Conferência Internacional de Agroenergia.

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1 Conferência Internacional de Agroenergia. Londrina, PR 11, 12 e 13 de dezembro de 2006 Dr Patrick Rousset Cirad/Ibama Contato : patrick.rousset@cirad.fr P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 1

2 Um organismo francês de pesquisa a serviço dos países do Sul P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 2

3 Uma cooperação fundamentada numa rede mundial. Pesquisadores lotados a longo prazo Cooperação regular na forma de missões P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 3

4 Unidade de pesquisa UPR42 Objetivos: Melhoramento e desenvolvimento dos processos energéticos mais eficientes (energia/meio ambiente) em função de cada contexto e matérias primas. Avaliação de recursos energéticas O laboratório hoje:...com uma experiência forte no terreno dos processos de pirólise artesanal e industrial desde mais de 30 anos na África, Ásia e Europa. 10 pesquisadores (1 na África e 1 no Brasil / LPF/Ibama) 3 técnicos 3 pós-doutorados 4 doutorados P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 4

5 Unidade de pesquisa : UPR42 Reator de combustão Gaseificador piloto Reator de Pirólise vibrante e fluidizado Gaseificação separada P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 5

6 Unidade de pesquisa : UPR42 Reator de Pirólise sob pressão Reator de craking térmico Laboratórios de análises P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 6

7 Palestra Primeira parte: O mercado do carvão vegetal Segunda parte: estado da arte das tecnologias da carbonização desenvolvidas na Europa P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 7

8 O mercado internacional Produção de CV no mundo em 2003: 44 mihões t (+ 7.7% na década) Produção 1000.ton 3% 34% África Nigéria América NC USA 982 América Sul % 1% 13% Brasil (~25%) Ásia 5566 Africa America NC America Sul As ia Europa Europa 420 França 50 Mundo (fonte: FAO yearbook of forest Products, 2005) P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 8

9 O mercado internacional Consumo de carvão vegetal no mundo em 2003 Consumo 1000.ton África % 34% Nigéria América NC USA América Sul % 2% 13% Brasil Ásia 5600 Europa 668 França 77 Africa America NC America Sul Asia Europa Mundo (fonte: FAO yearbook of forest Products, 2005) P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 9

10 O mercado nacional (Fonte: Balanço Energetico Nacional (2006) Produção e Consumo e consumo do carvão vegetal do CV no Brasil no(103 Brasil ton) (10 3 t) t Anos PRODUÇÃO CONSUMO TOTAL P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 10

11 Consumo Nacional de carvão vegetal no Brasil (Fonte: Balanço Energetico Nacional (2006) 91% 1% 8% RESIDENCIAL COMERCIAL PÚBLICO AGROPECUÁRIO INDUSTRIAL P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 11

12 Consumo Industrial de carvão vegetal no Brasil (Fonte: Balanço Energetico Nacional (2006) 0,7% 10,1% 4,4% t 84,9% Ferrogusa Ferroligas Outros metal quimic 26 outros 15 CIMENTO FERRO-GUSA E AÇO FERRO-LIGAS NÃO-FERROSOS E OUTROS METAL.. QUÍMICA OUTROS P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 12

13 O mercado nacional O Brasil : Maior exportador de aço do mundo (produtos semi-acabados) Nono produtor mundial de aço (31.6 milhões de toneladas, 2005) Setor siderurgico Brasileiro : 88 empresas, 121 alto-fornos, 93 fornos ferro-ligas Unico pais do mundo a manter uma siderurgia a carvão vegetal CV utilizado na produção nacional de 33% do ferro-gusa e 98% de ferro-ligas P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 13

14 O mercado nacional Vantagens e Desvantagens do uso do carvão vegetal como fonte de energia Vantagens Baixo Preço (US$100/ton) Alto poder calorifico Emissão Zero de CO2 Estabilidade quimica Combustão lenta Combustão sem fumaça Combustão sem fumaça Inocuo, inodoro Desvantagens Perda de energia na carbonização Politica governamental indefinida Pressão ambiental Aumento da Demanda Fonte: A produção de carvão, BH, MG, 2006 P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 14

