Post on 04-Mar-2018
Co-geração de Eletricidade a partirde Resíduos Sólidos Urbanos
Refinaria de Biomassa
Daltro Garcia Pinatti
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Escola de Engenharia de Lorena – EEL
Daltro Garcia Pinattihttp://www.demar.eel.usp.br/~pinatti/
Rosa Ana Contehttp://www.demar.eel.usp.br/~rosaconte/
Departamento de Engenharia de Materiais DEMARVI Simpósio de Meio Ambiente
20, 21 e 22 de Setembro de 2010, Viçosa - MGCBCN – Centro Brasileiro para Conservação da Natureza
e Desenvolvimento Sustentável
Escada da Industrialização do Lixo4. Refinaria de Biomassa
Industrialização Total (Brasil)
“Cientificamente Correta”• Reator de pré-hidrólise-PH: redução dos teores de Cl, K, Na e cinzas, gerando celulignina nanométrica catalítica
• Reator de conversão de baixa temperatura - CBT: imobilização de metais pesados em óxidos e silicatos, gerando óleo e carvão
• Geração de 5 produtos: energia elétrica, gesso e cinzas fertilizantes, hidrogênio e etanol
• Equipamentos de controle de poluição
3. IncineraçãoIndustrialização Mínima
(Europa, Japão) • Equipamentos de controle de poluição simplificados
• Economicamente rentável:1.Custo da disposição do lixo e lodo R$ 35,00/ t (8 a 20 vezes menor que incineração)
2. Investimento padrão elétrico (US$ 1500.00/ kW): R$ 160 milhões, 2700 t/d, R$ 180,00 t/a (4,7 vezes menor que incineração)
• Futuro Arranjo Produtivo Local - APL: agregação de valor aos produtos: arborização, fábrica de plásticos e papéis reciclados, substituição do diesel por H2em ônibus urbano, cerâmica e cimento frio a partir dos finos de entulho 5
Nápolis GE Geração de Hidrogênio
6 Plasma An
tieconômico
(Europa, Japão)
“Perigosa e Cara”• Equipamentos de controle depoluição críticos
• Antieconômica:1. Custo de incineração:
R$ 280 a 700,00/ t (€ 100 a 300,00/ t)
2. Investimento alto:R$ 280 milhões, 1000 t/d, R$ 840,00 t/a
• Incineração de lodos éproblemática (dicotomia dosmetais pesados)
2. Aterro SanitárioIndustrialização Nula
(EUA)
“Criminoso”• Ambiental• Econômico• Social• Custo: R$ 50,00/ t
1. LixãoHorror
Nacional
Refinaria de Biomassa
Casca
Lenhosos(Lignoce-lulósicos)
Palha
Cana/Arroz/Milho
SólidosCelulignina
8 - Caldeira de Leito Fluidizado (Ciclo Vapor)
10 – CC-Ciclo Combinado Motogerador - Óleo CBT + Syngas ou Turbina Syngas
7 - Calcinação VIA Sílica pura: Borrachas e Pneus, Tintas, Vários usos da Sílica
VII Silício Grau Metalúrgico, Solar eEletrônico. Energia Fotovoltaica
11-Tecnologia GTL-Gas toLiquid (Fischer Tropsch)
VIB Sílica Fly Ash. CerâmicasCAD-Concr. de Alto Desempenho Cinza Nanométrica (fertilizante)
IX Energia ElétricaX Combustíveis: Metanol, Diesel
Verde, DME, Querosene, Óleos Lubrificantes, H2
XI Produtos Químicos: Amôniae Uréia
Gás quente
6-Secagem
