Captura, armazenamento e utilização de dióxido de carbono na indústria de cimento
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Resumo
A indústria de cimento é um dos setores responsáveis pelas maiores emissões de dióxido de carbono (CO2) do mundo. Ao longo dos anos, várias medidas vêm sendo tomadas com o objetivo de reduzir as emissões de CO2 dessa indústria. Tecnologias de captura de CO2 para armazenamento e/ou utilização são apontadas como as alternativas mais relevantes para mitigação significativa de gases de efeito estufa. Dentre as tecnologias de captura de CO2, a oxy-fuel combustion tem se destacado por apresentar maior eficiência de captura. Para utilização de CO2, uma opção é a aplicação da tecnologia power-to-gas. Este trabalho avaliou a captura, armazenamento e utilização do CO2 produzido pela indústria de cimento. A tecnologia oxy-fuel combustion foi empregada para a captura do CO2 e a tecnologia power-togas foi aplicada para utilização do gás capturado. O processo convencional de clinquerização, o processo de clinquerização com captura de CO2 por meio da oxy-fuel combustion e a integração das tecnologias oxy-fuel combustion e power-to-gas foram analisados mediante simulação computacional realizada no software comercial Aspen Plusâ. A substituição de parte do combustível fóssil por combustíveis alternativos se mostrou satisfatória: houve redução das emissões de CO2, tanto para o processo convencional, quanto para o processo com captura de CO2 por meio da oxy-fuel combustion. As taxas de recirculação do gás de exaustão calculadas por meio das simulações variaram entre 54 e 56%. Para o processo de captura de CO2 por meio da oxy-fuel combustion, o consumo de O2 obtido variou entre 243,4 e 254,4 kgO2/tonclínquer. O consumo de energia elétrica devido à integração das tecnologias oxy-fuel combustion e powerto-gas foi bastante elevado. No entanto, foi possível produzir até 304,7 kgSNG/tclínquer atendendo aos padrões requeridos pela legislação brasileira, assumindo que 100% do CO2 foi destinado para utilização.
Abstract
The cement industry is one of the world's largest carbon dioxide (CO2) emitters. Over the years, a number of measures have been conceived to reduce its CO2 emissions. CO2 capture technologies for storage and/or utilization are pointed out as the most relevant alternatives for significant greenhouse gases mitigation. Among CO2 capture technologies, oxy-fuel combustion has stood out due to its greater capture efficiency. For CO2 utilization, one alternative is to apply the power-to-gas technology. This work evaluated the CO2 capture, storage and utilization in the cement industry. In the simulated scenarios, oxy-fuel combustion technology was employed to CO2 capture and power-to-gas technology was applied to CO2 utilization. The clinker conventional process, the oxy-fuel combustion clinker process and the integration of oxy-fuel combustion and power-to-gas technologies was analyzed through the steady-state modeling and simulation in the commercial flowsheet simulation software Aspen Plusâ. The obtained results have shown that alternative fuels contribute to the reduction of CO2 emissions in the oxy-fuel combustion clinker process as well as in the conventional process. The calculated values of flue gas recirculation ranged from 54 to 56%. The obtained values for O2 consumption in oxy-fuel combustion ranged from 243.4 and 254.4 kgO2/tclinker. The electric energy consumption by the oxy-fuel combustion and power-to-gas technologies integration was rather high. However, values as high as 304.7 kgSNG/tclinker could be produces, which is well within the standards imposed by Brazilian laws, assuming that all CO2 was destined for utilization.
Assunto
Engenharia química, Cimento - Indústria, Dióxido de carbono, Simulação (Computadores)
Palavras-chave
Produção de clinquerização, Emissões de dióxido de carbono, Captura de dióxido de carbono, Armazenamento de dióxido de carbono, Utilização de dióxido de carbono oxy-fuel combustion, Power-to-gas, Combustíveis alternativos, Simulação computacional