2.2.1 Tecnologias de Combustão de Gases de Baixo Poder calorífico
Gases de baixo poder calorífico não têm uma definição exata, contudo, segundo CHO- MIAK et al. (1989), eles possuem poder calorífico superior com valores menores do que 7𝑀 𝐽/𝑚3. Além de serem produzidos à partir de biomassa, tal como gaseificação e lixo or-
gânico, também são gerados, em processos industriais, tais como em refinarias, fornos e em minas de carvão, por exemplo.
Dentre os variados problemas para a combustão de gases de baixo poder calorífico se destaca a diluição de gases combustíveis por gases inertes, temperaturas de combustão redu- zidas, estreitas margens de combustão estável que implicam na baixa estabilidade de queima
(CHOMIAKet al., 1989).
Técnicas de enriquecimento do conteúdo energético de gases de baixo poder calorí- fico com a adição de um combustível mais nobre, como por exemplo, gás natural, têm sido amplamente utilizadas industrialmente (CHOMIAK et al., 1989). Essas técnicas, apresentam
um grande potencial de utilização dos efluentes gasosos que seriam inicialmente rejeita- dos (RODRIGUESet al., 2003) como efluentes da carbonização de biomassa, por exemplo. No entanto, tecnologias que envolvam uso de combustível complementar tem implementação mais difícil pelo custo associado principalmente quando esse combustível não é diretamente dispo- nível como é o caso da produção de carvão vegetal.
Esforços cada vez maiores têm sido feitos para desenvolvimento de tecnologias de com- bustão específicas para combustão direta de resíduos combustíveis de baixo poder calorífico, tal como o apresentado em BIO-PRO (2007) envolvendo nove instituições parceiras de sete países diferentes que ataca o problema do melhor aproveitamento da biomassa.
Neste cenário, o melhor aproveitamento dos gases de baixo poder calorífico, provenien- tes da pirólise, tem grande potencial em sua utilização. Visto que, nas carvoarias brasileiras, costumam ser sumariamente rejeitados para atmosfera (MIRANDAet al., 2013).
Figura 2.13: Pré gaseificador de leito fixo usado em combinação com queimador do tipo FLOX. Fonte: SCHUSTERet al.(2007) (modificado).
Iniciativas para aproveitamento de gases de baixo poder caloríficos foram desenvolvidas por vários países ao redor do mundo para efluentes de biomassa. Como apresentado por SCHUS- TERet al.(2007) com aplicação de um queimador do tipo FLOX para queima de gases de baixo poder calorífico de gaseificação de biomassa como indica a figura 2.13.
Outra aplicação para gases de baixo poder calorífico é apresentada em AL-HALBOUNI
et al.(2007) também para gaseificação de biomassa como apresenta a figura 2.14. Apesar de várias aplicações existentes não existe um queimador específico aplicado ao caso de gases de pirólise de carvoarias, tal como elas se apresentam no Brasil.
2.2.2 Projetos para combustão de gases de pirólise de carvoaria
Existem trabalhos na literatura que lidam com a queima de gases de pirólise de carvoaria. Destacam-se as publicações de CARDOSOet al.(2010), construção de um protótipo para queima de gases da carbonização da madeira, e CARNEIRO (2015) com a descrição de um sistema bem completo de condução de gases de vários fornos de produção de carvão vegetal para uma central de geração de energia elétrica como é apresentado na Figura 2.15, e a tese de CASTRO(2014) com o estudo do potencial de geração elétrica pelos gases da carbonização da madeira.
De maneira geral, como discute PEREIRA et al.(2017), as dificuldades estão no uso do combustível devido a sua alta variabilidade durante o processo e dificuldade de transporte para uma central de queima. Ainda nesse estudo é apresentado o transporte de gás ao longo de linhas de distribuição que uniria o gases de vários fornos para manter uma concentração mais ou menos constante durante o período para garantir a queima durante o maior tempo possível, MIRANDA
et al. (2013). A proposta de união da linha de gases de vários fornos também é descrita em LEMEet al.(2018) e apresentada no esquema da figura 2.16.
Figura 2.14: Modificação do conceito COSTAIR aplicado para queima de gases de gaseificação de biomassa, denominado BioSwirl. Fonte: AL-HALBOUNIet al.(2006) (modificado).
Figura 2.15: Visão do sistema de transporte e queima de gases de pirólise de carvoaria. Fonte:
Figura 2.16: Sistema de associação de vários fornos e indicação da defasagem de operação para produzir uma mistura mais homogênea ao longo do tempo. Fonte: LEMEet al.(2018).
fornos se mostrou problemático como discute CARNEIRO (2015). No teste realizado foram detectados incêndios na linha de transporte, que foram justificados devidos a infiltração de ar, contudo, como será discutido posteriormente sobre a inflamabilidade do gás de pirólise, esse pode ter quantidade de ar suficiente para entrar em combustão.
O trabalho de PEREIRA et al. (2017) cita como as barreiras para o desenvolvimento da
tecnologia os problemas associados com o transporte de gases e a falta de informação sobre a inflamabilidade do gás de pirólise entre outros. Apesar de PEREIRA et al. (2017) também citar vários projetos de aproveitamento dos gases de pirólise não é claro que a tecnologia esteja amadurecida e sendo utilizada, principalmente para a geração de energia elétrica.
Em LEME et al. (2018) é apresentada uma análise energética dos gases de pirólise de carvoaria e simulação de ciclo rankine para geração de energia elétrica mostrando que esta pro- posta é promissora. No mesmo trabalho LEME et al.(2018) discutem que a tecnologia precisa de desenvolvimento com destaque para a projeto do queimador e sua capacidade de lidar com gás variável durante o processo além de destacar a falta de informação experimental confiável sobre a composição do pirogás.
Dentre as iniciativas de controle de emissão de gases de pirólise fora do Brasil há o pro- posto em HALOUANI E FARHAT(2003) para controle de emissões, neste caso com a produção em fornos metálicos. Como apresentado na figura 2.17 a queima de até 99% dos gases de pi- rólise (e.g. metano) é alcançada com a direcionamento do gás produzido por quatro fornos e auxiliada pela injeção de propano nos momentos em que o poder calorífico dos gases de exaus- tão é baixo HALOUANI E FARHAT (2003).
Figura 2.17: Diagrama de uma planta piloto para produção de carvão a partir de biomassa com incineração de gases proposta na Tunísia. Fonte: HALOUANI E FARHAT(2003) (modificado).