Estudo do comportamento térmico e cinético do glicerol bruto em atmosfera de combustão e oxi-combustão.
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Data
2022-03-04
Autores
Nunes, Diogo Garcia
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
O glicerol tem diversas aplicações nas indústrias química, de alimentos e rações, farmacêutica entre outras; no entanto, conforme a produção do biodiesel tem aumentado, o estoque do glicerol também aumentou significativamente. Para os grandes produtores de biodiesel, não é economicamente viável a purificação do glicerol, com isso ele acaba tornando-se um grande passivo ambiental. Como o mundo tem vivido um aumento gradual da demanda energética e nas emissões dos GEE, novas tecnologias para aproveitamento energético têm sido estimuladas, como por exemplo a implementação de biocombustíveis. Dentre eles os mais utilizados no Brasil e no mundo, o biodiesel, que é utilizado em grande maioria através de sua combustão. Entre as diversas formas de aproveitamento do glicerol temos a oxi-combustão, que por sua vez pode ser considerada um passo adiante da combustão, onde visa obter um gás de exaustão rico em CO2, para que assim, possa ser utilizado como insumo para a própria oxi-combustão, e subsequentemente ter sua captura. Este trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento térmico e cinético da combustão e oxi-combustão do glicerol bruto, determinando a melhor condição de queima em atmosfera de oxi-combustão. Foram estudadas atmosferas inertes com N2 e CO2, além de uma atmosfera de combustão com ar sintético 21% de O2 e 79% de N2 e 3 diferentes composições para atmosfera de oxi-combustão sendo 20/80, 30/70 e 40/60 em % de O2/CO2. A análise térmica considerou apenas a taxa de aquecimento de 10 °C/min para a determinação de índices, tais como, o índice de combustão através das curvas de TGA/DTG além das análises de DTA. A análise cinética usou o método Free Kinetics para determinar a energia de ativação em cada atmosfera de queima, onde foram utilizadas 3 razões de aquecimento sendo 10, 20 e 30 °C/min, utilizando uma termobalança. Os resultados da análise térmica e cinética indicam que a melhor condição de oxi-combustão estudada seria 30/70, levando em consideração como principais resultados o índice de combustão e a energia de ativação média 79,9 kJ/mol. Apesar dos índices e da energia de ativação, no geral demonstrarem melhor desempenho para a oxi-combustão 40/60, um fator que impactou muito nos resultados foi o índice de combustão e a utilização de menos O2, visando obter no final uma maior concentração de CO2 no gás de exaustão.
Glycerol has several applications in the chemical, food and feed, pharmaceutical, among others, however, as the production of biodiesel has increasing, the stock of glycerol has also increased significantly. For large biodiesel producers, it is not economically viable to purify glycerol, so glycerol ends up becoming a major environmental liability. As the world has experiencing a gradual increase in energy demand and GHG emissions, new technologies for energy use have been stimulated, such as the implementation of biofuels. Among the most used biofuels in Brazil and in the world, we have biodiesel, which is used in great majority through its combustion. Among the different ways of using glycerol, we have oxy-combustion, which in turn can be considered a step ahead of combustion, where it aims to obtain an exhaust gas rich in 〖CO〗_2 so that it can be used as an input for oxy-combustion itself, and may subsequently have its capture. This work aims to evaluate the thermal and kinetic behavior of combustion and oxy-combustion of crude glycerol, determining the best burning condition in an oxy-combustion atmosphere. Inert atmospheres with N_2 and 〖CO〗_2 were studied, in addition to a combustion atmosphere with synthetic air 21% of O_2 and 79% of N_2 and 3 different compositions for oxy-combustion atmosphere, being 20/80, 30/70 and 40/60 in % of 〖O_2/CO〗_2. The thermal analysis considered only the heating of 10 °C/min for the determination of indexes such as the combustion index through the TGA/DTG curves in addition to the DTA analysis. The kinetic analysis used the Free Kinetics method to determine the activation energy in each burning atmosphere, where 3 heating rates were used, being 10, 20 and 30 °C/min, using a thermobalance. The results of the thermal and kinetic analysis indicate that the best oxy-combustion condition studied would be 30/70, taking into account the combustion index and the average activation energy of 79.9 kJ/mol as main results. Although the indices and the activation energy in general demonstrate better performance for the 40/60 oxy-combustion, a factor that greatly impacted the results was the combustion index and the use of less O_2, aiming to obtain in the end a greater concentration of 〖CO〗_2 in the exhaust gas.
Glycerol has several applications in the chemical, food and feed, pharmaceutical, among others, however, as the production of biodiesel has increasing, the stock of glycerol has also increased significantly. For large biodiesel producers, it is not economically viable to purify glycerol, so glycerol ends up becoming a major environmental liability. As the world has experiencing a gradual increase in energy demand and GHG emissions, new technologies for energy use have been stimulated, such as the implementation of biofuels. Among the most used biofuels in Brazil and in the world, we have biodiesel, which is used in great majority through its combustion. Among the different ways of using glycerol, we have oxy-combustion, which in turn can be considered a step ahead of combustion, where it aims to obtain an exhaust gas rich in 〖CO〗_2 so that it can be used as an input for oxy-combustion itself, and may subsequently have its capture. This work aims to evaluate the thermal and kinetic behavior of combustion and oxy-combustion of crude glycerol, determining the best burning condition in an oxy-combustion atmosphere. Inert atmospheres with N_2 and 〖CO〗_2 were studied, in addition to a combustion atmosphere with synthetic air 21% of O_2 and 79% of N_2 and 3 different compositions for oxy-combustion atmosphere, being 20/80, 30/70 and 40/60 in % of 〖O_2/CO〗_2. The thermal analysis considered only the heating of 10 °C/min for the determination of indexes such as the combustion index through the TGA/DTG curves in addition to the DTA analysis. The kinetic analysis used the Free Kinetics method to determine the activation energy in each burning atmosphere, where 3 heating rates were used, being 10, 20 and 30 °C/min, using a thermobalance. The results of the thermal and kinetic analysis indicate that the best oxy-combustion condition studied would be 30/70, taking into account the combustion index and the average activation energy of 79.9 kJ/mol as main results. Although the indices and the activation energy in general demonstrate better performance for the 40/60 oxy-combustion, a factor that greatly impacted the results was the combustion index and the use of less O_2, aiming to obtain in the end a greater concentration of 〖CO〗_2 in the exhaust gas.
Descrição
Palavras-chave
Glicerol, Combustão, Oxi-Combustão, Energia de ativação, Índices de queima, Gases de combustão, Biocombustíveis, Glycerol, Combustion, Oxy-combustion, Activation energy, Burn index