Lixo
9 - ReformaAutotérmica Syngas
XII Etanol de Hemicelulose,
CruSintético
1B-Hidrólise Enzi-mática (ou ácida)
12- FermentaçãoAlcoólica
Bactéria anaeróbica
sacaromice
BIOMASSAS 12 TECNOLOGIAS XII CLASSES DE PRODUTOS BÁSICOS
VIII Silicato de Sódio (Detergente)Zeolitas
Síntese Hidrotérmica
1A-Reator dePré-hidrólise
Síli
ca F
ly A
sh Óleo CBT
Carvão CBT
Etanol Alimento
Início pela Pré-hidrólise Início pelo CBT
lulósicos)Coleta e
Transporte
Madeira,Resíduo de
Reflorestamento
2–ETPh/AL*
LíquidosÁgua
4 - CBT-Conversão de Baixa Temperatura
3- Furfural:Reator
+Destilaria
5 – Hidroesterificação e Hidrogenação de Óleos
Tortas, Farelos
Óleo CBT
VB Biodiesel
IVA Carvão Vegetal, Peneiras molec.IVB Negro de Fumo RecuperadoVA Óleos (alifáticos, aromáticos)
III Gesso Agrícola com FertilizanteNPK e micronutrientes
II Furfural:- Refinaria de Petróleo:
Extratante de Óleo- Álcool Furfurílico:
Resinas, Polímeros, Solventes- Nematicidas
Esmagamento
*ETPh/AL:Estação de Tratamento de Pré-hidrolisado e Água de Lavagem**Principais oleaginosas energéticas: pinhão-manso, mamona, cocos, girassol, coroço de algodão, canola
Óleo Vegetal
Sementes**
XII Etanol de Hemicelulose, Celulose e Lignina
IA Celulignina (granel, pó, peletas)
mática (ou ácida) Alcoólica
IB Ração animalComplemento p/ Ração Animal 58% de
Digestibilidade (NDT)
Bac
téri
a E
ng
enh
eira
da
Pré-hidrólisee Reuso do
Pré-hidrolisado
CC
Carvão CBT para CaldeiraOleaginosas
(lipídios e proteínas)
Pneu
Vinhaça SecaGraxarias
Dejetos, Lodos
CC
Algas
MicroAlga
Efluente
Descritivo da Refinaria de Biomassa
1. Existem dois grupos de biomassas: lignocelulósicas, tratadas por pré-hidrólise ácida (PH) e oleaginosas (lipídios e proteínas), tratadas por conversão de baixa temperatura (CBT).
2. Lignocelulósicas – PH: madeira/resíduos florestais, bagaços/palhas, resíduos agrícolas, matéria orgânica do lixo municipal, macroalgas.
3. Oleaginosas – CBT: dejetos de animais, lodos, graxarias, tortas/farelos, pneus e microalgas.4. PH gera celulignina (CL – 80% da biomassa) e pré-hidrolisado (Ph – 20% da biomassa), uma
solução de açúcares C5 e C6 para produção de etanol de 2ª geração) ou furfural.5. CBT gera: óleo (combustível ou hidroesterificado a biodiesel), carvão, gases não condensáveis e água.6. Estação de tratamento de efluentes- ETE: gera gesso agrícola com NPK e água para reuso na PH.7. Reforma autotérmica (ATR) da CL: gera Syngas (37,5% H2, 41,5% CO, 16% CO2, 4% CH3, 1%
outros).outros).8. Energia Elétrica (EE) gerada por de ciclo combinado: motor (2 tempos/baixa velocidade) ou turbina
a syngas, combustível duplo (máx. de 92% syngas, mín. de 8% óleo).9. Reforma a vapor do syngas: gera Hidrogênio (82,2 kg H2/TBS), US$ (3,00)/kg H2 versus
US$ 8,00/kg H2 do gás natural.
