SIMULAÇÃO E AVALIAÇÃO TERMODINÂMICA DE CONFIGURAÇÕES DE SISTEMAS DE COGERAÇÃO A VAPOR PARA RECUPERAÇÃO ENERGÉTICA DOS GASES EXAUSTOS DOS FORNOS DE UMA CARBOQUÍMICA
Nome: ALEXSANDER LUIZ QUINTÃO
Data de publicação: 30/08/2024
Banca:
Nome |
Papel |
|---|---|
| JOÃO LUIZ MARCON DONATELLI | Examinador Interno |
| JOSE JOAQUIM CONCEICAO SOARES SANTOS | Presidente |
| JULIO AUGUSTO MENDES DA SILVA | Examinador Externo |
| PEDRO ROSSETO DE FARIA | Coorientador |
Resumo: A eficiência energética desempenha um papel crucial na transição para fontes de energia mais sustentáveis e na descarbonização das indústrias. Dentro desse contexto, a recuperação de energia residual de processos se destaca como uma estratégia, como é o caso da planta carboquímica, objeto deste estudo, em que os fornos de calcinação liberam gases de exaustão que contêm energia térmica e química. Esses gases, oriundos de seis fornos, têm uma vazão total de 1,36 kg/s a 800°C, tendo na composição 26% de H, 4,2% de CH e 5% de CO, entre outros gases, resultando em um potencial energético total de 8,306 MW, sendo 1,632 MW térmicos e 6,674 MW químicos. Este estudo objetiva analisar configurações de sistemas de cogeração, baseadas em ciclo a vapor, para esta recuperação energética, visando o aquecimento do óleo térmico do processo, além da geração eletricidade. Para isso, foram realizadas quatro simulações de configurações, partindo de um exemplo da Noruega, usando o software IPSEpro, seguidas de avaliação com base na primeira e segunda lei da termodinâmica, para avaliar o desempenho delas, além de identificar oportunidades para futuras otimizações. Os resultados indicaram que, além de prover o calor util de 70 kW, para aquecimento do óleo, é possível obter uma potência elétrica de até 2,654 MW. As eficiências energéticas e exergéticas dos ciclos a vapor atingem até 43,35% e 80,45%, respectivamente, enquanto que o sistema, como um todo, alcança até 32,8% e 32,09% de eficiências energéticas e exergéticas, respectivamente. A análise exergética revelou que há oportunidades para melhorar diversos processos, com as maiores destruições de exergia nas câmaras de combustão e nas caldeiras, além do calor recuperável nos gases de exaustão das caldeiras. Embora a avaliação ambiental não tenha sido parte do objetivo principal do estudo, qualitativamente, observou-se que há a diminuição drástica da temperatura dos gases jogadas hoje na atmosfera, além da queima dos elementos combustíveis presentes, principalmente do metano, reduzindo drasticamente a poluição térmica e química. Além disso, quantitativamente, ao gerar eletricidade, reduzindo assim a demanda da rede elétrica, evita-se a emissão de mais de 3.234 ton/ano de CO na atmosfera. Estes indicadores, bem como a avaliação termodinâmica, destas quatro configurações simuladas mostram o grande potencial teórico para a recuperação deste calor residual, que traz benefícios substanciais, tanto em termos de eficiência, quanto de redução de impactos ambientais. Este potencial também sugere uma necessidade novos estudos para outras avaliações, principalmente de viabilidade econômica, especialmente se o projeto vier a ser habilitado para ser integrado a um mercado de carbono.
