Avaliação de obstáculos para redução de emissões

Transcrição

1 MODERNIZAÇÃO DA PRODUÇÃO DE CARVÃO VEGETAL Avaliação de obstáculos para redução de emissões Túlio Jardim Raad e Vamberto de Melo Seminário CGEE & DECOI da SDP/MDIC - Brasília,

2 OBJETIVO Ø Relatar os problemas de carbonização da madeira, na cadeia produ>va do ferro- gusa a carvão vegetal, mesmo que de origem em florestas plantadas, quanto às fumaças emi>das na pirólise, lançadas diretamente na atmosfera Ø Apontar soluções para a poluição originada na carbonização de madeira quanto às emissões provenientes das fumaças condensáveis e gases não condensáveis, com destaque para a emissão da gás metano Ø Discorrer sobre o atual estado da arte da combustão dos gases da carbonização e seu uso como forma de energia

3 SUMÁRIO 1 Introdução 2 Desenvolvimento A ciné+ca da carbonização da madeira e as fumaças produzidas Obstáculos na mi+gação das emissões das fumaças da pirólise Soluções para a mi+gação das emissões das fumaças da pirólise 3 Conclusões e Recomendações

4 INTRODUÇÃO Distribuição de Consumo de Energia no Brasil 10,0% 3,3% 17,3% Coque Outros Eletricidade Petróleo Gás Natural Energias Renováveis 12,9% Madeira e Carvão 41,3% 15,2% O Carvão Vegetal como destaque na matriz energé>ca brasileira

5 INTRODUÇÃO Consumo de Carvão Vegetal para Produção de Ferro Gusa Produção (Mt) 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,90 0,87 0,83 0,83 0,76 0,77 0,75 0,74 0,74 0,69 0,72 0,75 0,78 0,74 0,75 0,71 0,71 0,70 0,71 7,9 7,1 6,0 5,5 6,0 6,2 5,8 6,4 5,0 5,1 6,8 7,4 7,8 8,1 5,9 5,6 5,8 5,9 9,5 11,5 11,4 11,2 11,6 10,5 6,5 8,3 8,6 7,9 8,3 7,4 4,4 6,3 7,2 8,1 7,9 5,6 6,0 5,9 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Consumo AF (t CV/t Gusa) 0, ,00 Charcoal (Mton) Pig Iron (Mton) Consump+on BF (ton CV/t PI) FERRO GUSA a carvão vegetal = Produção anual de 9,5 milhões de toneladas (2004 a 2013) ALTOS FORNOS = consumo médio de 730 kg de cv /t gusa (inclui perdas com finos e cinzas) CARVÃO VEGETAL = necessidade de produção de 6,9 milhões t./ano

6 INTRODUÇÃO Fornos de alvenaria para produção de carvão vegetal FORNOS CIRCULARES capacidade de produção de 50 a 350 t./ano FORNOS RETANGULARES capacidade de produção de 750 a 1800 t./ano

7 INTRODUÇÃO Rendimento Gravimétrico x Emissão de Metano Tabela 1 Distribuição mássica dos produtos da carbonização de 1 tonelada de madeira base seca RG Rendimento Gravimétrico 26% 35% (*) Carvão Vegetal (kg) Líquido Pirolenhoso Alcatrão Vegetal Gases CO2, CO, H2 e CnHn CH4 Metano (**) (*) Revista Opiniões, Jun- Ago 2008 (**) Metodologia MDL AM0041 Equação 1 ( kg CH / t carvão) Emissão CH4 = 217,12 534,76 RG 4.

8 DESENVOLVIMENTO Cinética de Carbonização Rendimento Gravimétrico x Química da Madeira Fração Mássica (kg/kg) 1,0 0,8 0,6 0,4 Lignina Eucalipto 0,2 Hemicelulose Celulose 0, Temperatura ( o C) Ø Ciné>ca da Carbonização da Madeira e as Fumaças Produzidas

9 DESENVOLVIMENTO Cinética de Carbonização Rendimento Gravimétrico x Física da Madeira 1, ,75 h 16,15 h Massa (kg/kg) 1,2 1 0,8 0,6 6,31 h Temperatura ( o C) 0,4 0,355 kg/kg 100 0,2 diâm: 16 cm diâm: 10 cm Tempo (h) diâm: 6 cm 0 Ø Influência do DIÂMETRO no tempo de carbonização da madeira

10 DESENVOLVIMENTO Obstáculos à redução de emissões Processo de Carbonização Conhnua Ø Queima das fumaças da carbonização mas com elevado inves>mento Ø Viabilidade econômica somente para larga escala (>25000 t./ano)

11 DESENVOLVIMENTO Obstáculos à redução de emissões Condensação de Fumaças e Queima para Secagem da Madeira Termoelétrica Vallourec/Cemig Queimador de Alcatrão Vegetal Vallourec/IPT Ø Equipamentos desenvolvidos pela Vallourec foram desa>vados por inviabilidade técnico- econômica, devido principalmente à baixa eficiência de condensação.

