Estudo numérico e experimental de desvolatilização de carvão mineral em DTF

Abstract

O objetivo deste trabalho foi avaliar o processo de desvolatilização de um carvão brasileiro a fim de aumentar o entendimento do processo de combustão e apoiar o desenvolvimento de ferramentas e processos mais eficientes no uso desse combustível. O estudo da desvolatilização foi feito experimentalmente utilizando-se um reator de queda livre (DTF), em atmosfera de nitrogênio, para cinco temperaturas e diferentes tempos de residência. A análise do resíduo carbonoso gerado foi feita por meio de técnicas termogravimétricas (TGA). A menor temperatura em que a desvolatilização ocorreu foi 670ºC e a maior desvolatilização em 1100ºC. No desenvolvimento do estudo numérico, foi empregado um modelo físico-matemático unidimensional, transiente para determinar parâmetros cinéticos para cinética de Arrhenius e Arrhenius modificada. Os resultados mostraram que a cinética de Arrhenius representa melhor o comportamento tanto para baixas temperaturas (BT) como para altas temperaturas (AT). Os parâmetros cinéticos obtidos são Ev = 1,1559.105 J/mol, Av = 2,5948.105 s-1 para BT e Ev = 1,3081.105 J/mol, Av = 3,2459.105 s-1 para AT.

The objective of this work was to evaluate the devolatilization process of a Brazilian coal in order to increase the understanding of the combustion process and to help the development of more efficient tools and processes for the use of this fuel. The devolatilization study was done experimentally using a drop tube furnace (DTF) under nitrogen atmosphere for five temperatures and different residence times. The analysis of the carbonaceous residues generated was made by thermogravimetric techniques (TGA). The lowest temperature at which devolatilization occurred was 670ºC and the highest devolatilization occurred at 1100ºC. In the development of the numerical study, a one-dimensional, transient physical-mathematical model was employed to determine kinetic parameters considering modified Arrhenius and Arrhenius kinetics. The results showed that Arrhenius kinetics represents better the behavior both at low temperatures (BT) as well as at high temperatures (AT). The kinetic parameters obtained are Ev = 1.1559.105 J / mol, Av = 2.5948.105 s-1 for BT and Ev = 1.3081.105 J / mol, Av = 3.2459.105 s-1 for AT.