Análise e otimização da gaseificação de borras de petróleo utilizando modelagem CFD

DELLA COLLETTA, Letícia de Oliveira Silva

dc.creator	DELLA COLLETTA, Letícia de Oliveira Silva
dc.date.issued	2024-12-15
dc.identifier.uri	https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4186
dc.description.abstract	The gasification of petroleum sludge is a relatively new and underutilized technology, especially when compared to disposal techniques such as incineration and landfilling. This study presents the gasification of petroleum sludge using air as the gasification agent, through Computational Fluid Dynamics (CFD) modeling, with the optimization of gasifier characteristics and operating parameters aimed at maximizing the heating value of the resulting gas. Characterization of this material included the calculation of its activation energy and pre-exponential factor, and a modeling method was developed for the devolatilization reaction of petroleum sludge. These data were incorporated into the CFD model for adjustment to the material. The geometry used was developed based on the gasifier present in the Laboratory of Solid Fuel Gasification at UNIFEI. A two-dimensional Euler-Lagrangian multiphase reactive model was developed, using the species transport model to describe chemical kinetics within the gasifier. Initially, the air factor was varied within the gasification range, and the highest heating value was found with an air factor of 0.38, resulting in a gas with 3.8 MJ/Nm3. After the initial analysis, the operational parameters were optimized to find the point of maximum heating value, varying the gasifier height, fuel particle diameter, wall temperature, and air factor. The highest gas heating value was found for a gasifier height of 1.85 m, a fuel particle with a 0.1 mm diameter, a wall temperature of 337 °C, and an air factor of 0.23. At this point, the heating value was increased to 5.32 MJ/Nm3, a 42% increase compared to the best result obtained before optimization. The optimization showed how these parameters variation can help increase the energy produced in this system, even when using only air as the oxidizing agent. It also provides a starting point for future scale-up in the production of combustible gas from petroleum industry waste.	pt_BR
dc.language	por	pt_BR
dc.publisher	Universidade Federal de Itajubá	pt_BR
dc.rights	Acesso Aberto	pt_BR
dc.subject	Borra de petróleo	pt_BR
dc.subject	Gaseificação	pt_BR
dc.subject	Modelagem	pt_BR
dc.subject	Otimização	pt_BR
dc.subject	CFD	pt_BR
dc.title	Análise e otimização da gaseificação de borras de petróleo utilizando modelagem CFD	pt_BR
dc.type	Tese	pt_BR
dc.date.available	2025-01-20
dc.date.available	2025-01-20T19:29:31Z
dc.date.accessioned	2025-01-20T19:29:31Z
dc.creator.Lattes	http://lattes.cnpq.br/0272258544591552	pt_BR
dc.contributor.advisor1	VENTURINI, Osvaldo José
dc.contributor.advisor1Lattes	http://lattes.cnpq.br/2975606575001382	pt_BR
dc.contributor.advisor-co1	ANDRADE, Rubenildo Vieira
dc.contributor.advisor-co1Lattes	http://lattes.cnpq.br/5628314398399833	pt_BR
dc.description.resumo	A gaseificação de borra oleosa de petróleo é uma tecnologia relativamente nova e pouco utilizada, principalmente quando comparada com técnicas de disposição como incineração e aterramento. Este trabalho apresenta o estudo da gaseificação da borra de petróleo utilizando ar como agente de gaseificação, através da modelagem CFD, com a otimização das características do gaseificador e parâmetros de operação onde se pretende maximizar o poder calorífico do gás resultante. A partir da caracterização deste material, foram calculados sua energia de ativação e fator pré-exponencial, também sendo desenvolvido um método de modelagem para a reação de devolatilização da borra oleosa. Estes dados foram introduzidos no modelo CFD para seu ajuste ao material. A geometria utilizada foi desenvolvida com base no gaseificador presente no Laboratório de Gaseificação de Combustíveis Sólidos da UNIFEI. Foi desenvolvido um modelo reativo multifásico bidimensional Euler-Lagrangiano, utilizando o modelo de transporte de espécies para a descrição da cinética química dentro do gaseificador. Inicialmente o fator de ar foi variado dentro da faixa de gaseificação, sendo encontrado o maior poder calorífico com 0,38 de fator de ar, obtendo-se um gás de 3,8 MJ/Nm3. Após a análise inicial, foi realizada a otimização dos parâmetros de operação e dimensionais para encontrar o ponto de maior poder calorífico, com variação da altura do gaseificador, diâmetro de partícula combustível e temperatura de parede, além do fator de ar. O maior poder calorifico do gás foi encontrado para 1,85 m de altura do gaseificador, partícula combustível com 0,1 mm de diâmetro, temperatura de parede de 337 °C e 0,23 de fator de ar. Neste ponto o poder calorífico foi elevado para 5,32 MJ/Nm3, sendo um aumento de 42% em relação ao melhor resultado obtido antes da otimização. A otimização demonstrou como a variação dos parâmetros pode ajudar a elevar a quantidade de energia produzida neste sistema ainda que utilizando apenas ar como agente oxidante, assim como apresenta um ponto de partida para futura aumento de escala na produção de gás combustível a partir de resíduos da indústria de petróleo.	pt_BR
dc.publisher.country	Brasil	pt_BR
dc.publisher.department	IEM - Instituto de Engenharia Mecânica	pt_BR
dc.publisher.program	Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica	pt_BR
dc.publisher.initials	UNIFEI	pt_BR
dc.subject.cnpq	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA	pt_BR
dc.relation.references	DELLA COLLETTA, Letícia de Oliveira Silva. Análise e otimização da gaseificação de borras de petróleo utilizando modelagem CFD. 2024. 143 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2024.	pt_BR