10. GTL (Gas-to-Liquid) do syngas: gera combustível/produtos sintéticos (Fischer Tropsch).
11. Fermentação do syngas pela bactéria Clostridium: gera etanol – (500 L/TBS).
12. Casca de arroz gera: sílica (cimento, borrachas, etc.), silício metalúrgico e silício solar.
Obs.: PH, CBT, ETE: são anexos à produção de biomassaCelulignina, Etanol, Óleo e Carvão: são transportados a média/longa distâncias (exportação)Syngas, EE, H2 e Combustível/Produtos Sintéticos: são utilizados no ponto final de consumo
2530 10
255
10
5
3936
29
4037 38 41
31
34 33
1925
26
27
17
18
MGDTBV
Ciclo Vapor CBT
Picador
10
30
42
Layout da Refinaria de Biomassa Pequena 2CBT 120 Tu bos (400TBS/dia Dejeto Suíno)+Motogerador +Termoelé trica Ciclo Combinado -26,4MW
2025
55
Pátio
15
28
19
12 11 010203040506
20
070832 35 161523 22
24
Legenda:Fosso de Descarga de Lixo01 Mesa de descarga02 Fosso com ponte rolante03 Esteira corrente04 Rasgador de sacos de lixo05 Separador magnético06 Triturador07 Esteira de Correias08 Esteira de Correias09 Silo de Biomassa Supl.10 Estação do RSSRSS - Resíduo de Serviço de Saúde
19 Casa da química20 Deságue21 Silo de estocagem de CL22 Moagem/Classificação CLSyngas23 Planta de Oxigênio24 Reforma Autotérmica da CL25 Filtro de Manga26 Torre de Lavagem
27 Compressor de Syngas28 Extração de HidrogênioCircuito de Topo29 Motogerador MGDTBV30 Subestação compacta do MGDTBV31 Radiadores do MGDTBVCircuito de Base32 Caldeira de Leito Fluidizado33 Turbina a Vapor TV34 Subestação Compacta da TV
21Pré-Hidrólise/Secagem/ETPh/AL11 Reator Pré-hidrolise 180m³12 Moega de descarga de CL13 Sala de Controle PH14 Secadores de celulignina15 Estocagem de ácido sulfúrico16 Reuso do pré-hidrolisado17 DESMI18 Estação de tratamento do pré-hidrolisado e água de lavagem ETPh/AL
35 Sucção de OdoresConversão de Baixa Temperatura CBT36 Reator CBT37 Gerador de Gás Quente38 Secador39 Sala de controle CBT40 Condensação de óleo41 Tancagem de óleo42 Estocagem de carvão
O2
Silo de CL
Secagem CL Pré-hidrólise
Descarga de Biomassa
09 1314
Reuso deLíquidos
Diagrama Integral da Refinaria de Biomassa
extração de vaporConsumo próprio
Caldeira de
Turbina a VaporExtração/Condensação
CondensadorTorre deÁgua desmineralizada
Ar de combustão
Óleo CBT
Gás Quente
Vapor
Energia Elétrica
DESMI
Reforma Autotérmica
PSA – Pressure Swing Adsorption
Pré-hidrólise, Reuso e Lavagem da Celulignina
Compressor
Biomassa Grupo Motogeradorη η η η = 36 %
Compressor
Vapor
Energia Elétrica
Ar
CeluligninaÚmida
Syngas (SYG)
N2
O2
Biomassa Suplementar
Secador
Pré-hidrolisadoÁgua de lavagem
CeluligninaSeca
Etanol (enzima)
Furfuralou
Etanol
Biodiesel
Etanol (Fermentação SYG)
H2 (‘Water Shift’)
GTL (Gas-To-Liquid)Combustíveis e produtos químicos
Reator CBT 120 Tubos
Caldeira de Recuperação
65 barηηηη = 26 %Gasômetro
Condensador
Bomba
Torre deRefrigeração
Pré-Aquecedor de arExaustão do
Secador
Água condensada
Água do deságüe
GNC
Carvão CBT
Gás Quente
Gás QuenteGás Morno
Gás Quente
Gás Morno
Exaustão (resfriamento)
Ar de Combustão+ Voláteis
Ar Quente
Gás Frio
Chaminé
Água de alimentação
Secador de Lodo
Deságue do Lodo
LodoDejeto, Torta
Condensação
ETE
Condensação de óleo
Água de Reação
Voláteis
Vapor
Ar resfriamento
‘Make up’
CaSO4+ K+P e (NH3)SO4
LodoDejetoTorta
Água de lavagem
Água Tratada
REATOR DE PRÉ-HIDRÓLISE30 m³ - 90 TBS/dia - 170 °C - 8 kgf/cm²
Posição Horizontal de Processamento
Posição Inclinada de Descarga da Celulignina
S3LigninaCelulose 0,8 %mHemicelulose 5,2 %m
S1Lignina 10,5 %mCelulose 6,1 %mHemicelulose 3,7 %m
S2Lignina 9,1 %mCelulose 32,7 %mHemicelulose 18,4 %m
P e MLLignina 8,4 %mCelulose 0,7 %mHemicelulose 1,4 %m
(c) – Maçarico de Celulignina(b) – Microvulcões na Parede Interna da Fibra de Celulose(a) – Estrutura da Parede Celular das Biomassas
da caldeira. A boa combustão da celulignina do lixo devido àsua volatilidade diminui a formação de precursores. 2º)Mecanismo “de novo” onde carbono, oxigênio, hidrogênio ecloro combinam e reagem para formar as dioxinas; estemecanismo é catalisado pelos poros da cinza “fly ash” utilizandocarbono ativo (originário do carbono fixo) e sais de cloro retidosnas cinzas. A pré-hidrólise diminui o mecanismo “de novo”devido ao teor praticamente nulo de carbono fixo nas cinzas,independente do teor de cloro nas cinzas fly ash.
