III German-Brazilian Renewable Energy Dialogues Biogás

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1 III German-Brazilian Renewable Energy Dialogues Biogás PRODUÇÃO DE ELETRICIDADE PRODUZIDA A PARTIR DO BIOGÁS PROVENIENTE DA BIODIGESTÃO DA VINHAÇA João Rodolfo Côrtes Pires Côrtes Consultoria Rio de Janeiro, RJ, 30 de novembro de

2 Agenda Objetivo Introdução Processo Produtivo Produção de Biogás Dessulfurização do Biogás Geração de Eletricidade Considerações Finais 2

3 Agenda Objetivo Introdução Processo Produtivo Produção de Biogás Dessulfurização do Biogás Geração de Eletricidade Considerações Finais 3

4 OBJETIVO Apresentar os resultados da operação da planta piloto. Explicar o processo de produção e de limpeza do biogás. Avaliar o potencial e as perspectivas futuras para a aplicação desta tecnologia.

5 Agenda Objetivo Introdução Processo Produtivo Produção de Biogás Dessulfurização do Biogás Geração de Eletricidade Considerações Finais 5

6 INTRODUÇÃO Financiamento FINEP, Programa INOVA BRASIL, Decisão 00395/09 14/09/09 P&D ANEEL PA046, PRODUÇÃO DE ELETRICIDADE A PARTIR DO BIOGÁS PROVENIENTE DA BIODIGESTÃO DA VINHAÇA COM CONSEQUENTE REDUÇÃO DE SEU POTENCIAL POLUIDOR E DIVERSIFICAÇÃO DA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA P&D ANEEL PA056, PRODUÇÃO E COMERCIALIZAÇÃO DE ELETRICIDADE PRODUZIDA A PARTIR DO BIOGÁS PROVENIENTE DA BIODIGESTÃO DA VINHAÇA

7 INTRODUÇÃO Parceria entre: Apoio Usina Ester: Análise de viabilidade técnica e comercial: Côrtes Consultoria Suporte Financeiro:

8 INTRODUÇÃO Usina com Mix de Produção de 50% Etanol e 50% Açúcar 3,1 MM Sc. Açúcar 135 mil m3 Etanol 1550 mil m3 Vinhaça Moagem: 3,0 MM ton Cana 0,8 MM ton Bagaço 35 MW Potência* 0,2 MM ton Palha *Exportação/Safra de 5000h

9 INTRODUÇÃO Usina com Mix de Produção de 50% Etanol e 50% Açúcar 3,1 MM Sc. Açúcar 135 mil m3 Etanol 10 MW Potência* (vinhaça) 1550 mil m3 Vinhaça Biodigestão Moagem: 3,0 MM ton Cana 0,8 MM ton Bagaço 35 MW Potência* 0,2 MM ton Palha *Exportação/Safra de 5000h

10 Agenda Objetivo Introdução Processo Produtivo Produção de Biogás Dessulfurização do Biogás Geração de Eletricidade Considerações Finais 10

11 PROCESSO PRODUTIVO Vinhaça Original (Usina) ph entre 3,5 e 4,0 Temperatura entre 40 e 60oC Produção do Biogás Limpeza do Biogás Geração Elétrica Vinhaça Biodigerida (Lavoura) ph neutro < 90% matéria orgânica Temperatura ambiente Nitrato, Nitrito à Amônia Biogás pode chegar a 3% H 2 S -Limpeza físico química -Limpeza biológica -Conjunto Gerador: 40% eficiência elétrica Limites de H 2 S de 0,05% -Turbinas: 30% eficiência elétrica Limites de H 2 S de 2,0%

12 PROCESSO PRODUTIVO Limpeza do Biogás Produção do Biogás Geração Elétrica

13 Agenda Objetivo Introdução Processo Produtivo Produção de Biogás Dessulfurização do Biogás Geração de Eletricidade Considerações Finais 13

14 PRODUÇÃO DE BIOGÁS Vazão e DQO da Vinhaça VAZÃO (M3/H) E DQO (KGDQO/M3) Apr-11 May-11 Jun-11 Jul-11 Aug-11 Sep-11 Oct-11 Nov-11 Dec-11 Jan-12 Feb-12 Mar-12 Apr-12 May-12 Jun-12 Jul-12 Aug-12 Sep-12 Oct-12 Nov-12 Dec-12 Jan-13 Feb-13 Mar-13 Apr-13 May-13 Jun-13 Jul-13 Aug-13 Sep-13 Oct-13 Nov-13 Dec-13 Jan-14 Feb-14 Mar-14 Apr-14 May-14 Jun-14 Jul-14 Aug-14 Sep-14 Oct-14 Vinhaça (m3/h) DQO

