Carbon Capture Pereira

Click here to load reader

  • date post

    09-Feb-2016
  • Category

    Documents

  • view

    13
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Carbon Capture Pereira

  • Carbon Capture and Storage (CCS) - tcnicasaplicadas produo de cimento1

    Daniel Friderichs Pereira2

    Resumo

    As tcnicas de captura e de armazenamento de carbono so de extrema impor-tncia para a reduo das emisses desse gs de efeito estufa para a atmosfera. As CCS (Carbon Capture and Storage) utilizam mecanismos fsico-qumicos para separar esse poluente e outras tcnicas de compresso para armazenar geologi-camente o dixido de carbono que emitido por fontes fixas, como o caso do forno de clnquer, utilizado na produo de cimento. Este trabalho foi desenvol-vido para sugerir possibilidades de uso de algumas das tcnicas de CCS, direcio-nadas produo de cimento. As tcnicas de ps-combusto e oxi-combusto so propostas para a separao do dixido de carbono, e o transporte tubular e rodovirio so indicados para transport-lo. O armazenamento geolgico suge-rido, na jazida Candiota (RS- Brasil), para o armazenamento definitivo do CO2. A metodologia empregada para a realizao do trabalho foi a pesquisa biblio-grfica para o levantamento das tecnologias existentes, clculos especficos para o dimensionamento de um sistema de CCS e do tempo de vida til do projeto, bem como visitas tcnicas para o levantamento das atuais condies do processo do forno de clnquer numa fbrica de cimento de Pinheiro Machado (RS), como temperatura, presso e volume de sada.

    Palavras-chave: Captura e armazenamento de carbono (CCS). Dixido de Car-bono. Aquecimento global.

    Abstract

    The Carbon Capture and Storage (CCS) techniques are extremely important for reducing emission of greenhouse gas into the atmosphere. The Carbon Capture and Storage (CCS) use physicochemical mechanisms to separate this pollutant and other compression techniques to geologically store the carbon dioxide that is emitted from stationary sources, such as the clinker kiln, used on the cement production. This study was developed to suggest possible uses of some of the CCS techniques, focused on cement production. The techniques of post-combustion and oxy-fuel combustion are proposed for the carbon dioxide separation, and the tubular and road transportation are indicated to carry it. The geological storage is suggested in underground deposits in Candiota (RS-Brazil) for the final storage of CO2. The methodology used for the study achievement was the literature search for the survey of the existing technologies, specific calculations for the design of a CCS system and lifetime of the project, as well as, technical visits for the survey of the current conditions of the clinker kiln process in a cement factory in Pinheiro Machado town (RS) like temperature, pressure and output volume.

    Keywords: Carbon capture and storage (CCS). Carbon dioxide. Global warming.

    1 Este artigo sntese do trabalho de concluso apresentado coordenao do Curso de Graduao em Engenharia Ambiental da ULBRA, em julho de 2010, para a obteno do ttulo de Engenheiro Ambiental - orientao do Prof. Me. Jos Eduardo Pereira Neto. E-mail: [email protected]

    2 Engenheiro Ambiental pela ULBRA, Canoas, RS, Brasil. E-mail: [email protected] recebido em 13/12/2010 e aceito em 25/04/2011.

  • Revista Liberato, Novo Hamburgo, v. 12, n. 17, p. 01-106, jan./jun. 201140

    PEREiRA, D. F.

    1 Introduo

    A preocupao com o aquecimento glo-bal, provocado pelas emisses de compostos de carbono causadores do efeito estufa e, entre eles, o dixido de carbono, emitido em grande quantidade pelas atividades industriais, fez com que dez das maiores companhias do setor ci-menteiro do mundo lanassem o CSi (Cement Sustainability Initiative - iniciativa de Sustenta-bilidade do Cimento), que se compe de uma agenda internacional para promover o desen-volvimento sustentvel do setor. A relevncia da iniciativa deve-se ao impacto que a produo de cimento provoca no cenrio econmico, social e ambiental no mundo inteiro.

    O processo de produo de cimento uma das atividades industriais que mais gera o di-xido de carbono. A produo do clnquer , de todas as etapas da produo de cimento, a que mais gera o CO2 (Dixido de Carbono). Dessa for-ma, a indstria cimenteira tornou-se responsvel por 5% das emisses de CO2, principal gs asso-ciado ao aquecimento global (CEPAC, 2009).

    Entre as aes tomadas atualmente pelo setor para cumprir com as metas da CSi, desta-cam-se as tcnicas de co-processamento, a re-duo do percentual de clnquer na composio do produto final e a utilizao de combustveis alternativos nos fornos. Essas aes se mostram eficientes apenas para uma reduo relativa das emisses de carbono em relao ao total de ci-mento produzido. O cenrio final um cresci-mento absoluto das emisses de carbono, visto que o setor cresceu 11,6% no ano de 2008, em relao a 2007.

