UTILIZAÇÃO DA BIOMASSA NA INDÚSTRIA SIDERÚRGICA. Prof. Dr. Álvaro Lúcio

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1 UTILIZAÇÃO DA BIOMASSA NA INDÚSTRIA SIDERÚRGICA Prof. Dr. Álvaro Lúcio

2 1 INTRODUÇÃO Uma das medidas do padrão de vida de um país é o seu PIB. A análise de dados mundiais mostra uma relação direta entre a variação do consumo de energia e o PIB per capita. A energia ao lado das matérias primas e da mão de obra é um dos insumos básicos do desenvolvimento econômico. Ela permite transformação de materiais e a produção de bens e serviços que asseguram a subsistência da população. Assim, a disponibilidade de energia é necessária para o desenvolvimento e crescimento industrial. A humanidade recebeu uma dotação inicial de energia na forma de combustíveis fosseis, formados a partir da matéria orgânica animal ou vegetal. Entretanto, ela vem, há mais de dois séculos, consumindo as reservas energéticas armazenadas, em ritmo exponencial. Nós fomos educados acreditando que a garantia deste consumo é perpétua. O que se levou milhões de anos para ser formado está sendo hoje consumido a uma taxa milhões de vezes superior à de sua formação. O vetor básico da energia é a radiação solar, única e essencial. Apenas uma pequena fração da energia provém do interior da terra, das marés e dos elementos radioativos. A energia solar contribui com 99,98% da potência total disponível sobre a superfície da terra. Da energia solar incidente sobre a superfície da terra e dos mares, aproximadamente 0,023% é capturada pela biomassa através da fotossíntese. A fotossíntese é o processo pelo qual a biomassa utiliza a energia solar para converter CO 2 em carbohidratos, fixando o carbono e liberando oxigênio. A biomassa formada segue seu ciclo de vida, morre e se decompõe, dissipando a energia acumulada. Somente uma pequena fração da matéria orgânica permanece depositada em turfeiras, ou outros ambientes anaeróbicos, em condições de oxidação incompleta e de transformação. Esta matéria orgânica acumulada nas rochas sedimentares desde o período Cambriano evoluiu, se transformando nos combustíveis fosseis: carvão, petróleo, gás natural e xisto betuminoso. É sobre esta energia solar, armazenada quimicamente durante 600 milhões de anos que a humanidade tem sacado com intensidade crescente, consumindo grande parte dos combustíveis fosseis, todos provenientes da energia solar.

3 2 A BIOMASSA ENERGÉTICA CULTIVADA COMO VOCAÇÃO NO BRASIL O Brasil é um país que dispõe das condições ideais para aproveitamento da biomassa como fonte de energia para a geração termelétrica, ou como substituto dos derivados de petróleo, ou como matéria prima para a fabricação do carvão vegetal. Elevada taxa de insolação, e disponibilidade de grandes áreas para o reflorestamento, permite a utilização dessa fonte de energia renovável em escala muito mais elevada do que em qualquer outro país. Além disto a utilização da biomassa cultivada como fonte de energia é benéfica ao meio ambiente. Ao se queimar combustível fóssil, gás carbônico é lançado para a atmosfera. O aumento da concentração desse gás na atmosfera do planeta acarreta uma elevação gradual da temperatura, o assim denominado efeito estufa. O efeito estufa é causado pelo bloqueio que o gás carbônico provoca à irradiação solar refletida pela terra. Ao se queimar biomassa, gás carbônico é lançado para a atmosfera, tal como no caso do combustível fóssil. Mas durante a fase de crescimento da biomassa, gás carbônico é absorvido da atmosfera e oxigênio é liberado para a mesma. Alem disto, o oxigênio contribui para a recuperação do ozônio através do equilíbrio termodinâmico oxigênio-ozônio. Tratando-se de uma fonte de energia renovável, a biomassa cultivada tem, portanto, um grande futuro no País, pois é necessário ter sempre em mente a finitude dos combustíveis fosseis. No campo social, a utilização da biomassa cultivada como fonte de energia criaria condições para o surgimento em curto e médio prazos, de uma dezena de milhões de novos empregos, alem de abrir imenso espaço para o desenvolvimento tecnológico endógeno, o que significa aumento do poder de competição internacional para nossas empresas, melhora substantiva para nossa balança comercial e novas oportunidades de emprego para nossa juventude egressa das universidades, hoje sem perspectivas. É importante mencionar que o mercado de carbono representa a possibilidade de financiamento dos investimentos para paises em desenvolvimento, por meio do MDL, um dos recursos previstos no Protocolo de Quioto.

4 3 ALTERNATIVAS PARA A UTILIZAÇÃO DA BIOMASSA CULTIVADA COMO FONTE DE ENERGIA NA INDÚSTRIA SIDERÚRGICA As seguintes alternativas se apresentam para a utilização da biomassa cultivada na indústria siderúrgica. - Utilização do carvão vegetal proveniente da floresta cultivada como termo-redutor em altos fornos. - Utilização do carvão vegetal proveniente da biomassa cultivada, micropulverizado injetado nas ventaneiras dos altos fornos a coque. - Utilização da biomassa cultivada como fonte de energia para a geração termelétrica. - Utilização da biomassa cultivada como fonte de energia em substituição aos combustíveis fosseis em fornos industriais e em caldeiras para a geração de vapor.

5 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.1. INTRODUÇÃO O Brasil é o maior produtor mundial de carvão vegetal. A previsão para o ano de 2004 é de uma produção próxima de 7 milhões de toneladas. O principal uso do carvão vegetal no Brasil é na indústria siderúrgica, como termo-redutor nos altos fornos para a produção de ferro gusa, e como redutor nos fornos elétricos para a produção de ferro ligas. Aproximadamente 43% do ferro gusa produzido no Brasil utiliza carvão vegetal como termo-redutor. Pouco mais da metade do carvão vegetal produzido no País é proveniente de florestas cultivadas de eucalipto.

