Smoldering Combustion In Porous Media Kinetic Models For Numerical Simulations

Abstract

Tecnologias avançadas para a geração de energia usando combustíveis não convencionais xisto betuminoso e seu semi-coque, areias betuminosas, petróleo extra-pesado e biomassa proveniente de resíduos sólidos urbanos e de lodo de esgoto - têm em comum processos termoquímicos compostos de complexas reações químicas. Este trabalho trata da formulação e otimização de mecanismos químicos normalmente envolvidos na pirólise do xisto betuminoso e na combustão do xisto betuminoso e seu semi-coque. Problemas inversos (usando o algoritmo de Levenberg-Marquardt) foram empregados para minimizar o erro entre os valores estimados e os dados de termogravimétria para os mecanismos de reação de 3 passos para a pirólise do xisto betuminos, e mecanismos de 4 e 3 passos para o xisto betuminoso e seu semi-coque, respectivamente. Os parâmetros cinéticos, tais como ordem de reação, fator pré-exponencial, energia de ativação e os coeficientes estequiométricos que afetam a secagem, as reações de oxidação, pirólise e descarbonatação foram estimadas com sucesso. Além disso, os erros estatísticos e residuais foram avaliados, resultando em um valor razoável para todas as estimativas e o mecanismo cinético proposto e estimado para a combustão do semi-coque foi aplicado em um código em meios porosos. Um estudo paramétrico entre o perfil de temperatura e a velocidade do ar, e o perfil de temperatura e a concentração de carbono fixo foi desenvolvido. Este estudo mostra que o perfil de temperatura é extremamente influenciado por estes parâmetros, confirmando que a propagação da frente é controlada pela injeção de O2. Palavras-chave: Xisto Betuminoso, Semi-Coque, Pirólise, Combustão, Estimação de Parâmetros, Problemas Inversos, Levenberg-Marquardt, Meios Porosos