Projeto Container de Carbonização Rima Industrial S/A

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1 Projeto Container de Carbonização Rima Industrial S/A Ricardo Antônio Vicintin José Urbano Alves Adriana de Oliveira Vilela Flávio Lúcio Eulálio de Souza Belo Horizonte, Outubro 2008

2 Rima Industrial S/A Fundada em 1987; 2º Maior produtor mundial de CaSi; 4º Maior produtor mundial de Si metálico; Maior produtor de ferro-ligas do Brasil; Único produtor de Mg primário do hemisfério sul; Empresa fabricante de equipamentos industriais. Única indústria verticalmente integrada de Magnesium diecast;

3 Cidades onde a Rima atua

4 Tecnologia Tradicional de Carbonização Fornos Rabo Quente Transição da era da pedra lascada para era do bronze Processo inalterado desde sua invenção Perda de 50% da energia contida na madeira Controle visual Emissão de metano Geração de finos elevada Trabalho manual, rude, insalubre...

5 Forno de Alvenaria Rabo Quente 70% do carvão do Brasil

6 Fornos de Alvenaria Rima

7 Projeto Rima de Carbonização Forno Container Tecnologia: - Pirólise acelerada por exaustão; - Forno metálico móvel; - Mecanização da operação; - Automação do controle; - Tecnologia em desenvolvimento desde 2001.

8 Ciclo Contínuo Unidade Piloto Carbonização (6 horas) Secagem (2 horas) Resfriamento (7 horas) Carregamento (2 horas) Descarregamento (30 minutos)

9 1 Produção de Carvão Vegetal Forno Container - Piloto 4 3 2

10 Projeto RIMA Piloto

11 Carregamento de lenha

12 Carbonização/Secagem Piloto

13 Resfriamento (piloto)

14 Descarregamento do carvão (piloto)

15 Queima do gás da carbonização

16 Estatística de 500 corridas lenha com umidade média de 15 a 25% RG CV.(st/mdc) carvão (kg) Carvão (mdc) Tempo Tiço (kg)* 25% 1, ,5 4, % 1, ,8 5, % 1, ,0 5, % 1, ,3 5,8 40

17 Estatística de 30 corridas (lenha com 13% de umidade) Testes Container Média Testes Média Produção de tiço (kg) 40 Produtividade (kg/h) 70 Lenha (st) 4,60 Tempo resfriamento 7 Lenha (kg) 1600 % tamboramento 63% Carvão (m 3 ) 2,8 Índice de queda 35% Carvão (kg) 440 finos (%<9mm) 0,6% Rend.Grav.(container) 32% PCI (Kcal/kg) 8500 Conversão Volumétrica 1,6 %Carbono Fixo 82% Lenha (kg/st) 350 %Material Volátil 17% Carvão (kg/m 3 ) 170 %Cinzas 1% Tempo de carbonização 6hs

18 Processo de Carbonização Termopares Exaustor Fornalha Plataforma de pesagem Célula de carga Gases para o Processo de Secagem

19 BM/BE Carbonização BALANÇO DE MASSA / ENERGIA %(BS) %(BU) Massa PCI kcal/kg Energia (kcal) Rendimento Gravimétrico 32% 26% 256 Alcatrão insolúvel: 7% 6% Gases não condensáveis: 25% CO 2 62% 12,40% 124 CO 34% 6,80% CH 4 3% 0,60% H 2 1% 0,20% Licor pirolenhoso 35% água de constituição 65% 18% ácido acético 14% 5% alcatrão solúvel 20% 5% metanol 1% 2% Umidade (água livre) 0% 20% TOTAL 99% 101% ,13x10 6

20 Balanço Energético do Processo (Kcal/kg lenha) Estágios Demanda Oferta Secagem Torrefação Carbonização Fixação Total Balanço energético: 980 Mcal/ton de lenha ou 10 6 kcal/ton Fonte: Seminário: Prática, Logística, Gerenciamento e Estratégias para o Sucesso da Conversão da matéria Lenhosa em Carvão Vegetal para Uso na Metalurgia e Indústria Novembro de 2006)

