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Dissertação de Mestrado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Vítor Augusto Andreghetto Bortolin
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Krieger Filho, Guenther Carlos (Presidente)
Costa, Fernando de Souza
Gallego, Antonio Garrido
Título em português
Investigação das causas das instabilidades na oxi-combustão de gás natural por quimioluminescência.
Palavras-chave em português
Captura de carbono
Combustão
Engenharia mecânica
Gás natural
Oxi-combustão
Resumo em português
A oxi-combustão é uma tecnologia que se propõem auxiliar os processos de captura de carbono para que se tornem viáveis. Com ela é possível simplificar o processo de separação dos gases após a combustão. Isso ocorre, porque não há a presença do nitrogênio na reação oxidativa. Entretanto, essa abordagem exige que o oxigênio seja separado do ar antes da admissão na câmara de combustão, desse modo o comburente se torna um insumo caro que deve ser consumido na menor quantidade possível. Outro desafio são as altas temperaturas nesse processo de combustão, caso fosse admitido apenas o oxigênio no queimador as temperaturas ultrapassariam 3000 K, de forma que nenhum material poderia suportar tais condições. Uma proposta para solucionar esse desafio, é diluir o processo com dióxido de carbono, reciclado da combustão anterior, assim sendo, reduziria-se a temperatura sem contaminar os produtos de combustão com algum gás inerte, o qual seria de difícil separação nas plantas de captura e armazenamento de carbono (CAC) . O problema com essa abordagem é que a presença do dióxido de carbono altera a reação reduzindo sua eficiência e estabilidade. Assim sendo, esse trabalho estudou as possíveis causas dessa mudança na oxi-combustão do gás natural diluída com dióxido de carbono. A literatura indica três hipóteses para essa mudança de comportamento: maior capacidade térmica a pressão constante do dióxido de carbono em relação ao nitrogênio; mudanças no coeficiente de difusão e interferência nas reação químicas devido a presença do CO2. Na primeira etapa do trabalho, foram feitas observações experimentais para avaliar quais seriam as mudanças em chamas de difusão. Esse estudo preliminar indicou que a maior capacidade térmica do dióxido de carbono parece não ser um fator determinante. Em seguida, foi medida a velocidade de chama laminar na oxi-combustão. Com esses experimentos e uma simulação numérica ficou evidente que as alterações no comportamento da chama são muito irregulares e não-lineares para serem causadas apenas pela maior capacidade térmica do dióxido de carbono. Além disso, o trabalho traz indícios de que grande parcela da mudança ocorre devido à interferência química do dióxido de carbono nas reações de combustão. Por fim, foi feito um estudo aplicado focado em chamas turbulentas suspensas, na qual a altura da chama se mostrou muito sensível à adição de dióxido de carbono no escoamento, o que novamente, indica uma sensibilidade maior do que a esperada pela capacidade térmica apenas.
Título em inglês
Investigation of the causes of instabilities in the oxi-combustion of natural gas by chemiluminescence.
Palavras-chave em inglês
Carbon capture
Natural gas
Oxy-fuel
Resumo em inglês
Oxy-combustion is a technology that is intended to make carbon capture processes viable, with it is possible to simplify the gas separation process after combustion. This occurs because the reaction occurs without the presence of nitrogen. However, this approach requires oxygen to be separated from the air before entering the combustion chamber, so the oxidizer becomes an expensive input that should be consumed in the smallest possible amount. Another challenge is the high temperatures in this type of combustion, if only the oxygen in the burner were admitted, no material could withstand such conditions. One proposal to solve this problem is to dilute the process with carbon dioxide, recycled from the previous combustion, thus reducing the temperature without contaminating the gases with some inert gas, which would be difficult to separate in the capture plants and storage (CCS). The problem with this approach is that the presence of carbon dioxide drastically alters combustion reducing its efficiency and stability. Thus, this work attempted to study the possible causes of this change in oxy-combustion of the natural gas diluted with carbon dioxide. The literature indicates three hypotheses for this behavior change: higher thermal capacity at constant pressure of carbon dioxide in relation to nitrogen, changes in diffusion coefficient and interference in chemical reactions due to the presence of CO2. In the first stage of the work, experimental observations were made to evaluate what the changes in diffusion flames would be. This preliminary study indicated that the increased thermal capacity of carbon dioxide does not appear to be a determining factor. As a second approuch, the velocity of laminar flame in oxy-combustion was measured. With these experiments and a numerical simulation it became evident that the changes in the behavior of the flame are very irregular and non-linear to be caused only by the greater thermal capacity of the carbon dioxide. In addition, the work suggests that much of the change occurs due to the chemical interference of carbon dioxide in the combustion reactions. Finally, a study was applied to suspended turbulent flames, in which the height of the flame was very sensitive to the addition of carbon dioxide in the flow, which again indicates a sensitivity greater than expected by the thermal capacity only.
 
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Data de Publicação
2019-10-22
 
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