Justificação do trabalho realizado

Dada a necessidade de encontrar fontes alternativas de energia e de aproveitar reservas de carvões pobres, com reduzido valor comercial, devido a características menos atractivas, tais como elevado teor em cinzas e baixo poder calorifico, surgiu a ideia de estudar a gasificação destes carvões com resíduos de biomassa e plásticos.

No presente trabalho foi testada uma gama alargada de misturas contendo em diferentes proporções um carvão de Puertollano (lenhite proveniente de minas da província de “Ciudad Real” na zona de “Castilla–La Mancha” em Espanha,), biomassa (resíduos de pinho e de bagaço de azeitona) e resíduos plásticos (polietileno – PE).

Como resíduos de biomassa foram seleccionados pinho florestal (estilha), por esta ser uma das espécies mais abundantes em Portugal, foram também estudados resíduos de bagaço de

azeitona provenientes da indústria do azeite, devido aos problemas ambientais a eles associados e à sua grande produção em Portugal e nos restantes países mediterrâneos.

O polietileno foi o resíduo plástico seleccionado para este estudo, por ser actualmente este o plástico mais utilizado em materiais de embalagem e que é relativamente abundante quer nos resíduos sólidos urbanos quer nos resíduos industriais. Embora seja de referir que o destino mais aconselhável do ponto de vista ambiental para estes resíduos plásticos seja a reciclagem mecânica, existirá sempre uma fracção apreciável em que o seu estado de degradação ou eventual contaminação impede esse processo. Neste caso será possível um incremento do valor dos resíduos plásticos através do aproveitamento do seu conteúdo energético procedendo quer à incineração quer à co-gasificação tal como é proposto no presente trabalho..

A co-gasificação de misturas de combustíveis poderá permitir aproveitar as diferentes vantagens inerentes a cada um dos componentes, podendo ajustar as suas proporções consoante a composição desejada e o destino a dar à mistura de gases produzida. O uso de misturas poderá ainda permitir a utilização sazonal ou temporária de algum tipo de combustível ou resíduo que esteja disponível sem haver a necessidade de alterações drásticas nas condições experimentais do sistema de gasificação.

Embora a gasificação de carvão ou de biomassa tenha sido bastante estudada e tenham sido desenvolvidos vários processos tecnológicos para processar cada um destes materiais usados separadamente, na realidade ainda existe pouca informação disponível relativamente à co- gasificação de carvão misturado com resíduos. A maioria dos trabalhos de co-gasificação disponíveis incidem sobre apenas um combustível ou um processo de gasificação e os resultados disponíveis, apresentam uma variabilidade significativa. É portanto fundamental, uma perspectiva alargada que permita integrar os conhecimentos provenientes de origens diversas, esclarecer dúvidas e compreender claramente os fenómenos envolvidos nos processos de co-gasificação, de modo a expandir a utilização deste processo para produção de gases com potencial energético, através da diversificação de matérias primas combustíveis ou resíduos. Deverá ainda ser possível explorar os equipamentos de gasificação em condições técnicas e economicamente adequadas, seleccionando as variáveis operatórias mais adequadas.

Face ao exposto, no presente trabalho pretendeu-se estudar a co-gasificação de carvão misturado com resíduos de biomassa e de plásticos tendo por objectivo optimizar as variáveis experimentais do processo e ainda contribuir para a compreensão dos fenómenos químicos e físicos que nele ocorrem. Foi estudado a variação de uma gama alargada das condições experimentais que afectam a gasificação de diferentes composições da mistura de combustíveis alimentada, com o objectivo de encontrar a situação óptima de operação, através da maximização da produção de gases com as propriedades desejadas. As variáveis operatórias que mais afectam a co-gasificação de carvão, resíduos de biomassa e resíduos plásticos, incluem a temperatura, a composição do agente de gasificação, os caudais de alimentação o tempo de residência e a presença de catalisadores. As gamas de valores de cada variável experimental foram inicialmente seleccionadas através dos valores encontrados na literatura para a gasificação de carvão e de biomassa.

