Reavaliação da viabilidade de processo de geração de potência com recuperação termoquímica utilizando gás natural

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Olinda, Paulo Victor da Silva, 1991-
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/13546
Resumo: Orientador: Marcio Luiz de Souza Santos
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spelling Reavaliação da viabilidade de processo de geração de potência com recuperação termoquímica utilizando gás naturalReassessment of the viability of a power generation process based the thermo-chemically recuperated consuming natural gasGás naturalGeração de energiaReforma a vaporSimulaçãoNatural gasPower generationSteam reformingSimulationOrientador: Marcio Luiz de Souza SantosTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Este trabalho apresenta um estudo teórico de reavaliação da viabilidade técnica do processo de geração de potência aplicando o processo de recuperação termoquímica - Thermo-Chemically Recuperated (TCR) - consumindo gás natural (GN). Nesse processo, GN é misturado com vapor d’água (V) e a corrente resultante passa por um reformador. Nesse, parte desses gases são convertidos em hidrogênio e monóxido de carbono. A corrente reformada é injetada em um combustor e a corrente resultante aciona uma turbina a gás. A corrente gasosa que deixa essa turbina é utilizada para fornecer a energia demandada na reforma da mistura do GN e V. Além disso, essa corrente ainda apresenta energia suficiente para gerar o vapor d’água utilizado no processo de reforma do GN como também para ser aplicado em uma turbina a vapor. A reforma do GN com vapor requer ainda a presença de um catalisador ou uma substância promotora de reforma. No presente estudo, o óxido de níquel (NiO) é suportado por óxido de alumínio (Al2O3) e a partícula é chamada aqui de sólido promotor da reforma (SPR). No presente estudo, partículas de SPR são carregadas pela mistura de GN e V ao entrar no reformador. O NiO é reduzido a níquel (Ni) e, após separação da corrente reformada, é enviado para um reator de oxidação a fim de regenerar o NiO. Tanto a reforma do GN/V como a oxidação do Ni são simulados como reatores de leito arrastado. Simulações detalhadas desses reatores foram realizadas utilizado o software CeSFaMB©. Outros equipamentos e todo o processo operando em sincronia, visando geração de potência termelétrica, são simulados por meio do software IPES©. Várias relações entre as vazões mássicas de GN e V que adentram o reformador, as dimensões básicas do reformador e do reator de oxidação de níquel bem como as pressões de operações desses equipamentos foram variadas. Otimizações foram realizadas tendo como objetivo maximizar a razão de conversão de hidrocarbonetos no GN para gases combustíveis (H2 e CO) no reformador de leito arrastado como também a eficiência de recuperação de NiO no reator de oxidação. Tais otimizações lograram eficiência de 1ª Lei da Termodinâmica global do processo de geração de potência de cerca de 41%. Entretanto, um valor semelhante também foi obtido em um ciclo combinado sem a aplicação do TCR. Alcançou-se melhor resultado pela aplicação de leito fluidizado borbulhante para a operação do reator de reforma do GN, levando a eficiência de 1ª Lei do processo de geração de potência de cerca de 46%Abstract: This work presents a theoretical technical feasibility revaluation study of the power generation process based the Thermo-Chemically Recuperated (TCR) consuming natural gas (NG). According to that, NG is mixed with steam (ST) e the resulting stream is reformed. During that, part of those gases is converted into hydrogen and carbon monoxide. The reformed stream is injected into a combustor e the leaving stream drives a gas turbine. The gas turbine exit is used to provide energy for the NG and ST mixture. The NG reform with ST also requires a catalyst or a reforming promoting substance. At the present work nickel oxide is the active substance supported by aluminium oxide and the particles are called Reform Promoting Solid (RPS) which are carried by the NG and steam upon entering the reformer. NiO is reduced to Ni, which, after separation from the reformed stream, is sent to the oxidizer to regenerate the NiO. The NG/ST reformer as well the Ni oxidizer have been simulated as entrained flow reactors. Detailed simulations of these reactors have been accomplished through the application of CeSFaMB© software. Other equipment composing the process are simulated using the IPES© software. Several NG/ST ratios, as well as the basic reformer and oxidation geometries, have been tested. Optimizations aiming to maximize the ratio of hydrocarbon reforming as well as the NiO regeneration led to total power generation 1st Law efficiency of around 41%. Comparable results have also been achieved with a simpler power generation process without NG reforming. Better results were obtained when a fluidized bed boiler reforming reactor was applied, leading to 1st Law efficiency around 46%DoutoradoTérmica e FluídosDoutor em Engenharia MecânicaCAPES88882.435226/2019-01[s.n.]Souza-Santos, Marcio Luiz de, 1949-Bannwart, Flávio de CamposMady, Carlos Eduardo KeutenedjianOliveira Junior, Silvio deFiorelli, Flávio Augusto SanzovoUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASOlinda, Paulo Victor da Silva, 1991-20232023-07-28T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (136 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/13546OLINDA, Paulo Victor da Silva. Reavaliação da viabilidade de processo de geração de potência com recuperação termoquímica utilizando gás natural. 2023. 1 recurso online (136 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/13546. Acesso em: 15 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1363101porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2023-11-06T16:47:17Zoai::1363101Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2023-11-06T16:47:17Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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