Aula 15 combustão industrial e controle das emissões - parte i - 13.05.11

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Aula da Disciplina Processos de Produção Quimcos, da Faculdade Area1 - Grupo DeVry - Tema: Combustão Industrial - Parte I

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Aula 15 combustão industrial e controle das emissões - parte i - 13.05.11

  1. 1. Processo de Produção Química1º. Sem./2011 Engenharias
  2. 2. TópicosCombustíveisCombustãoCombustíveis Renováveis 2
  3. 3. Combustíveis TópicosO que é “combustível” ?Requisitos técnicosO processo de combustãoQuais os tipos de combustíveis ?Origem e composição dos principias
  4. 4. Combustíveis O que é ? O que é combustível ?Qualquer substânciaque produz energia utilizável, seja por queima (ex.: gás,madeira, ...) seja por reação nuclear (fissão, fusão)
  5. 5. Combustíveis O que é ?combustível fóssil ? Depósito de material orgânico fóssil que é suficientemente combustível. Ex.: Carvão, petróleo, gás natural, ...
  6. 6. Combustíveis O que é ? A queima doscombustíveis libera energia 6
  7. 7. Combustíveis Fósseis Qualquer substância que reage quimicamente com desprendimento de calor Na Prática: São os materiais carbonáceos, abundantes e de fácil queima com o ar, gerando grande desprendimento de calor .... .... controlável 7
  8. 8. Combustíveis Reação de Combustão Tudo depende da velocidade da reação: Reação lenta: corrosão = oxidação de metais Reação rápidas: combustão (processo controlável) Reações muito rápidas: explosão (processo não controlável) 8
  9. 9. Combustíveis Requisitos Técnicos Fácil uso De fácil obtenção Baixo custo de produção Não formar substâncias tóxicas ou corrosivas (combustão) Segurança no armazenamento e no transporte 9
  10. 10. Combustíveis Os tipos Primários • Carvões minerais (turfa, linhito, hulha,Sólidos antrácito) • Lenha Secundários • Coque, carvão vegetal, coque de petróleo, resíduos industriais, combustíveis de foguetes (tiocol, hidrazina e TNT)
  11. 11. Combustíveis Os tipos
  12. 12. Combustíveis Os tipos
  13. 13. Combustíveis Os tipos Primários • Petróleo cruLíquidos • Gasolina natural Secundários • Gasolina, Querosene, Óleo diesel • Hidrocarbonetos, Álcoois
  14. 14. Combustíveis Os tipos Primários • Gás NaturalGasosos Secundários • Gás de hulha, gás de alto-forno • Gases do refino do petróleo
  15. 15. Combustíveis Os tipos Renováveis Não- renováveis Não se esgotam Se esgotam• Bioetanol • Gasolina• Biodiesel • Diesel• Hidrogênio • GNV
  16. 16. Combustíveis Líquidos Os mais importantes Motores combustão interna Uso em larga escala na indústria Na produção de energia elétrica (termo elétricas) Aquecimento doméstico Custo competitivo 16
  17. 17. Combustíveis Líquidos - Tipos Petróleo e seus derivados Derivados do alcatrão de hulha ou linhito Destilados dos xistos betuminosos Hidrocarboneto sintéticos Álcool etílico Biocombustíveis (biodiesel, bioetanol, biogás, biocombustíveis 2ª geração) 17
  18. 18. Combustíveis Petróleo e Derivados Fração ComposiçãoGás natural metano e etanoGás liquefeito (GLP) propano e butano (gás de cozinha).Solventes C5H12 a C7H16Gasolina C6H14 a C10H22 (*)Querosene C10H22 a C15H32 (*)Óleo diesel C15H32 a C25H52 (*)Óleo combustível C15H32 ..... (a cadeia vai aumentandoÓleo lubrificante de tamanho e vai crescendo a massa molecular. Passando da fase gasosaParafina para a sólida.)Asfalto (resíduo final) (*) varia de acordo com a refinaria. 18
  19. 19. Combustíveis GasolinaObtenção: Pela destilação fracionada do petróleo e peloprocesso de reforma catalítica (Craking)Principal uso: combustível automotivo C6 – C10
  20. 20. Combustíveis QueroseneObtenção: Por destilação fracionada do petróleoPrincipal uso: combustível aviação (turbinas de avião a jato)e em motores a combustão interna de tratores C10 – C15
  21. 21. Combustíveis DieselObtenção: Por destilação fracionada do petróleoUso Principal: Frotas de caminhões, ônibus, navios,submarinos, tratores, geradores de eletricidade C15 – C25 Pouco volátil Pouco inflamável
  22. 22. Combustíveis GasolinaPerfil cromatográfico da gasolina A C6 – C10
  23. 23. Combustíveis Gasolina no BrasilParâmetros Analíticos da gasolina A
  24. 24. Combustíveis Gasolina no BrasilNo Brasil, é utilizada uma gasolina única no mundo, pois trata-se de uma mistura de 75% de gasolina e 25% de álcool etílico (anidro). O teor de álcool na gasolina é especificado pelaAgência Nacional do Petróleo - ANP, e é objeto de lei federal. Atualmente, estão à disposição dos consumidores brasileiros três tipos de gasolina: comum, comum aditivada (BR Supra) e alta octanagem (premium – IAD=91e podium – IAD=95).
