Cinética da reação de oxicombustão de carvões minerais com altos teores de cinzas

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Nunes, Keila Guerra Pacheco
• Orientador(a): Marcilio, Nilson Romeu
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Carvão mineral; Oxicombustão; Cinética química
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/149813

O carvão mineral é responsável por 40 % da eletricidade produzida mundialmente e por 44 % das emissões de CO2, decorrentes de seu uso para fins energéticos. O CO2 está entre os principais gases causadores do efeito estufa, por isso as pesquisas em captura e armazenamento se concentram nesse gás. A tecnologia de combustão de carvão em atmosfera de oxicombustão tem sido estudada como alternativa devido à facilidade de capturar o CO2 resultante da reação e poder armazená-lo. Assim, um dos objetivos deste estudo foi determinar os parâmetros cinéticos da reação de oxicombustão nas temperaturas de 600, 700, 740, 800 e 900 °C com concentrações de O2 em CO2 variando de 10 a 30 % (v/v). Os resultados obtidos para a energia de ativação foi 10 kJ.mol-1 e para o fator pré-exponencial 13,817 g.min-1.cm-2.atm-n. Como os carvões sul-brasileiros contém alto teor de cinzas seria interessante o beneficiamento desta matéria-prima a fim de reduzir seu teor de matéria mineral e poder utilizá-la para fins energéticos. Portanto, também foi objeto de estudo nesse trabalho, a remoção da matéria mineral de uma amostra de carvão mineral utilizando soluções de HF, HCl e HNO3 com concentração de 20 % em volume. Esse tratamento foi realizado utilizando carvão da mina de Candiota e carvão da mina do Leão II. Através de análise imediata, análise elementar, difração de raios-X (DRX), fluorescência de raios-X (FRX), infravermelho à transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) se observaram grandes alterações na estrutura dos carvões após a extração da matéria mineral com as lavagens ácidas, o que refletiu na temperatura de início da reação de Boudouard que teve acréscimo de 140 °C para o carvão do Leão II e 160 °C para o carvão de Candiota. Os carvões desmineralizados, com baixos teores de cinzas, foram submetidos novamente à reação de oxicombustão nas mesmas condições utilizadas anteriormente para determinação dos parâmetros cinéticos. Os valores obtidos para a energia de ativação e para o fator pré-exponencial, respectivamente, foram 56,46 kJ.mol-1 e 5,37.10³ g.min-1.cm-2atm-n para o carvão de Candiota. Para o carvão do Leão II, os valores encontrados foram 169,4 kJ.mol-1 e 7,06.1014 g.min-1.cm-2atm-n. As amostras desmineralizadas da mina de Candiota foram impregnadas com um metal alcalino, um metal de transição e um semi-metal, a fim de avaliar a reatividade dos mesmos em atmosfera de CO2. Foi observado que o metal alcalino é o metal que promove uma taxa de conversão do carvão em atmosfera de CO2 mais rápida, seguido das amostras impregnadas com o metal de transição e do semi-metal. Na amostra de carvão Run of Mine (ROM) há possivelmente a presença de alguns elementos que agem como inibidores e outros elementos que atuam como catalisadores da reação de gaseificação.