6 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.2. PRINCIPIOS BÁSICOS DA FABRICAÇÃO. DE CARVÃO VEGETAL O carvão vegetal foi o primeiro produto derivado da madeira utilizado pelo homem. Os homens primitivos observaram que o resíduo da madeira queimada produzia uma chama mais quente e com menos fumaça nas cavernas. O carvão vegetal tem um passado de anos. Posteriormente, quando acidentalmente a mistura de carvão vegetal queimado com certo tipo de pedras, um líquido pesado escorreu, saindo o homem da Idade da Pedra para a Idade dos Metais. Gaseificador de madeira com capacidade de 7 Gcal/hora Pirólise ou carbonização da madeira é um processo complexo no qual os componentes da madeira quando aquecida acima de 280 C na ausência do ar, são decompostos em vapores de produtos voláteis, gases não condensáveis e um produto sólido carvão vegetal é formado. Três termos são usados para descrever esse processo, dependendo do produto final desejado: Carbonização produto final: carvão vegetal. Destilação produto final: licor pirolenhoso. Gaseificação produto final gás combustível.

7 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.2. PRINCIPIOS BÁSICOS DA FABRICAÇÃO DE CARVÃO VEGETAL A carbonização da madeira se processa em três etapas. Secagem. Antes que a madeira possa ser carbonizada, a umidade que ela contem deve ser eliminada. A secagem é o principal período endotérmico da carbonização. Carvão vegetal produzido em reator DPC Pirólise. Nessa etapa a estrutura química da madeira é destruída sob temperatura elevada na ausência do ar. Depois de iniciada a etapa da pirólise é exotérmica, e a temperatura se eleva até C, com a emissão de hidrocarbonetos gasosos, o produto sólido residual sendo o carvão vegetal. As espécies gasosas são: CO, CO 2, H 2, CH 4, vapor d água, hidrocarbonetos gasosos e vapores de alcatrão, de metanol, de ácido acético e do licor pirolenhoso. Quando liberados para a atmosfera, a condensação desses vapores produz líquidos altamente nocivos ao meio ambiente. Resfriamento. O carvão vegetal produzido deve ser resfriado, devendo o forno ou retorta permanecer completamente selado para evitar a queima do carvão vegetal pelo ar atmosférico eventualmente infiltrado.

8 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.3. PROCESSOS PARA A FABRICAÇÃO DO CARVÃO VEGETAL O carvão vegetal pode ser produzido por vários processos, que podem ser divididos em duas categorias: processos de forno, nos quais o calor necessário para manter o processo é fornecido pela queima de parte da madeira em carbonização, e processos de retorta, nos quais a madeira é transformada em carvão vegetal no interior de um reator fechado, usualmente uma torre alta, o calor necessário sendo fornecido por uma fonte externa. Os processos de retorta para a carbonização da madeira exigem o corte da madeira com um máximo de 25 cm de comprimento. Nos processos de forno a madeira é usualmente carregada em toras com até 2 m decomprimento. Fornos de alvenaria Retangulares em operação: Poluição a vista CO, CO 2, H 2, CH 4, hidrocarbonetos gasosos e vapores de alcatrão, de metanol, de ácido acético e do licor pirolenhoso. Somente metano, esses fornos liberam 45 a 50 Kg/t de carvão produzido. Os processos de forno e os de retorta limitam o teor da umidade da madeira para um máximo de 30% (b.u.). Logo após o corte a madeira contem em média 50% de umidade (b.u). A madeira deve ser adequadamente empilhada ao ar atmosférico durante um período de 100 a 120 dias com a finalidade de reduzir a umidade da madeira da faixa de 50 para a de 30% de umidade. Esse empilhamento envolve um custo de mão de obra e financeiro.

9 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.3. PROCESSOS PARA A FABRICAÇÃO DO CARVÃO VEGETAL Fornos de alvenaria chamados Rabo Quentes em operação: Poluição a vista CO, CO 2, H 2, CH 4, hidrocarbonetos gasosos e vapores de alcatrão, de metanol, de ácido acético e do licor pirolenhoso. Somente metano, esses fornos liberam 45 a 50 Kg/t de carvão produzido. No Brasil somente o primitivo processo de forno tem sido usado na fabricação de carvão vegetal, que tem as seguintes desvantagens: Queima de parte da madeira enfornada para fornecer a energia necessária ao processo. Baixo rendimento gravimétrico. Baixa eficiência energética. Emissão de gases condensáveis muito prejudiciais ao meio ambiente. Tempo longo para o processo de carbonização, de 8 a 12 dias, produtividade baixa. Não aproveitamento dos constituintes gasosos combustíveis (condensáveis e não condensáveis) emitidos durante o processo. Controle do processo totalmente empírico, dependendo exclusivamente da habilidade do operador.

10 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.4. O PROCESSO DPC Figure 1 DPC BASIC DIAGRAM 5 7 Os conceitos básicos do processo DPC são: 1 Utilização dos gases emitidos condensáveis e não condensáveis como uma fonte da energia necessária ao processo de carbonização Utilização dos gases emitidos pela madeira em carbonização como um fluido térmico para a transferência de calor durante a fase endotérmica da pirólise. D P C DRYING PYROLYSIS COOLING 3 As funções de secagem da madeira, carbonização e resfriamento do carvão vegetal se processam simultânea e independentemente em no mínimo três reatores, ver figura ao lado. Os gases emitidos durante a pirólise, com um poder calorífico significativo, são queimados em uma câmara de combustão, onde geram gases quentes, que são transportados para o reator no qual se processa a secagem da madeira. 1 2 REACTOR REACTOR 3 REACTOR 4 COMBUSTION CHAMBER 5 HEAT EXCHANGER 6 7 BURNER FANS Qualquer reator pode desempenhar as funções de secagem, pirólise e resfriamento. O processo pode ser efetuado em mais de três reatores, dependendo da capacidade final desejada para a planta de carbonização. A figura no próximo slide mostra os conceitos do processo DPC aplicados a 10 reatores.