3. Há um consenso de que é impossível evitar a formação dedioxinas em qualquer combustão e a sua redução significativa é
Ch
ori
nat
ed P
hen
ols
, as
org
. Cl
(mic
rom
ol/
kg w
et M
WS
)
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
Illustration showing an indirect relationship between Cl in the feedstock and dioxin formation via thepercursor pathway: a) relationship between HCl and chlorinated phenols [Kanters MJ, Van Nispen R, LouwR and Mulder P (1996) “Chlorine input and chlorophenol emission in the lab-scale combustion ofmunicipal solid waste” Environmental Science & Tecnology 30 (7) 2121-6]
1. Formação de dioxinas se dá na faixa de 200 a 450°C com o máximo a300°C. Não há formação nas partes quentes da cadeira (fornalha ecâmara secundária), mas sim nas partes frias (balões, superaquecedorese economizadores);
2. Há dois mecanismos de formação de dioxinas: 1º) formação dosprecursores fenóis e benzenos clorinados durante a combustão e quereagirão entre si para formação da dioxina nas partes frias
dioxinas em qualquer combustão e a sua redução significativa éfeita em filtros-manga de alta temperatura (220°C) seguida detorre de lavagem (úmida ou semi-seca) com adição de Ca(OH)2e carvão ativado.
4. A formação de dioxina não segue o equilíbrio químico masdepende dos mecanismos de cinética química, isto é, tem umresultado diferente para cada caldeira e numa mesma caldeiraou incinerador, tem resultados diferentes para cada rotinaoperacional. Isto explica a grande disparidade de resultados daliteratura. Não se deve perder tempo com análises econsiderações mais sim utilizar o RDF+ na PIERP, medir oresultado e adicionar o filtro-manga antes da torre de lavagemjá existente, se necessário.
5. Por este dado pode-se dizer que a pré-hidrólise resolve oproblema das dioxinas na combustão do lixo.
HCl emission (g Cl/kg wet MSW)
RDF = 0,747 g Cl/kg= 1,245 g Cloreto/kg
MOL = 4,56 g Cl/kg= 7600 g Cloreto/kg
Ch
ori
nat
ed P
hen
ols
, as
org
. Cl
(mic
rom
ol/
kg w
et M
WS
)
-1 1 3 5 7 9 11 13 15 17
1.0
0.5
0.0
• Lodo Típico: 30% proteínas, 30% lipídios,30% carboidratos e 10% de cinzas
Conversão Piloto de Baixa Temperatura - CBT
( CO2 , H2O, NH3 H2S, HCl )
Lodos ouBiomassa
(1 t)
Lodo, tortas, excrementos e
pneus
Óleo Carvão
Óleo Graxo + Carvão(0,20 t ou 0,10 t) (0,55 t)
(Gases Não Condensáveis:
0,25 t ou 0,35 t)
CaHbOcNdSeClf CmHn + CxHyOz
30% carboidratos e 10% de cinzas• Biomassa: 71% carboidratos, 20% lignina,
2% proteínas, 3% lipídios, 4% cinzas
• Processo termo-catalítico: 280 a 450 ºC
•Meio reacional hermético: ausência de O2
•Manutenção das ligações homogêneas: C—C
•Ruptura das ligações heterogêneas: C—S,
C—N, C—P, C—O, C—Cl, Cl—O, N—O, S—O
• Proteínas e lipídios formam: óleo e carvão
