biomasssa para gaseificação

8/13/2019 biomasssa para gaseificao

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Tecnologia e Estado da Arte da Gaseificao de Biomassa,

Universidade do Amazonas, Manaus, 8 e 9 de abril de 2002

Gaseificao de Biomassa -Histrico e Conceitos

Bsicos

NIPE/UNICAMP


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Leito Fluidizado 100 kg/h deBiomassa


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Gaseificao,um novoprocesso?


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Os princpios bsicos da gaseificao de biomassa so conhecidos desde o final dosculo XVIII. As primeiras aplicaes comerciais foram registradas em 1830. Em

1850, grande parte da cidade de Londres era iluminada com gs e a indstria entoestabelecida cresceu usando gaseificadores para produzir gs, principalmente decarvo mineral e madeira. Em 1881, pela primeira vez o gs de gaseificao foiusado para acionar um motor de combusto interna. Nos anos de 1920 vriasdemonstraes de aplicaes estacionrias, caminhes, tratores e automveisaconteceram na Europa e outras partes, mas foram aos poucos abandonadas.

Durante a Segunda Guerra Mundial os gaseificadores de biomassa para a geraode eletricidade reapareceram com fora na Europa, sia, Amrica Latina eAustrlia, devido a escassez de petrleo. Apenas na Europa cerca de um milho deveculos eram acionados por gaseificadores naquela poca usando carvo vegetalou madeira. Com o fim da guerra foram todos abandonados novamente.

As crises energticas dos anos de 1970 e 1980 reacendem o interesse pelagaseificao de biomassa

Fonte:Stassen, H.E. (1995) Small-Scale Biomass Gasifiers for Heat and Power. A Global Review. World BankTechnical Paper Number 296, Energy Series.


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O que a biomassa?lenha, resduos de serrarias e movelarias,produtos da cana, lcool etlico, bagao,

resduos agro-pecurios, florestais,industriais, casca de arroz, esterco,carvo vegetal e briquetes,leos vegetais; palma, mamona, buriti,resduos urbano,

Lixivia, licor negro, casca de madeira, etc.


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Constituintes da Biomassa

Celulose Hemicelulose

Lignina Extrativos Minerais


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Outras Formas de Analisar aBiomassa

Anlise Elementar C H O N

S Cl Si, etc

Anlise Imediata Carbono fixo Matria voltil Umidade Teor de cinzas


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Anlise Elementar daBiomassa, % b.s. C H N O

Bagao de cana 43,8 5,8 0,4 47,1Fibra de coco 47,6 5,7 0,2 45,6Casca de coco 50,2 5,7 0,0 43,4Sabugo de milho 47,6 5,0 0,0 44,6P de milho 41,9 5,3 0,0 46,0Resduo de algodo 42,7 6,0 0,1 49,5Casca de amendoim 48,3 5,7 0,8 39,4

Casca de paino 42,7 6,0 0,1 33,0Casca de arroz 38,9 5,1 0,6 32,0Palha de arroz 36,9 5,0 0,4 37,9Madeira (subabul) 48,2 5,9 0,0 45,1Palha de trigo 47,5 5,4 0,1 35,8

Fonte: Fuel, 74(12), 1812-22, 1995


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Anlise Imediata, PoderCalorfico Superior e Massa

Especfica da Biomassa, % b.s.

Fonte: Fuel, 74(12), 1812-22, 1995

Cinzas Volteis PCS (MJ.kg -1) Massaespecfica(kg.m -3)

Bagao de cana 2,9 84,2 16,29 111Fibra de coco 0,9 82,8 14,67 151Casca de coco 0,7 80,2 20,50 661Sabugo de milho 2,8 85,4 15,65 188P de milho 6,8 80,1 16,54 129Resduo de algodo 5,4 88,0 17,48 109Casca de amendoim 5,9 83,0 18,65 299Casca de paino 18,1 80,7 17,48 201Casca de arroz 23,5 81,6 15,29 617Palha de arroz 19,8 80,2 16,78 259Madeira (subabul) 0,9 85,6 19,78 259

Palha de trigo 11,2 83,9 17,99 222


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Celulose Hemicelulose Lignina Extrativos

Bagao de cana 41,3 22,6 18,3 13,7Fibra de coco 47,7 25,9 17,8 6,8Casca de coco 36,3 25,1 28,7 8,3Sabugo de milho 40,3 28,7 16,6 15,4P de milho 42,7 23,6 17,5 9,8Resduo de algodo 77,8 16,0 0,0 1,1Casca de amendoim 35,7 18,7 30,2 10,3Casca de paino 33,3 26,9 14,0 10,8Casca de arroz 31,3 24,3 14,3 8,4Palha de arroz 37,0 22,7 13,6 13,1Madeira (subabul) 39,8 24,0 24,7 9,7Palha de trigo 30,5 28,9 16,4 13,4

Fonte: Fuel, 74(12), 1812-22, 1995


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Composio das Cinzasda Biomassa, ppm b.s.Si Ca K Na Mg Al Mn Fe P S