15 Aplicações energeticas do Carvão Vegetal Aplicaçoes Aquecimento domestico e cocção Secagem direta (agricultura) Secagem indireta (agric.) Combustivel (industrial) Extração de metal (industrial) Briquetes combustivéis Carvão ativado (ind./agri.) Combustivel de caldeira (vapor/eletricidade) Caracteristicas/uso Combustão sem fumaça, sem enxofre Usado em fogões para cocção e produção de agua quente Lupulo, tabaco e outros prod.agric. Combustivel de sistema de aquecimento central Fabricação de cal e cemento Fabricação de cimento em fornos rotativos Redução dos minerais de oxydos em metal puro: cobre, ferro Combustivel de cocção (Churrasco) Pruficação de gases e agua Baixo teor de enxofre, eletrificaçao, vapor industrial Fonte: A produção de carvão, BH, MG, 2006 P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 15

16 Contexto europeu e brasileiro bem diferente Resíduos Plantações Produção na França : residencial toneladas/ ano Produção na Europa t/ ano Produção no Brasil : t/ano ( t/ano = residencial) P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 16

17 Palestra Primeira parte: O mercado do carbono Segunda parte: estado da arte das tecnologias da carbonização desenvolvidas na Europa P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 17

18 Estado da arte das tecnologias da carbonização desenvolvidas na Europa. I II III IV Combustão parcial As tecnologias industriais Aquecimento externo As tecnologias industriais Contato dos gases quente As tecnologias industriais P&D P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 18

19 I - Combustão parcial: generalidades Processo mais antigo : Princípio : Calor necessário à transformação da lenha em carvão é obtido pela queima de parte da lenha colocada no forno Maioria dos processos artesanais e semi-industriais Balanço energético de uma combustão parcial 1-vaporização da água 2-radiação 3- calor da carbonização 4-gás+alcatrão 5-carvão P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 19

20 As tecnologias industriais : Fornos metálicos Fornos metálicos industriais: Capacidade de produção : 2000t ate 5000t/ano Descarregamento fácil Recuperação e incineração dos gases Utilização do calor para eletricidade ou secagem Alcatrão para a química Vida útil : 20 anos até mais Possibilidade de apoio com informática P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 20

21 Coletor incinerador Fornos em movimento movimento Vela para o descarregamento descarregamento P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 21

22 Fornos fixes: carbonização CML Matéria primas Madeira: T Umidade < 20% Processo Modulo padrão : 12 fornos Volume total : 200 m 3 Ciclo de carbonização : 24 h Produção (330 dias) Carvão: CF > 80% (3.000 T) Finos (300 t) Gás de pirólise (3MW) Utilização comercialização Valorização energética P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 22

23 Carbonização CML Incinerador central Despoluição + bateria com 12 fornos / 2 módulos de produção (fonte Cirad) P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 23

24 Carbonização CML Preparação da madeira armazenamento Madeira cortada Carregamento P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 24

25 Carbonização CML ignição Carregamento Matéria prima P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 25

26 Carbonização CML Forno Coletor central A despoluição Coletor gás de Pirólise do forno Núcleo do incinerador P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 26

27 Carbonização CML Carvão quente Descarregamento e resfriamento Corredor central entre duas linhas de fornos P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 27

28 Carbonização CML Monitoramento da carbonização P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 28

29 Carbonização CML Temperatura fumaças ( C) velocidade (m/s) Flux Nm3/h Flux Nm3 sec /h Lígnea AB Lígnea CD Valores limitas das emissões Partículas (mg/nm 3 sec) Flux (kg/h) COT (mg de C/Nm 3 sec) Flux (kg/h) Análises realizadas pelo Cirad com relação a lei ambiental, COT (mg de C/Nm 3 sec) (Anexe III) Flux (kg/h) CO (mg/nm 3 sec) si < 1 kg/h 110 si > 2 kg/h 20 si > 0.1 kg/h NOx (mg/nm 3 sec) P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 29

