Determinação da reatividade e análise termodinâmica de transportadores sólidos de oxigênio para recirculação química

• Autor(a) principal: Figueredo, Adolfo Lopes de
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRN
• Texto Completo: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/24983
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA; Recirculação química; Constante de equilíbrio; Transportador sólido de oxigênio; Cobre; Níquel

Tecnologias existentes para a captura e sequestro de CO2 tornam o processo muitas vezes inviável industrialmente, pois exige um alto consumo de energia, levando a uma redução na eficiência da planta e aumentando o custo de produção. Por isso, a fim de amenizar a emissão de gases de efeito estufa, tem-se focado na utilização de energias alternativas e no aumento da eficiência na conversão e utilização de energia. Recirculação Química para Combustão (RQC) e reforma (RQR) estão entre as melhores alternativas para reduzir a emissão de CO2, pois facilitam sua captura com baixo custo e sem perda de eficiência energética substancial. O sistema reacional baseia-se na transferência de oxigênio do ar para um combustível, através de um transportador sólido de oxigênio (TSO) que circula entre dois reatores de leito fluidizado. As reações de combustão ocorrem na superfície dos TSO, sendo este, questão chave para o desenvolvimento e dimensionamento da tecnologia de RQC. Tendo em vista que ainda há a necessidade de se estudar o comportamento dos TSOs a fim de obter um transportador adequado para a tecnologia de recirculação química, o presente trabalho teve como objetivo realizar um estudo dos TSOs para RQC e RQR, utilizando hidrogênio, metano e etanol como combustível. Dois TSOs, à base de Ni e Cu, foram avaliados quanto as suas reatividades, bem como o estudo termodinâmico foi realizado para esse processo. Para esse estudo, uma caracterização do TSO à base de Cu, foi realizada utilizando diferentes concentrações mássicas de Cu. Os resultados mostraram que o aumento da concentração de cobre a ser adicionado no suporte diminuiu o tamanho dos poros provocado por uma aglomeração do metal ativo, restando apenas um percentual na superfície. Mudanças significativas na temperatura de redução não foram observadas com o a aumento da concentração de Cu. Em geral, todos os TSO à base de Cu atingiram conversão máxima, utilizando etanol como combustível, mostrando ser bastante reativos. Verificou-se ainda que quanto maior o teor de óxido metálico, menor é a velocidade de reação. Para as baixas concentrações de adição de cobre, o modelo de nucleação apresentou melhor descrição dos dados experimentais. Já para as maiores concentrações de adição de cobre e com adição de 1% de cério, o modelo shrinking core correlacionou melhor os dados experimentais. Com relação ao sistema redox CuO/Cu, observou-se que valores altos da constante de equilíbrio (Keq) foram obtidos para as temperaturas investigadas, mostrando que a conversão praticamente completa dos combustíveis é obtida. O aumento da temperatura provocou uma diminuição da Keq, porém altas temperaturas foram necessárias para a completa redução do TSO. A variação da energia de Gibbs foi mínima para as temperaturas relevantes para RQC, indicando que a reação de combustão ocorre de maneira espontânea. Para o TSO à base de Ni, amostras comerciais foram utilizadas. Este mostrou ser bem reativo, apresentando conversões superiores a 90% utilizando como combustíveis H2 e CH4 e CH4 + H2O. Temperaturas altas, em torno de 900 °C foram necessárias para uma alta conversão. O modelo shrinking core obteve uma boa descrição dos dados experimentais, apresentando baixo erro para conversões menores que 0,8, enquanto que o modelo de difusão descreveu melhor os dados experimentais com conversões superiores a 0,8.