• Carboidratos formam: carvão
• Injeção de H2 aumenta o teor de óleo e diminui o teor de carvão Reator Piloto CBT – 8 Tubos
169
Lay out da Instalação de Conversão de Baixa Temperatura – 2 Reatores CBT 120 tubos – (400 TBS/dia), batelada de 8 h/reação (3 reações/dia)
L =
(8
.00
0n
(n
=5
)
L =
(8
.00
0n
+3
00
00
); (
n=
5)
Legenda:1 – Secagem do Lodo
1.1 – Moega de recepção de lodo úmido1.2 – Deságue do lodo1.3 – Secador de lodo1.4 - Lavador de gases1.5 – Caracol de lodo seco1.6 – Moega de lodo seco1.7 – Elevador de caçambas de lodo seco
2 – Alimentação de Matéria Prima (0,80 h)2.1 – Caixa de alimentação2.2 – Ponte rolante
3 – Reator CBT (reação 2,50 h)4 – Aquecimento do Reator (1,50 h)
4.1 – Gerador de Gás Quente4.2 – Ventilador de gás quente
5 – Resfriamento do Reator (2,50 h)5.1 – Ventilador de resfriamento5.2 – Chaminé
6 – Condensação / Estocagem do óleo6.1 – Torre de condensação6.2 – Trocador de calor6.3 – Tanque de óleo
7 – Utilidades7.1 – Torre de resfriamento7.2 – Compressor de ar7.3 – Tanque de Nitrogênio
8 – Obras Civis8.1 – Prédio do Reator CBT8.2 – Prédio do secador de lodo
9 – Processamento do Carvão9.1 – Moega de descarga do carvão (0,70 h)9.2 – Caracol de transferência de carvão9.3 – Elevador de caçamba de carvão9.4 – Caracol de envio do carvão para consumo9.5 – Container de carvão
L =
(8
.00
0n
(n
=5
)
L =
(8
.00
0n
+3
00
00
); (
n=
5)
Dados da Conversão de Biomassas Oleosas (com Lipídios e Proteínas) e Percentuais de Carvões e Óleos gerados pelo CBT – Conversão de Baixa Temperatura
Biomassa Produtos da Reação Teor de cinzas do
carvão %
% de Óleo Esterificável a
BiodieselTipos Cinzas%
Carvão%
Óleo %
Água%
Gases NãoCondensáveis
%
Lodo Médio 14,7 35,0 13,0 18,0 34,0 42,0 -
Dejeto Suíno 9,0 32,0 15,0 25,0 28,0 28,1 92,2
Dejeto Bovino 14,0 36,0 12,0 10,0 42,0 38,9 50,0
Cama de Frango 28,0 55,0 14,0 17,0 14,0 50,9 38,1
Torta de Pinhão-Manso 6,2 42,0 25,0 15,0 18,0 14,7* 68,7
Torta de Girassol 4,6 35,0 23,0 27,0 15,0 13,1* 78,9
Torta de Filtro de Cana (queimada) 45,7 68,0 10,0 10,0 12,0 67,2 --
Torta de Filtro de Cana (mecânica) 17,5 56,6 15,0 18,0 10,4 30,9 --Torta de Filtro de Cana (mecânica) 17,5 56,6 15,0 18,0 10,4 30,9 --
Farelo de Soja 6,2 40,0 16,0 26,0 18,0 15,5* --
Farelo de Carne e Osso 25,2 49,0 25,0 11,0 15,0 51,4 --
Gérmen de Milho 4,0 37,0 15,0 33,0 15,0 10,8* --
Lodo de Graxaria 10,0 20,0 60,0 10,0 10,0 45,5 79,4
Lodo de Esgoto: Primário 46,5 67,7 13,5 10,8 8,0 68,0 --
Digerido 38,9 60,0 13,0 13,9 13,2 65,0 --
Borra de Café 10,0 42,0 18,0 14,0 26,0 23,8 100,0
Vinhaça de Cana 19,4 45,0 12,0 23,0 20,0 43,0 --
Resíduo de Reflorestamento (RFR) 3,5 40,0 10,0 22,0 28,0 8,8* 0,0 (Alcatrão)
Pneu (inteiro) 5,0 38,0(Negro de Fumo)
40,0 12,0 (aço)
10,0 13,2 0,0 (solventes)