30 Carbonização CML Realizações em funcionamento P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 30

31 Estado da arte das tecnologias da carbonização desenvolvidas na Europa. I II III IV Combustão parcial As tecnologias artesanais As tecnologias industriais Aquecimento externo As tecnologias industriais Contato dos gases quente As tecnologias industriais P&D P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 31

32 II - Aquecimento externo Processo recente Processos industriais Tecnologia geralmente cara (> euros) Carbonização contínua ou alternativa Produção ate 6000t/ano VMR Carbofrance (França) P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 32

33 VMR processo: Carbo France Empresa CARBO FRANCE Segundo produtor de carvão na França com t/ano Matéria prima : resíduos de serrarias e da indústria da madeira. Produção 7dias/ : prêmio do meio ambiente e de tecnologias limpas Unidade de produção : 16 fornos. Processo sem poluição (líquido, gás, sólido) Qualidade do carvão : NF-EN DIN 1749 (Alemanha) P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 33

34 1 Modulo VMR VMR processo: Carbo France O VMR processo é constituído de duas retortas (R1 & R2) e uma câmara central para a combustão O primeiro cilindro é carregado com madeira antes de se colocar na retorta R1. cada cilindro tem aproximativamente 4,5M 3. O R1 é aquecido com combustível, seja gás ou diesel. Depois que a Pirólise é iniciada, os gases são coletados e queimados na câmara para produzir calor para o segundo cilíndro. A injeção de gás ou diesel, é suspensa. Ao final, R1 é tirado para fora para resfriamento e um outro cilindro com madeira nova é reinstalado. VMR e um processo alternativo O tempo total da carbonização: 8-12 horas P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 34

35 VMR processo: Carbo France Armazenamento da madeira com secagem ao ar livre Corte e limpeza da madeira antes da secagem artificial P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 35

36 VMR processo: Carbo France Enchimento dos tanques Frente : resfriamento Fundo :Módulos de produção P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 36

37 VMR processo: Carbo France Ventilador Câmara de combustão Monitoramento das temperaturas Conector das fumaças da Pirólise P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 37

38 VMR processo: Carbo France Abertura antes resfriamento P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 38

39 VMR processo: Carbo France Zona de resfriamento P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 39

40 Estado da arte das tecnologias da carbonização desenvolvidas na Europa. I II III IV Combustão parcial As tecnologias artesanais As tecnologias industriais Aquecimento externo As tecnologias industriais Contato dos gases quente As tecnologias industriais P&D P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 40

41 III Contato dos gases quente Processos industriais Processo geralmente automatizado Tecnologia cara (> euros Lambiotte) Carbonização contínua Produção até t/ano Carbonização batch :Forno Elevatório (França) Carbonização continua: Lambiotte CSIR(Bélgica) e SIFIC(França) P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 41

42 Carbonisação em batch:forno Elevatório 2 fornos 8 tanques com volume aproximado de 7 m 3 1 incinerador Matéria primas : madeira contaminada Produção : > 2500 t/ano P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 42

43 Carbonisação em batch:forno Elevatório Tampa Gás de Pirólise Madeira Madeira Caldeira Madeira Madeira Suporte Tanque 7M 3 Esquema de tecnologia Sidenergie P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 43

44 Carbonisação em batch:forno Elevatório Tampa Tanque caldeira Forno em carbonização descarregamento Foto do Forno Elevatório (fonte Cirad) P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 44

45 Carbonisação em batch:forno Elevatório Forno 1 Forno 2 Tampa Tanque Zona de resfriamento Tanques em resfriamento Incinerador Zona de trabalho (fonte Cirad) P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 45

