Orientador : Antonio Carlos Luz Lisboa

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica

Resumo: O xisto é uma rocha sedimentar que abriga matéria orgânica intimamente disseminada na sua estrutura mineral. A matéria orgânica pode, sob ação do calor, se transformar em petróleo. Este processo chama-se pirólise e ocorre em temperaturas acima de 350°C. A energia contida no xisto é, em...

Resumo: O xisto é uma rocha sedimentar que abriga matéria orgânica intimamente disseminada na sua estrutura mineral. A matéria orgânica pode, sob ação do calor, se transformar em petróleo. Este processo chama-se pirólise e ocorre em temperaturas acima de 350°C. A energia contida no xisto é, em termos mundiais, maior que a contida no carvão e muito maior que a contida nas reservas de petróleo convencional, daí o interesse em desenvolver processos de pirólise. Para a modelagem de reatores de desvolatilização de xisto são requeridos adequados valores para os parâmetros relevantes. Entre estes destacam-se os parâmetros cinéticos: a energia de ativação e o fator de freqüência. Um dos mecanismos mais propostos para a cinética de desvolatilização de xisto tem sido o de primeira ordem referente à concentração de material volátil. Trata-se de um mecanismo simples, que pode ser facilmente incorporado à modelagem de reatores. Contudo, a análise dos dados existentes indica uma incoerência de resuhados, que traz incertezas quanto ao uso indiscriminado do mecanismo de primeira ordem. As incertezas podem advir não apenas da origem dos xistos, mas também da forma de obtenção dos resuhados experimentais e da forma de tratamento desses resultados. Neste trabalho foram feitos: 1) Obtenção de dados experimentais de desvolatilização dos xistos da Formação Irati (Brasil) e de New Brunswick (Canadá). 2) Tratamento dos dados utilizando o mecanismo cinético global em uma única etapa de primeira ordem e o mecanismo de duas etapas de primeira ordem. 3) Análises sobre a adequação destes mecanismos para descrever o fenômeno. Foram uti1i7}'1das as equações disponíveis na literatura para obtenção dos parâmetros cinéticos. Os resultados obtidos mostraram que as equações que utilizam os valores de conversão são mais confiáveis que as equações que utilizam valores derivativos na obtenção dos parâmetros cinéticos. Os parâmetros cinéticos obtidos demonstraram ser função da taxa de aquecimento utilizada na análise termogravimétrica O mecanismo cinético que utiliza duas etapas de primeira ordem mostrou ser mais adequado que o de uma etapa

Abstract: Oil shale is a sedimentary roek made up of a eomplex organic matter scattered throughout a mineral matrix. The organie matter produees petroleum upon heating above 350°C. The interest on oil shale derives ftom the fact that the extratable energy ftom shale reserves is greater than ftom...

Abstract: Oil shale is a sedimentary roek made up of a eomplex organic matter scattered throughout a mineral matrix. The organie matter produees petroleum upon heating above 350°C. The interest on oil shale derives ftom the fact that the extratable energy ftom shale reserves is greater than ftom eoal and petroleum. The modelling of oil shale devolatilization requires values for the many parameters involved in the proeess. Among them, and by far the most important, are the kinetie parameters, te., the energy of aetivation and the ftequeney faetor. A kinetie mechanism for oil shale devolatilization suggests a first order rate equation in relation to the oil shale volatile matter coneentration. It is simple, and ean be readily ineorporated into reactor modelling. Unfortunately, the existent data indieates a scatter of values. This arises not on1y ftom the different oil shales used, but a1so ftom the experimental way they were generated and subsequently proeessed. This investigation carried out the following: 1) the experimental obtaining of devolatilization data ftom the Irati Formation (Brazil) and ftom New Brunswiek (Canada); 2) the obtaining ofthe kinetie data considering first order reactions, using one and two steps for the devolatilization proeess; 3) assessed the ability ofthe first order reaction to describe the experimental data. Several equations whieh relate the experimental data to the kinetie parameters were employed. The resuhs indieate that those equations whieh use the conversion values are more adequate than the equations whieh need derivative terms. The meehanism with two steps is a1so better than the one with one step. The kinetie parameters for the devolatilization process are a function ofthe heating rate