Madeira (carvão vegetal) 1,0 20,0 0 0 0 5,0
* Apenas os carvões das tortas de pinhão-manso, girassol, soja, gérmen de milho e RFR são aplicados à siderurgia devido ao médio teor de cinzas
993
320
Celulignina + Ar do Tubo (01)
Tubos de Gás Natural (06)
Ignição
Caixa de Ar
Maçarico de Celulignina em Pó* com Chama Piloto de GN ou GLP para Caldeira ou Syngas
320 840
675
Fotocélula
Celulignina + Ar do Tubo
Gás Natural
Janela
Dimensões em mm
Chama do Maçarico de Celulignina em Pó
Maçarico de Celulignina em Pó (3 t CL/h = 15 MWt)
* Desenvolvido a partir do combustor para caldeira Mitsubishi VU-50
Syngas – Reforma Autotérmica (ATR) no Maçarico de CeluligninaCelulignina – C4,56 H6,18 O2,35 Massa Molecular = 98,5
Equação ATR – C4,56 H6,18 O2,35 + 1,2626 O2 + 0,3850 H2O ⇒ 2,6789 H2 + 2,9582 CO + 1,1510 CO2 + 0,2922 CH4 + 0,0007 C2H6 + 0,0524 C3H8
Relação mássica O2/CL = (1,2626 x 32)/98,5 = 0,41 ∴∴∴∴ 1,25 TBS → 1,00 t CL → 1,4 t Syngas.
Balanço de Massa O2/CL: 1,00 t CL + 0,41 t O2 = 1,41 t Syngas.
EGF – Energia do Syngas Formado = 93%, Total (EGF + vapor) = 98%
H2 CO CO2 CH4 C2H6 C3H8 Total N2 O2
Vol. Específico (m3/kg) 12,297 0,884 0,563 1,542 0,808 0,556 --- 0,885 0,7692Vol. Específico (m3/kg) 12,297 0,884 0,563 1,542 0,808 0,556 --- 0,885 0,7692
PCS (kcal/kg) 34.187 2.418 0,00 13.319 12.446 12.066 --- 0,00 0,00
Comp. Syngas (% v/v) 37,55 41,47 16,14 4,10 0,01 0,73 100 --- ---
Massa Syngas (kg/m3) 0,0305 0,4691 0,2867 0,0266 0,0001 0,0131 0,8261 --- ---
PCS Syngas (kcal/m3) 1.043 1.134 0,00 354 1,2 158 2.690(11,24 MJ/Nm3)
0,00 0,00
Limpeza do gás (mg/Nm3): particulados < 0,1; alcalinos < 0,25;, alcatrão < 1,0; compostos sulfurosos < 0,1
Equação de combustão: C4,56 H6,18 O2,35 + 0,3850 H2O + 3,8250 O2 ⇒ 2,28 CO2 + 3,09 H2O + 0,3850 H2O
Razão de equivalência: 1,2626/3,8250 = 0,3301 = 33,01% > 30%, acima do qual não há alcatrão, isto é, a ATR da celulignina não gera alcatrão porque seu gerador (xilose/furfural) foi digerido na pré-hidrólise
Geração de Hidrogênio – Reforma a Vapor do Syngas• Eq. de reforma a vapor e separação do H2 por PSA/SSM (Pressure Swing Adsorption /Selective Surface Flow Membrane)
* Catalisadores
350 a 380ºC - óxidos de Fe-Cr ou CoO/MoO ou NiO/MoO, insensíveis ao S200 a 250ºC – CuO/ZnO, altamente sensíveis ao S
Reforma a vapor* PSA/SSM
2,6789 H2 + 2,9582 CO + 1,1510 CO2 + + 0,2922 CH4 + 0,0007 C2H6 + 0,0524 C3H8
3,8598 H2O
Syngas 7,3348 H2 + 4,5600 CO2
5,3127 H2 (44,66 % v/v)
2,021 H2 (17,00 % v/v) +
4,5600 CO2 (38,34 % v/v)
+
§ Massa/mol.g CL
Syngas (145,8332) + H2O (69,4764) → H2 (14,6696) + CO2 (200,6400) → H2 puro (10,6254) + +mistura [H2 (4,0442) + CO2 (200,6400)] → ∑ 215,3096
¥ Produção específica de H2 e de CO2
kg SYG/TBS: 1,25 TBS → 1,00 t CL → 1,41 t Syngas ∴∴∴∴ (1,41/1,25) = 1,128 t Syngas/TBS