  25. 25. Combustíveis Diesel no Brasil Tipos de Óleo Diesel usados no Brasil Interior • Teor máx. de S 2000 enxofre de 0,2%Metropolitano • Teor máx. de S 500 enxofre de 0,05% Até 2013 esses valores vão baixar !!!
  26. 26. Combustíveis Óleo CombustívelResíduo asfáltico + Óleo Diesel 26
  27. 27. Combustíveis Óleo Combustívelhttp://www.demec.ufmg.br/disciplinas/ema003/liquidos/oleocomb/oleos.htm 27
  28. 28. Combustíveis Gás Natural Gás Natural• encontrado em reservatóriossubterrâneos misturado ou não com opetróleo• É uma fonte de energia mais limpa,que pode ser usada nas indústrias,substituindo outros combustíveis maispoluentes, como óleos combustíveis,lenha e carvão
  29. 29. Combustíveis Gás Natural
  30. 30. Combustíveis Gás Natural Excelente combustível, baixo teor de S, baixa A/C, com queima apresentando baixas emissões de NOx e particulados; PCS ~ 10.000 kcal/m³, e máximo de H2S de 20 mg/m³ Odorização é feita nas UPGNs com o Butil- Mercaptan (+/- 8 a 16 mg/m³) Também pode ser produzido por digestão anaeróbia de resíduos (biogás) 30
  31. 31. Combustíveis Gás NaturalDoméstica Industrial Transporte Aplicações
  32. 32. Combustíveis GLP Gás Liquefeito de Petróleo (GLP): é processado nas refinarias, sendo basicamente propano (40%) e butano (60%) (C3-C4). Ocorre naturalmente no petróleo, em frações de +/- 2%; PCS ~ 24.500 kcal/m³ (propano), e ~ 30.000 kcal/m³ (butano) Odorização é feita nas refinarias também com o Butil-Mercaptan É liquefeito a temperatura ambiente e relativamente baixas pressões de trabalho (6 a 12 bar); 32
  33. 33. Combustíveis Renováveis TópicosMatriz EnergéticaCombustíveis alternativosEscolha do combustível
  34. 34. Combustíveis Renováveis Matriz Energética Baixo impacto Fonte Primária Energia Renováveis Não- Limpa renováveis Não se esgotam Se esgotam• solar • petróleo• eólica • carvão mineral• marés ... • urânio
  35. 35. Combustíveis Renováveis Alternativas EtanolBicombus Alternativos Biogás tível Biodiesel
  36. 36. Combustíveis Renováveis Alternativas Álcool (Bioetanol) Situação Vantagens Desvantagens Atual Pode custar Tem maior No Brasil menos que a poder corrosivo Álcool que a gasolina, gasolina, menor poder hidratado suporta taxas calorífico que a (combustíve de compressão gasolina (maior l) e anidro elevadas, consumo), (adicionado menor emissão emissão de de gases aldeído, a gasolina) aumento área poluentes plantio
  37. 37. Combustíveis Renováveis Bioetanol 37
  38. 38. Combustíveis Renováveis Bioetanol x Alimentos 38
  39. 39. Combustíveis Renováveis Alternativas300 Carro a etanol Litros de água100 usados para Carro a hidrogênio viajar 100 km Carro híbrido60 Fonte: Revista Scientific American – Brasil Edição Especial 2009 (com adaptações) Carro a gasolina20
