Determinação dos parâmetros cinéticos da reação de oxicombustão de carvão mineral

Abstract

A busca pela redução das emissões de gases causadores do efeito estufa, em especial, o CO2 é um assunto que vem ganhando cada vez mais importância no setor industrial e nas linhas de pesquisa. A oxicombustão tem se mostrado uma das melhores alternativas para captura de CO2. O objetivo desse trabalho é determinar os parâmetros cinéticos da reação de oxicombustão de char de um carvão mineral betuminoso sul brasileiro com alto teor de cinza. O char, com partícula de diâmetro 715 μm, foi preparado em atmosfera 100 % N2 a 1173 K. Os ensaios de oxicombustão foram realizados em termobalança com diferentes temperaturas (973, 1073, 1173 e 1273 K) usando misturas gasosas O2/CO2 de concentrações variadas (10 %, 20 % e 30 % de O2 em CO2). Para determinação dos parâmetros cinéticos utilizou-se três modelos. Para o modelo do núcleo não reagido (MNR), conclui-se que a reação química controla o processo reacional, tendo uma energia de ativação de 37,8 kJ.mol-¹ e ordem de reação de 0,5 para 973 K e de 0,7 para as demais temperaturas. Usando o modelo de reação contínua (RC), não se obteve um ajuste adequado aos dados experimentais, pois este modelo prevê um consumo uniforme de carbono, desconsiderando a camada de cinzas deixada para trás. Segundo o modelo de Langmuir-Hinshelwood (LH) de duas etapas, a etapa dessortiva é mais favorecida pelo aumento de temperatura, indicando que a ordem da reação esteja entre zero e um. O resultado encontrado, para esse modelo, para a energia de ativação da primeira etapa foi de 19,8 kJ.mol-¹ e para a segunda etapa foi de 37,3 kJ.mol-¹.

The efforts to reduce greenhouse gas emissions, especially CO2, are gaining increasing importance in the industrial sector and in research lines. Oxy-fuel combustion has proven to be one of the best strategies for the capture of CO2. The aim of this study is to determine the kinetic parameters of reaction and oxy-fuel combustion of char of a bituminous coal with high ash content in southern Brazil. The char, with a particle 715μm in diameter, was prepared in 100 % N2 atmosphere, at 1173 K. The oxy-fuel combustion assays were performed using a thermobalance at different temperatures (973 K, 1073 K, 1173 K and 1273 K) with O2/CO2 gas mixtures of different concentrations (10 %, 20 % and 30 % of O2 in CO2). Three models were used for determining the kinetic parameters. According to the unreacted core model (MNR), the process is controlled by chemical reaction, resulting in the activation energy of 37.8 kJ.mol-¹ and reaction order from 0.5 to 973 K and for other temperatures the order of reaction was 0.7. The use of the reaction model (RC) did not provide a good fit to experimental data because the consumption of the particle during the reaction was not constant as predicted by the model. According to Langmuir-Hinshelwood (LH) model, constituted by two steps, the desorption step is more favored by high temperatures, which indicates that it is a zeroth-order reaction. The value obtained for the activation energy for the first step, according to this model, was 19.8 kJ.mol-¹ and for the second step it was 37.3 kJ.mol-¹.