&DUYRHMDPHQWR Aumentando o Rendimento dos Fornos ... · Custo do forno R$ 800,00 Forno PP 3,90m de...

Definições Carbonização Estatísticas Curto Prazo Longo Prazo Conclusões

&DUYRHMDPHQWR��Aumentando o Rendimento dos Fornos Possibilidades a Curto e Longo Prazos

&DUYRHMDPHQWR��Aumentando o Rendimento dos Fornos Possibilidades a Curto e Longo Prazos

:25.6+23�0$'(,5$�(1(5*e7,&$%1'(6��0DLR��


Apresentação preparada por:Ronaldo Sampaio PhD. - Diretor da RSConsultantsPaulo César C. Pinheiro Dr. - Professor da EE UFMGMaria Emília Rezende MsC. - Diretora da Biocarbo

Contatos: [email protected]@[email protected] www.biocarbo.com

$35(6(17$d2$35(6(17$$35(6(17$dd22


'(),1,d®(6'(),1,'(),1,dd®(6®(6

Produtividade: Velocidade

Quantidade de produto produzida num equipamento num determinado intervalo de tempo. (ton/mês, m3/mês)

Rendimento: Economia

Quantidade de produto produzida com uma quantidade de insumos. (kg carvão/ kg madeira)


"Resíduo sólido resultante da decomposição térmica da biomassa obtido pelo aquecimento na ausência de ar (pirólise) a uma temperatura superior a 300°C"

Sua produção vêm desde os primórdios da humanidade, sitios arqueológicos datam de 20.000 a 30.000 AC.

Como as temperaturas de combustão são altas, permite a fusão de metais.

Graças ao carvão vegetal o homem saiu da idade da pedra (idade do Bronze 3.000 AC) e o uso do fole de ar em 1.200 AC levou ao inicio a idade do Ferro.

2�48(�e 2�&$592�9(*(7$/2�48(�2�48(�ee 2�&$592�9(*(7$/2�&$592�9(*(7$/


&$5%21,=$d2&$5%21,=$&$5%21,=$dd22


3URGXWRV�GD�&DUERQL]DomR3URGXWRV�GD�&DUERQL]D3URGXWRV�GD�&DUERQL]DoomRmR


)DWRUHV�TXH�,QIOXHQFLDP�QD�&DUERQL]DomR)DWRUHV�TXH�,QIOXHQFLDP�QD�&DUERQL]D)DWRUHV�TXH�,QIOXHQFLDP�QD�&DUERQL]DoomRmRFatores que Influenciam na Carbonização

- Temperatura da Carbonização

- Velocidade da Carbonização

- Combustão no Forno de Carbonização

- Tipo de Biomassa

- Composição da Biomassa

- Umidade da Biomassa

- Dimensões da Biomassa (diâmetro, comprimento)

- Tipo de forno

- Perdas Térmicas

- Entrada de Ar

- Tiragem

- Pressão


)RUQRV�GH�&DUERQL]DomR)RUQRV�GH�&DUERQL]D)RUQRV�GH�&DUERQL]DoomRmR


FAIXA DE RENDIMENTO BASE SECA:

• Máximo 40%

• Típico 30 ~34%



(67$7Ë67,&$6�'(�352'8d2�(�862(67$7(67$7ËË67,&$6�'(�352'867,&$6�'(�352'8dd2�(�8622�(�862

A produção mundial (2005) foi de 45 milhões de toneladas.

África 50% da produção mundial é voltada para uso doméstico.

Brasil 28% da produção mundial com 90% centrada no uso siderúrgico.

A siderurgia a carvão vegetal é um relevante e tradicional exemplo de uso industrial de biomassa em larga escala.


&RQVXPR�GH�%LRPDVVD QR�%UDVLO&RQVXPR�GH�&RQVXPR�GH�%LRPDVVD%LRPDVVD QR�%UDVLOQR�%UDVLO

O consumo de biomassaé crescente, principalmente no setor industrial e energético.

Lenha para uso doméstico e agropecuário é decrescente.

Participação debiocombustíveis écrescente:

Líquido: Etanol – 7,3 milhões de tep

Sólidos: Carvão Vegetal - 6,2 milhões de tepLenha Industrial - ~10 milhões de tep


8VRV�GR�&DUYmR�9HJHWDO8VRV�GR�&DUYmR�9HJHWDO8VRV�GR�&DUYmR�9HJHWDO

Siderurgia mundial vive um grande boom.