    Um agravante nas tcnicas de co-proces-samento utilizadas pela indstria cimenteira o produto utilizado para reduzir o percentual de clnquer no cimento: a cinza. Proveniente das usinas termeltricas, a cinza pozolnica obtida a partir da combusto do carvo mineral e o rejeito do processo de produo de energia, a partir do carvo. Esse material tem valor inesti-mvel para indstria do cimento porque muito barato, tem granulometria fina e pode ser adicio-nado ao cimento, sem prejudicar o desempenho tcnico do produto. Porm, a cinza est ligada a um processo industrial de enorme impacto am-biental no que diz respeito emisso de dixido de carbono, que a produo de energia por combusto do carvo mineral, de forma que cada tonelada de cinza utilizada na produo

    de cimento tem uma quantidade significativa de carbono emitida para a sua obteno.

    A indstria do cimento, mesmo que esteja preocupada em reduzir a gerao de dixido de carbono no seu processo de produo, contribui cada vez mais com as emisses do composto, vis-to que as aes tomadas nesse sentido no redu-zem de forma absoluta as emisses do composto.

    Uma tcnica que se mostre eficiente para a reduo absoluta das emisses de carbono se torna necessria para essa atividade industrial. As tcnicas de captura e armazenamento de carbo-no, CCS (Carbon Capture and Storage), se mos-tram capazes de mitigar esse problema.

    Apresenta-se um estudo para a execuo de pesquisa direcionada obteno de uma proposta eficiente de um sistema de captura e armazenamento de dixido de carbono aplica-do, especificamente, ao processo de produo de cimento. O estudo se refere ao forno de cln-quer que responsvel por 90% das emisses do CO2 do processo de produo do cimento.

    2 Referencial terico2.1 Processos de captura de CO2

    CCS um conjunto de tcnicas que visa separao, transporte e armazenamento ge-olgico do dixido de carbono emitido por fontes estacionrias nas mais diversas atividades humanas. O processo

    [...] uma importante alternativa na reduo das emisses e estabilizao das concentraes atmosfricas dos gases do efeito estufa, em uma perspectiva de desenvolvimento sustentvel e est baseado no princpio de devolver o carbo-no ao subsolo. (CEPAC, 2009).

    Segundo a CEPAC, no que tange captu-ra de carbono, essa feita por quatro diferen-tes processos: ps-combusto, pr-combusto, oxi-combusto e processos industriais.

    No que tange separao, isso feito por inmeras fontes estacionrias de CO2, sen-do as principais: a indstria cimenteira, refina-rias de petrleo e termeltricas a carvo ou a gs natural.

    2.1.1 Ps-combusto

    No processo de ps-combusto, o dixido de carbono separado dos gases da combusto

  • 41

    Carbon Capture and Storage (CCS) - tcnicas aplicadas produo de cimento

    Revista Liberato, Novo Hamburgo, v. 12, n. 17, p. 01-106, jan./jun. 2011

    aps a queima do combustvel por tcnicas de se-parao. A figura 1 apresenta um fluxograma do processo de ps-combusto.

    do oxignio puro se d pela destilao criognica do ar atmosfrico no processo conhecido como criogenia. A figura 3 apresenta um fluxograma do processo de oxi-combusto.

    Figura 1 - Ps-combustoFonte: CEPAC, (2009).

    As tcnicas de ps-combusto so em-pregadas na etapa de separao de CO2 do flu-xograma acima.

    2.1.2 Pr-combusto

    A pr-combusto consiste na remoo do dixido de carbono do combustvel, antes da combusto em um processo de obteno do H2, que substitui o combustvel original, com a vantagem de que esse emite apenas gua na sua combusto.

    Apesar do processo de pr-combusto ser mais complexo e caro que a separao por ps-combusto, o processo pode ser mais van-tajoso por causa das concentraes elevadas de CO2 na sada da purga, o que facilita a separao do dixido de carbono e reduz os custos com a separao. A figura 2 apresenta um fluxograma do processo de pr-combuto.

    Figura 2 - Pr-combustoFonte: CEPAC, (2009).

    2.1.3 Oxi-combusto

    A oxi-combusto consiste na troca do ar atmosfrico, como gs oxidante na reao de combusto, por oxignio puro. Esse mtodo tem a vantagem de produzir um gs de sada do forno com concentraes de CO2 superiores a 90%. isso acontece porque o nitrognio, principal elemento constituinte do ar atmosfrico e responsvel por 70% do seu volume em mdia, no est presente nos gases da mistura da combusto. A obteno

    Figura 3 - Oxi-combustoFonte: CEPAC, (2009).

    Apesar de caro, esse processo j se mos-trou vivel na Alemanha, em um projeto de 60 milhes da companhia Total Gas & Power que aperfeioou uma termeltrica para capturar e armazenar 60 mil toneladas de dixido de car-bono por ano, tornando-se a primeira usina de larga escala, j em funcionamento, a ser adapta-da para a tecnologia de CCS (CES, 2009).

    2.1.4 Processos industriais

    A separao do CO2, por processos indus-triais ocorre quando o processo industrial em si produz o dixido de carbono. Nesse caso, a se-parao e o armazenamento no so necessrios, mas, em contra partida, ocorre a utilizao do di-xido de carbono para produo. o caso da fer-mentao, por exemplo. Na indstria das bebidas fermentadas, a etapa da fermentao do malte pelas levedu