Laboratório de Gaseificação e Combustão do Grupo de Pesquisas NEST

4 e 5 de Outubto de 2011São José dos Campos, SP

Estado Atual e Perspectivas dos Laboratórios de Combustão da RNC

Laboratório de Gaseificação e Combustão do Grupo de

Pesquisas NEST

Prof. Rubenildo Vieira Andrade

Prof. Electo Eduardo Silva Lora

Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI

Núcleo de Excelência em Geração Termelétrica e

Distribuida

[email protected]; [email protected]



Sumário

Equipe envolvida Colaborações RNC e externas Objetivo do laboratório Projetos recentes Infraestrutura existente até 2006 Infraestrutura implantada 2007-2011 Infraestrutura em implantação no próximo triênio Principais resultados obtidos Considerações finais



Objetivos do laboratório Objetivo Geral

Suporte à pesquisa na área de gaseificação , combustão da biomassa e aplicações;

Objetivos Especificos:

Caracterização dos combustíveis; Estudo da gaseificação de biomassa em reatores de leito fixo e fluidizado

utilizando diferentes fluidos de gaseificação; Estudo da aplicação do gás de biomassa para conversão de energia em MCI e

célula SOFC Combustão de biomassa: Estudo experimental e modelagem. Geração de eletricidade e cogeração em pequena escala a partir da biomassa:

Motores Stirling, EFGT e ORC. Modelagem e LCA da produção de biocombustiveis pela rota termoquímica. Desenvolvimento e testes de sistemas híbridos solar/biomassa.



Equipe envolvida

8 Professores / pesquisadores com doutorado

10 Doutorandos (Marcio, Sandra, Cesar, Juan Ricardo, Cristina, Felipe. Luis Mello, Carlos Eymel, Marcio Leme, Quelbis)

2 Pesquisadores visitantes (doutor)

2 Mestrandos

1998-2011

HOJE: 29 pesquisadores e alunos

9 teses de doutorado40 dissertações de mestrado

> 70 artigos em rev. internacionais

12 livros6 novos laboratórios

140 cursos de extensão

Our laboratories

Traning center forpower plants operators

Steam cycle

Gas microturbines and chiller

Solo Stirling engine

Bubbling bed gasifier

Refrigeration and air conditioning

ETC…..



Colaborações RNC e externas

Universidade de Delft na Holanda (Projeto CAPES/NUFFIC).

Universidade de Durham, hoje com a Northumbria University, UK.

Universidade Nacional Politécnica da Ucrânia.

Várias universidades na Colombia, Mexico, Chile, Perú e Cuba.

UFBa, UFPa, UFPR.

CENPES/PETROBRAS, CEMIG, CPFL, Arcelor Mittal, Plantar.

Termoquip, Agtherm.



Projetos recentes

Sistema Híbrido Solar Biomassa (2011-2013)

Companhia Paulista de Força e Luz – CPFL (R$ 4.000.000,00).

Estudo Teórico-Experimental da Conversão Termoquímica da Biomassa em Biocombustíveis e Eletricidade. (2009-2012)

Secretaria de Estado de Ciência, Tecnologia e Ensino Superior de Minas Gerais – SECTES (R$ 800.000,00)

Gaseificador Compacto Modular de Baixa Capacidade, Alta Eficiência e Baixa Emissão, de Aplicação Dual Motor Stirling e Combustão Interna.2008-2009

Companhia Paulista de Força e Luz – CPFL (R$ 190.000,00)

Geração de energia elétrica e gás de síntese a partir de gaseificação de biomassa

CENPES – Petrobras (2005-2007) (R$ 339.625,15)

Projeto gaseificação /SOFC

CEMIG (2009-2012) (R$ 821.845,28).

• Avaliação de opçoes tecnológicas para a geração de eletricidade a partir do lixo urbano e poda de arvores.

• CEMIG (2008-2010) (R$ 196.972,00)

• Advanced biomass gaseification/engine plant for heat and power production. Royal Society/UK. Unifei/Durrham University (2008-2010)

• Projeto de Cogeração de Energia com EFGT. Arcellor Mittal/CEMIG/UNIFEI – (2010-2013).

• Estufo teórico experimental da combustão de biomassa numa fornalha de laboratório (FAPEMIG). 2010-2012.

.



Outros projetos em contratação

Outros projetos em contratação:

• Planta piloto de gaseificação do lixo.

• Sistema de cogeração eletricidade/frio a partir da biomassa com turbina a vapor radial e sistema de absorção água/amônia.

• Planta ORC de 1 MWe para o aproveitamento de gases do carvoejamento da biomassa.

• Aprimoramento do sistema fornalha/motor Stirling.