21 Secagem 620 kcal/kg de água livre 850 kcal/kg de água ligada

22 Secagem Energia total para secagem: 1500 kcal/kg de umidade Energia total para secagem de 1ton de lenha com 20% de umidade : kcal 1ton de lenha: 10 6 kcal 70% de energia excedente Alvenaria Perda Container Processo Térmico 30% de energia para secagem

23 Produção de Carvão Vegetal Forno Container Projeto Industrial Fornos de 20m 3 Lenha de 2,5m Secagem/Torrefação e Pré-secagem Tempo de Carbonização: 6 a 8horas Tempo de Resfriamento: 6 a 8 horas Carregamento e descarregamento mecanizado Unidades de Produção de carvão de 1000 a 2000 ton/mês

24 Produção de Carvão Vegetal Forno Container Projeto Industrial (sem pré-secagem) Resfriamento Carbonização Queima Secagem Carregamento de lenha (em implantação) Descarregamento de Carvão

25 Produção de Carvão Vegetal Forno Container Projeto Industrial (com pré-secagem) Resfriamento Carbonização Queima Secagem/pré secagem Carregamento de lenha Descarregamento de Carvão (em implantação) Grelha

26 Processo de Pré-secagem da lenha (em implantação) Umidade e voláteis Parede de Alvenaria Grelha Fluxo de Gases do Processo de Secagem

27 Processo de Secagem da lenha Pré-Seca Umidade e voláteis Processo de pré-secagem Grelha Fornalha Gases da Fornalha Grelha Processo de pré-secagem

28 Processo de Resfriamento do Carvão Gases da Combustão quente (projeto/avaliação econômica) Gases da Combustão Exaustor Frio

29 Capacidade Produtiva Teórica Unidade Industrial Variáveis: %H 2 O, kg/st, %RG, %FU, N o Containers: Fornos ton/st %H2O lenha ton %RG %FU Carvão ton/dia ton/mês 5 0,4 15% 6,8 33% 95% ,35 15% 5,95 33% 95% ,4 10% 7,2 30% 95% ,4 20% 6,4 30% 95% ,4 15% 6,8 30% 90% ,4 15% 6,8 30% 100%

30 Capacidade Produtiva Teórica Unidade Industrial Variáveis: %H 2 O, kg/st, %RG, %FU, N o Containers: Meta Rima: Fornos ton/st %H2O lenha ton %RG %FU Carvão ton/dia ton/mês 5 0,4 15% 6,8 32% 95% Número de corridas por dia por forno: 3 a 3,5

31 Unidade de Produção de Carvão e Co-geração 1000ton/mês (em torno de 4000m 3 /mês): 5 fornos x 3,5 corridas/dia x 8ton de lenha* x 32% bs x 30 dias = 1000ton/mês *lenha com umidade de 15 a 20% e 0,4ton/st Energia: 5 fornos x 8ton de lenha/corrida x 1Gcal/ton lenha x 1corrida/8hrs = 5Gcal/h (uma caldeira de 65kg com 4500kcal/h de suprimento de energia, produz 5kg/h de vapor e 1 kw de potência) Então um suprimento de 5 Gcal/h = gera 1 MW (20% de Eficiência)

32 Geração Horária de Energia em 5 Fornos

33 Geração Horária de Energia em 10 fornos

34 Geração de Créditos de Carbono Metano ~ 5% Fonte: Seminário: Prática, Logística, Gerenciamento e Estratégias para o Sucesso da Conversão da matéria Lenhosa em Carvão Vegetal para Uso na Metalurgia e Indústria Novembro de 2006)

35 Geração de Créditos de Carbono 1 ton lenha seca = 250 kg de GNC = 10 a 15kg de CH 4 = 330kg de carvão 12 kg CH 4 (1ton de carvão gera 35 a 55kg CH 4 ) Fonte: Seminário: Prática, Logística, Gerenciamento e Estratégias para o Sucesso da Conversão da matéria Lenhosa em Carvão Vegetal para Uso na Metalurgia e Indústria Novembro de 2006)

36 Planta de 1000ton/mês Container de 20m 3 20 Tempo de carbonização Produção de carvão Geração de Energia Potência 6 a 8 horas 1000ton/mês 5 Gcal/h 1MW Geração de MDL anual (previsão) ton de CO 2 Custo médio do carvão: U$10,00/m 3 (1998) a U$100,00/m 3 (2008) R$ 26,00/ton CO 2