15 PRODUÇÃO DE BIOGÁS Vazão Biogas e % Metano VAZÃO BIOGÁS (M3/H) % CH Apr-11 May-11 Jun-11 Jul-11 Aug-11 Sep-11 Oct-11 Nov-11 Dec-11 Jan-12 Feb-12 Mar-12 Apr-12 May-12 Jun-12 Jul-12 Aug-12 Sep-12 Oct-12 Nov-12 Dec-12 Jan-13 Feb-13 Mar-13 Apr-13 May-13 Jun-13 Jul-13 Aug-13 Sep-13 Oct-13 Nov-13 Dec-13 Jan-14 Feb-14 Mar-14 Apr-14 May-14 Jun-14 Jul-14 Aug-14 Sep-14 Oct-14 0 Biogás (m3/h) CH4 (%)

16 PRODUÇÃO DE BIOGÁS Parâmetros estimados a partir de dados de produção de biogás de 2011 a 2014: Taxa de conversão: (m3-ch4/kgo2) Taxa de carregamento: 2.00 (KgO2/m3.dia) Remoção de DQO: 60%

17 PRODUÇÃO DE BIOGÁS ~75 m Volume: 14,400 m 3 ~67 m 20 m 40 m 52 m 40 m 60 m 72 m ~90 m *Medidas aproximadas

18 PRODUÇÃO DE BIOGÁS Destilaria Tanque de mistura m 3 /h UASB 1 V =0,15 a 0,5 m/s 40 m 3 /h m 3 /h UASB 2 V =0,35 a 0,45 m/s Irrigação 40 m 3 /h Biomassa removida: 84 kg/h Biogas: 508 Nm 3 /h

19 Agenda Objetivo Introdução Processo Produtivo Produção de Biogás Dessulfurização do Biogás Geração de Eletricidade Considerações Finais 19

20 DESSULFURIZAÇÃO DO BIOGÁS

21 DESSULFURIZAÇÃO DO BIOGÁS

22 DESSULFURIZAÇÃO DO BIOGÁS O Balanço para estimar a quantidade de ar necessária para a remoção do H 2 S é dado pela equação abaixo: H 2 S + 2O 2 = SO 4 + H 2 34 g 64 g 96 g 2 g 22,4 litros 44,8 litros Remoção H 2 S [Litros/h] x 2% /22,4 [Litros/Mol] X 34 [g/mol] = 16,2 Kg/h Volume de ar: [Litros/h] x 2% x 2 [O2/H2S]/ 21% [O2/AR] = 101,5 Nm3/h

23 Agenda Objetivo Introdução Processo Produtivo Produção de Biogás Dessulfurização do Biogás Geração de Eletricidade Considerações Finais 23

24 GERAÇÃO DE ELETRICIDADE Dados teóricos e realizados de geração de eletricidade: Parâmetro utilizado para a geração: 290,0 Nm 3 CH 4 /MWh

25 Agenda Objetivo Introdução Processo Produtivo Produção de Biogás Dessulfurização do Biogás Geração de Eletricidade Considerações Finais 25

26 CONSIDERAÇÕES FINAIS Considerando a produção da região centro sul para safra 2014/2015 que foi de 26,1 milhões de m3 de etanol teríamos 988 MWmédio de energia. O custo por MW instalado, para o Cambio de R$4,0 / US$, é de R$ 5,4 milhões por MW Instalado (55% do valor em US$). Para uma planta de 5 MW de potência, TEIF/IP de 5%, consumo interno da planta e perdas 5% e 4500 h de safra preços acima de R$ 250,00. O tamanho da unidade e o tempo de safra são muito importantes para a viabilidade comercial das unidades. Unidades com etanol de 2o geração melhorariam muito as taxas de retorno. No caso da unidade geradora ser da própria usina, pode-se obter um redução no custo de operação com um compartilhamento de funções com os profissionais da usina. A utilização do biogás na caldeira demonstra-se mais lucrativa, com uma redução grande em CAPEX e OPEX (~aproximadamente 50%) contra uma redução menor da geração de energia

27 Côrtes Consultoria Obrigado! João Rodolfo Côrtes Pires 30/11/