11 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.4. O PROCESSO DPC Na fabricação do carvão vegetal pelo processo DPC a madeira pode ser alimentada nos reatores com qualquer comprimento, de acordo com as conveniências do conjunto floresta planta de carbonização. Já foram realizados ensaios com madeira de 5,7 metros de comprimento. O processo se caracteriza entre outros aspectos pela utilização dos gases emitidos pela madeira em carbonização como fonte de energia. Não há queima da madeira, o que aumenta o rendimento gravimétrico, isto é a relação (kg de carvão vegetal)/(t de madeira seca). Planta DPC com 10 reatores interligados. Energia limpa. Os processos de carbonização da madeira disponíveis até hoje exigem madeira com um máximo de 30% de umidade (b.u.). Quando a madeira é derrubada na floresta a umidade é no mínimo 50%. Os gases emitidos durante a carbonização da madeira têm um conteúdo energético suficiente para secar a madeira com 50% de umidade, o que permite eliminar o ônus financeiro e de manuseio da madeira para a secagem ao ar atmosférico. Não há limitação da umidade da madeira no processo DPC. O carvão vegetal pode ser feito a partir de qualquer tipo de biomassa no processo DPC. Madeira, coco de babaçu, casca de coco, ossos, capim elefante e uma variedade de outras substancias podem ser utilizadas

12 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.4. O PROCESSO DPC O sistema é adequado para qualquer grau de mecanização e automação. Num desenvolvimento recente colocamos a madeira ou o capim elefante dentro da caçamba de um caminhão roll on. O caminhão transporta a biomassa na caçamba e a coloca dentro do reator. Findo o processo, o caminhão roll on retira a caçamba do reator, e a transporta para o silo onde o carvão vegetal é descarregado. Caminhão tipo roll on roll off retirando container contendo produto acabado de um reator DPC. O sistema foi aperfeiçoado pela colocação da câmara de combustão e do trocador de calor em cada reator. O resultado foi uma redução significativa no número e no comprimento de dutos e no número de válvulas. O processo pode ser interrompido após o período de secagem para a produção de madeira anidra, um combustível muito conveniente.

13 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.4. O PROCESSO DPC Plantação de capim elefante e o carvão produzido a partir dele sendo retirado do reator DPC As vantagens do processo DPC são: 1 Não há emissão de gases nocivos para a atmosfera. 2 Não é necessário serrar a madeira em pequenos toletes. 3 Não é necessário armazenar a madeira durante um longo tempo com a finalidade de reduzir sua umidade. 4 Rendimento gravimétrico mais elevado. 5 Custo de mão de obra inferior. 6 Controle preciso do processo de carbonização, o que permite obter carvão vegetal de acordo com as especificações do consumidor. 7 Uma significativa redução no custo da produção de carvão vegetal. 8 É um processo de elevada produtividade, o tempo de residência da madeira recentemente cortada é de aproximadamente 60 horas. 9 O custo de investimento expresso em reais por tonelada de carvão vegetal é inferior ao dos processos de retorta.

14 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.5. BIOMASSA COMO FONTE DE ENERGIA E O MEIO AMBIENTE Deve ser enfatizada a grande vantagem para o meio ambiente da utilização da biomassa cultivada como fonte de energia. Ao se queimar um combustível fóssil oxigênio é C (combustível fóssil) + O 2 (ar) CO 2 => gases efeito estufa O 2 drenado do ar => < O 2 => < O 3 => Radiação UV C (biomassa) + O 2 (ar) CO 2 Fotossíntese => CO 2 C (planta) + O 2 (ar) consumido e CO 2 é emitido para atmosfera. O acréscimo da concentração de CO 2 na atmosfera, intensificado nos últimos 200 anos, é uma das razoes para o assim denominado efeito estufa, que, se admite é uma das causas do aquecimento do planeta. Alem disso, o decréscimo correspondente na concentração do oxigênio é seguido por um decréscimo na concentração do ozônio, devido ao equilíbrio termodinâmico oxigênio - ozônio. A redução na concentração do ozônio aumenta a radiação ultravioleta na terra, e conseqüentemente o risco de câncer na pele. Se nada for feito para reduzir o consumo de combustíveis fosseis, nós deixaremos para nossos descendentes um planeta inabitável. Ao se queimar um combustível derivado da biomassa, CO 2 é emitido para a atmosfera, tal como no caso do combustível fóssil. Mas, durante o crescimento da biomassa cultivada, CO 2 é absorvido da atmosfera e oxigênio é emitido através do processo da fotossíntese. A fotossíntese é o processo pelo qual a biomassa utiliza energia solar para converter CO 2 em carboidratos, fixando o carbono e liberando oxigênio. O balanço final é nenhuma redução na concentração de oxigênio, o que é muito benéfico ao meio ambiente

15 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.5. BIOMASSA COMO FONTE DE ENERGIA E O MEIO AMBIENTE Há concordância entre os cientistas a respeito do mecanismo pelo qual o CO 2 pode afetar o clima do planeta, e a temperatura da superfície da Terra em particular. O CO 2 é transparente à radiação visível, que constitui a maior parte da radiação proveniente do sol, mas absorve a radiação infra-vermelha emitida pela superfície da Terra aquecida pelo sol. Resulta que quanto maior a concentração do CO 2, mais difícil será para a radiação infra-vermelha emitida pela superfície aquecida da Terra escapar para o espaço. A resposta deve ser portanto um acréscimo da temperatura próximo à superfície da Terra. Adequadamente o fenômeno é denominado efeito estufa ; o CO 2 na atmosfera afeta a temperatura em baixo exatamente do mesmo modo que o vidro que cobre uma estufa aumenta a temperatura no interior da mesma. Reator DPC em operação O petróleo, o carvão mineral e o gás natural, que são os motores da economia industrial do mundo contêm carbono inalado pelas plantas centenas de milhões de anos atrás. Esse carbono está agora retornando para a atmosfera sob a forma de CO 2 através das chaminés e dos tubos de descarga de gases combustos. A esses gases se juntam as fumaças emitidas pela queima das florestas dos paises pobres. Anualmente a humanidade lança para a atmosfera aproximadamente 6.5 bilhões de toneladas de CO 2 provenientes da queima de combustíveis fosseis.

16 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.5. BIOMASSA COMO FONTE DE ENERGIA E O MEIO AMBIENTE A reação química da queima do carbono contido em um combustível fóssil é: C (s) + O 2(g) N 2(g) CO 2(g) N 2(g) Reator DPC em operação Essa simples equação química mostra que cada 44 kg de CO 2 emitidos para a atmosfera, retira 32 kg de oxigênio. Assim, a emissão de 6.5 bilhões de toneladas de CO 2 para a atmosfera corresponde à drenagem de 4.7 bilhões de toneladas de oxigênio da atmosfera. Essa retirada é tão desastrosa como a emissão de um gás causador do efeito estufa, devido o equilíbrio termodinâmico oxigênio ozônio. Quem não percebe que hoje o sol queima mais do que no passado? Os números resultantes da queima de combustíveis fosseis são muito significativos. Para produzir uma tonelada de aço pela siderurgia convencional a coque, 1300 quilos de oxigênio são drenados da atmosfera, enquanto que a mesma tonelada produzida pela siderurgia a carvão vegetal libera para a atmosfera 150 kg de oxigênio.

