Please use this identifier to cite or link to this item: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/27405
Title: Tecnologias de conversão térmica para aproveitamento de resíduos polímeros : modelagem e simulação.
Other Titles: Thermal conversion technologies for waste recovery polymers: modeling and simulation.
???metadata.dc.creator???: SANTOS, Jacyelli Cardoso Marinho dos.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: SILVA, José Nilton.
???metadata.dc.contributor.referee1???: RAMOS, Wagner Brandão.
???metadata.dc.contributor.referee2???: MORAIS, Aldre Jorge.
???metadata.dc.contributor.referee3???: SILVA, Rebeca de Almeida.
???metadata.dc.contributor.referee4???: ARAÙJO, Danielle Freire.
Keywords: Pirólise;Gaseificação;Aspen Plus;Ciclo Otto;Pyrolysis;Gasification;Aspen Plus;Otto cycle
Issue Date: 29-Jun-2022
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: SANTOS, Jacyelli Cardoso Marinho dos. Tecnologias de conversão térmica para aproveitamento de resíduos polímeros : modelagem e simulação. 2022. 181 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2022.
???metadata.dc.description.resumo???: Os materiais poliméricos apresentam uma elevada porcentagem na composição dos resíduos sólidos urbanos (RSU). Estima-se que até 2015 foram gerados cerca de 6300 milhões de toneladas de resíduos poliméricos, desta quantidade 79% ficou acumulada em aterros ou ao ar livre. Todo esse material poderia ser convertido em produto de alto valor agregado a partir das tecnologias de conversão térmica. Nessa perspectiva, a presente pesquisa concentra-se no desenvolvimento de dois modelos de tecnologias de conversão térmica aplicadas aos materiais poliméricos, a pirólise e gaseificação, os quais permitam avaliar os processos em diferentes condições de operação, assim como o produto final obtido. Equitativamente objetiva-se, a partir de um estudo de caso com base nos dados históricos do aterro sanitário de Campina Grande (ASCG), constatar o desperdício consequente da simples disposição dos resíduos poliméricos e ausência de tecnologias como as propostas na presente pesquisa. A fim de cumprir com os objetivos o estudo, os processos de pirólise e gaseificação foram modelados no Aspen Hysys e Aspen Plus, respectivamente. Posteriormente, com base nos processos modelados e dados referentes aos RSU dispostos no ASCG foi realizado o estudo de caso dos referidos processos aplicados aos resíduos poliméricos dispostos no ASCG. Considerando a similaridade dos resultados obtidos nos processos modelados e dados experimentais extraídos da literatura constata-se que os modelos são verossímeis e permitem avaliar de forma quantitativa e qualitativa a conversão dos materiais poliméricos. Ambos os processos possibilitam a conversão dos polímeros em produtos de alto valor agregado, entretanto, o principal produto da pirólise, o óleo de pirólise, apesar de apresentar características que possibilitam seu uso como combustível alternativo ainda necessita de otimização e pesquisas que possibilitem tal aplicação, por outro lado, o gás de síntese, produto obtido no processo de gaseificação, possibilita várias rotas químicas o que o torna mais viável no que se refere a aplicação do produto final. Um modelo de motor de combustão interna ciclo Otto integrado ao processo de gaseificação permitiu observar o trabalho liquido oferecido pelo gás de síntese, o qual permite, a partir de 113 kg/hr de polímeros, a obtenção de 72,96 kW. O estudo de caso realizado no ASCG permitiu observar a grande quantidade de resíduos de polímeros acumulados no ASCG e o desperdício referente a simples disposição dos mesmos. Estima-se que de agosto de 2015 a agosto de 2021, 123.751,3 toneladas de polímeros foram destinadas ao ASCG, tal quantidade poderia, a partir do processo de gaseificação ser convertida em 211.479,1247 toneladas de gás de síntese, e a partir dessa quantidade seria possível obter 10.877,26 toneladas de hidrogênio, 35.299,67 toneladas de CH4 e 31.473,59 toneladas de CO, além de possibilitar a produção de 109.450,7 KW. Estima-se que a implementação do processo de gaseificação no ASCG possibilitaria obter, de 2023 a 2026, 178.905,5 toneladas de gás de síntese e gerar 92.592,3 KW. Em termos gerais pode-se concluir que os modelos de tecnologia de conversão térmica propostos na presente pesquisa oferecem uma alternativa para análise dos processos de pirólise e gaseificação aplicados a conversão de materiais poliméricos e que o processo de gaseificação pode ser proposto como uma alternativa viável dentro do plano de gestão de resíduos sólidos urbanos do ASCG e de grandes centros urbanos com situação similar.
Abstract: Polymeric materials have a high percentage in the composition of urban solid waste (MSW). It is estimated that by 2015 around 6300 million tons of polymeric waste were generated, of which 79% was accumulated in landfills or outdoors. All this material could be converted into a high value-added product using thermal conversion technologies. From this perspective, the present research focuses on the development of two models of thermal conversion technologies applied to polymeric materials, pyrolysis and gasification, which allow the evaluation of processes under different operating conditions, as well as the final product obtained. The objective is equally, from a case study based on historical data from the Campina Grande landfill (ASCG), to verify the waste resulting from the simple disposal of polymeric waste and the absence of technologies such as those proposed in this research. In order to fulfill the objectives of the study, the pyrolysis and gasification processes were modeled in Aspen Hysys and Aspen Plus, respectively. Subsequently, based on the modeled processes and data referring to the MSW disposed in the ASCG, a case study of the referred processes applied to the polymeric waste disposed in the ASCG was carried out. Considering the similarity of the results obtained in the modeled processes and experimental data extracted from the literature, it appears that the models are credible and allow the quantitative and qualitative evaluation of the conversion of polymeric materials. Both processes allow the conversion of polymers into high value-added products, however, the main product of pyrolysis, the pyrolysis oil, despite having characteristics that allow its use as an alternative fuel, still needs optimization and research that allow such application, on the other hand, the synthesis gas, a product obtained in the gasification process, allows several chemical routes, which makes it more viable with regard to the application of the final product. A model of an Otto cycle internal combustion engine integrated to the gasification process allowed to observe the net work offered by the synthesis gas, which allows, from 113 kg/hr of polymers, to obtain 72.96 kW. The case study carried out at the ASCG allowed us to observe the large amount of polymer residues accumulated in the ASCG and the waste related to their simple disposal. It is estimated that from August 2015 to August 2021, 123,751.3 tons of polymers were destined for the ASCG, such amount could, from the gasification process, be converted into 211,479.1247 tons of synthesis gas, and from that amount, it would be possible to obtain 10,877.26 tons of hydrogen, 35,299.67 tons of CH4 and 31,473.59 tons of CO, in addition to enabling the production of 109,450.7 KW. It is estimated that the implementation of the gasification process at the ASCG would make it possible to obtain, from 2023 to 2026, 178,905.5 tons of synthesis gas and generate 92,592.3 KW. In general terms, it can be concluded that the thermal conversion technology models proposed in the present research offer an alternative for the analysis of pyrolysis and gasification processes applied to the conversion of polymeric materials and that the gasification process can be proposed as a viable alternative within of the urban solid waste management plan of the ASCG and of large urban centers with a similar situation.
Keywords: Pirólise
Gaseificação
Aspen Plus
Ciclo Otto
Pyrolysis
Gasification
Aspen Plus
Otto cycle
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Química
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/27405
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Química.

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
JACYELLI CARDOSO MARINHO DOS SANTOS – TESE (PPGEQ) 2022.pdfJacyelli Cardoso marinho dos Santos - Tese (PPGEQ) 2020.2.61 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.