Análise e otimização da gaseificação de borras de petróleo utilizando modelagem CFD

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: DELLA COLLETTA, Letícia de Oliveira Silva
• Orientador(a): VENTURINI, Osvaldo José
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica
• Departamento: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Borra de petróleo; Gaseificação; Modelagem; Otimização; CFD
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4186

A gaseificação de borra oleosa de petróleo é uma tecnologia relativamente nova e pouco utilizada, principalmente quando comparada com técnicas de disposição como incineração e aterramento. Este trabalho apresenta o estudo da gaseificação da borra de petróleo utilizando ar como agente de gaseificação, através da modelagem CFD, com a otimização das características do gaseificador e parâmetros de operação onde se pretende maximizar o poder calorífico do gás resultante. A partir da caracterização deste material, foram calculados sua energia de ativação e fator pré-exponencial, também sendo desenvolvido um método de modelagem para a reação de devolatilização da borra oleosa. Estes dados foram introduzidos no modelo CFD para seu ajuste ao material. A geometria utilizada foi desenvolvida com base no gaseificador presente no Laboratório de Gaseificação de Combustíveis Sólidos da UNIFEI. Foi desenvolvido um modelo reativo multifásico bidimensional Euler-Lagrangiano, utilizando o modelo de transporte de espécies para a descrição da cinética química dentro do gaseificador. Inicialmente o fator de ar foi variado dentro da faixa de gaseificação, sendo encontrado o maior poder calorífico com 0,38 de fator de ar, obtendo-se um gás de 3,8 MJ/Nm3. Após a análise inicial, foi realizada a otimização dos parâmetros de operação e dimensionais para encontrar o ponto de maior poder calorífico, com variação da altura do gaseificador, diâmetro de partícula combustível e temperatura de parede, além do fator de ar. O maior poder calorifico do gás foi encontrado para 1,85 m de altura do gaseificador, partícula combustível com 0,1 mm de diâmetro, temperatura de parede de 337 °C e 0,23 de fator de ar. Neste ponto o poder calorífico foi elevado para 5,32 MJ/Nm3, sendo um aumento de 42% em relação ao melhor resultado obtido antes da otimização. A otimização demonstrou como a variação dos parâmetros pode ajudar a elevar a quantidade de energia produzida neste sistema ainda que utilizando apenas ar como agente oxidante, assim como apresenta um ponto de partida para futura aumento de escala na produção de gás combustível a partir de resíduos da indústria de petróleo.