17 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.5. BIOMASSA COMO FONTE DE ENERGIA E O MEIO AMBIENTE Na queima de combustível fóssil para a geração termelétrica as seguintes quantidades de oxigênio são drenadas da atmosfera: Óleo combustível Kg O 2 /MWh Gás natural 344 Kg O 2 /MWh Carvão mineral 670 Kg O 2 /MWh Ao se queimar um combustível fóssil como uma fonte de energia térmica nas industrias as seguintes quantidades de oxigênio são drenadas da atmosfera: Carvão mineral, óleo, gás natural Carbono capturado pelas plantas há dezenas de bilhões de anos atrás. 6.5 bilhões de toneladas de CO 2 lançados na atmosfera todo ano => drenagem de 4,7 bilhões de toneladas de O 2. Óleo combustível 60 (Kg O 2 )/GJ Gás natural 48 (Kg O 2 )/GJ Carvão mineral - 60 (Kg O 2 )/GJ De onde vem a energia? A radiação solar é a fonte básica de energia na terra. Somente uma pequena fração da energia é proveniente do interior da terra, dos elementos radioativos e das marés. 99,98% da energia na terra é proveniente do sol

18 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.5. BIOMASSA COMO FONTE DE ENERGIA E O MEIO AMBIENTE As árvores das florestas e a grama dos campos são sustentadas pelo fornecimento da energia proveniente do sol, cuja temperatura excede 6.000K. Os sensores de uma folha verde de uma planta informaram que ela está banhada por radiação proveniente de um objeto quente. Com a intervenção de um material esverdeado chamado clorofila, a folha absorve o CO 2 da atmosfera e o transforma em carbono fixando-o na planta. As plantas inalam o CO 2 da atmosfera e o transformam em folhas e madeira, liberando o oxigênio. O oxigênio é um subproduto desse processo denominado fotossíntese. Os animais herbívoros comem plantas, dependendo, tal como as plantas diretamente da fotossíntese para sua sobrevivência; os carnívoros se alimentam dos herbívoros, e assim dependem indiretamente da fotossíntese. CO 2 é transparente a radiação visível, mas absorve radiação ultravioleta => incremento de temperatura próximo a superfície. Os efeitos do acréscimo de um grau Celsius na temperatura média da terra durante esse século serão significativos e economicamente importantes. A agricultura será intensamente afetada, o nível dos mares provavelmente se elevará devido à contínua fusão do gelo das calotas polares. Não há dúvida de que o aquecimento global ocorrerá se a adição na atmosfera dos gases causadores do efeito estufa continuar. O resultado final será uma catástrofe global. Chegará um ponto em que um controle na emissão de gases causadores do efeito estufa deverá ser feito. Quando? Somente duas respostas fazem sentido: Agora e Ontem.

19 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.6. O PROCESSO DPC E AS EMISSÕES DE GASES POLUENTES E DE EFEITO ESTUFA NA FABRICAÇÃO DO FERRO GUSA O processo DPC pode produzir carvão vegetal nas dimensões adequadas ao alto forno, bem como finos de carvão vegetal a partir da biomassa de pequenas dimensões. Atualmente a crescente demanda de finos de carvão mineral para a utilização na combustão industrial, nas plantas de pelotização e na injeção nas ventaneiras dos altos fornos abre uma extraordinária oportunidade para a substituição desses finos por esse tipo de fonte de energia limpa e renovável que é o carvão vegetal. A produção de finos de carvão vegetal para utilização nas usinas integradas convencionais a coque pode reduzir significativamente as emissões de SO x e CO 2, bem como melhorar a qualidade do metal líquido produzido pelo alto forno a coque. A seguir montaremos 9 cenários para produção do gusa, em 7 deles utilizamos como termo redutor o coque e em 2 deles o carvão vegetal, ilustrativamente.

20 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.6. O PROCESSO DPC E AS EMISSÕES DE GASES POLUENTES E DE EFEITO ESTUFA NA FABRICAÇÃO DO FERRO GUSA: DESCRIÇÃO DOS CENÁRIOS SIMULADOS Cenário 1 CARGA METÁLICA CONSIDERADA 50% de minério granulado 50% de pelota REFERÊNCIA = ROTA 100% COQUE Cenário 2 CARGA METÁLICA CONSIDERADA 50% de minério granulado 50% de pelota ROTA: COQUE + PCI de 160 kg/t HM - CARVÃO MINERAL COQUE TOPO: 499 kg/tg ~444 kgcf/tg COQUE TOPO: 339 kg/tg ~ 299 kgcf/tg FINOS DE CARVÂO MINERAL: 160 kg/tg ~110 kgcf/tg Considerações: Taxa de substituição: 1 kg finos de carvão / 1 kg coque Emissões de CO kg/t gusa Emissões de CO kg/t gusa Consumo de O 2 : kg/ tgusa Consumo de O 2 : 871 kg/ tgusa

21 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.6. O PROCESSO DPC E AS EMISSÕES DE GASES POLUENTES E DE EFEITO ESTUFA NA FABRICAÇÃO DO FERRO GUSA: DESCRIÇÃO DOS CENÁRIOS SIMULADOS Cenário 3 CARGA METÁLICA CONSIDERADA Cenário 4 e 5 CARGA METÁLICA CONSIDERADA 50% de minério granulado 50% de pelota ROTA: COQUE Nm 3 / t HM - GÁS NATURAL COQUE TOPO: 370 kg/tg ~326kgCF/tg 50% de minério granulado 50% de pelota ROTA: COQUE + 10 % CF DO TOPO via CV COQUE TOPO: 449 kg/tg = 395 kgcf/tg GÁS NATURAL :100 Nm 3 /tg Considerações: 1,28 Kg de coque/nm 3 GN CARVÃO TOPO: 62 kg/tg = 45 kgcf/tg Considerações: 1 % CF coque = 1% CF do CV (conservadora) Emissões de CO kg/t gusa Emissões de CO kg/t gusa Consumo de O 2 : 858 kg/ tgusa Consumo de O 2 : 965 kg/ tgusa