Bagao de cana 17.340 1.518 2.682 93 6.261 - 9 125 284 60Fibra de coco 2.990 477 2.438 1.758 532 148 4 187 47 64Casca de coco 256 1.501 1.965 1.243 389 73 1 115 94 35Sabugo de milho 9.857 182 9.366 141 1.693 - 19 24 445 15P de milho 13.400 4.686 32 6.463 5.924 1.911 12 518 2.127 564Resduo de algodo 13.000 3.737 7.094 1.298 4.924 - 38 5746 736 58Casca de amendoim 10.960 12.970 17.690 467 3.547 3.642 44 1.092 278 299Casca de paino 150.840 6.255 3.860 1.427 11.140 - 38 1.020 1.267 317Casca de arroz 220.690 1.793 9.061 132 1.612 - 108 533 337 163Palha de arroz 174.510 4.772 5.402 5.106 6.283 - 463 205 752 221Madeira (subabul) 195 6.025 614 92 1.170 - 2 614 100 66Palha de trigo 44.440 7.666 28.930 7.861 4.329 2.455 25 132 214 787

Fonte: Fuel, 74(12), 1812-22, 1995


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Gaseificao de biomassa

um processo no qual ocombustvel slido

fragmentado com o uso de calornuma atmosfera com pouco

oxignio para a gerao de umamistura de gases combustvel.


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Processos de ConversProcessos de Convers oode Biomassade Biomassa

Combusto Gaseificao Pirlise

(Carbonizao) Liquefao Torrefao

Fermentao Hidrlise Biodigesto Digesto Extrao de

leos (Fsico)


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Processos Termoqumicos e Produtos

Pirlise

Liquefao

Gaseificao

Combusto

Carvo

Bio-leo

ua

Gs MPC*

Gs BPC*

Calor

MisturadorTransformao

Turbina

Sntese

Gerador

Sntese

Caldeira

EmulsesGasollina +

Diesel

Metanol

lcool

Potncia

Amnia

*MPC e BPC si nificam Mdio e Baixo Poder Calorfico, res ectivamente.

Tecnologias deConverso

ProdutosPrimrios

Tecnologias deProcessamento

ProdutosSecundrios


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Rendimentos (% b.s.)Lquido

(%)

Slido

(%)

Gs

(%)PirliseRpida

Temperatura moderada,curto tempo deresidncia dos vapores

75 12 13

Carbonizao Baixa temperatura,tempo de residncia

longo

30 35 35

Gaseificao Alta temperatura,tempo de residncialongo

5 10 85

Fonte: WRE, 4(1) 2001


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Reaes de Gaseificao de Biomassa

Zona de oxidao C + O2 C O2 + 401,9 kJ/mol

H + O2 H2O + 241,1 kJ/mol

Zona de Reduo C + CO2 + 164,9 kJ/mol 2 CO

C + H2O +122,6 kJ/mol CO + H2

CO2 + H2 + 42,3 kJ/mol CO +H2O

C + 2H2 CH4 + 87,0 kJ/mol

CO+3H2 CH4+H2O + 205,9 kJ/mol


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Severidade da Pirlise e seus produtos (Milne & Evans, 1987)


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Caractersticas da MatriaCaractersticas da Matria --prima paraprima paraVrios tipos de GaseificadoresVrios tipos de Gaseificadores

Gasifier Type Downdraft

(co-corrent)

Updraft

(counter-corrent)

Open-core

(rice husk)

Cross-draft

(charcoal)Size (mm) 20-100 5-100 1-3 40-80

Moisture (%w.b)

< 15-20 < 50 < 12 < 7

Ash (% d.b) < 5 < 15 Approx. 20 < 6

Morphology uniform Reasonableuniform

uniform uniform

Bulk density(kg/m3)

> 500 > 400 > 100 > 400

Ash meltingpoint ( C)

> 1250 > 1250 > 1000 > 1250


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Composio tpica dos gases para

diferentes combustveis e tipos degaseificadoresTipo de gaseificadorUmidade (% bu)

Contra-correnteMadeira (10-20%)

ConcorrenteMadeira (10-20%)

Fluxo cruzadoCarvo vegetal (5-10%)

HidrognioMonxido de carbono

8-1420-30

12-2015-22

5-1020-30

MetanoDixido de carbono

2-35-10

1-38-15

0,5-22-8

NitrognioOxignio

45-551-3

45-551-3

55-601-3

Umidade no gs(Nm 3 gua/Nm 3 gs seco) 0,20-0,30 0,06-0,12 < 0,3

Alcatro no gs(g/Nm 3 gs seco) 2-10 0,1-3 < 0,3

Poder calorfico inferior(MJ/Nm 3 gs seco)Temperatura de sada ( 0C)

5,3-6,0200-400

4,5-5,5700

4,0-5,2


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Rendimento de alcatro x Temperatura(Baker et al. 1988)


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Proposta de Maturao do Alcatro

(Elliott, 1988)


