AVALIAÇÃO PRELIMINAR TÉCNICO-ECONÔMICA DA PIRÓLISE RÁPIDA DE BIOMASSA

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Bento Fagundes Taveira
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1 AVALIAÇÃO PRELIMINAR TÉCNICO-ECONÔMICA DA PIRÓLISE RÁPIDA DE BIOMASSA Luis Enrique Brossard González, NÚCLEO INTERDISCIPLINAR DE PLANEJAMENTOS ENERGÉTICOS- NIPE. FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA. UNICAMP.Avenida Shigeo Mori 2013 CEP Cx. Postal 1170 Campinas-SP-Brasil. tel: (019) Fax: (019) Luíz Augusto Barbosa Cortez, Juan Miguel Mesa Pérez, Jóse Dilcio Rocha, Edgardo Olivares Gómez NÚCLEO INTERDISCIPLINAR DE PLANEJAMENTOS ENERGÉTICOS- NIPE. FACULDADE DE ENGENHARIA AGRICOLA. UNICAMP.Avenida Shigeo Mori 2013 CEP Cx. Postal 1170 Campinas-SP-Brasil. tel: (019) Fax: (019) RESUMO O presente estudo visa à avaliação técnica econômica do processo de pirólise rápida. Mediante este processo de conversão termoquímica será possível transformar resíduos agrícolas e agroindustriais em produtos com maior valor agregado. A pirólise rápida é o oposto à carbonização ou pirólise lenta, apresentando tempos de residência dos vapores no interior do reator muito curtos e rendimentos de até 75% da fração líquida`(bioóleo). O bio-óleo é uma fonte de insumos químicos renováveis e pode ser usado como bio-óleo combustível na geração de energia elétrica, em aplicações estacionarias substituindo o óleo combustível e o diesel. ABSTRACT This study presents a biomass fast pyrolysis techno-economical assessment. As an inovative biomass thermochemical conversion process the fast pyrolysis is able to produce high value products from agrindustrial residues such as cane trash and bagasse. The main product in this process is the bio-oil. Fast pyrolysis is the opposite of carbonization. It has short residence time for the vapors inside the reactor, and yields about 75 wt% of bio-oil (as a liquid fraction). Bio-oil form fast pyrolysis biomass is a renewable raw material that may replace the diesel and fuel oil to generate electricity. INTRODUÇÃO A busca de combustíveis alternativos na atualidade esta sendo cada vez mais vital para a melhoria da qualidade da vida no planeta desde o ponto de vista da poluição ambiental. A queima de combustíveis fósseis produz gases com uma grande concentração de CO e enxofre, sendo estes os principais causadores do chamado efeito estufa, o mesmo tem produzido um aumento da temperatura no planeta e as chuvas ácidas. As mesmas deterioram os reservatórios de águas e os rios assim como o solo, o que leva a um empobrecimento na produção agrícola. Mediante tecnologias alternativas como a pirólise e a gaseificação é possível transformar resíduos agrícolas em produtos que tenham um maior valor agregado o qual valoriza mais estes resíduos. A queima destes resíduos irá a gerar também CO 2. Porém durante seu crescimento ela consumira a mesma quantidade de CO 2 que será devolvida à atmosfera após seu uso final. EQUIPAMENTO Para a realização desta análise preliminar de viabilidade econômica foram utilizados dados da planta de pirólise rápida com reator de leito fluidizado da UNICAMP, Campinas-SP, a qual se encontra instalada em áreas do Centro de Tecnologia Copersucar-CTC, em Piracicaba-SP, figura (2). A avaliação foi realizada considerando-se a escala natural da planta, a qual é uma unidade piloto de até 250 kgh de capacidade de alimentação de biomassa. A unidade foi operada durante um período de tempo de 6 meses a uma taxa de 12 horas por dia

2 (aproximadamente 700 horas de operação), com capim elefante devidamente condicionado para os testes. O condicionamento da biomassa incluiu o corte e trituração do material até um tamanho médio de partícula variando entre 1,0 e 2,0 mm, e a sua secagem até teores de umidade de aproximadamente 10 a 12% base úmida (umidade de equilíbrio) O processo transcorre a temperaturas que podem variar entre os 450 o C (pirólise rápida a baixa temperatura) até os 650 o C -700 o C (pirólise rápida a moderada temperatura). Desta forma a partícula de biomassa se reduz, muito rapidamente, a vapores e carvão vegetal de granulometria muito baixa e faixa relativamente estreita. O processo é esquematizado na Figura 1 abaixo Esteira transportadora Reator de leito fluidizado Coletores de carvão em pó Figura 1 Esquema da planta de pirólise rápida d e leito fluidizado

