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Title in Portuguese: Desenvolvimento de reator poroso de gaseificação de biomassa líquida por oxidação parcial aplicado ao glicerol.
Title: Development of porous reactor liquid biomass gasification by partial oxidation applied to glycerol.
Author: Parente, Rafael Benevides
Advisor(s): Barcellos, William Magalhães
Keywords: Engenharia mecânica
Oxidação
Energia - Fontes alternativas
Issue Date: 2012
Citation: PARENTE, R. B. Desenvolvimento de reator poroso de gaseificação de biomassa líquida por oxidação parcial aplicado ao glicerol. 2012. 92 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012.
Abstract in Portuguese: A biomassa líquida residual de processos agrícolas e agroindustriais, em geral, representa um recurso renovável em quantidade expressiva, sem uma destinação econômica e ambientalmente sustentável. Como exemplo, a solução quanto aos estoques de glicerina, resultante da transesterificação de óleos vegetais para obtenção do biodiesel, tem sido postergada pela carência de alternativas de engenharia apropriadas ao aproveitamento adequado dessa biomassa. Por essa razão, foi iniciado o desenvolvimento de um reator de gaseificação destinado à biomassa líquida pela via da oxidação parcial, onde é empregada uma tecnologia de combustão não convencional, a Combustão de Filtração, como base de projeto para a concepção do reator, em que a biomassa de referência utilizada foi o glicerol (C3H8O3). Este trabalho, eminentemente experimental, foi realizado com a construção de um protótipo de reator de gaseificação, em escala de laboratório, em que seu queimador é preenchido completamente por esferas cerâmicas de alumina (Al2O3), formando assim uma matriz porosa inerte, que fica parcialmente imersa no glicerol na sua extremidade inferior e que envolve um trocador de calor instalado na parte superior do reator. O processo é investigado no sentido de identificar algumas características fundamentais de projeto, tais como: limite de operação do reator em termos de misturas arcombustível; presença de fenômenos de instabilidade; velocidade de propagação da onda de combustão; e influência dos principais parâmetros de operação, razão de equivalência, taxa de consumo de combustível e vazões de ar e água na reação. Embora toda a experimentação tenha se restringido a ensaiar o gaseificador para produção de gás de síntese pelo método da oxidação parcial, a investigação teórica foi mais abrangente, englobando a reforma autotérmica. Os experimentos, respaldados por instrumentos de monitoramento e análise cromatográfica, foram apoiados por um estudo teórico a partir de um modelo analítico simplificado, com base na reação global de oxidação parcial associada à reação de deslocamento água–gás. Resultados experimentais demonstraram a viabilidade do processo, constatando estabilidade operacional em ampla faixa de razão de equivalência, e eficiência de conversão (>20%) do glicerol em gás de síntese, mantendo extração de energia da reação.
Abstract: The residual liquid biomass from agricultural and agroindustrial processes, in general way, represents a renewable resource in significant amount, without an economically and environmentally sustainable destination. For instance, the solution concerning glycerin stocks, remaining from the vegetable oil transesterification for obtaining biodiesel, has been postponed due to the lack of engineering alternatives appropriate to the proper utilization of this biomass. Therefore, the development of a liquid biomass gasification reactor based on partial oxidation has been initiated, where a non conventional combustion technology has been employed, Filtration Combustion, as a design basis for the reactor conception, in which the reference biomass used was glycerol. This work, eminently experimental, was carried out to build a gasification reactor prototype, in laboratory scale, in which its burner is completely filled by ceramic spheres of alumina (Al2O3), thus forming a inert porous matrix, which is partially immersed in glycerol at its bottom end and which involves a heat exchanger installed at the top of the reactor. The process is investigated to identify some key design features such as: reactor operation limit in terms of fuel-air mixtures; occurrence of instability phenomena; combustion wave propagation velocity; and influence of the main operation parameters, equivalence ratio, fuel consumption rate, and air and water flow rates into the reaction. Although all experimentation has been restricted to test the gasifier for the production of synthesis gas by partial oxidation method, theoretical investigation was broader, comprising the autothermal reforming. The experiments, supported by monitoring instruments and chromatographic analysis, were supported by a theoretical study based on a simplified analytical model, considering the global reaction of partial oxidation associated with water-gas shift reaction. Experimental results have demonstrated the feasibility of the process, providing operational stability over a wide range of equivalence ratio, and conversion efficiency (>20%) of glycerol to syngas, while maintaining energy extraction from reaction.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/3811
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