  40. 40. Combustíveis Renováveis Alternativas Biogás Situação Atual Vantagens Desvantagens Excrementos de animais e Substitui O gás é difícel combustível de ser resíduos orgânicos são fóssil, gera armazenado, e fertilizante, fim a emissão para fermentados por bactérias e ecologico para a atmosfera transformados lixo orgânico, contribui para tecnologia o agravamento em mistura gasosa (queima) barata do efeito estufa Preço: sem informação
  41. 41. Combustíveis Renováveis Alternativas Biocombustível Situação Atual Vantagens Desvantagens Além de A matéria-prima A partir de substituir para produzir esses produtos diretamente o combustíveis agrícolas, como petróleo, as reduzirá os sementes é plantas espaços de terra possível gerar absorvem destinados à etanol e absorvem o produção de biodiesel para CO2 da alimentos. Alto veículos. atmosfera consumo de água Preço: variável (depende do preço do petróleo)
  42. 42. Combustíveis Renováveis Biodiesel 42
  43. 43. Combustíveis Renováveis Biodiesel 43
  44. 44. Combustíveis Renováveis Desafios do Biodiesel Processos de produção de biodiesel por esterificação consolidados e otimizado Desenvolvimento de uma gliceroquímica ou aproveitamento total da glicerina na produção de biodiesel Estabilidade química e sistemas de injeção de óleo in natura resolvidos Desenvolvimento de motores e minimização da emissões resolvida Questões sócio-ambientais no campo 44
  45. 45. Combustíveis Renováveis Biodiesel - Processo “Trans-esterificacão catalítica de triglicerídios” A substituição - trans(ferência) - de uma base, o álcool glicerol (glicerina), por outra base, o álcool metanol, na presença de um catalisador (soda cáustica - NaOH) Transformando uma molécula de triglicerídio em três moléculas de éster metílico ou metilésterCH2 O CO C17 H33 CH3OH CH2OH CH3 O CO C17 H33CH Triglicerídio33 Metanol NaOH CH OH O CO C17 H + CH3OH + Glicerina CHMetiléster 17 H33 3 O CO C (1 molécula) catalisador molécula) (3 moléculas) (1 (3 moléculas)CH2 O CO C17 H33 CH3OH CH2OH CH3 O CO C17 H33 Triglicerídio Metanol Glicerina Metiléster (1 molécula) (3 moléculas) (1 molécula) (3 moléculas)
  46. 46. Combustíveis Renováveis Biocombustíveis 2ª. geração Gramíneas Algas Microrganismos - 0,4 ha de - biomassa para - Oleaginosos >grama  50 mil produzir 20% lipídio litros etanol bicombustível - microalgas, - Reduz 94% - Organismos bactérias,CO2 (gasolina) fotossintéticos leveduras, bolor
  47. 47. Combustíveis Renováveis Alternativas Hidrogênio Situação Vantagens Desvantagens Atual Difícel Obtenção: Elevado ÁGUA Considerado poder (hidrólise  o melhor calorífico, alto consumo combustível emissão zero energia) : de CO2 PETRÓLEO (água) (emissão CO2) – mais utilizado atual Preço: variável (depende do preço do petróleo)
  48. 48. CombustíveisComo escolher ? Como escolher o melhor combustível ?