A reciclagem de sucata precisa de fontes de ferro virgem, o ferro-gusa de carvão vegetal é um produto prime devido a sua pureza.

O baixo investimento nos mini alto-fornos e alta produtividade das florestas de eucalipto garantem alta competitividade do gusa.

Grandes grupos estão investindo principalmente na região de Carajás.


)RQWHV�H�5HJL}HV�&RQVXPLGRUDV)RQWHV�H�5HJL}HV�&RQVXPLGRUDV)RQWHV�H�5HJL}HV�&RQVXPLGRUDV

Por 20 anos a participação de carvão de floresta nativa ficou em 30%.

A partir de 2003 a demanda mundial por ferro-gusa e os altos preços levaram ao rápido aumento da produção elevando a praticpação da floresta nativa para 50%.

Ao preço de R$ 400,00/ton de CV é viável o transporte por 2000 km.


&XVWRV�GH�3URGXomR�H�&RPSHWLWLYLGDGH&XVWRV�GH�3URGX&XVWRV�GH�3URGXoomR�H�&RPSHWLWLYLGDGHmR�H�&RPSHWLWLYLGDGH1 Despesas silvicultura 53,68R$

2 Juros Inv. Floresta (15% aa) 55,20R$

3 Exploração 76,72R$

4 Carbonização 32,64R$

5 Expedição e frete (500 km) 73,20R$

6 Impostos 9,16R$

7 Outros 36,64R$

337,24R$ Soma

R$ -

R$ 10,00

R$ 20,00

R$ 30,00

R$ 40,00

R$ 50,00

R$ 60,00

R$ 70,00

R$ 80,00

1 2 3 4 5 6 7

Madeira posta na unidade de carbonização é 55% do custo.

Investimento de R$ 4.300/ha são 70% concentrados nos 18 meses iniciais e colheita aos 7 anos é a razão da alta participação de juros no custo. Dificuldades para empresas de médio porte.

Frete é fator importante de custo e os preços atuais viabilizam transportes por 2000 km.

A carbonização representa 10% do custo e não tem merecido a atenção devida dos gestores deste negócio.


&XVWRV�GH�3URGXomR�H�&RPSHWLWLYLGDGH&XVWRV�GH�3URGX&XVWRV�GH�3URGXoomR�H�&RPSHWLWLYLGDGHmR�H�&RPSHWLWLYLGDGHEVO LUÇ ÃO DO PREÇ O D OS REDUT O RES - US$/ton

0 , 0 0

5 0 , 0 0

10 0 , 0 0

15 0 , 0 0

2 0 0 , 0 0

2 5 0 , 0 0

3 0 0 , 0 0

3 5 0 , 0 0

4 0 0 , 0 0

4 5 0 , 0 0

JA

N

FE

V

MA

R

AB

R

MA

I

JU

N

JU

L

AG

O

SE

T

OU

T

NO

V

DE

Z

JA

N

FE

V

MA

R

AB

R

MA

I

JU

N

JU

L

AG

O

SE

T

OU

T

NO

V

DE

Z

JA

N

FE

V

MA

R

AB

R

MA

I

JU

N

JU

L

AG

O

SE

T

OU

T

NO

V

DE

Z

2004 2005 2006

Pre ço Me rcado Carv ão V ege tal posto Usina

Pre ço Coque Fob Japão


&XVWRV�GH�3URGXomR�H�&RPSHWLWLYLGDGH&XVWRV�GH�3URGX&XVWRV�GH�3URGXoomR�H�&RPSHWLWLYLGDGHmR�H�&RPSHWLWLYLGDGH

Biocombustíveis sólidos são imbatíveis em preço para aquecimento industrial.

Preferidos pelas indústria de pequeno e médio porte.

A falta de valorização do conhecimento leva a baixa eficiência de uso.