kg H2/TBS: (10,6254/145,8332) x 1,128 = 82,1860 kg H2/TBS
kg H2/ha.a (eucalipto/napier de 35 TBS/ha.a): 82,1860 x 35 = 2877 kg H2/ha.a
kg H2/(t lixo = 0,4 TBS): 0,4 x 82,1860 = 32,8744 kg H2/t lixo (São Paulo: 15.000 t lixo/d, 106 carros CaC)
Geração de Hidrogênio – Reforma a Vapor do Syngas• Faturamento provável a US$ 3.00 kg H2 (máx. H2 do GN – US$ 8.00/kg H2)� H2/t lixo: 32,8744 kg H2/t lixo x US$ 3.00/kg H2 = US$ 98.62/t lixo
� EE/t lixo: 0,4 TBS x 80% x 18,4 MJ/kg x (η = 38%) x (1 h/3.600 s) x US$ 80.00/MWh = US$ 49.72/t lixo
� Eucalipto/napierH2: 2877kg H2/ha.a x US$ 3.00/kg H2 =…………………………………………………. US$ 8631.00/ha.aEtanol Ph (80 L/TBS):(80 L/TBS x 35 TBS/ha.a x R$ 0,90/L)/(R$ 1,80/US$) = US$ 1400.00/ha.aTotal:……………………………………………………………………………........................ US$ 10031.00/ha.aCO2: (200,6400/145,8332) x 1,128 t syngas/TBS = 1,55 t CO2/TBS
1,55 t CO2/TBS x 35 TBS/ha.a = 54,30 t CO2/ha.a – a ser futuramente utilizado paracrescimento de microalgas em fotobioreatores à taxa de consumo de 5,5 t CO2/m3 de óleo,crescimento de microalgas em fotobioreatores à taxa de consumo de 5,5 t CO2/m3 de óleo,resultando 9870 L/ha.a de óleo
�Etanol de cana (2ª. Geração): (11,250 L/ha.a x R$ 0,90/L) / (R$ 1,80/US$) = US$ 5125.00/ha.a�Celulose: 11 t/ha.a x US 800,00/t =............................................................. US$ 8800,00/ ha.a
• Mercado do H2
Refino de petróleo e indústria petroquímica AmôniaIndústria química e farmacêutica Produção de peróxido de hidrogênioÓleos lubrificantes Metalurgia e tratamentos térmicosTecnologia de alimentos, gorduras e produção de óleos Indústria eletrônicaManufatura de vidros planos e vidrarias Silício para indústria fotovoltaicaCaC – Célula a Combustível (carros 72 km/kg H2; ônibus 6,7 km/kg H2
Motor de Dois Tempos de Baixa Velocidade (MDTBV)
45
50Motor Dois Tempos Baixa Motor Dois Tempos Baixa VelocidadeVelocidade
Ciclo CombinadoCiclo Combinadocom Turbina a Gáscom Turbina a Gás
Eficiência Térmica %55
d - Flexibilidade de duplo combustível dos motores
MDTBR
100% carga
Modo somente com óleo combustível
Óleo
Co
mb
ust
ível
100%
Modo com duplo 100%
a – Layout do Motor
c- Exemplos de Combustíveis Líquidos e Gasosos Queimados nos MDTBV*
Características eComposição Unidades
Nº Combustível1 2 3
Viscosidade cSt/50ºC 2,27 198 700Densidade a 15ºC Kg/m³ 843 938 991**
Ponto Flash ºC 65 100 ≥ 60Ponto de Vazamento ºC - - 30Carbono Conradson % peso 0,01 9,4 22
Resíduo Carbono %(m/m) - - 22Asfalto % peso 0,00 3,7 14Enxofre % peso 0,22 0,83 5
Água % peso 0,00 0,01 1Sedimento total
após envelhecimento %(m/m) - - 0,1
Cinza % peso 0,00 0,03 0,15/0,2Alumínio mg/kg - - 30
Alumínio+ Silicone mg/kg 80Vanádio mg/kg 0 12 600
Líq
uid
os
20
25
30
35
40
45
]1 5 10 50 100Turbina a GásTurbina a Gás
