Efeito da temperatura sobre a conversao e o coeficiente de taxa de reacao na absorcao de so2 por calcario em reator de leito fluidizado.

Resumo

Entre os fatores que afetam a taxa de absorção de S02 por calcário na combustão de carvão em leito fluidizado, a temperatura desempenha um papel crucial. A conversão e o coeficiente de taxa de reação tendem a ser mais elevados para maiores temperaturas, refletindo a intensificação nos processos de transporte e cinético-químicos característicos das temperaturas mais elevadas. O processo de sulfatação é controlado pela difusão de SO2 na emulsão, pela difusão do SO2 através das camadas reagidas de sulfato de cálcio, e pela cinética das reações químicas envolvidas. A temperatura do processo é um fator determinante de qual desses fatores realmente controla a taxa de absorção. Nas temperaturas mais baixas, as reações químicas são extremamente lentas, e o fator cinético-químico limita a absorção. Em temperaturas superiores as reações tornam-se mais rápidas, e o transporte de massa na emulsão toma-se o fator limitante. Temperaturas ainda mais elevadas causam a dissociação do sulfato de cálcio, e há re-emissão de SO2. Esses efeitos opostos fazem com que a temperatura ótima para absorção de SO2 em leitos fluidizados situe-se na faixa entre 800 e 850ºC. Nessa faixa de temperaturas a taxa inicial de reação é controlada pela combinação dos efeitos difusivos na emulsão, e cinético químicos. Por outro lado, a máxima conversão obtida para uma partícula de calcário é, de fato, controlada pelo processo de bloqueio dos poros. Os macro e microporos desenvolvidos na calcinação do calcário são preenchidos pelo sulfato de cálcio gerado na sulfatação. Isso ocorre inicialmente nas camadas externas da partícula, e avança para o seu interior. Com o bloqueio de poros nas regiões superficiais, o processos difusivo através do material reagido e de difusão iônica assumem controle da reação, que se toma extremamente lenta. Temperaturas de processo adequadas garantem uma sulfatação nas camadas mais externas da partícula mais rápida, mas não afetam significativamente o grau de conversão final. As temperaturas são determinantes, no entanto, em relação ao tempo de sulfatação. Os desenvolvimentos experimentais serão efetivados para um único tipo de calcário, previamente estabelecido como o mais efetivo para absorção de SO2 em leito fluidizado. Serão consideradas temperaturas na faixa entre 750 e 950ºC, na qual todos os diferentes fatores controladores de reação anteriormente mencionados se efetivam. Duas granulometrias de calcário serão consideradas, 200 e 600 μm. Com isso será possível também fazer uma avaliação preliminar do efeito da granulometria do particulado no processo de absorção de SO2. Um particulado mais fino apresenta maior superfície reativa, porém é mais susceptível à perdas por elutriação. Os estudos serão desenvolvidos para uma velocidade de insuflamento de ar 6 vezes maior que a de mínima fluidização, e para uma fração molar de SO2 no ar de fluidização de 0,0023. As granulometrias de particulado, velocidade de fluidização e fração de SO2 no ar de fluidização são compatíveis com valores típicos de processos de combustão de carvão em leito fluidizado borbulhante. (AU)