3HUVSHFWLYDV�GH�&UHVFLPHQWR3HUVSHFWLYDV�GH�&UHVFLPHQWR3HUVSHFWLYDV�GH�&UHVFLPHQWR

Retomada das

atividades CAF

Certificação manejo Florestal

(FSC)

Programa Produtor Florestal

2,6 milhões

m³c

1921 Anos 40 1957

Cia Siderúrgica

Belgo-Mineira

Início reflorestamento –

MG

Fundação da CAF

Anos 70 Anos 80/90

Expansão áreas florestais

Decisão - Conversão da Usina de Monlevade para coque

metalúrgico

CAF produz carvão para mercado

2001 2004 2012

Retomada das

atividades CAF

Certificação manejo Florestal

(FSC)

Programa Produtor Florestal

2,6 milhões

m³c

1921 Anos 40 1957

Cia Siderúrgica

Belgo-Mineira


MG

Fundação da CAF

1921 Anos 40 1957

Cia Siderúrgica

Belgo-Mineira


MG

Fundação da CAF

Anos 70 Anos 80/90



metalúrgico


Anos 70 Anos 80/90



metalúrgico




metalúrgico


2001 2004 2012


3HUVSHFWLYDV�GH�&UHVFLPHQWR3HUVSHFWLYDV�GH�&UHVFLPHQWR3HUVSHFWLYDV�GH�&UHVFLPHQWR

A produção nacional de CV deve dobrar até 2015, devido aos novos empreendimentos siderúrgicos em implantação e ao aumento de capacidade.

Plantios apresentam crescimento com ênfasenos programas de fomento florestal.


6ROXo}HV�56&RQVXOWDQWV6ROX6ROXoo}HV�}HV�56&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWV

OBJETIVOS:Manter o Avanço Tecnológico em Biomassa- Melhorar ainda mais o rendimento das operações- Desenvolver um acompanhamento preciso das operações - Reprodutibilidade- Aumentar o espectro de utilização

56&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWVConsultoria em Energia e Siderurgia

• Avançado conhecimento tecnológico graças aos trabalhos de P&D realizados desde 1980 em cooperação com empresas de carbonização e siderurgia.

• Rede de contatos técnicos e comerciais em todo território nacional


6ROXo}HV 56&RQVXOWDQWV%$/$1d2�'(�&2��(�2��1$�352'8d2�'(�$d2

6ROX6ROXoo}HV}HV 56&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWV%$/$1%$/$1dd2�'(�&2��(�2��1$�352'82�'(�&2��(�2��1$�352'8dd2�'(�$2�'(�$dd22

Rota do Carvão MineralTubode Aço

Aço Líq.Alto FornoMineraçãode carvão

Tratamento docarvão Coqueria

Emissão de CO2

1886 kg

Total Consumo O2

1331 kg

Total Emissão SO2

8.4 kg

Emissão de CO2

0 kg

Liberação O2

450 kg/t

Emissão SO2

0 kg

Tubo deAço

Rota da BiomassaForno de

CarbonizaçãoAço Líq.Ferro Gusa

Colheita no7o ano


6ROXo}HV 56&RQVXOWDQWV%$6(�(;3(5,0(17$/�� 352-(72�3/$17$5

6ROX6ROXoo}HV}HV 56&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWV%$6(�(;3(5,0(17$/�%$6(�(;3(5,0(17$/�� 352-(72�3/$17$5352-(72�3/$17$5

Condensador em vidro

Gasômetros 100 litros em tambores de aço

Frasco coletor condensado com escala

Multicanal acoplado a termopares

Forno colocado sobre balança


6ROXo}HV 56&RQVXOWDQWV%$6(�(;3(5,0(17$/�� 352-(72�3/$17$5

6ROX6ROXoo}HV}HV 56&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWV%$6(�(;3(5,0(17$/�%$6(�(;3(5,0(17$/�� 352-(72�3/$17$5352-(72�3/$17$5

Experimento de Estudo do Processo de Carbonização e Emissão de Gases de Efeito Estufa em um Forno JG


6ROXo}HV 56&RQVXOWDQWV352-(72�3/$17$5

6ROX6ROXoo}HV}HV 56&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWV352-(72�3/$17$5352-(72�3/$17$5

Approved baseline and monitoring methodology AM 0041“Mitigation of Methane Emissions in the Wood Carbonization Activity for Charcoal Production”