22 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.6. O PROCESSO DPC E AS EMISSÕES DE GASES POLUENTES E DE EFEITO ESTUFA NA FABRICAÇÃO DO FERRO GUSA: DESCRIÇÃO DOS CENÁRIOS SIMULADOS Cenário 6 CARGA METÁLICA CONSIDERADA Cenário 7 CARGA METÁLICA CONSIDERADA 50% de minério granulado 50% de pelota ROTA: COQUE kg INJEÇÃO DE FINOS DE BIOMASSA COQUE TOPO: 339 kg/tg ~302 kgcf/tg 50% de minério granulado 50% de pelota ROTA: COQUE kg INJEÇÃO DE FINOS DE BIOMASSA COQUE TOPO: 310 kg/tg ~273 kgcf/tg FINOS BIOMASSA CARBONIZADA: 160 kg/tg ~120 kgcf/tg Considerações: Taxa de substituição: 1 kg finos de biomassa / 1 kg coque FINOS BIOMASSA CARBONIZADA: 210 kg/tg ~158 kgcf/tg Considerações: Taxa de substituição: 1 kg finos de biomassa / 1 kg coque Emissões de CO kg/t gusa Emissões de CO kg/t gusa Consumo de O 2 : 727 kg/ tgusa Consumo de O 2 : 678 kg/ tgusa

23 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.6. O PROCESSO DPC E AS EMISSÕES DE GASES POLUENTES E DE EFEITO ESTUFA NA FABRICAÇÃO DO FERRO GUSA: DESCRIÇÃO DOS CENÁRIOS SIMULADOS Cenário 8 CARGA METÁLICA CONSIDERADA Cenário 9 CARGA METÁLICA CONSIDERADA 50% de minério granulado 50% de pelota ROTA: CARVÃO VEGETAL Nm 3 GÁS NATURAL CARVÃO VEGETAL TOPO : 483 kg/tg ~344 kgcf/tg 50% de minério granulado 50% de pelota ROTA: 100 % CARVÃO VEGETAL CARVÃO VEGETAL TOPO : 617 kg/tg ~440 kgcf/tg GÁS NATURAL: 100 Nm 3 /tg Considerações: Taxa de substituição: 1,28 kg de coque / 1Nm 3 GN Emissões de CO kg/t gusa Emissões de CO kg/t gusa Consumo de O 2 : 298 kg/ tgusa Consumo de O 2 : 117 kg/ tgusa

24 Kg / t de gusa PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.6. O PROCESSO DPC E AS EMISSÕES DE GASES POLUENTES E DE EFEITO ESTUFA NA FABRICAÇÃO DO FERRO GUSA: GRÁFICO EMISSÕES DE CO 2 E CONSUMO DE O 2 NOS CENÁRIOS SIMULADOS Emissão de CO2 Consumo de O AF 100% coque AF coque + PCI 160 kg de CM AF coque + GN AF coque + 5% CV AF coque + 10% CV AF coque + AF coque + PCI 160 kg de PCI 210 kg de CV CV AF CV + GN AF 100% CV -400

25 AF 100% coque AF coque + PCI 160 kg de CM AF coque + GN AF coque + 5% CV AF coque + 10% CV AF coque + PCI 160 kg de CV AF coque + PCI 210 kg de CV AF CV + GN AF 100% CV AF 100% coque AF coque + PCI 160 kg de CM AF coque + GN AF coque + 5% CV AF coque + 10% CV AF coque + PCI 160 kg de CV AF coque + PCI 210 kg de CV AF CV + GN AF 100% CV kg / tg 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.6. O PROCESSO DPC E AS EMISSÕES DE GASES POLUENTES E DE EFEITO ESTUFA NA FABRICAÇÃO DO FERRO GUSA: GRÁFICOS GERAÇÃO VOLUMÉTRICA DE ESCORIA EM CADA CENÁRIO 0,09% 0,08% 0,07% 0,06% 0,05% 0,04% 0,03% 0,02% 0,01% 0,00% ENXOFRE E FÓSFORO NO METAL QUENTE EM CADA CENÁRIO %S no gusa %P no gusa

26 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.6. O PROCESSO DPC E AS EMISSÕES DE GASES POLUENTES E DE EFEITO ESTUFA NA FABRICAÇÃO DO FERRO GUSA: CONCLUSÕES Os cenários apresentados cobrem uma ampla faixa de possibilidades para a redução na emissão de CO 2 nas usinas siderúrgicas integradas a coque. Alem disso, os seguintes benefícios metalúrgicos podem ser mencionados com a injeção de finos de carvão vegetal nas ventaneiras dos altos fornos a coque: 1 - Sendo o carvão vegetal isento de enxofre, diminui o teor de enxofre no gusa líquido pela redução do consumo de coque, portador de enxofre no alto forno. 2 Menor teor de enxofre acarreta uma redução no custo da dessulfuração na panela. Alguns aços para os quais não há exigência de teor de enxofre muito pequeno dispensam a dessulfuração preliminar na panela. 3 Sendo o teor de cinzas do carvão vegetal inferior ao do coque, resulta menor volume de escória no alto forno, que por sua vez permite maior carga metálica com aumento da produtividade do alto forno. 4 Não havendo dessulfuração na panela, não há queda de temperatura do gusa líquido, o que permite aumentar a adição de sucata no reator a oxigênio. (LD). 5 Não havendo dessulfuração na panela, não há perda de gusa líquido, em média de 0.5%. A biomassa plantada é uma fonte de emissão nula de CO 2. Com a injeção de carvão de aproximadamente 210 kg/(t GL) em um alto forno a coque de uma usina siderúrgica integrada, é possível uma redução na emissão de CO 2 da ordem de 40%. Note-se que uma redução de 30% na emissão de CO 2 já atende um dos objetivos do protocolo de Kyoto.

27 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA COMPARAÇÃO DO CUSTO DA ENERGIA NO BRASIL Combustível PCI GJ/t US$/GJ US$comb./ US$óleo Madeira seca ao ar Madeira anidra Madeira torrada CAV Óleo combustível CONSIDERAÇÕES ECONÔMICAS O processo DPC pode gerar os seguintes produtos: Carvão vegetal para fornos elétricos de redução, com no mínimo 78% de carbono fixo. Vantagens em relação ao coque: isento de enxofre, resistividade elétrica mais elevada. Carvão vegetal para a industria siderúrgica. Vantagens em relação ao coque: isento de enxofre, reatividade mais elevada, menor volume de escoria devido o baixo teor de cinzas. Carvão vegetal com 35 a 50% de matéria volátil que denominamos CAV. Combustível ideal como substituto de combustíveis fosseis na indústria ou para geração termelétrica. Carvão vegetal a partir do capim elefante, de resíduos de serraria, ou de qualquer biomassa de pequenas dimensões. Madeira torrada. Madeira anidra. A tabela ao lado mostra uma comparação de custos da energia no Brasil em US$/GJ. O custo da biomassa é baseado nos preços atuais de mercado.

