Avaliação técnica, econômica e ambiental de uma planta de captura e uso de carbono empregando os gases provenientes de um processo siderúrgico : estudo de caso com uma turbina a gás.
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Date
2022
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Abstract
O presente trabalho visa a análise técnica, econômica e ambiental de uma planta de captura e
uso de carbono dos gases de exaustão de um processo siderúrgico para sua conversão em
hidrocarbonetos e álcoois de interesse. Nesse sentido, é utilizado inicialmente o fluxograma
COFE do CAPE-OPEN para avaliar os parâmetros operacionais a fim de obter um ponto ótimo
para a conversão do gás de síntese em metanol. Na primeira análise, são simuladas as seguintes
taxas de conversão de carbono em metanol a partir do gás de síntese: 58%-23% CO-CO2; 64%-
17% CO-CO2 e 70%-11% CO-CO2. Na segunda análise, o número de estágios na coluna de
destilação é variado de 20 a 60 estágios. Para essas condições, a conversão de 58% de monóxido
de carbono e 23% de dióxido de carbono em metanol é a menos atrativa. Em relação a alteração
do número de estágios da coluna de destilação, a de 20 estágios representa a melhor opção.
Posteriormente, o software CEA é utilizado para avaliar o comportamento das frações molares
do gás de síntese em um reator de deslocamento água-gás. A melhor faixa de parâmetros
operacionais obtidos é de 200 a 250oC para temperatura e 4,5 MPa para pressão e relação
H2/CO2 de 2,0. Em seguida, é realizado um estudo sobre a cinética e a influência do reator de
leito fixo adiabático e do catalisador comercial Cu/ZnO/Al2O3 na síntese de Fischer Tropsch
para a formação de metanol e etanol. Através desse, é observado que, para a conversão em
metanol, quanto maior a razão H2/CO2 maior a formação desse produto e menor a fração de
CO2. Já para a formação de etanol, percebe-se que as frações desse combustível e de CO2
diminuem com o aumento da razão H2/CO2. Por fim, é realizado um estudo de caso contendo
as análises exergoeconômica e exergoambiental de uma turbina a gás tendo como combustível
o metanol. A menor eficiência exergética obtida no ciclo é a do compressor (27,02%) enquanto
a maior é da câmara de combustão (48,63%). Em relação ao fator exergoeconômico, o menor
valor é apresentado pela câmara de combustão, o que representa uma menor possibilidade de
reduzir as irreversibilidades no equipamento. A turbina é o componente que apresenta a maior
taxa de impacto ambiental, enquanto a câmara de combustão é o equipamento que demonstra
maior facilidade de redução desse tipo de impacto, uma vez que apresentou um valor de
indicador superior aos demais. Dessa forma, os resultados mostram que é possível a partir do
gás de síntese produzir combustíveis que podem ser aplicados em equipamentos como a turbina
a gás e além disso promover alterações que visam aumentar a eficiência com vistas a
sustentabilidade.
Description
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Departamento de Engenharia Mecânica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
Keywords
Captura e utilização de carbono - CCU, Turbinas à gás - análise energética, Turbinas à gás - análise exergética, Turbinas à gás - análise econômica, Turbinas à gás - análise ambiental
Citation
RIBEIRO, Natália. Avaliação técnica, econômica e ambiental de uma planta de captura e uso de carbono empregando os gases provenientes de um processo siderúrgico: estudo de caso com uma turbina a gás. 2022. 137 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.