Projeto para 18.500 t/mês -2336 fornosUnidades de produ ção variando entre105 fornos ate 456 forno.Sistema de colheita mecanizado,madeira cortada e transportada para a unidade de produção com 3,00m sendo tra çada ao meio antes da carga dos fornos.Carga e descarga manual dos fornosCusto do forno R$ 800,00

Forno PP 3,90m de diâmetro para Ferro Gusa Carajas/CVRD

Projeto para 18.500 t/mês -2336 fornosUnidades de produ ção variando entre105 fornos ate 456 forno.Sistema de colheita mecanizado,madeira cortada e transportada para a unidade de produção com 3,00m sendo tra çada ao meio antes da carga dos fornos.Carga e descarga manual dos fornosCusto do forno R$ 800,00

SISTEMA INTEGRADO DE CARBONIZAÇÃO

FAIXA DE RENDIMENTO BASE SECA:

• Máximo 40%

• Típico 30 ~34%

6ROXo}HV 56&RQVXOWDQWV)25126�'(�&$5%21,=$d26ROX6ROXoo}HV}HV 56&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWV)25126�'(�&$5%21,=$)25126�'(�&$5%21,=$dd22


&21752/(�'(�7(03(5$785$�(0�)25126&21752/(�'(�7(03(5$785$�(0�)25126&21752/(�'(�7(03(5$785$�(0�)25126


0(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=2

0(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=2


0(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=2

Forno PPForma cilíndricaTiragem inversa1 único tatu

Forno Rabo-Quente Forma semi-esférica (dificuldade enchimento)Tiragem diretaGrande numero de tatus e baianas

SUBSTITUIÇÃO DOS FORNOS


0(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=2CONTROLE DA CARBONIZAÇÃO

CONTROLE TRADICIONAL 200.000 anos de conhecimento-Cor e cheiro da fumaça-Volume da fumaça-Temperatura do forno

Objetivo: Grande produtividade volumétrica: MDC/mês

CONTROLE TECNOLÓGICO-Medição da massa e umidade (balanço de massa)-Medição da temperatura

- Garantir condições ótimas de carbonização- Evitar queima

Objetivo: Grande rendimento em massa: kg carvão / kg madeira seca


0(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=2CONTROLE DA TEMPERATURA DE CARBONIZAÇÃO


0(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=2

Obter o maior rendimento possível.

(175$'$

6$Ì'$

BALANÇA

CONTROLE POR PESO

CONTROLE OPERACIONAL DAS UPC POR PESAGEMRENDIMENTO EM PESO COMO FATOR DE ESEMPENHO


0(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=2A ORGANIZAÇÃO LOGÍSTICA E TECNOLÓGICA

DE UMA UNIDADE DE CARBONIZAÇÃO®


0(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=20(/+25,$6�$�&8572�35$=2

Boa evolução operacional

Se bem operado ao enfornar 5000 kg madeira anidra.

• pode produzir 1800 kg de carvão• rendimento b.s. ~ 36%

• Estimativa de rendimento médio atual = 27% (1350 kg de carvão).

Se enfornar 5000 kg madeira anidra.•produz 1000 kg de carvão• rendimento b.s. ~ 20%Se bem operado pode produzir

• rendimento b.s. ~ 30% 1500 kg de carvão

RABO QUENTE

FORNO PP

TREINAMENTO DE PESSOAL


0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2

0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2


0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2

Retorta de Carbonização Contínua da Acesita Retorta Lambiote

SUBSTITUIÇÃO DOS FORNOS


0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2SUBSTITUIÇÃO DOS FORNOS

Processo DPC com sistema Roll-On. Modular, baixo custo operacional, eficiente


0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2USO DOS SUBPRODUTOSRecuperação do Alcatrão

Recuperador da Alcatrão V&M


0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2USO DOS SUBPRODUTOSQueima do Alcatrão


0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2

Gás de Alto-Forno

Produtos Carbonização

ENERGIA ELÉTRICA

TORRE DE RESFRIAMENTO

CONDENSADOR

GERADORTURBINA

CALDEIRA

DESAERADOR

CO-GERAÇÃO


0(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=20(/+25,$6�$�/21*2�35$=2USO DOS SUBPRODUTOSProdução de Briquetes

• Produção de Briquetes a partir dos finos de carvão vegetal, utilizando os condensáveis como ligante.


