Gasificação de carbonizado com CO2 em leito fluidizado

• Autor(a) principal: Marques, Michael Rodrigues
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/12474
• topic: Engenharia do ambiente; Biomassa - Combustão; Combustão em leito fluidizado; Compostos orgânicos voláteis; Gaseificação de biomassa

As reações de gasificação dos carbonizados apresentam um grande interesse na área da engenharia e na conversão de energia a partir de carvões e da biomassa. Esta dissertação apresenta uma contribuição para o estudo cinético das reações heterogéneas de gasificação de carbonizados em leito fluidizado borbulhante. Neste âmbito foi efetuada uma pesquisa bibliográfica sobre as reações heterogéneas de gasificação de carbonizados com CO2 e H2O, bem como a formação e emissão de fuligem. Na continuidade de trabalhos anteriores foram realizados estudos experimentais adicionais sobre a reação de Boudouart com carbonizados de origem vegetal em reatores de leito fluidizado laboratorial e foi avaliada a formação de fuligem que ocorre em simultâneo. Os ensaios experimentais foram realizados através da preparação de misturas gasosas com concentrações de 5%, 10% e 20% de CO2 numa gama de temperaturas compreendida entre 780 e 930 °C com cargas de ca. 5gr de carbonizados de granulometria compreendida entre 710 e 1000 μm, tendo sido medido as concentrações de saída em termos de CO2 e CO e a presença de fuligem. O modelo de análise dos resultados experimentais inclui a avaliação do efeito do transporte difusivo e convectivo em leito fluidizado, na camada limite externa das partículas, assim como a determinação da velocidade de reacção química heterogénea de consumo de CO2 e formação de CO. Os resultados obtidos em relação à formação de fuligem mostram que a quantidade emitida aparenta seguir uma curva bell-shaped em função da temperatura, que diminui com um aumento da concentração de reagente, que ocorre sob a forma de uma camada de pequenas partículas aderentes à superfície das partículas reactivas de carbonisado de cada ensaio e que representa menos de 1% em massa em carbono em todo o processo. A análise da conversão de CO2 mostra que esta é mais elevada às temperaturas mais altas, sendo ainda mais elevadas para as concentrações mais baixas de CO2. A velocidade específica de gasificação é constante ao longo do tempo nos ensaios a 5% de CO2, mas diminui ao longo dos ensaios a 10% e 20%. A aplicação do modelo desenvolvido mostra que as velocidades são tanto maiores quanto maior for a concentração do reagente e a temperatura do reator. A análise às resistências encontradas mostra que as limitações à velocidade de reação são essencialmente cinéticas. As velocidades globais de desaparecimento de CO2 variam entre 4,88x10-7 e 9,34x10-9 molCO2·cmr-3·s-1 e que as velocidades de formação de CO são sensivelmente o dobro da velocidade de desaparecimento de CO2. As concentrações na interface variam entre 1,80x10-6 e 5,09x10-7 molCO2.cmf-3 para o CO2, e entre 6,83x10-7 e 3,98x10-8 molCO.cmf-3 para o CO. O fator pré-exponencial e a energia de ativação obtidos para a reacção heterogénea de primeira ordem de gasificação de carbonisado com CO2 são, respetivamente, para 5% 209kJ·mol-1 e 2,5x108 cmf3·gc-1·s-1; para 10% 205kJ·mol-1 e 1,2x108 cmf3·gc-1·s-1; para 20% 109kJ·mol-1 e 3,9x103 cmf3·gc-1·s-1.