37 Investimento 1 UPC 1000 ton/mês Valor Quantidade Custo Container de 20m Suporte para carregamento Base para descarregamento Tubulação (m) Sistema de refrigeração Automação Transportador de correia Fornalha Queimador de cavaco/biomassa Exaustor Ponte rolante Empilhadeira (Hyster H40, 2 ton) Grua Galpão 20 m x 80 m ,

38 Tecnologias de carbonização visitadas Europa 2008 Parâmetros Outras tecnologias Forno Container Capacidade (ton/ano) 1000 a Número de Fornos 6 a 12 (60 a 200m 3 ) 40 (20m 3 cada) Tempo de carbonização 12 a 24 horas 6 a 8 horas Produtividade ton/h 0,2 a 1,6 2,8 Empregados/ton.dia carvão 0,3 a 2,5 0,3 Rendimento Gravimétrico 20 a 40% 30% a 35% Custo (U$) 2 a 15 milhões 9 milhões Energia para Carbonização Lenha e gás de pirólise Acícula (atual) Resíduos Florestais (futuro)

39 Parâmetros Outras tecnologias Forno Container Movimentação do carvão Baixa a alta Baixa Automação Baixa a alta Alta Aproveitamento de energia Perda ou secagem Secagem/co-geração Número de Empregados 10 a Qualidade visual carvão Ruim Boa %Carbono Fixo 70% a 85% 75 a 85% Controle de Processo Cor, vazão, peso, temperatura Peso, vazão temperatura Forma de Resfriamento Natural, água, ar Água sem contato Forma de Secagem Natural, e gás da combustão Gás da combustão Consumo de energia elétrica Até kwh/dia 6000 kwh por dia Geração de finos elevada 1%<9mm

40 Parâmetros Comparativos Preliminares Parâmetros Alvenaria Container Produção Mensal 1.000, ,00 Ton/Mês Rendimento Gravimétrico 26% 33% Base Seca Preço da Lenha Cortada Seca 125,00 125,00 R$/Ton QL Total Funcionários Depreciação Fornos 2,0 5,0 Anos Investimento R$ Preço Venda Carvão 800,00 800,00 R$/Ton Crédito Carbono 0, ,00 Kg CO 2 /Ton Preço Crédito Carbono 10,00 10,00 Euro/Ton Créd. Impostos 9,25% 9,25%

41 Carvão Container- Piloto (produção de 3 dias)

42 Carvão de Terceiros

43 Carbonização do Capim Cameroon

44 Carvão de Capim

45 Carbonização de Lenha Cortada 23% umidade

46 Carvão de Lenha Cortada (200 mm )

47 Resultados da Carbonização com lenha cortada Testes Rendimento Gravimétrico 36% 34% 36% Conversão Volumétrica 1,5 1,6 1,6 Tempo de carbonização 5 horas 5,8 horas 6,8 horas Índice de queda (médio): 40% Índice de tamboramento (médio): 53%

48 Projeto Rima - Vantagens 1. Elevada produtividade 2. Elevado rendimento gravimétrico 3. Redução das perdas de produto (geração de finos) 4. Redução das cinzas 5. Eliminação das impurezas 6. Rápido resfriamento 7. Baixa relação entre homens/hora e produção de carvão

49 Projeto Rima - Vantagens 8. Mecanização do descarregamento 9. Otimização do controle 10. Automação do processo 11. Elevada versatilidade (matéria-prima) 12. Aproveitamento da energia contida nos gases da carbonização 13. Redução a zero das emissões de metano (Projeto MDL) viabilizando o empreendimento

50 Projetos de Pesquisa e Otimização I. Secagem e pré-secagem II. Resfriamento com trocador de calor/convecção III. Controle e automação IV. Carbonização da lenha picada V. Carbonização do capim picado

51 Pedidos de Patentes em Análise INPI 1ª Patente solicitada: Outubro/ novos pedidos de patente complementares protocolados (2001 a 2008)

52 OBRIGADO!

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