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Updraft and Downdraft Gasifiers Tar MBMS,

(Reed et al. 1986)

f


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Composio do alcatro de gaseificao de biomassa a780 C, presso atmosfrica, (Bangala et al. 1997)


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Componentes do Alcatro de Biomassa(Elliott, 1988)

Pirlise FlashConvencional(450C - 500C)

Pirlise Flash AltaTemperatura(600C - 650C)

GaseificaoConvencional com Vapor(700C - 800C)

Gaseificao a AltaTemperatura com Vapor(900C - 1000C)

cidosAldedosCetonasFuranoslcooisCompostos oxigenadoscomplexosFenisGuaiacisSiringisFenis complexos

BenzenosFenisCatecisNaftalenosBifenisFenantrenosBenzofuranosBenzaldedos

NaftalenosAcenaftilenosFluorenosFenantrenosBenzaldedosFenisNaftofuranosBenzantracenos

NafetalenoAcenaftilenoFenantrenoFluorenoPirenoAcefnantrilenoBenzaltracenosBenzopirenosPAR PM 226PAR PM 276


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Tecnologias de Limpeza de Gases


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Fluxograma de Gaseificao deBiomassa com Aplicao em

Cogerao

Fonte:www.gasnet.co.uk


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Outras Aplicaes da Gaseificao deBiomassa

Produo de gs de sntese para uso emSntese Fischer-Tropsch,

CO + H2

+ N2

HC + H2O + N

2+ CO

2

Produo de H2 para alimentar clula de

combustvel Produo de metanol

O t b lh i l t d g ifi


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O trabalho necessrio para operar uma planta de gaseificao consideravelmente diferente daquele necessrio para operar ummotor diesel. Esta diferena qualitativa e quantitativa. Durante aoperao, o operador de um gaseificador deve freqentementeverificar vrios medidores de temperatura e presso e com base

nessas informaes tomar decises tais como: adicionar novocombustvel, mover a grelha, limpar os filtros e ajustar vlvulas.No final de sua jornada diria, o operador deve normalmentelimpar o reator e filtros removendo as cinzas e outras partculas.Finalmente, ele tambm deve preparar o combustvel e fazer ocontrole de qualidade. Assim, ao contrrio de operadores demotores diesel, que podem realizar outras tarefas no relacionadasdiretamente com o sistema, o operador de um sistema degaseificao de pequena escala uma funo de tempo integral.

Stassen, H. E., 1995

Custos para Implantao de


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Custos para Implantao deSistemas de Gerao com

Gaseificadores de BiomassaComponentes Concorrente Contra-corrente

Investimentos Diretos Custos (ECU)GaseificadorMulti cicloneCraqueador de alcatroTrocador de calorScrubber + demisterCompressorMotor a gs e gerador (2 @ 1 MW2)

470.00025.000

064.00064.00017.000

1.240.000

470.00025.000

129.00064.00064.00017.000

1.240.000

TOTAL 1.880.000 2.009.000

Fonte: Stassen & Knoef, 2001

P j t I t id


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Projetos InterrompidosLarga escala

Maui, Hawaii, problemascom alimentao de bagao;

Biocycle, Dinamarca,cancelado pelaconcessionria;

Projeto Minnesota (alfalfa),risco muito alto;

Projeto Vega, Eskiltuna,Sucia, cancelado pelaconcessionria (1992);

Projeto Norte da Holanda,problema com contratos de

longa durao

Pequeno porte Wamsler, Alemanha DML, Alemanha

Marick International (BiomassEngineering), Reino Unido Arcus, Alemanha Power Gasifiers, Reino Unido

Mega Limburg, Holanda Easymod, Alemanha Border Biofuels etc.

Alguns desses projetos foraminterrompidos devido amudanas na poltica dascompanhias

Fabricantes de Sistemas de Gaseificao de Biomassa


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Fabricantes de Sistemas de Gaseificao de Biomassa EUA 14 Alemanha 11 R.U. 6 Sua 4 Dinamarca 4 ustria 3 Canad 3 Finlndia 3 Itlia 3 Frana 2 Sucia 2 Blgica 1 Holanda 1

Tecnologias de Gaseificao

concorrente

contracorrente

leito fluidizado

outros

Fonte: www.gasifiers.org

Vrnamo Sucia


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Vrnamo, Sucia Leito fluidizado

circulante pressurizado(1,8 MPa), ar

Matria-prima: madeira,palha, etc.

6 MWe e 9 MWt

8.500 horas de operao(3.600 IGCC)

Vermont EUA


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Vermont, EUA Capacidade 200 t/dia Gs 16,75 MJ/Nm3 Matria-prima:

cavaco de madeira Tecnologia: leitofluidizado, vapor

Temp. 700-750oC > 7-8 MW

Esquema do processo Battelle-FERCO


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Esquema do processo Battelle FERCO

Esquema do processo ARBRE


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q p


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Tecnologias Concorrentes com aGaseificao de Biomassa


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Obrigado!No percam

amanh!!!

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