Gas engine oxyfuel combustion for combined heat and power applications

Abstract

A queima de hidrocarbonetos com oxigênio puro (oxyfuel combustion) remete ao processo de combustão no qual o comburente é, via de regra, uma mistura de oxigênio e CO2. A técnica permite implementar processos de captura e armazenagem de carbono. Assim, objetivos principais deste estudo foram avaliar a oxi-combustão aplicada em plantas de cogeração baseadas em motores a gás. Os motores empregam gás de pirólise de resíduos sólidos urbanos como combustível. O calor rejeitado pela planta de potência sustenta as reações de pirólise do substrato sólido. Para tal, foi desenvolvido um modelo matemático e numérico para analisar o desempenho termoeconômico da planta de cogeração. A presença de dióxido de carbono nos reagentes reduz a temperatura da mistura após a compressão em aproximadamente 200 K comparado à combustão convencional, permitindo o motor operar com elevadas taxas compressão, ampliando os limites da detonação. As predições numéricas indicaram eficiência térmica do motor, operando no modo oxyfuel, sempre superior a 42%, similar a queima do gás de pirólise com ar atmosférico. A temperatura de descarga do motor predita pelo modelo varia de 512 a 799 °C na oxicombustão comparada a 962 °C da queima com ar atmosférico, sendo adequada para sustentar as reações de degradação térmica do combustível derivado de resíduos, viabilizando a planta de cogeração. Uma planta CHP-CCS produzindo 200 MW de potência elétrica, a um custo aproximado de 510 milhões de dólares, possui tempo de período de retorno de investimento em menos de 5 anos, capturando cerca de 1.1 milhões de toneladas de CO2 por ano.