Instalações experimentais

A instalação experimental à escala laboratorial utilizada na maior parte dos ensaios de gasificação é apresentada esquematicamente na Figura 2.1 (Franco, 2000), sendo apresentada na Figura 2.2 uma fotografia onde são visíveis as partes principais da instalação: reactor de gasificação (R), alimentador (SB, SF), sistema de produção de vapor (GV), sistema de recolha de água e alcatrões (RL) e sistema de análise do gás (A).

Figura 2.1 – Representação esquemática da instalação laboratorial de gasificação do INETI. O gasificador era um reactor de leito fluidizado (R) que operava à pressão atmosférica e era constituído por um tubo de aço refractário com diâmetro interno de 70 mm na base e altura total de 500 mm. Na parte superior do reactor existia uma zona com um diâmetro maior (145 mm) e com altura de 190 mm, que tinha por objectivo reduzir a velocidade do gás e consequentemente o arrastamento do banho de areia. No leito fluidizado era utilizada areia de sílica com um diâmetro médio de 325 μm. O gasificador encontrava-se dentro de um forno eléctrico, que fornecia o calor necessário para as reacções. Para permitir um ajuste adequado das temperaturas de ensaio existia

um sistema de três resistências eléctricas de controlo independente instalado na zona de pré- aquecimento (“windbox”) situada abaixo da placa distribuidora de gás, na zona do leito e na zona de expansão superior. Os controladores de temperatura usavam como dados os sinais de termopares tipo K, colocados no interior do reactor (T), sendo dada especial atenção ao termopar colocado no interior do leito de areia, o qual estava posicionado na zona central de modo a permitir indicar uma temperatura representativa do leito.

O combustível era alimentado ao reactor através de um sistema de alimentação contínuo, constituído por um alimentador de parafuso (SF) e um motor de velocidade variável (M). O doseador ligado ao silo (SB) era calibrado previamente para a mistura a ser estudada. A mistura a ser alimentada ao gasificador era colocada no silo, onde estava constantemente a ser misturada por um sistema rotativo de pás.

O alimentador de parafuso que estava directamente ligado ao reactor girando a uma velocidade elevada e constante, de modo a evitar que ocorresse a pirólise da mistura alimentada. Para evitar este efeito, o tubo era também arrefecido por um permutador de calor a água e era ainda usado um fluxo de azoto (N2) para ajudar a introduzir o combustível alimentado ao gasificador e

para evitar o retorno do gás.

O vapor, ou o ar, ou uma mistura de ambos, usados como agente de gasificação e de fluidização, eram introduzidos com o auxílio de um distribuidor de gás composto por 12 injectores de 4 mm de diâmetro externo com 8 orifícios de 1,5 mm, que se encontrava na base do reactor. O vapor era produzido num forno eléctrico (GV) e o seu caudal era regulado com uma bomba de água (BA) e medido com uma balança. O caudal de ar era medido usando um rotâmetro calibrado (RT).

Na Tabela 2.1 são apresentadas de forma sumária as características da instalação laboratorial de gasificação.

Tabela 2.1 – Características da instalação laboratorial de gasificação do INETI. Altura total do gasificador (mm) 500

Diâmetro da zona do leito (mm) 70

Diâmetro da zona de expansão (mm) 145 Altura da zona de expansão (mm) 190

Processo de aquecimento Eléctrico (2 Zonas) Potência de aquecimento da zona do

leito (kW) 1,9

Potência de aquecimento da zona de

expansão (kW) 1,5

Método de alimentação Parafuso sem fim calibrado Prato distribuidor 12 injectores de 4 mm de diâmetro _{externo com 8 orifícios de 1,5 mm}

Gás auxiliar de alimentação Azoto

O gás que era produzido abandonava o reactor, passando através de um ciclone onde eram removidas algumas partículas finas. Os alcatrões e os líquidos condensáveis que eram arrastados pelo gás eram removidos num sistema de arrefecimento, que incluía um condensador com circulação de água a 5ºC e um colector de líquidos mergulhado num banho de gelo. Após arrefecimento uma fracção do caudal de gás passava por dois filtros de lã de vidro e um filtro de papel para remoção de partículas sendo em seguida introduzido num sistema de analisadores de CO e CO2. Periodicamente era feita uma recolha adicional do gás produzido para um saco estanque para análise posterior num cromatógrafo a fim de determinar a sua composição detalhada.

Este sistema de limpeza dos gases não permitia assegurar uma recolha quantitativa do total de alcatrões recolhido, por não ser possível uma determinação directa do caudal total de gases que passava pelo sistema de arrefecimento. Para proceder à a captura e doseamento da emissão de alcatrões foi alterado o circuito de amostragem de modo a assegurar uma amostragem quantitativa do gás. Foi introduzido um adaptador em “T” com uma válvula, entre o ciclone e o condensador, de onde saía um tubo vertical que ia ligar ao sistema separado de recolha de alcatrões, apresentado na Figura 2.3. Este sistema de recolha era constituído por 3 frascos lavadores contendo uma solução de um detergente que não formava espuma, a que se seguia um frasco vazio. Em seguida, tal como é apresentado na Figura 2.3, existia um medidor de caudal e uma bomba de aspiração, para quantificar a quantidade de gás amostrado.

Devido à limitação do equipamento de análise disponível, o teor total de alcatrões era determinado através da análise do carbono total existente na solução de recolha, utilizando um analisador elementar Leco CHN-2000 devidamente calibrado para a gama de teores de carbono desejada.

0,00143 m3 0,00143 m3

Figura 2.3 – Representação esquemática do método de recolha de alcatrões existentes no gás. Foram também efectuados alguns ensaios experimentais numa instalação de maiores dimensões, designada por instalação piloto, a qual é apresentada na Figura 2.4. Ambas as instalações apresentavam o mesmo tipo de componentes: alimentador, gasificador, gerador de vapor, ciclone, sistema de arrefecimento e de limpeza do gás, sistema de análise de CO e de CO2, sistema de controle da instalação e sistema de recolha do gás para análise cromatográfica.

A instalação piloto possuía um reactor com 3,2 m de altura e com uma secção quadrada com 0,2 m de lado, o que permitia uma alimentação de sólidos até cerca de 8 kg/h. Este gasificador também se encontrava dentro de um forno eléctrico, que fornecia o calor necessário para as reacções. A alimentação ao reactor era também efectuada continuamente por um alimentador de parafuso com motor de velocidade variável. A principal diferença entre as duas instalações consistia no facto de na instalação piloto a alimentação ser efectuada no topo do leito e não pelo topo do reactor como acontecia na instalação laboratorial. O agente de gasificação e de fluidização, constituído por vapor, ou ar, ou uma mistura de ambos, era introduzido através de uma placa distribuidora que apresentava 24 injectores com 6 orifícios de 1,5 mm.