Bio.ComBrasil Tecnologias para conversão de Biomassa. MANOEL FERNANDES MARTINS NOGUEIRA

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1 Bio.ComBrasil 2016 Tecnologias para conversão de Biomassa MANOEL FERNANDES MARTINS NOGUEIRA

2 É produzido em grandes quantidades; Seu PCS é em torno da metade do dos combustíveis fósseis; É um combustível renovável com produção cíclica; Movimenta a economia local onde a biomassa é produzida; Com relação ao efeito estufa, a emissão de carbono no seu ciclo de vida é aproximadamente zero. Teor de umidade rouba energia reduzindo o PCI; A forma sólida dificulta sua introdução em câmaras de combustão; Heterogeneidade da forma dificulta transporte e armazenamento; Baixa massa específica encarece o transporte na cadeia de produção; Demanda grandes áreas para produção gastando energia na colheita, armazenamento e preparação; Produz grande quantidade de resíduos durante sua preparação e consumo.

3 Biomassa bruta precisa ser processada para ser um combustível. Uniformizar e reduzir a forma para aumentar a massa especifica aparente e facilitar transporte, alimentação e armazenamento; Visualmente, queremos transforma isto Remover a umidade para aumentar o PCI; Reduzir a perda de voláteis, aumentando o conteúdo energético e diminuindo emissões; Operar em larga escala produzindo várias ton/h e de preferência num processo contínuo; nisto, em larga escala e consumindo pouca energia. O consumo de energia do processo deve ser uma pequena fração da energia contida no produto final.

4 Quantidade de energia para reduzir o tamanho (moer): Uniformizar o processamento de toda a produção; Processo ser facilmente reproduzível; Preservar o máximo da energia inicialmente contida consumindo o mínimo de energia. Facilmente Scale up: Processo contínuo: Operação flexível: receber variado material bruto e o converter em um combustível uniforme; Emissão mínima de poluente; Preservar a massa seca inicial.

5 Picagem Reduz a granulometria para algo em torno de 5 cm máximo gastando pouca energia porém não reduz a umidade. Secagem Torrefação A temperatura da biomassa deve ser mantida a ~120ºC por algumas horas (dependendo da umidade da biomassa). Armazenando no meio ambiente, ela retorna a umidade ambiente. Após a secagem o material precisa ser processado de imediato (briquete, pélete, queimado). Armazenamento de biomassa úmida degrada em menos de um ano. A temperatura da biomassa deve ser mantida a ~250ºC por alguns minutos (dependendo da umidade da biomassa). Não reabsorve muito pouca umidade. Aumenta friabilidade (gasto menos energia para moer) e é altamente reativo

6 Secagem Briquetes Aumenta a densidade aproximadamente 6x. Não altera PCS Picagem Torrefação Peletes Secagem aumenta PCI; Evita degradação durante armazenamento; Precisa possuir boas propriedades mecânicas (coesão) (resistência a manuseio e impactos sem esfarelar).

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8 Analise Imediata Propriedade Base Seca Base Úmida Analise Elementar Propriedade Base Seca Umidade (%) 0,00 17,78 Voláteis (%) 78,39 64,45 Cinzas (%) 4,03 3,32 Carbono Fixo (%) 17,57 14,45 Total (%) 100,00 100,00 C (%) 45,90 H (%) 5,87 N (%) 0,84 S (%) 0,68 O (%) 42,68 Total (%) 95,97 Poder Calorifico Superior e Inferior PCS PCI (Base Seca) PCI (Base Úmida) kcal/kg MJ/kg 19,00 17,71 14,13

9 Usinas térmicas e queimadores Produção de vapor para geração de energia elétrica. Queima de serragem. Motores de CI Biodiesel Óleo vegetal

10 UFPA - Universidade Federal do Pará % massa residual EBMA - Energia Biomassa e Meio Ambiente DTG PROCESSOS FUNDAMENTAIS TGA e DTG por TEMP para Caroço de Açaí Sólido Calor Gases Biomassa: Água Lignina Hemicelulose Celulose Lignina Cinzas Mini- Curso Conversão de Resíduos a Energia

11 FENÔMENO DA COMBUSTÃO Biomassa libera voláteis Mistura com oxigênio e queima Carvão reage com oxigênio liberando CO para ser queimado As cinzas, metais, são resíduos Emissões de poluentes, CO, NOx, SO2, particulados e HC. O BOM COMBUSTIVEL Alto PCS (<17 MJ/kg) Baixo teor de umidade (<30%) Alto teor de voláteis; Baixo teor de carbono fixo; Baixo teor de cinzas (< 3% b.s.) Baixo teor de enxofre e cloro; Alta reatividade (capaz sustentar chama).