28 4. PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA 4.8. CONCLUSÕES O presente texto mostrou as vantagens do processo DPC de tratamento da biomassa energética em relação aos processos tradicionais de carbonização da madeira. Ficaram evidenciadas as grandes vantagens sob o ponto de vista ecológico da utilização da biomassa renovável como fonte de energia. As seguintes conclusões devem ser destacadas. 1 O processo DPC apresenta várias vantagens quando comparado com os tradicionais fornos de alvenaria e com os processos de retorta. 2 Qualquer tipo de biomassa pode ser carbonizada pelo processo DPC. 3 Não somente carvão vegetal, mas diversos produtos energéticos derivados da biomassa podem ser obtidos pelo processo DPC. 4 O custo da energia da biomassa cultivada é muito inferior ao custo da energia dos combustíveis fosseis, que não são inesgotáveis. 5 A biomassa é a fonte renovável de energia capaz de reduzir as emissões de CO2 e evitar a drenagem de oxigênio da atmosfera, contribuindo assim para a recuperação da camada de ozônio. 6 O processo DPC apresenta significativas vantagens sob o ponto de vista ecológico quando comparado aos tradicionais fornos de alvenaria. 7 O uso da biomassa cultivada como fonte de energia é uma fonte geradora de empregos nas áreas rurais do País. 8 A injeção de finos de carvão vegetal proveniente da biomassa cultivada nas ventaneiras dos altos fornos a coque reduz a dependência da importação de carvão mineral coqueificável e diminui as emissões de CO2 e de SO2. 9 As vantagens de menor volume de escoria e de menos enxofre no gusa líquido obtidas através da injeção de finos de carvão vegetal nas ventaneiras dos altos fornos a coque contribuem para uma redução no custo final do aço produzido pelas grandes usinas siderúrgicas integradas a coque. 10 O carvão vegetal para injeção nos altos fornos a coque terá como matéria prima o capim elefante, técnica que poderá se tornar uma importante fonte geradora de empregos.

29 5 BIOMASSA COMO FONTE DE ENERGIA PARA A GERAÇÃO TERMELÉTRICA PODER CALORÍFICO INFERIOR DOS PRODUTOS DERIVADOS DA MADEIRA Madeira verde Madeira seca ao ar Madeira anidra Madeira torrada Carvão vegetal KJ/kg KJ/kg KJ/kg KJ/kg KJ/kg

30 5 BIOMASSA COMO FONTE DE ENERGIA PARA A GERAÇÃO TERMELÉTRICA INFLUÊNCIA DA UMIDADE DA MADEIRA SOBRE O PCI DO GÁS GERADO NO GASEIFICADOR Umidade - % - (b.u.) PCI KJ/Nm

31 5 BIOMASSA COMO FONTE DE ENERGIA PARA A GERAÇÃO TERMELÉTRICA COMPARAÇÃO DO CUSTO UNITÁRIO DA ENERGIA ELÉTRICA Combustível PCI R$/MWh R$comb./ Madeira seca ao ar GJ/t 11,54 48,31 R$óleo 0,31 gaseif. Madeira anidra 19,66 39,65 0,26 gaseificada Madeira torrada gaseificada 22,59 45,70 0,30 CAV sem 26,98 34,52 0,22 irrigação CAV com 26,98 31,74 0,21 irrigação Gás natural 33,05 145,68 0,94 Óleo pesado 40,16 154,06 1,00

32 6 BIOMASSA COMO FONTE DE ENERGIA EM FORNOS INDUSTRIAIS Entendemos por carvão vegetal energético o carvão vegetal com elevado teor de matérias voláteis, destinado a ser usado micro-pulverizado. Ele se distingue do carvão vegetal siderúrgico pelo teor de carbono fixo inferior, e porque não há necessidade de elevada resistência à compressão. Para a utilização do carvão vegetal micro-pulverizado como combustível é conveniente um teor elevado de matérias voláteis, da ordem de 30 35%. No presente relatório esse produto será denominado CAV. Fatores que influenciam o desempenho de fornos de reaquecimento de metais De um modo abrangente, pode-se dizer que a operação ideal de um dado forno consiste em aquecer no mesmo, a quantidade máxima de material possível até uma determinada temperatura, com o máximo de uniformidade e com o mínimo consumo de energia e de mão de obra. O problema de operar um forno industrial com capacidade suficiente para aquecer uma certa quantidade de material metálico à uma temperatura determinada em um tempo dado, envolve cinco aspectos distintos, a saber: 1o.) Determinação da quantidade de calor a ser armazenada no material metálico a ser aquecido (capacidade térmica da carga). 2o.) Liberação da quantidade suficiente de calor no interior do forno para aquecer a carga e para atender as perdas térmicas. 3o.) Transferência desse calor da chama para a superfície exposta do material em aquecimento. 4o.) Equalização da temperatura na carga metálica. 5o.) Determinação das perdas térmicas. Na maioria dos fornos industriais a capacidade térmica é controlada pelos itens 3 e 4. Para o aquecimento de material com espessura abaixo de 100 mm a taxa de aquecimento será limitada pela taxa de transmissão de calor, ou pela taxa na qual o calor pode ser liberado no forno. Acima de 100 mm a taxa de aquecimento será limitada pela transmissão de calor da superfície de aquecimento do material até o centro ou até a superfície que não recebe calor diretamente.

33 6 BIOMASSA COMO FONTE DE ENERGIA EM FORNOS INDUSTRIAIS Temperatura teórica de chama Como se deseja substituir óleo pesado por CAV, é necessário fazer uma comparação entre a temperatura teórica de chama destes dois combustíveis. A temperatura teórica de chama é aquela alcançada pelos produtos gasosos de uma combustão realizada à pressão constantes e em condições adiabáticas. Isto é, sem perdas de calor, de modo que todo o calor desenvolvido pelas reações de combustão é consumido pelo aquecimento dos produtos da temperatura ambiente até a temperatura de chama a calcular. A temperatura real de chama é inferior à teórica, pois as condições de combustão nunca são perfeitamente adiabáticas, as perdas por irradiação abatem o máximo aquecimento dos produtos gasosos da combustão. Alem disso, em temperaturas elevadas ocorre a decomposição parcial dos produtos da combustão, em extensão tanto maior quanto mais elevada for a temperatura de chama. Essas reações de decomposição são endotérmicas e contribuem para reduzir a temperatura real de chama. A temperatura de chama é calculada por meio de um balanço térmico, que pode ser resumidamente expresso do seguinte modo: PCI do combustível + calor contido no ar comburente + calor contido num eventual preaquecimento do combustível = Calor contido nos produtos da combustão à temperatura T a calcular. Normalmente resulta uma equação do terceiro grau, devido às equações do calor específico em função da temperatura dos gases produtos da combustão.

