TESTES DE GASEIFICAÇÃO DE BAGAÇO E PALHA Energia na Indústria de Açúcar e Álcool NEST/UNIFEI, Itajubá MG 12 a 16 de Julho de 2004 Manoel Regis L. V. Leal Centro de Tecnologia Copersucar
OBJETIVO Caracterizar o bagaço e a palha como combustíveis, gerar informações para determinar as faixas de operação do gaseificador e gerar informações para o scale up da planta e simulações de processo.
METODOLOGIA Preparação das amostras Testes de laboratório Testes de bancada Testes em planta piloto
PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS solto (50% umidade) : 10 m 3 Palha triturada : 10 m 3 peletizado Palha enfardada (1998) Palha da estação de limpeza de cana a seco Dolomita (7 tipos) Palha enfardada (2000) : 180 t : 660 kg : 330 kg : 310 kg (total) : 170 t
TESTES DE LABORATÓRIO Objetivo Análises físico-químicas para determinar as características da biomassa que são importantes para o processo de combustão. Metodologia - Análises padronizadas (ASTM, ABNT): análise aproximada, análise fina, análise mineral fina, fusão de cinzas. - Análises não padronizadas: conversão de alcatrão, testes de dolomita, aglomeração de cinzas.
TESTES DE LABORATÓRIO (TPS) Determinação (base seca, % massa) peletizado 1998 Palha Estação de Limpeza Palha Fardos, 1998 Palha Fardos, 2000 Teor de cinzas 3,6 29,1 (*) 10,1 9,6 Umidade 8,7 7,6 9,6 8,1 Material volátil 82,9 57,1 73,5 76,0 Carbono fixo (por diferença) 13,5 13,8 16,4 14,4 Teor de carbono 46,4 35,1 43,6 44,2 Teor de nitrogênio 0,26 0,36 0,47 Poder calorífico inferior (MJ/kg, b.s.) 17,44 13,33 16,09 16,63 Temperatura de início de fusão de cinzas ( o C) 1230 1560 1260 1200 (*) Amostra não representativa; erro na coleta.
Análise Aproximada TESTES DE LABORATÓRIO (CTC) Amostra Umidade Análise Aproximada, % massa (*) Cinzas Carbono Fixo Material Volátil Poder Calorífico Superior (MJ/kg) (*) Folhas secas 13,5 3,9 11,6 84,5 17,4 Folhas verdes 67,7 3,7 15,7 80,6 17,4 Pontas 82,3 4,3 16,4 79,3 16,4 50,2 2,2 18,0 79,9 18,1 (*) Base seca. Análise Fina Amostra C H Análise Fina, % massa (*) N O S Cl Folhas secas 46,2 6,2 43,0 0,1 0,1 Folhas verdes 45,7 6,2 1,0 42,8 0,1 0,4 Pontas 43,9 6,1 0,8 44,0 0,1 0,7 44,6 5,8 0,6 44,5 0,1 0,02 (*) Base seca.
TESTES DE LABORATÓRIO (CTC) Análise Mineral Fina Amostra Teor (g/kg) (*) Análise Mineral Fina (*) Teor (mg/kg) P 2 O 5 K 2 O CaO MgO Fe 2 O 3 Al 2 O 3 CuO ZnO MnO 2 Na 2 O Folhas secas 2,7 4,7 2,1 0,9 3,5 <0,06 9 169 123 Folhas verdes 2,0 13,3 3,9 2,2 1,4 <0,06 15 120 128 Pontas 2,5 29,5 2,6 2,5 0,2 <0,06 35 155 119 1,7 0,7 2,3 2,3 - - 62 45 (*) Base seca.
TESTES DE BANCADA Objetivo Mapear as condições operacionais adequadas para a planta piloto, a fim de evitar problemas na gaseificação tal como a aglomeração de cinzas. Metodologia Simular as condições de operação da planta piloto (2 MWt) em um gaseificador de bancada de leito borbulhante de 20 KWt, testando três tipos de material de leito (areia olevina, dolomita brasileira e areia de quartzo).
TESTES DE BANCADA ANÁLISES DO GÁS Combustível (Base seca, % v.v.) Peletizado Peletizado Palha (Estação de limpeza) Palha (Enfardada) Material do leito Areia Olivina Dolomita Dolomita Dolomita H 2 8,5 14,8 12,2 12,5 N 2 53,3 49,0 51,8 54,0 CO 14,6 18,1 14,1 14,5 CH 4 4,6 3,2 3,6 2,5 CO 2 16,4 13,8 16,0 14,3 C 2 H 4 1,7 0,7 1,4 0,8
TESTES DE BANCADA CONCLUSÕES O leito fluidizado pode operar com bagaço ou palha a uma temperatura suficientemente alta para se ter uma boa conversão de carbono. Aglomeração de cinzas foi apenas incipiente e não causou problema operacional Dolomita reduz consideravelmente o nível de alcatrão no gás (13 14.5 para 1 a 1.3 g/kg combustível, b.s.) A redução de alcatrão com leito de areias não foi significativa. Um gás com PCI em torno de 5 MJ/NM 3 obtido. pode ser
TESTES EM PLANTA PILOTO Objetivo Gerar informações para o scale up da planta e simulações de processo e testar o sistema de alimentação do gaseificador. Metodologia - Teste de duração de 5 dias no gaseificador de 2 MWt (500 kg/h, b.s.) do tipo leito fluidizado circulante (LFC), atmosférico. - 3 testes com bagaço, 3 testes com palha e 1 teste com mistura bagaço/palha. - Craqueador de alcatrão do tipo LFC com dolomita. - Limpeza do gás por ciclones, filtro de manga e lavador.
Gas cooling Filter Cogeneration Dryer Gasifier Cracker Scrubber Gas turbine Gas compressor Sugar mill Steam turbine
Gaseificador Piloto TPS 2MWt
TESTES EM PLANTA PILOTO ANÁLISES DO GÁS Combustível (Base seca, % v.v.) Peletizado (1999) Peletizado (2001) Palha Solta Palha peletizada Palha Solta + bagaço peletizada H 2 10,4 7,6 6,7 7,1 8,9 N 2 57,1 61,7 62,8 62,3 57,7 CO 10,9 9,7 7,9 8,8 10,8 CH 4 3,5 2,9 3,1 3,0 3,7 CO 2 17,6 17,5 18,9 18,4 18,0 C 2 H 4 0,8 0,9
TESTES EM PLANTA PILOTO CONCLUSÕES GERAIS Propriedades de alimentação Disponibilidade nos testes Poder calorífico do gás (*) Conversão de carbono Teor de alcatrão no gás (*) Teor de carbono nas cinzas do leito Depósito no resfriador de gás Teor de amônia no gás (*) Operação com mistura de bagaço e palha Outros contaminantes (*) Em relação à madeira. Excelente Excelente Similar > 95% Acima do limite operacional Baixo Não observado Similar Sim Não Palha Boa Razoável-boa Levemente inferior > 95% Nenhuma Excelente Não observado Superior Sim Algum S e Cl