12 Geração de potência Características desejáveis da caldeira Propiciar mistura voláteis-ar; Baixa emissão de NO, SO2 e CO; Baixa emissão de particulado; Alta eficiência energética (>85%) Facilidade de admissão de biomassa Facilidade de remoção das cinzas Monitoramento e operação remota Flexibilidade no uso de diferentes biomassa, mesmo com alto teor de umidade Evitar arraste de cinzas Facilidade de partida e parada

13 Caldeira Biomassa 45 MW térmicos Vapor superaquecido a 425ºC e 37 atm Turbina de 13 MW elétricos

14 UFPA - Universidade Federal do Pará EBMA - Energia Biomassa e Meio Ambiente Gasificação

15 UFPA - Universidade Federal do Pará Mole % EBMA - Energia Biomassa e Meio Ambiente EFEITO DA RAZÃO OXIGÊNIO-CARVÃO NA COMPOSIÇÃO DAS EMISSÕES 100% CH 4 H 2 S SO 2 Gasification Zone Complete Combustion 90% 80% 70% H 2 H 2 O O 2 60% 50% C 40% CO 2 30% 20% CO 10% 0% From M. Ramezan (2004) O 2 /MAF Coal Feed

16 UFPA - Universidade Federal do Pará EBMA - Energia Biomassa e Meio Ambiente GASIFICADOR DOWNDRAFT FENÔMENO DA GASIFICAÇÃO Biomassa libera todos os voláteis (alcatrões) e se torna carvão Carvão a alta temperatura reage a falta de ar produzindo CO e H2 (gás de síntese) As cinzas, metais, são removidas como escoria Emissões de poluentes, alcatrões e particulados. O BOM COMBUSTIVEL Baixo teor de umidade (<15%) Baixo teor de voláteis; Alto teor de carbono fixo; Granulometria entre 3-10 mm PRODUTOS DO GASIFICADOR CO e H2 gás de síntese CH4, CO2, H2O; Requer tratamento de limpeza dos gases; Efluentes poluentes: alcatrão e líquidos

17 UFPA - Universidade Federal do Pará EBMA - Energia Biomassa e Meio Ambiente SISTEMA PARA QUANTIFICAR TEOR DE ALCATRÃO Tar accumulation in the gasifier exit pipe line

18 UFPA - Universidade Federal do Pará EBMA - Energia Biomassa e Meio Ambiente Exemplo de um gasificador de dois estágios para produzir 150 kwe Wood chips (15 kg/h) Two-stage gasifier (75 kwth) Air 3000 i.d. 200 P T T,P T T T T T T T T T i.d. 300 Char Fuel gas T,P Ashes

19 UFPA - Universidade Federal do Pará EBMA - Energia Biomassa e Meio Ambiente Exemplo de um gasificador de dois estágios para produzir 150 kwe

20 EBMA Gasificação converte a biomassa solida em combustível gasoso que é o combustível em motores de combustão interna. Comparado com centrais a vapor de pequena potência, a eficiência do processo dobra. Por não usar turbinas a vapor e caldeiras, seu custo de investimento é muito menor; Por ser compacto, pode ser instalado em containers o que dá portabilidade.

21 UFPA - Universidade Federal do Pará EBMA - Energia Biomassa e Meio Ambiente Carvoejamento

22 Tecnologia Atual Fornos Retangulares de Alvenaria

23 Tecnologia Atual Fornos Retangulares de Alvenaria Natural Outside Gases Forced Outside Gases Side view Front view Input Air Input Air Input Air Outside Gases Input Air Door Top view

24 Cooler Exhaust gas Fluxo de Carbonização Contínua Dry wood Dryer Wet wood (logs) Retort Burner Cooler Wood cutting machine Wet wood (trunks) Charcoal Power Plant Electrical Energy

25 Produção de Carvão Transporte madeira Fornos madeira no pátio Carga 25

26 Produção de Carvão Fornos Estocagem Transporte Carvão 26

27 EBMA Matéria primas Processo Madeira: T Umidade < 20% Modulo padrão : 12 fornos Volume total : 200 m 3 Ciclo de carbonização : 24 h Produção (330 dias) Carvão: CF > 80% (3.000 T) Fines (300 t) Gás de pirólise (3MW) Utilização comercialização Valorização energética Processos deprodução de Carvão Vegetal com Aplicação na Indústria do Aço, Belem-Pa, 4/12/

28 EBMA Incinerador central Despoluição + bateria com 12 fornos / 2 módulos de produção (fonte Cir Processos deprodução de Carvão Vegetal com Aplicação na Indústria do Aço, Belem-Pa, 4/12/

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