12 DESENVOLVIMENTO Obstáculos à redução de emissões Processo de queima de fumaças via fornalhas de alvenaria Ø Processo de Carbonização por batelada exige o fornecimento de fumaças por diversos fornos para viabilizar condição de queima = forte necessidade de sincronismo

13 DESENVOLVIMENTO Soluções para redução de emissões Simulação do Processo de Secagem e Carbonização Ø Carbonização da madeira com fluxo de calor de fora para dentro Ø Secagem da umidade da madeira provoca gradientes que chegam a 300 o C Ø Rendimento gravimétrico diretamente relacionado com a temperatura Temperatura: 350 oc Temperatura: 400 oc Massa (kg/kg) ,307 kg/kg 6,5 h 10,5 h ,359 kg/kg Temperatura ( o C) Tempo (h)

14 DESENVOLVIMENTO Soluções para redução de emissões Controle de Processo em Fornos Retangulares de Alvenaria 1 o Teste Massa (kg/kg) Sem Controle de Temperatura Experimental Teórico Tempo (horas) Temperatura ( o C) RG = 22% Com Controle de Temperatura 2 o Teste Massa (kg/kg) Experimental Teórico Tempo (horas) Temperatura ( o C) RG = 32%

15 DESENVOLVIMENTO Soluções para redução de emissões Fornos Retangulares - Disposição Radial Ø Projeto em Desenvolvimento - Fornos Retangulares dispostos em layout radial visando o+mizar a distribuição de fumaças em queimador central

16 DESENVOLVIMENTO Soluções para redução de emissões Tecnologia DPC - (Secagem, Carbonização e Resfriamento) A Tecnologia DPC já se encontra apta para ser operada em escala mínima industrial para validação de vários parâmetros exigidos pela indústria como: Ø Consolidação da qualidade do carvão e estabilidade do alto rendimento de processo (RG>35%); Ø Sincronismo de operação de pelo menos 12 fornos visando o>mização da queima das fumaças; Ø Validação de Disponibilidade Mecânica para viabilidade econômica (>80%)

17 CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES Ø O parque industrial brasileiro produz em média 6,9 milhões de toneladas de carvão vegetal por ano. Se considerarmos um rendimento médio da conversão de madeira em carvão de 26% e u+lizando a equação 1 da metodologia MDL AM0041, que prediz a emissão de 78 kg CH 4 /t CV, teremos uma emissão es+mada em 0,54 milhões de toneladas de metano, o que representa 11,3 milhões de toneladas de CO 2 equivalentes. Ø A primeira solução imediata e que já vem sido aplicada por diversas empresas produtoras de carvão no Estado de Minas Gerais e Mato Grosso do Sul é a implantação de sistemas de instrumentação, controle e gerenciamento do processo de carbonização, visando reduzir as perdas e aumentar o rendimento da conversão de madeira em carvão. Ø Já existem vários casos de sucesso no mercado que apresentam rendimentos desde 32% a 35% em regime estabilizado de produção em larga escala. Isto representa reduzir as emissões anuais de metano de 0,54 milhões para 0,21 milhões de toneladas, ou 4,3 milhões de toneladas de CO 2 equivalente.

18 CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES Ø Já estão disponíveis diversas linhas de financiamento oferecidas pelo Governo (Fundo Clima e seus diversos sub programas), mas parece que este não é o gargalo. É preciso fazer uma ampla mudança de entendimento empresarial de reconhecimento tanto dos impactos nega+vos ambientais quanto econômicos que a ausência da busca pelo benchmark de mercado, no caso o melhor rendimento possível da carbonização, vem causando ao país e às próprias empresas no quesito compe++vidade do ferro gusa. Ø Quanto às tecnologias de queima das fumaças vimos que, apesar dos grandes esforços das úl+mas décadas no seu desenvolvimento e nos inves+mentos já aplicados pelas grandes empresas produtoras de carvão vegetal, a solução em larga escala ainda demanda um tempo de maturação (>5 anos), e isto principalmente porque o parque industrial hoje precisa de uma grande reformulação de layout e talvez até de subs+tuição total por novas tecnologias, para se viabilizar do ponto de vista técnico econômico. Ø O uso dos gases queimados como forma de energia térmica para a secagem da madeira já é uma realidade do ponto de vista tecnológico e já vem sendo testado em escala piloto (sistema DPC Empresa Ecogril) e em breve também entrarão em operação grandes secadores em desenvolvimento conjunto entre grandes siderúrgicas e o meio acadêmico.

19 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES MUITO OBRIGADO!