Como nos primeiros ensaios em que se utilizaram resíduos, nomeadamente PE, se observou a formação de teores elevados de alcatrões, foi ainda decidido estudar a gasificação catalítica do sistema seleccionado. O uso de catalisadores permite alterar a composição da mistura gasosa obtida, melhorando as suas características e reduzindo as eventuais necessidades de processos adicionais de remoção de alcatrões e de outras espécies não desejadas, tais como compostos de azoto e de enxofre.

Neste âmbito e como o objectivo de reduzir o teor de alcatrões dos gases foram seleccionados vários catalisadores: uma dolomite, dois catalisadores comerciais contendo molibdénio/cobalto e molibdénio/níquel, ICI 41-6 e ICI 61-1 e um catalisador de óxido de níquel preparado no laboratório.

Contudo, as alterações na composição dos gases e os níveis de redução de alcatrões são também bastante dependentes das condições experimentais utilizadas, pelo que foi também estudado o efeito das principais variáveis experimentais na gasificação catalítica do sistema estudado, nomeadamente temperatura de ensaio. Todos os catalisadores ensaiados foram misturados ao material do leito do gasificador, embora a sua acção seja bastante benéfica, a grande desvantagem deste processo é o limitado tempo de vida do catalisador, sobretudo motivado por envenenamento com H2S e por deposição de carbono. Contudo, por razões orçamentais não foi possível complementar o trabalho realizado com o estudo do tratamento catalítico dos gases de gasificação, após a acção catalítica dentro do gasificador, pois tal implicaria a construção de um ou mais reactores secundários. Tal teria permitido quer reduzir ainda mais os teores de alcatrões no gás de gasificação quer aumentar o tempo de vida dos catalisadores.

Os resultados obtidos no trabalho experimental foram ainda utilizados para validar um modelo matemático do processo de gasificação, que permite um conhecimento detalhado das reacções químicas que se passam no sistema de gasificação. Foi utilizado para o efeito, um modelo teórico desenvolvido para o estudo de reacções de combustão, o qual foi adaptado para aplicação aos sistemas de gasificação.

Os principais aspectos a que foi tentado dar resposta são os seguintes:

• Conhecer quais os principais aspectos que ocorrem num processo , tanto do ponto de vista dos fenómenos químicos como das condicionantes experimentais.

• Determinar quais as condições de processo que permitem a gasificação optimizada de um determinado combustível/mistura de combustíveis.

• Compreender adequadamente os fenómenos e os processos reaccionais que ocorrem durante a co-gasificação de modo a simular adequadamente o processo, aplicado aos combustíveis testados e tendo em vista o alargamento a novos tipos de combustíveis. O objectivo do trabalho a realizar seria usar os resultados do modelo desenvolvido de modo a permitir a futura extensão da tecnologia para a utilização de outros combustíveis sem a necessidade de realizar um conjunto tão alargado de ensaios experimentais, permitindo determinar com base nas propriedades físico-químicas de um dado combustível qual a gama óptima de

operação que permite obter uma mistura de gases combustíveis com as características desejadas para determinado processo.

O trabalho desenvolvido apresenta vários aspectos inovadores. O primeiro a destacar é a selecção dos sistema a estudar, que contrariamente ao referenciado na literatura integra três componentes diferentes, carvão, biomassa e plástico, com os consequentes efeitos sinérgicos que daí advêm. Outro aspecto importante a referir é o estudo da gasificação catalítica deste sistema com a utilização de alguns catalisadores, que até então tinham sido apenas testados para estes componentes usados individualmente. Por último, como aspecto inovador deste trabalho, há que referir a utilização e alteração dum modelo teórico inicialmente desenvolvido para o estudo de reacções de combustão, para aplicação à co-gasificação de um sistema de três componentes com comportamentos diferentes, de modo a prever teoricamente as características do gás de gasificação, a partir das propriedades físico-químicas de um dado combustível ou mistura de combustíveis.