34 6 BIOMASSA COMO FONTE DE ENERGIA EM FORNOS INDUSTRIAIS ANÁLISE DO CAV A vantagem do elevado teor de voláteis é a facilidade de ignição do CAV micro-pulverizado, os resultados obtidos na combustão sendo praticamente idênticos aos obtidos pelo óleo pesado adequadamente atomizado.. Caracterização do CAV : Carbono fixo: 65% Matérias voláteis: 32% Cinzas: 1% Umidade: 1%. PCI: Kcal/Kg. A baixa umidade será obtida no micro-pulverizador, onde a secagem e a moagem se processam simultaneamente. Quando se pretende substituir o óleo pesado por outro combustível em um forno de reaquecimento de metais, os seguintes aspectos devem ser considerados: Temperatura de chama. Capacidade térmica Transmissão de calor dos gases combustos para a carga sólida. Escoamento gasoso.

35 7 ALTERNATIVA DA GASEIFICAÇÃO DA BIOMASSA As seguintes alternativas se apresentam para a utilização da biomassa cultivada como fonte de energia para a geração termelétrica. 1 Queima direta da lenha de metro (caso da floresta cultivada) seca ao ar atmosférico até p nível de 35% de umidade. É viável somente para caldeiras de pequena capacidade. 2 Queima direta do chip de madeira obtido em um picador. A não ser no caso da utilização de resíduos de serraria, a madeira em cavacos apresenta as seguintes desvantagens: A madeira deve ser utilizada com umidade elevada, restrição imposta pelo picador. Custo de manutenção elevado, devido à necessidade de troca freqüente das laminas. Consumo elevado de energia elétrica, da ordem de 5% da energia gerada. Necessidade de caldeiras com grandes dimensões, devido o baixo PCI da madeira úmida, o quesignifica investimento mais elevado nacaldeira. 3 Queima direta da madeira anidra ou da madeira torrada. Como lenha de metro, teria a mesma limitação anterior: não é viável para caldeiras de grande porte, mas será possível a utilização em caldeiras de maior capacidade se a lenha for serrada em pequenos toletes, na máximo com 20 cm de comprimento.

36 7 ALTERNATIVA DA GASEIFICAÇÃO DA BIOMASSA As seguintes alternativas se apresentam para a utilização da biomassa cultivada como fonte de energia para a geração termelétrica. 4 Gaseificação prévia da biomassa seca ao ar atmosférico até o nível de 35% de umidade, seguida da queima do gás combustível gerado. As vantagens da utilização de gás pobre proveniente da gaseificação da biomassa são: Melhor controle da combustão, pois são evitadas as flutuações na relação (ar comburente)/(combustível) inerentes às fornalhas de queima direta da biomassa. Maior eficiência térmica do forno ou caldeira. Custo inicial aproximadamente metade do picador. O gaseificador praticamente não precisa de manutenção, enquanto que o picador exige troca freqüente de lâminas. Consumo de energia elétrica do gaseificador 3 a 4 vezes inferior ao do picador. No caso da substituição em fornos ou caldeiras previamente existentes do óleo pesado por biomassa, basta a troca do combustor de óleo pelo combustor de gás, ou por um combustor misto óleo e gás de biomassa capaz de queimar qualquer proporção dessa mistura decombustiveis. 5 Secagem da madeira recentemente cortada e posterior gaseificação. As vantagens de secar a madeira recentemente cortada em um secador DPC são: Evita o ônus financeiro do armazenamento ao ar atmosférico durante no mínimo cem dias. Eleva o PCI do gás pobre gerado, resultando em menores dimensões da câmara de combustão.

37 8 PRINICIPIOS BÁSICOS DA GASEIFICAÇÃO DE COMBUSTIVEIS SÓLIDOS Para se utilizar madeira como fonte de energia térmica nos fornos de calcinação, é necessário que o teor de umidade da mesma não ultrapasse a faixa de 28-32% (b.u.). Uma limitação para a utilização da madeira como combustível é a umidade contida na mesma. A umidade diminui o PCI da madeira devido ao consumo térmico na vaporização da água. No momento do corte a madeira tem em média 50% de umidade. Ou seja, para cada cem quilos de madeira anidra a ser utilizada como combustível é necessário vaporizar cem quilos de água. A umidade da madeira é reduzida pela simples exposição da mesma ao ar atmosférico durante um certo tempo. Nas condições climáticas da região central do Brasil, a umidade da madeira é reduzida de 50 para 30-35% pela secagem natural ao ar atmosférico durante cerca de 120 dias. Esse armazenamento aumenta o custo da energia gerada pela madeira devido à mão de obra para o manuseio e ao ônus financeiro representado pela estocagem da madeira durante o tempo necessário para a secagem. A importância da secagem da madeira é evidenciada no quadro 3, que mostra a influência da umidade da madeira sobre o PCI da mesma. A secagem ao ar atmosférico limita a redução da umidade da madeira até o nível de 30 35%. Níveis inferiores exigiriam um tempo excessivamente longo de exposição ao ar atmosférico, havendo ainda o risco de degradação da madeira por apodrecimento. O quadro 3 mostra a conveniência de se levar a umidade da madeira a um nível próximo de zero, ao estado conhecido como madeira anidra. Ao diminuir o PCI, a umidade limita a distância que a madeira pode ser transportada. A obtenção de madeira anidra a partir da madeira recentemente cortada pode ser feita através do secador que utiliza o processo DPC. Para utilização nos fornos verticais de calcinação, a madeira deve ser previamente gaseificada. A seguir uma noção do processo de gaseificação da madeira.