3 Capim Elefante Corte e Trituração Secagem Reator de Leito Fluidizado Separador de Finos- Bateria de Ciclones (I) Injetor tipo Rosca Sem-Fim Separador de Finos- Ciclone (II) Resfriamento, Condensação e Separação dos Líquidos da Pirólise GÁS PARA PROCESSO Coletor de Carvão Vegetal CARVÃO VEGETAL PULVERIZADO BIO-ÓLEO DE PIRÓLISE RÁPIDA Coletor de Líquidos Figura 2 Esquema mostrando as etapas do processo de pirólise rápida em leito fluidizado (planta UNICAMP-Copersucar) ANÁLISE ECONÔMICA Embora exista uma diversidade de tipos de análises econômicas em tecnologias, os parâmetros envolvidos em um estudo de viabilidade são os mesmos. Neste trabalho serão discutidos aqueles parâmetros necessários para elaborar a estimativa de Fluxo de Caixa do projeto de pirólise rápida em leito fluidizado, (CATHERINE, 1992). METODOLOGIA A avaliação econômica será realizada pelo método do Valor Presente Liquido, serão confrontados os custos de construção e operação do reator e o preço de mercado e custos de produção do produto. O valor presente líquido é a soma dos valores presentes positivos (receitas e economias) e dos valores negativos (despesas e investimentos). Em função do fluxo de caixa, da taxa de juros (interesse) adotados e da vida útil considerado, avalia-se o valor presente das economias futuras em relação ao investimento inicial Os cálculos foram realizados considerando que a produção mensal de bio-óleo aumenta progressivamente desde 17 toneladas até 54. As mudanças na produção consideram o uso da mesma planta, podendo-se variar a alimentação de biomassa desde 150 kg/h até 250 kg/h. A fração fenólica do bio-óleo pode substituir o fenol petroquímico em até 50% em massa. Neste caso, o preço do bio-óleo foi levantado em relação ao preço do fenol, o qual é, atualmente, de aproximadamente RS$1.000,00 a tonelada O rendimento de bio-óleo estimado por kg de biomassa seca alimentada variou entre 40 % e 75 %. Considera-se também que, junto ao bio-óleo é

4 obtido um 10% de carvão vegetal por kg de biomassa seca, cujo preço de venda é de $R 80 a tonelada, é incluído dentro do faturamento total. Tabela 1 Custos fixos Tipo de despesa Valor Salários e encargos sociais 1950,00 Pró-labore - Aluguel 200,00 Condomínio - IPTU - Contador 180,00 Advogados - Assessorias - Luz 700,00 Telefone 100,00 Manutenção de imóveis - Manutenção de veículos 30,00 Propaganda 100,00 Seguros Representação dos socios 50,00 Viagens(estadias + passagem) 200,00 Fretes 200,00 Outras despesas 200,00 Juros básicos Tarifas bancárias 50,00 Depreciação 1230,87 Total mensal 5190,87 Nº do Ativo Tabela 2 Investimento Inicial Descrição do Equipamento Valor de Reposição Valor Residual Vida Útil Depreciação Mensal 1 Dosador de biomassa 4618,57 230, ,56 2 Motovariador de velocidade da rosca 6933,64 346, ,89 3 Reator de Pirólise mas um ciclone , , , Ciclone 3311,81 165, ,22 5 Válvula de amostragem 1902,46 95, ,12 6 Queimador de gás de Pirólise ou Flare 579,89 28, ,95 7 Esteira de dosagem 4140,66 207, ,78 8 Resfriador -Condensador de gases 5798,88 289, ,82 9 Sistema de resfriamento de água 3133,47 156, ,81 10 Sistema de recuperação de bio-óleo 40000, , ,67 11 Ventilador Radial CR 2998,50 149, ,48 12 Bomba de vácuo 3553,56 177, ,36 13 Instrumentação e controle 11728,37 586, ,70 14 Instalações Elétricas 1713,00 85, ,56 15 Serviços de apoio 4100,00 205, ,46 16 Tanque de Armazenamento de bio-óleo 10000,00 500, ,17

5 Total , ,87 CV= quantidade de biomassa consumida RS$ + quantidade de inerte consumido RS$+ quantidade de carvão consumido RS$. 4.1 FLUXO DE CAIXA Para os diferentes fluxos de alimentação e os diferentes rendimentos obteremos um fluxo de caixa distinto para cada situação. Em todos os casos considerou-se que o tempo trabalhado foi o mesmo, 12 horas por dias, 24 dias por mês e que investimento inicial foi de ,39 RS$. Nas tabelas a seguintes apresentamos a produção de bio-óleo para cada condição diferente Fluxo kgh Rend. % Bioóleo t/mês Tabela 3 Fluxo de caixa AC(Q) = C ( Q) Q Onde: C ( Q) = a + bq C(Q): Custo total a: Custo fixo b: Custo Variável AC(Q): Custo unitário Q: Quantidade vendida Tabela 4 Custos unitários custo unitário RS$/t Quantidade de bio-óleo t Mês Tabela 5 Fluxo de caixa Vazão (kg/h) Rend (%) Produção de bioóleo (t) Custo fixo Custo Variável Venda de bio-óleo e carvão Lucro antes do IR Imposto 23,9% Lucro líquido VP , , , , , ,

6 , , , , , , VPL VPL < 0 o investimento não é viável VP: Valor presente VF VP = n ( 1+ i) i: Taxa de retorno VF: Valor futuro n: período de tempo VPL: Valor presente líquido VPL: Investimento Inicial Valor presente (KAPLAN, 1983) CONCLUSÕES Os resultados econômicos mostraram que: A viabilidade da planta depende em grande medida de sua capacidade de alimentação; Seria recomendável o conhecimento das relações de escala entre plantas de diferentes tamanhos. PLAVRAS CHAVES Bio-óleo, biomassa, pirólise rápida, análise tecno - econômico, techno-economical AGRADECIMENTOS À fapesp pelo financiamento neste projeto REFERÊNCIAS [1] Catherine, E., Technoeconomics Analysis of the Prodution of Biocrude from Wood, NREL, Report TP , 1992, [1] Kaplan, S., Energy Economics Quantitative Methods for Energy and Enviromental Decisions, Mc Graw-Hill Book Company, New York, 1983.

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