, o Brasil busca reduzir as emissões de CO2 em 43%
até 2030 a fim de atender o compromisso assumido no Acordo de Paris. Para atingir esse
objetivo, é possível empregar tecnologias que se baseiam no princípio de Captura e
Armazenamento de Carbono, tal como a Combustão por Recirculação Química. Esses
processos são versáteis quanto a utilização de combustíveis nos três estados da matéria e
com aumento da disponibilidade da glicerina no mercado (e, consequentemente, sua
desvalorização), surge a possibilidade de aproveitamento energético desse subproduto,
visto que representa cerca de 10% da quantidade de biodiesel gerada. Nesse sentido, o
presente estudo visa avaliar a aplicação da glicerina na Combustão por Recirculação
Química (CRQ). A solução de glicerina bruta foi sintetizada considerando água, metanol
e etanol como principais contaminantes. Os experimentos foram realizados em duas
etapas, sendo a primeira destinada a determinar as melhores condições operacionais de
razão molar oxigênio-combustível (ϕ), razão molar H2O/Glicerina e Temperatura do
Reator de Redução (TRR) e, em seguida, foram realizados experimentos nas condições
otimizadas, modificando apenas as quantidades dos contaminantes. Uma simulação do
processo de CRQ foi desenvolvida no Aspen Plus ®, validada com dados experimentais
de metano e etanol e adaptada para a glicerina. Para o primeiro conjunto de experimentos,
os resultados indicaram que a condição ótima para o processo de CRQ foi obtida
considerando ϕ = 7, H2O/Glicerina = 0,75 e TRR = 1023 K. O estudo com os contaminantes
mostrou que o metanol é prejudicial ao processo de combustão, enquanto o etanol auxilia
na obtenção de maiores eficiências de combustão. A simulação de processo desenvolvida
foi capaz de reproduzir os dados experimentais da glicerina, apresentando baixos desvios
(desvio médio de aproximadamente 3% para a eficiência de combustão).