38 8 PRINICIPIOS BÁSICOS DA GASEIFICAÇÃO DE COMBUSTIVEIS SÓLIDOS Gaseificação da madeira. Entende-se por gaseificação a reação de um combustível sólido com a quantidade oxigênio muito inferior à necessária para a reação completa, visando a formação de um gás combustível. No caso do carbono contido na madeira, uma das reações resultantes da gaseificação é a reação (2). O resultado da gaseificação é um gás contendo algumas espécies gasosas combustíveis, uma delas sendo o CO, cuja reação de combustão é a reação (3). O objetivo da gaseificação é explorar as vantagens da utilização de combustíveis gasosos em relação aos combustíveis sólidos no que se refere à eficiência e ao controle da combustão. A gaseificação de um combustível sólido é processada em um reator denominado gaseificador. Os princípios básicos da gaseificação de combustíveis são simples. Um gaseificador consiste de um reator, usualmente vertical, no qual a madeira é alimentada pelo topo. Uma quantidade controlada de ar é injetada pela parte inferior, de modo que parte do combustível é queimado como numa fornalha normal. A característica essencial é o suprimento limitado de ar, de modo a se obter uma combustão parcial, que ao mesmo tempo libera a energia necessária para o processo. Portanto, trata-se de uma gaseificação por combustão parcial. A madeira, com elevado teor de voláteis (em torno de 80%), com baixo teor de cinzas (menos de 1%) e com a vantagem adicional de não conter enxofre, é a matéria prima ideal para a gaseificação. Quatro processos distintos têm lugar em um gaseificador: secagem, pirólise, combustão e redução. Embora haja considerável superposição, cada etapa pode ser imaginada como ocupando uma zona separada, na qual processos químicos e térmicos fundamentalmente diferentes têm lugar. O combustível sólido deve passar por todos esses processos antes que seja gaseificado. A figura 1 representa esquematicamente um gaseificador, e a seqüência de reações que nele se passam. As reações (6) e (7) são endotérmicas. CO2(g) + C(s) 2CO(g) (6) C(s) + H2O(v) H2(g) + CO(g) (7) A reação (6) é a principal reação de gaseificação, pois é essa reação que gera o principal constituinte gasoso combustível.

39 8 PRINICIPIOS BÁSICOS DA GASEIFICAÇÃO DE COMBUSTIVEIS SÓLIDOS ALIMENTAÇÃO DE LENHA GÁS 450 C ZONA DE SECAGEM ELIMINAÇÃO DA UMIDADE 600 C ZONA DE PIRÓLISE ELIMINAÇÃO DOS ALCATRÕES E OUTROS VOLÁTEIS 800 C ZONA DE REDUÇÃO C + H C + H O C + C0 CH C0 + H CO 950 C ZONA DE COMBUSTÃO C + 0 C C AR

40 8 PRINICIPIOS BÁSICOS DA GASEIFICAÇÃO DE COMBUSTIVEIS SÓLIDOS Gaseificação da madeira. A zona de pirólise está geralmente acima das zonas de combustão e redução. Nenhum ar é admitido na zona de pirólise, que recebe calor das regiões vizinhas. Uma vez que a temperatura alcança cerca de 400 C, reações exotérmicas auto-sustentadas têm lugar, na qual a estrutura da madeira é destruída. Esse processo é semelhante ao que ocorre quando carvão vegetal á fabricado em um forno fechado. Durante a pirolise, desprendese uma quantidade considerável de vapor d água, ácido acético, metanol e de alcatrões. No caso da madeira, 50% ou mais do peso original pode se desprender como voláteis e alcatrões. O material sólido remanescente da pirólise é o carvão vegetal, que será consumido nas zonas de combustão e de redução. Quando o se utiliza carvão vegetal como combustível a ser gaseificado, o desprendimento dos produtos da pirólise é muito menor, pois isso já ocorreu durante a fabricação do carvão vegetal. As reações que se passam nas diferentes zonas de um gaseificador estão indicadas na figura 1, que mostra também o intervalo de temperatura em cada zona. O gás efluente do gaseificador é constituído de monóxido de carbono (CO), hidrogênio (H2), metano (CH4), nitrogênio (N2), dióxido de carbono (CO2), vapor d água (H2O), e voláteis condensáveis, tais como, vapores do licor pirolenhoso, de metanol, e dos alcatrões. Esses voláteis condensáveis contribuem para o PCI do gás combustível gerado, e se caracterizam pela produção de uma chama com elevado poder de irradiação. Por esse motivo, o gás combustível produzido no gaseificador de madeira deve ser utilizado logo após a saída do gaseificador, ainda quente, em temperatura acima do ponto de condensação desses constituintes. A composição do gás de madeira depende fundamentalmente da umidade da madeira alimentada no gaseificador. A elevação da umidade da madeira faz decrescer o teor de componentes combustíveis, aumentando em contra-partida o teor de vapor d água. Se a umidade da madeira for superior a 35% o PCI do gás é baixo demais, causando instabilidade na chama. A tabela a seguir mostra a relação entre o PCI do gás gerado no gaseificador e a umidade da madeira.

41 8 PRINICIPIOS BÁSICOS DA GASEIFICAÇÃO DE COMBUSTIVEIS SÓLIDOS Influência Da Umidade Da Madeira Sobre O PCI Da Madeira E Do Gás Combustível Umidade - % (b.u.) PCI Mad. Kcal/Kg PCI GC Kcal/Nm

42 8 PRINICIPIOS BÁSICOS DA GASEIFICAÇÃO DE COMBUSTIVEIS SÓLIDOS A tabela abaixo mostra a composição química típica do gás de madeira quando o gaseificador é alimentado com madeira com 30% de umidade (b.u.). Composição Química Do Gás De Madeira GÁS % (VOLUMÉTRICA) CO 20,0 H 2 8,0 CH 4 1,0 CO 2 6,0 H 2 O 33,5 N 2 30,0 GASES COMB. CONDENSÁVEIS 1,5 Como no forno vertical de calcinação o gás é utilizado na temperatura que sai do gaseificador, no intervalo C, é necessário considerar a contribuição ao PCI do calor sensível do gás nessa temperatura. Resulta para o gás quente proveniente da madeira com 30% de umidade um PCI da ordem de 1350 Kcal/Nm 3.

43 8 PRINICIPIOS BÁSICOS DA GASEIFICAÇÃO DE COMBUSTIVEIS SÓLIDOS

44 8 PRINICIPIOS BÁSICOS DA GASEIFICAÇÃO DE COMBUSTIVEIS SÓLIDOS

45 8 PRINICIPIOS BÁSICOS DA GASEIFICAÇÃO DE COMBUSTIVEIS SÓLIDOS

46 8 PRINICIPIOS BÁSICOS DA GASEIFICAÇÃO DE COMBUSTIVEIS SÓLIDOS

47 MUITO OBRIGADO PELA ATENÇÃO

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