Análise de inflamabilidade da oxidação direta do metano para metanol com O2 e CO2 sob a ótica do design inerentemente seguro
| dc.contributor.advisor1 | Ferreira Palhares, Adriana Paula | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5736423072715628 | |
| dc.contributor.advisor1orcid | http://orcid.org/0000-0002-1783-1973 | |
| dc.contributor.author | Garcia, André Luis Ribeiro | |
| dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/3867655281195785 | |
| dc.date.accessioned | 2026-02-05T17:46:18Z | |
| dc.date.issued | 2025-12-08 | |
| dc.description.abstract | The conversion of methane to methanol through chemical looping reactions represents a current challenge that involves several requirements to become economically viable. Recent research highlights the advantages of conducting oxidations with the use of mild oxidizing agents instead of strong ones; however, the literature tends to focus on the consequences for selectivity and reaction conversion, while lacking studies that address process safety. The objective of this work was to investigate the safety benefits of replacing molecular oxygen with carbon dioxide as the oxidizing agent in the direct oxidation of methane to methanol, under the framework of Inherent Safer Design principles. The flammability analysis was conducted theoretically using Le Chatelier’s Mixing Rule, a reliable method for the context of this study and one already applied under similar conditions in the literature. Based on this approach, the flammability limits of the reaction mixture were calculated for both O₂ and CO₂ as oxidizing agents, and their behavior was examined under variations in temperature, pressure, and composition. The calculations were performed using Python programming, and the results were graphically organized with the aid of Origin Pro software. Flammability diagrams were constructed to compare the flammable zones of reactions using O₂ and CO₂, as well as the theoretical influence of temperature and pressure on these hazardous regions. In addition to explosion risks, carbon monoxide emission levels were analyzed, and the CO emissions from oxidation reactions specifically employing carbon dioxide were compared against occupational legislation and safety standards. The findings of this study support the hypothesis that the oxidation process using CO₂ is inherently safer than the one using O₂. This conclusion is indicated by the absence of flammable zones for the reaction mixture oxidized by carbon dioxide, as well as by the effect of CO₂ on the flammability limits of methane in air. Such a substitution of oxidants could be integrated into the future industrial-scale application of a chemical looping reaction that is both safer and economically viable. | eng |
| dc.description.resumo | A conversão de metano a metanol por meio de reações químicas em looping configura um desafio atual que possui diversos requisitos para se tornar economicamente viável. Pesquisas recentes apontam as vantagens de conduzir oxidações com o emprego de agentes oxidantes brandos ao invés de fortes, contudo a literatura tende a focar em consequências para a seletividade e conversão das reações, carecendo de estudos com enfoque na segurança de processos. O objetivo deste trabalho foi estudar as vantagens no ganho em segurança na substituição do oxigênio molecular pelo dióxido de carbono como agente oxidante na reação de oxidação direta do metano para metanol, considerando a ótica de Designs Inerentemente Seguros. A análise de inflamabilidade foi conduzida de forma teórica a partir da Lei da Mistura de Le Chatelier, um método confiável para o contexto do trabalho e já aplicado para condições similares deste na literatura. Com base nela foram calculados os limites de inflamabilidade para a mistura reacional da reação em questão empregando O2 e CO2 como agentes oxidantes, e estudado como tais limites se comportam em determinadas variações de temperatura, pressão e composição. Os cálculos foram realizados por meio de programação python, e os resultados obtidos foram organizados de forma gráfica com o auxílio do software Origin Pro. Foram construídos diagramas de inflamabilidade para comparar as zonas inflamáveis das reações que usam O2 e CO2, e como a temperatura e pressão influenciam teoricamente nestas áreas de risco. Além dos riscos de explosão, foram analisados os níveis de emissão de monóxido de carbono, e as emissões de CO pela reação oxidada especificamente por dióxido de carbono foram comparadas com legislações trabalhistas e normas de segurança. Os resultados deste trabalho corroboram para a confirmação da hipótese que o processo de oxidação empregando CO2 é inerentemente mais seguro do que o empregando O2, conclusão indicada pela ausência de zonas inflamáveis para a mistura reacional da reação oxidada por dióxido de carbono e pelo efeito que este surte nos limites de inflamabilidade do metano em ar. Esta troca de oxidantes pode ser conciliada com a futura aplicação de uma reação em looping em escala industrial que seja economicamente viável. | por |
| dc.description.sponsorship | Não recebi financiamento | |
| dc.identifier.citation | GARCIA, André Luis Ribeiro. Análise de inflamabilidade da oxidação direta do metano para metanol com O2 e CO2 sob a ótica do design inerentemente seguro. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23569. | por |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.14289/23569 | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | |
| dc.publisher.address | Campus São Carlos | |
| dc.publisher.course | Engenharia Química - EQ | |
| dc.publisher.initials | UFSCar | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | |
| dc.subject | Limites de inflamabilidade | por |
| dc.subject | Segurança de processos | por |
| dc.subject | CO2 | por |
| dc.subject | O2 | por |
| dc.subject | Design inerentemente seguro | por |
| dc.subject | Flammability limits | eng |
| dc.subject | Process safety | eng |
| dc.subject | Inherent safer design | eng |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA | |
| dc.subject.ods | 7. Energia limpa e acessível | |
| dc.subject.ods | 9. Indústria, Inovação e Infraestrutura | |
| dc.title | Análise de inflamabilidade da oxidação direta do metano para metanol com O2 e CO2 sob a ótica do design inerentemente seguro | por |
| dc.title.alternative | Flammability analysis of the direct oxidation of methane to methanol with O2 and CO2 from the perspective of inherently safe design | eng |
| dc.type | TCC |
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