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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dc.contributor.advisorLeal, Elisângela Martinspt_BR
dc.contributor.authorRibeiro, Natália
dc.contributor.refereeLeal, Elisângela Martinspt_BR
dc.contributor.refereeGuimarães, Luiz Gustavo Monteiropt_BR
dc.contributor.refereeAssis, Paulo Santospt_BR
dc.contributor.refereeBortolaia, Luis Antôniopt_BR
dc.date.accessioned2022-08-04T20:05:07Z
dc.date.available2022-08-04T20:05:07Z
dc.date.issued2022pt_BR
dc.descriptionPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Departamento de Engenharia Mecânica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.pt_BR
dc.description.abstractO 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.pt_BR
dc.description.abstractenThe present work aims at the technical, economic and environmental analysis of a plant to capture and use carbon the exhaust gases of a steelmaking process for its conversion into hydrocarbons and alcohols of interest. In this sense, the CAPE-OPEN COFE flowchart is initially used to evaluate the operational parameters in order to obtain an optimal point for the conversion of synthesis gas into methanol. In the first analysis, the following conversion rates of carbon to methanol from the synthesis gas are simulated: 58%-23% CO-CO2; 64%-17% CO-CO2 and 70%-11% CO-CO2. In the second analysis, the number of stages in the distillation column is varied from 20 to 60 stages. For these conditions, the condition of 58% carbon monoxide and 23% carbon dioxide to methanol is the least attractive. In the case of changing the number of stages of the distillation column, the 20 stage represents the best option. Subsequently, the CEA software is used to evaluate the behavior of the molar fractions of the synthesis gas in a water-gas shift reactor. The best range of operational parameters obtained is 200 to 250oC for temperature and 4.5 MPa for pressure and H2/CO2 ratio of 2.0. Then, a study is carried out on the kinetics and influence of the plug-flow reactor and the commercial catalyst Cu/ZnO/Al2O3 on the Fischer Tropsch synthesis for the formation of methanol and ethanol. Through this, it is observed that, for the conversion to methanol, the higher the H2/CO2 ratio, the greater the formation of this product and the lower the CO2 fraction. As for the formation of ethanol, it can be seen that the fractions of this fuel and of CO2 decrease with the increase of the H2/CO2 ratio. Finally, a case study is carried out containing the thermodynamic, exergoeconomic and exergoenvironmental analyzes of a gas turbine using metanol as fuel is analyzed. The lowest exergetic efficiency obtained in the cycle under analysis is that of the compressor (27.02%) while the highest value is presented by the combustion chamber (48.63%). Regarding the exergoeconomic factor, the lowest value is presented by the combustion chamber, which represents a possibility of reducing the exergy destruction. The turbine is the component that has the highest rate of environmental impact, while the combustion chamber is the equipment that demonstrates greater ease of reducing this type of impact, since it presented a higher indicator value than the others. In this way, the results show that it is possible from the synthesis gas to produce fuels that can be applied in equipment such as the gas turbine and in addition to promote changes that aim to increase efficiency with a view to sustainability.pt_BR
dc.identifier.citationRIBEIRO, 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.pt_BR
dc.identifier.urihttp://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/15082
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.rightsabertopt_BR
dc.rights.licenseAutorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 11/05/2022 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.pt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/*
dc.subjectCaptura e utilização de carbono - CCUpt_BR
dc.subjectTurbinas à gás - análise energéticapt_BR
dc.subjectTurbinas à gás - análise exergéticapt_BR
dc.subjectTurbinas à gás - análise econômicapt_BR
dc.subjectTurbinas à gás - análise ambientalpt_BR
dc.titleAvaliação 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.pt_BR
dc.typeDissertacaopt_BR
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