&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(6

&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(6


&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(6

A siderurgia a carvão vegetal opera normalmente sem uma tecnologia de carbonização apropriada.

É possível uma maior eficiência na produção de carvão vegetal de qualidade siderúrgica e recuperação e beneficiamento de subprodutos e com baixo investimento.

Existe a necessidade de uma forte aceleração de desenvolvimento tecnológico, devido ao aumento significativo do consumo de biomassa lignosa (lenha e derivados)

Os produtores florestais devem estar em plena harmonia com o mercado:- Competição ou complementação com os produtos concorrentes- Equilíbrio de remuneração a ser defendido- Garantia de fornecimento a longo prazo- Estruturação e Organização da produção


&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(6

CUSTO DO DESPERDCUSTO DO DESPERDÍÍCIOCIO

• Para uma produção brasileira de 40 milhões de MDC/ano (10 milhões de toneladas) de carvão vegetal.9 Estimando que 50% desta produção é feita em fornos de alvenaria

com baixo rendimento (25% em peso).9 Uma elevação do rendimento para 34%, significaria uma

disponibilidade adicional de 1,35 milhões ton/ano de carvão vegetal utilizando a mesma quantidade de madeira.

A falta de conhecimento na cadeia produtiva leva ao desperdício de:

1,35 milhão X R$300,00 = R$ 400 milhões/ano


&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(6

Com tecnologias modernas é possível aproveitar subprodutos:

• Alcatrão combustível (2,5 mlhões ton/ano = 10 milhões de BEP)

��PLOK}HV�[�86��EDUULO� �5��ELOKmR


&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(656&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWV

A RSConsultants possui conhecimento tecnológico avançado do uso e produção da biomassa e do carvão vegetal.

A RSConsultants possui grande experiência no uso e produção de biomassa e carvão vegetal.


&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(6

A RSConsultants está apta a assessorar a implantação de sistemas energéticos baseados no uso da biomassa e do carvão vegetal, adaptando as tecnologias à realidade brasileira.


&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(66ROX6ROXoo}HV�}HV�56&RQVXOWDQWV56&RQVXOWDQWV- Avaliação qualitativa das operações atuais de carbonização.Visitas técnicas e relatório de sugestões de melhorias.

- Auditoria tecnológica no estado da arte do processo de carbonização.Avaliação dos rendimentos gravimétricos atuais analisando a metodologia de carbonização da empresa.Objetivo: determinar o potencial de ganhos de rendimento gravimétrico com o processo em uso.

- Programa de treinamento e desenvolvimento de metodologia operacional através do controle de processo.Desenvolvimento de procedimentos e treinamentos contínuos nos operadores e administradores.Objetivo: continuidade pelo auto-aprendizado.


&21&/86®(6&21&/86®(6&21&/86®(6/DERUDW/DERUDWyyULR�GH�&DUERQL]DULR�GH�&DUERQL]DoomR�H�&RPEXVWmR�/&mR�H�&RPEXVWmR�/&��Departamento de Engenharia Mecânica da UFMGAv. Antônio Carlos 6627, 31270-901 Belo Horizonte, MG

- P&D em Tecnologia de Carbonização.- Estudo dos Fatores que Influenciam na Carbonização.- Estudo das Emissões da Carbonização.- Modelamento Matemático de Fornos de Carbonização.- Estudo da Co-Geração na Carbonização.- Desenvolvimento de novas tecnologias de Carbonização.- Desenvolvimento de novas tecnologias de Mitigação de Emissões e Gases de Efeito Estufa.

- Treinamento em Carbonização.Livro: Fundamentos e Prática da Carbonização da Biomassa


Paulo Cesar C. PinheiroLaboratório de Carbonização e CombustãoDept. Engenharia Mecânica da UFMGTel: (31) [email protected]

Ronaldo Santos SampaioRSConsultantsTel: (31) 9127-8724, [email protected]

Maria Emilia Antunes de [email protected] www.biocarbo.com

&217$726&217$726&217$726

&DUYRHMDPHQWR Aumentando o Rendimento dos Fornos ... · Custo do forno R$ 800,00 Forno PP 3,90m de...

Documents

Transcript of &DUYRHMDPHQWR Aumentando o Rendimento dos Fornos ... · Custo do forno R$ 800,00 Forno PP 3,90m de...