  49. 49. Combustíveis Como escolher ?O que é “poder calorífico” ?O que é “poder antidetonante” ?Saúde, Segurança e Meio Ambiente
  50. 50. Combustíveis Poder calorífico Combustível PC superior (Kcal/kg) Hidrogênio – H2 34.000O Poder Calorífico é GLP 12.000a quantidade de calor produzida na Gasolina 11.200 combustão de uma Querosene 11.100unidade de massa ou Óleo Diesel 10.880 volume de Óleo Combustível Pesado 10.410 combustível Carvão mineral 6.800 Álcool etílico 6.500 Lenha (20% umidade) 2.500 – 3.000 Gás natural 4.300
  51. 51. Combustíveis Poder caloríficoPoder Calorífico Superior : É a quantidade de calorproduzida por 1 kg de combustível, quando este entraem combustão, em excesso de ar, e os gases dadescarga são resfriados de modo que o vapor de águaneles seja condensado. Poder Calorífico Inferior : Idem ..., e gases de descarga são resfriados até o ponto de ebulição da água, evitando assim que a água contida na combustão seja condensada.
  52. 52. Combustíveis Poder antidetonante Na termodinâmica demonstra que o rendimento térmico e aeficiência mecânica de um motor são diretamente proporcionais à sua relação de compressão triptano Relação de compressão: é a relação entre os 1960 volumes máximos e mínimos que o gás 1948 carburado ocupa no 1928 cilindro do motor (C/R)
  53. 53. Combustíveis Gasolina - Octanagem Octanagem é a denominação dada à capacidade que umcombustível tem de resistir à compressão, sem entrar em processo de detonação (queima espontânea da mistura).gasolina de baixa octanagem gasolina de alta octanagem (não resiste à compressão) (resiste à compressão) sofresofre combustão prematura, combustão diante de uma faísca pela simples compressão. produzida pela vela do motor.
  54. 54. Combustíveis Gasolina - Octanagem heptano (valor 0) isoctano (valor 100)Menor resistência á Maior resistência á combustão por combustão por compressão compressão índice de octanagem
  55. 55. Combustíveis Gasolina - Octanagem O índice de octanagem da gasolina brasileira é 86, ou seja,comporta-se como uma mistura contendo 86% de isoctano e 14% de heptano. Isoctano: 2,2,4-trimetilpentano: C8H18
  56. 56. Combustíveis Diesel – no de cetano C16H36 Cetano ou n- Alfa metilnaftaleno hexadecano (valor 100) (valor 0) máxima qualidade dacombustão muito rápida combustão Número de cetano
  57. 57. Combustíveis Diesel – no de cetano Valor desejável: NC  40 a 60 • Perda de potênciaNC < 40 • Gera fuligemNC > 60 • Perda de desempenho
  58. 58. Combustíveis Diesel - Aditivos Aumentando o número de cetano - NC  tionitrito de amila, tionitrito de butila, tiontrito de etila  nitrito de amila  peróxido de acetila  nitrato de amila, nitrato de etilaDependendo da constituição do óleo combustível, pode-se elevar até 13 pontos o “NC”.
  59. 59. Combustíveis Diesel - MotorComo funciona o motor Diesel ?
  60. 60. Combustíveis Segurança
  61. 61. Combustíveis Segurança Ponto de Combustão (Fire Ponto de Ignição (Ignition Ponto dea temperatura Point): É Fulgor (Flash Point): É a temperatura Point): Éemtemperatura mínima a que uma mínima em libertauma mínima em que substância que uma vapores substância liberta vapores substância liberta quantidade combustíveis em vapores combustíveis que, em combustíveis em quantidade e rapidez suficiente para suficientecom arar, e sem ao mistura parao formar com o formar com e, na presença de uma fonte de ar e, na presença de uma presença de uma fonte de fonte de umainflamam.mistura ignição, se ignição, ignição, uma mistura inflamável, que se extingue inflamável, continuando a logo combustão mesmo sua que esta seja retirada, por insuficiência deavapores. depois de retirada fonte de ignição
  62. 62. Combustíveis SegurançaCombustível Pt Fulgor Pt Pt Combustão IgniçãoGasolina - 40º C - 20º C 277º CÓleo Diesel 66º C 93º C 230º CGás óleo 90º C 104º C 330º CÁlcool 13º C ---- 370º CMadeira 204º C ---- 232º C
  63. 63. CombustíveisMeio Ambiente
  64. 64. Onde Estudar a Aula de HojeLivro• Química Tecnológica – Cengage LearningApostila – UFSC• Combustão e Combustíveis 64
  65. 65. Contato 65

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