Obtenção de amônia a partir de rotas termoquímicas utilizando biomassa animal: conversão, disponibilidade e modelagem do processo

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: SILVA, Fernando Léo Bueno de Oliveira e
• Orientador(a): ANDRADE, Rubenildo Vieira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia de Energia
• Departamento: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Conversão do nitrogênio; Formação de NH3; Pirólise de biomassa animal; Gaseificação de carvão nitrogenado; Biomassa animal; CFD
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA::ENGENHARIA DE ENERGIA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3935

A pesquisa foi desenvolvida para estudar a conversão de nitrogênio em seus subprodutos, com foco especial na formação de Amônia (NH3). O estudo envolveu experimentos de pirólise e gaseificação usando resíduos animais ricos em nitrogênio como biomassa, juntamente com uma avaliação da integração desse processo no cenário brasileiro para avaliar o aumento potencial na produção de amônia. Além disso, foi desenvolvido um modelo preliminar de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) para analisar as características do leito inerte em condições frias e quentes, comparando o gás resultante com dados experimentais. A metodologia experimental envolveu a segmentação do processo de gaseificação em subprocessos sequenciais de pirólise e gaseificação. A pirólise foi realizada em reatores de leito fixo e fluidizado usando biomassa crua, enquanto os experimentos de gaseificação usaram o carvão originado do experimento de pirólise e somente o reator de leito fluidizado foi usado com diferentes misturas de agentes de gaseificação, incluindo vapor. Os resultados mostraram taxas de conversão de nitrogênio em NH3 distintas nos diferentes estágios de gaseificação, com o estágio de pirólise contribuindo com aproximadamente 49,3% para a conversão direta de NH3, enquanto a gaseificação do carvão nitrogenado foi responsável por 4,5% da conversão total. A aplicabilidade do estudo no contexto brasileiro considerou-se duas análises: a demanda de consumo de fertilizantes no país, que depende muito de importações, e o uso potencial de carcaças de animais (26 milhões de toneladas por ano) para produzir farinha de carne e ossos (FCO) para a produção de NH3. A utilização de aproximadamente 2,2 milhões de toneladas de nitrogênio da farinha de carne e ossos poderia gerar cerca de 1,5 milhões de toneladas de amônia por ano, o que representaria uma redução substancial de custos (7 a 7,5 bilhões de reais) e atenderia a quase 80% da meta de produção de fertilizantes nitrogenados do Plano Nacional de Fertilizantes. O desenvolvimento do modelo CFD ocorreu em três etapas: adaptação da geometria do reator de leito fluidizado, configuração do modelo hidrodinâmico (leito frio) e implementação do modelo reativo (leito quente) com transporte de espécies e reações químicas. O modelo demonstrou bom desempenho na previsão da produção de NH3, mas são necessários aprimoramentos para considerar reações químicas adicionais e modelos reativos para o transporte de espécies. A validação experimental mostrou resultados promissores para a previsão de NH3, mas foram observadas discrepâncias para o CO, atribuídas principalmente à diluição do agente de gaseificação. Em geral, o estudo fornece informações valiosas sobre a conversão de biomassa rica em nitrogênio em NH3 e as possíveis implicações para a produção de amônia no contexto brasileiro. O modelo CFD mostra-se promissor, mas requer mais refinamento para uma previsão precisa da composição do gás.