Turbina a VaporTurbina a Vapor
Motor Diesel de Motor Diesel de Média VelocidadeMédia Velocidade
Capacidade da Unidade (MW)500
b - Comparação da Eficiência da Unidade Típica, baseada na ISO 3046/1986
Óleo
Gás
Modo com duplo combustível
100% carga40%
8%
Co
mb
ust
ível 100%
Co
mb
ust
ível
Óleo
Gás
Modo com gás fixo
100% carga
8%
100%
Vanádio mg/kg 0 12 600Sódio mg/kg 0 25 30% de VCCAI 805 807 -PCI kcal/kg 8620 8890 9550CH4 Vol % 91,1 26,1C2H6 Vol % 4,7 2,5C3H8 Vol % 1,7 0,1C4H10 Vol % 1,4 -CO2 Vol % 0,5 64,0N2 Vol % 0,6 7,3
Massa Molar Kg/mol 17,98 35,20
PCIkJ/kg 48390 7050
(kJ/Nm³) 38930 11120
Dens. a 25ºC/200bar absDens. a 5ºC/200bar abs Kg/m³ 0,727
1791,425487
* MGDTBV-Motor de Dois Tempos e Baixa Velocidade;**podem ser ultrapassados desde que seja instaladoequipamento de limpeza, ou seja, tipos modernos decentrífugas; m/m = massa; v/v = volumeNº Combustível Líquido:1– Óleo Diesel; 2– Óleo CombustívelMarítimo; 3– Diesel Marítimo;Nº Combustível Gasoso: 1-Gás Natural; 2-Gás Médio BTU
Gas
oso
s
Caldeira de Leito Fluidizado ou Grelha
Coletor de saída devapor superaquecido
Duto de Gases da Caldeira ao Pré-aquecedor
Purga gás para Secagem da Celulignina (240°)
Retorno do gás desecagem da celulignina
Buckstay
Superaquecedor Primário
SuperaquecedorSecundário
Chaminé
Eix
o Y
Tubulão de Vapor
Pré-aquecedor de ArDuto de Ar para o Leito Fluidizado
Eix
o Y
Análise Técnico-Econômica450 t lixo/dia
Pequena – 27,40 MW2.700 t lixo/dia
Grande – 155,10 MW
CBT (80 TBS/dia) PH (180 TBS/dia) CBT(200 TBS/dia) PH(1.080 TBS/dia)Investimentos 93.675.515 400.070.808CBT – Conversão de Baixa Temperatura 7.945.706 20.181.481PH – Pré-hidrólise 14.682.148 39.038.878Syngas 9.424.300 52.125.400Termoelétrica (motogerador + caldeira vapor) 34.070.403 197.45.859Instalações 5.443.270 15.878.427Obras 5.553.442 6.245.780Projeto, licenças, gerência, capital de giro 16.555.246 69.145.983Custos anuais 36.383.346 143.564.139Depreciação (10%) + retorno (15%) 23.418.629 100.017.702Mão-de-obra (4 turnos) 4.704.606 4.845.042Mão-de-obra (4 turnos) 4.704.606 4.845.042Custo operacional 8.259.111 38.701.395Receita anual 42.205.055 209.506.629Crédito de carbono (R$ 30,00/ t CO2) 4.462.964 26.202.913Taxa disposição (lixo/lodo) (R$ 35,00/ t) 7.969.777 45.046.386Gesso + C5/C6 1.584.000 9.504.000Energia elétrica 28.188.314 (R$ 144,00/MWh) 128.753.330 (R$ 107,00/MWh)Fluxo de caixa 12 anos, carência 2 anos,juros 10%, período de pagamento 10 anos
BNDES BNDES
Grande despesa a cada 5 anos 7.494.961 32.005.665Imposto de renda / Contribuição social 34% 34%Depreciação 10% 10%Impostos (ICMS, IPI, etc.) 20% 20%Valor presente líquido 36.098.677 241.052.578Taxa interna de retorno 52,20% 78,59%Período de retorno do investimento 1,92 anos 1,27 anos