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Título: Transportadores de oxigênio à base de manganês para utilização em processos de combustão com recirculação química
Autor(es): Costa, Tiago Roberto da
Palavras-chave: Captura do CO2;CLC;Transportadores de oxigênio;Combustão com recirculação química;Manganês
Data do documento: 5-Ago-2016
Citação: COSTA, Tiago Roberto da. Transportadores de oxigênio à base de manganês para utilização em processos de combustão com recirculação química. 2016. 140f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016.
Resumo: The world’s energy matrix is essentially composed of fossil fuels and different studies show indicate that in the next decades there will be no significant changes in this scenario, which impacts significantly on the environment, since the burning of fossil fuels for power generation gives there main contibution to antropogenic CO2 emissions produces greatest amount of CO2. Carbon dioxide is the main anthropogenic gas responsible for intensifying the greenhouse effect. Because of this, scientists and politicians around the world have suggested a number of strategies and technologies to reduce CO2 emissions to the atmosphere for the next decades. Among these technologies, CO2 capture and storage (CCS) has gained attention in recent years. Studies conducted by the International Energy Agency (IEA) and the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) suggest various scenarios of economic growth and energy demand, indicating that in most cases the CO2 capture and storage technologies will contribute between 10-55% of the global effort to reduce CO2 concentrations in the atmosphere by 2100. In this context, the Chemical-Looping Combustion is considered one of the better alternatives to reduce the cost of CO2 capture, especially when compared to conventional capture processes, since it does not require the separation of CO2 from N2, once fuel is not mixed directly with air or oxygen. This doctoral thesis is focused in the development of five manganese-based oxygen carriers, which were first characterized in order to determine which of them are most promising to be evaluated in CLC processes. The techniques and characterization methods used during the first stage were: mercury porosimetry, fracture resistance, X-ray diffraction (XRD), temperature programmed reduction and oxidation (TPR and TPO), oxygen transport capacity (Roc), chemical composition, redox by thermogravimetry and rate index. Completed these steps, it was found that the carriers Mn- ZrMF and ZrSG presented appropriate properties to be evaluated in a discontinuous fluidized bed reactor, where the experiment conditions are subject to the CLC conditions. After the testing reactor, the oxygen carriers were submitted to the following characterization techniques: DRX, TPR and SEM (Scanning Electron Microscopy). Mn-ZrMF carrier presented problems of agglomeration during testing in the reactor, being considered inappropriate for CLC. On the other side, the Mn-ZrSG carrier showed high reactivity with the fuels used (CO> H2> CH4). Due this Mn-ZrSG is appropriate for CO + H2 combustion, but suffer deactivation during CH4 combustion. Do not showed agglomeration problems. The attrition rate was low and the lifetime was than 11.000 hours. Thus this material can be considered suitable to be used in solid fuels CLC.
metadata.dc.description.resumo: A matriz energética mundial é basicamente constituída a base de combustíveis fósseis, sendo que diferentes estudos indicam que nas próximas décadas não haverá mudanças significativas nesse cenário e isso impacta de modo significativo no meio ambiente, pois a queima desses combustíveis para geração de energia produz bastante CO2. Sendo o dióxido de carbono o principal gás de origem antropogênica, responsável pela intensificação do efeito estufa. Devido a isso, cientistas e políticos de todo mundo tem sugerido diversas medidas e tecnologias que objetivam a diminuição das emissões de CO2 na atmosfera para as próximas décadas. Entre as tecnologias, a Captura e Armazenamento de CO2 (CAC) tem tido um destaque especial nos últimos anos. Estudos realizados pela Agência Internacional de Energia (International Energy Agency-IEA) quanto o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), sugerindo diversos cenários de crescimento econômicos e de demanda energética, indicam que na maioria dos casos as tecnologias de captura e armazenamento do CO2 contribuem entre 10-55% do esforço mundial para reduzir as concentrações de CO2 na atmosfera até 2100. Nesse contexto, a combustão indireta com transportadores sólidos de oxigênio (processo Chemical-Looping Combustion-CLC), é considerada uma das melhores alternativas para reduzir os custos da captura do CO2, principalmente quando comparadas aos processos convencionais, pois não necessita da separação do CO2 do N2, pois o combustível não é misturado diretamente com ar ou oxigênio. Esta tese de doutorado está focada no desenvolvimento de cinco transportadores de oxigênio à base de manganês, os quais foram primeiramente caracterizados com objetivo de determinar quais deles são mais promissores para serem avaliados em processos de CLC. As técnicas e metodologias de caracterizações utilizadas durante a primeira etapa foram: porosimetria por injeção de mercúrio, resistência à fratura, difração de raios X (DRX), redução e oxidação à temperatura programada (TPR e TPO), capacidade de transporte de oxigênio (Roc), composição química, reatividade por termogravimetria e índice de velocidade. Concluída essas etapas, verificou-se que os transportadores Mn-ZrMF e Mn-ZrSG apresentaram propriedades apropriadas para serem avaliados em um reator de leito fluidizado descontínuo, onde os experimentos se assemelham às condições de CLC. Ao fim dos testes no reator, os transportadores de oxigênio foram submetidos a algumas técnicas de caracterização: DRX, TPR e MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura). O transportador Mn-ZrMF apresentou problemas de aglomeração durante os testes no reator, sendo considerado inapropriado para prosseguir com os experimentos. Por outro lado, o Mn-ZrSG apresentou elevada reatividade com os combustíveis utilizados (CO > H2 > CH4), não sendo verificado o problema da aglomeração, tendo baixa perda por atrito, com vida média superior a 11.000 horas. Esse material é bastante promissor para seu uso em CLC de combustíveis sólidos.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/22510
Aparece nas coleções:PPGCEM - Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais

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