[pt] Devido aos efeitos nocivos dos combustíveis de origem fóssil, cresceu o interesse no uso de fontes sustentáveis de energia, em particular os derivados da biomassa. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de uma ferramenta de modelagem computacional da composição da mistura gasosa, chamado gás de síntese ou syngas resultante da gaseificação, baseado no equilíbrio termodinâmico. Assim, são avaliadas a flexibilidade, a confiabilidade e a estabilidade computacional das abordagens de equilíbrio estequiométrico e de minimização da energia livre de Gibbs para determinação das composições do syngas formado no processo. São investigados a influência da umidade relativa da biomassa (0, 20 e 40 por cento em base mássica), da temperatura de gaseificação (800, 1100 e 1400 K), da razão ar combustível em relação a estequiometria (0,2, 0,3 e 0,4) e da quantidade de oxigênio no agente de gaseificação (oxigênio puro, ar ou mistura equimolar dos dois) na composição do syngas, bem como nas eficiências energética e exergética, para biomassas compostas de carbono, oxigênio e hidrogênio. O melhor modelo é usado para otimizar a concentração de agente oxidante e de temperatura que maximizem a eficiência energética para biomassas com 20 por cento de umidade relativa no ar. Esses dados, estão usados para desenvolver modelos matemáticos preditivos usando o conceito de análise de misturas, cuja robusteza é avaliada por análise de variância (ANOVA). Esses resultados estão comparados com as simulações realizadas em um modelo teórico considerando a cinética das reações. Observou-se que o método usando a minimização da energia livre de Gibbs apresentou os melhores resultados para uma aproximação inicial, se tornando uma boa ferramenta para a fase de projeto. No entanto, é necessário desenvolvimento de outros modelos como cinético, CFD ou RNA para análises precisas da gaseificação. / [en] Due to the harmful effects of fossil fuels, interest in the use of sustainable energy sources, in particular those derived from biomass, has grown. The present work consists in the development of a computational modeling tool for the composition of the gas mixture, called synthesis gas or syngas resulting from gasification, based on thermodynamic equilibrium. Thus, the flexibility, reliability and computational stability of the stoichiometric equilibrium and Gibbs free energy minimization approaches are evaluated to determine the compositions of the syngas formed in the process. The influence of biomass relative humidity (0, 20 and 40 percent on mass basis), gasification temperature (800, 1100 and 1400 K), fuel air ratio related to stoichiometry (0.2, 0.3, 0.4) and the amount of oxygen in the gasification agent (pure oxygen, air or equimolar mixture of the two) are investigated in the composition of the syngas, as well as in the energy and exergy efficiencies, for biomasses composed of carbon, oxygen and hydrogen. The best model is used to optimize the oxidizing agent concentration and temperature that maximize energy efficiency for biomass with 20 percent relative humidity in the air. These data are used to develop predictive mathematical models using the concept of analysis of mixtures, whose robustness is assessed by analysis of variance (ANOVA). These results are compared with simulations performed in a theoretical model considering the reaction kinetics. the method using Gibbs free energy minimization presented the best results for an initial approximation, becoming a good tool for a design phase. However, it is necessary to develop other models such as kinetic, CFD or RNA for accurate gasification analysis.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:54154 |
| Date | 10 August 2021 |
| Creators | ROBERTO VINICIUS GRANHA FIUZA |
| Contributors | FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE, FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE, FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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