46 Carbonização continua:processo Lambiotte O processo foi desenvolvido por várias empresas :Lambiotte, Lurgi, etc.. A Lambiotte retorta (SIFIC): Retorta vertical com abastecimento por cima (1) e descarregamento por baixo (2) Madeira transportada encima entra numa zona de pré alimentação. A madeira passa por três zonas : secagem (2), carbonização (4) e resfriamento (5). A zona (3) e a zona de destilação dos gases. O processo tem dois circuitos: o aquecimento para a secagem e a carbonização (8) e o resfriamento (9). P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 46

47 Carbonização continua:processo Lambiotte Essa tecnologia permite a coleta dos gases condensáveis para valorização: Os gases da pirólise são coletados em cima da retorta (7), a parte condensável é coletada (9) usando armadilha e scrubbers, quando os gases não condensáveis (9) são queimados na câmara de combustão Uma parte dos gases é condicionada e reinjetada no meio da retorta para a secagem e a carbonização (8). A outra parte é resfriada e injetada por baixo (9) da retorta para resfriar o carvão antes descarregamento (6). P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 47

48 Carbonização continua:processo Lambiotte Processo Lambiotte : CSIR (Bélgica) e SIFIC (França) CSIR : SIFIC : 1500 até 2500t/ano Automatizada Injeção direta dos gases quente encima sem incineração Ausência de secador Umidade da madeira < 22% 5000 até t/ano Automatizada Injeção dos gases depois da incineração Secagem da madeira Valorização dos pirólenhosos por destilação P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 48

49 Processo Lambiotte : CSIR 2 fornos Localização: França Produção : 5500 t/ ano Foto de tipo Lambiotte CSIR Bélgica, (fonte Quirino W, Ibama) P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 49

50 Processo Lambiotte: SIFIC Armazenamento da madeira bruta Estocagem antes da secagem Zona de secagem Corte da madeira Vista aérea 1 forno Localização: França Produção : 4500 t/ ano Vista aérea: Lambiotte SIFIC (fonte :Cirad) P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 50

51 Processo Lambiotte: SIFIC Zona de carbonização Zona de resfriamento (fonte Cirad) P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 51

52 Estado da arte das tecnologias da carbonização desenvolvidas na Europa. I II III IV Combustão parcial As tecnologias artesanais As tecnologias industriais Aquecimento externo As tecnologias industriais Contato dos gases quente As tecnologias industriais P&D P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 52

53 IV: P&D:Pirólise sob pressão Desenvolvimento de um reator de laboratório para estudo do impacto da pressão e da temperatura na transformação termoquímica da biomassa e dos resíduos densificados A carbonização sob pressão, consiste na utilização de uma das variáveis que influenciam diretamente na pirólise, particularmente sobre o rendimento e que normalmente era negligenciada. P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 53

54 IV: P&D:Pirólise sob pressão Neste processo, a pressão age no controle da velocidade de escape da fase vapor A pressão permite que os componentes se repolimerizem no interior da madeira, formando novos compostos, fixando carbono e produzindo uma espécie de coque, o que resultará no aumento do resultado gravimétrico do processo. Otimização da utilização do recurso natural madeira, redução ainda a emissão de componentes líquidos e gasosos indesejáveis e que iriam normalmente servir de agentes poluidores. Um outro aspecto relevante da tecnologia da pirólise sob pressão é que o tempo de carbonização pode ser reduzido em até 100 vezes, como determinado por Antal, 1986 e Antal, P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 54

55 IV: P&D:Pirólise sob pressão Numazawa 2000, Cirad (França) P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 55

56 IV: P&D:Pirólise sob pressão Mesa Suporte Conjunto de Aquecimento Reator P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 56

57 IV: P&D:Pirólise sob pressão Conjunto de Aquecimento Reator Eletroválvula P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 57

58 OBRIGADO PELA ATENÇÃO Conferência Internacional de Agroenergia. Londrina, PR 11, 12 e 13 de dezembro de 2006 Dr Patrick Rousset Cirad/Ibama Contato : patrick.rousset@cirad.fr P.Rousset Conferência Internacional de Agroenergia Londrina ( /12/2006) 58