• Estudo a escala laboratorial e industrial da queima de palha de cana.





Infraestrutura até 2006

Gaseificador de Leito fluidizado;

Gaseificador de fluxo cruzado;

Célula SOFC

Sistema de Análise de Alcatrão;

Analisadores contínuos de gases;

Calorimetro

Analisador de umidade

Fornos;



Infraestrutura até 2006



Infraestrutura 2007/11

Gaseificador de duplo estágio de gaseificação acoplado a um motor de combustão interna de ignição por centelha.

Analisador Composição elementar (CHNSO);

TGA;

Cromatografos;

Analisador continuo de gases (CO, CH4, H2, CO2, O2);

15

Gasifier cleaning system for coupling with the SOFC

Equipamento Função Temperatura (oC]

Filtro de areia Remover particulado 150

Reator de leito fixo com dolomita / Ni Remover alcatrão 850

Lavador venturi Remover alcatrão, particulado 150

Lavador spray Remover HCl, SO2 150

Reator de leito fixo com carvao ativado Remover H2S, COS 150

Filtro cerâmico Remover particulado 350

GASIFIER/SOFC

CEMIG

Sistema de limpeza em 3D

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Sand filter

Tar Reactor

Bypass

Venturi- scrubber

Spray- scrubber

Activated carbon reactor

Candle-filter




Sistema ORC em escala de laboratório. Fornalha experimental para estudos de combustão de

biomassa. Modulo de gaseificação em LF para estudos cinéticos. Planta piloto de gaseificação de lixo de 250 kWe. Sistema híbrido solar biomassa. Sistemas EFGT e ORC para aproveitamento dos

gases de carvoejamento da biomassa.



Principais resultados Programa Steam Boilers Calculations, SBC.

Caracterização das emissões de NOx em caldeiras a biomassa.

Otimização da operação de gaseificadores com duplo estágio de injeção de ar.

Avaliação de emissões em MCI utilizando gas de gaseificação de biomassa.

Modelo integrado gaseificador/motor de combustão interna)

Definição e desenvolvimento de soluções tecnologicas para o aproveitamento de gases de carvoejamento de biomassa.

Avaliação teórico e desenvolvimento de tecnologia de projeto de gaseificadores de leito fluidizado circulante.

Projeto, fabricação e testes de um motor Stirling de 9 kWe operando com biomassa.

Projeto e teste de sistema de limpeza para o acoplamento de um gaeificador e uma célula SOFC.

Publicação de livros e artigos em revistas.

OUR NEW FACILITIES

PETROBRAS FUNDING

Novo prédio e laboratóriosdo NEST/IEM/UNIFEI

(LGN e LCGCA)

Financiamento PETROBRAS

R$ 4.151.430,00

A serem concluídos em 2012

542 m2

1600 m2



STEAM BOILERS CALCULATIONS



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NO

x [

mg

/Nm

3]

Air excess Steam flow Measured NOx

'

Caracterização das emissões de NOxem caldeiras a bagaço

Nas livrarias em novembro 2011

BIOCOMBUSTÍVEIS

36 autores de 7 países

1100 páginas

Chapter 1 – Biofuels: fundamentals

Chapter 2 – “In natura” Biomass: combustion

Chapter 3 - Biodiesel

Chapter 4 – Biogas

Chapter 5 - Conventional Bioethanol

Chapter 6 - Syngas

Chapter 7 – BTL (biomass to liquid)

Chapter 8 – Lignocellulosic ethanol

Chapter 9 – BioH2 and BioFC

Chapter 10 – Biofuels in IC Engines

Chapter 11 - Biofuels in gas microturbines (MTG)

Chapter 12 – Residues – stillage and glicerine

Chapter 13 - Cogeneration

Chapter 14 – Planning and projects management in biofuels

Chapter 15 – Environmental Integrated Evaluation

Chapter 16 – The future of biofuels: Biorefinaries, algae and bioeletricity

78 citações em outros artigos





Considerações finais

Traçar perspectivas de desenvolvimento e cooperação

Amplar a cooperação com grupos de pesquisas afins no Brasil e no mundo, com enfase na colaboração com os colegas da RNC).

Apontar direções a serem seguidas Realização de pesquisas básicas em combustão e gaseificação de

biomassa e resíduos.

Estudos em combustão e aplicações com gas natural.

Continuar trabalhando em pesquisas aplicadas com integração de processos de combustão e gaseificação para a produção de eletricidade/frio e biocombustíveis.

Desenvolvimento de tecnologias passiveis de comercialização.

Laboratório de Gaseificação e Combustão do Grupo de Pesquisas NEST

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