Técnica experimental dos ensaios de gasificação

Os procedimentos experimentais utilizados nos ensaios de gasificação foram idênticos para as duas instalações. Os ensaios de gasificação de cada mistura de combustíveis eram iniciados por uma fase prévia de estudo das suas características de alimentação de modo a evitar possíveis problemas operacionais. Devido às diferentes densidades e características físicas dos combustíveis eram utilizados dois parafusos sem fim que eram seleccionados consoante a mistura incluía maioritariamente carvão ou biomassa (pinho ou bagaço de azeitona).

Todos os ensaios foram efectuados com base em caudais equivalentes de vapor e ar, de modo a manter as velocidades e características de fluidização. Os caudais de cada mistura combustível eram ajustados para uma base seca e sem cinzas (ssc, em inglês daf – “dry and ash free”) para minimizar as consequências de usar componentes com teores de cinzas muito diferentes, pois o carvão apresentava um valor superior a 30%, enquanto que para a biomassa e os plásticos esse teor era muito reduzido, tal como se apresenta na Tabela 2.2.

Em alternativa também se poderia ter optado por manter constantes as razões molares entre a água, o oxigénio e o teor de carbono do combustível por exemplo. A grande diferença que se verifica na composição dos combustíveis utilizados iria conduzir a algumas variações nas condições experimentais de fluidização, reduzindo alguns dos possíveis benefícios aparentes desta opção. De qualquer modo, todos os ensaios foram comparados em base molar na fase de tratamento dos dados, sendo aí possível incluir detalhadamente as características químicas de cada mistura, tanto na alimentação como na caracterização dos gases obtidos.

A execução de cada ensaio envolvia sempre uma sequência predefinida de procedimentos de modo a minimizar possíveis desvios nos resultados experimentais.

O processo iniciava-se colocando no interior do gasificador a massa de areia de sílica desejada, que se manteve constante para todos os casos expecto quando foram utilizados catalisadores, altura em que parte da areia foi substituída pela mesma massa de catalisador.

Após uma prévia calibração do alimentador, que permitia determinar a velocidade de rotação adequada para o caudal desejado, uma quantidade conhecida da mistura de combustíveis a

co-gasificar era colocada no silo do alimentador, sendo este ligado ao reactor. Era então iniciada a circulação de água no circuito de arrefecimento do tubo de alimentação horizontal, operação essencial para evitar a pirólise dos combustíveis, o que poderia impedir a sua alimentação adequada, podendo mesmo causar a obstrução do tubo. Simultaneamente era ligado um fluxo de azoto no tubo vertical de descarga para o leito, para facilitar o arrastamento e a alimentação da mistura de sólidos. O fluxo de azoto também impedia a ocorrência de reacções de pirólise e gasificação no interior do tubo descarga, permitindo manter a temperatura reduzida e impedindo a entrada da mistura de gases reactivos existente no interior do reactor.

O processo continuava com a alimentação de um caudal de ar que assegurava a fluidização do leito. Procedia-se ao pré-aquecimento do leito para a temperatura desejada para o ensaio, fixando-se ainda uma temperatura igual para a zona de expansão e uma temperatura da ordem dos 350ºC para a câmara de pré-aquecimento. Deste modo ficava assegurada uma grande estabilidade de temperatura no interior do gasificador, sendo o pré-aquecimento ncessário para evitar que o agente de fluidização (ar e/ou vapor) arrefecesse a zona inferior do leito. Em simultâneo procedia- se à ligação do forno eléctrico do gerador de vapor, com água suficiente para todo o ensaio, até este estar à temperatura suficiente para ser alimentado ao reactor, durante esta fase nenhum vapor era introduzido no reactor.

Quando o leito atingia a temperatura de ensaio, estabilizando durante alguns minutos, procedia-se à introdução do vapor no gasificador, ajustando simultaneamente o caudal de ar para o valor desejado, caso fosse necessário. Este passo conduzia a alguma variação na temperatura do leito sendo novamente necessário esperar alguns minutos para que esta estabilizasse.

Quando o reactor já estava à temperatura desejada e o sistema de recolha de gases se encontrava preparado, nomeadamente com gelo no sistema de arrefecimento para recolha de alcatrões e hidrocarbonetos pesados, procedia-se à união entre estes dois componentes, usando um adaptador de união entre o ciclone e o condensador. Seguidamente iniciava-se a alimentação do combustível, considerando-se este como o instante inicial do ensaio. Os ensaios eram acompanhados por um registo adequado das variáveis características do processo como as temperaturas, pressões e concentrações nos analisadores instalados, assim como uma observação visual do sistema de recolha para evitar possíveis obstruções no circuito de passagem e limpeza dos gases. Numa fase inicial verificavam-se algumas oscilações na temperatura do leito, observando-se um aumento gradual na concentração dos gases medidos, até que as suas concentrações atingiam uma gama estável. Após garantir que o processo se mantinha estacionário, tanto em termos de temperatura do leito como da composição dos gases, durante pelo menos 30 minutos, procedia-se à recolha dos gases para um saco estanque para posterior análise por cromatografia. O caudal de recolha usado era baixo, de modo a que este processo decorresse durante 7 a 10 min, sendo verificado simultaneamente que as condições durante o processo de recolha se mantinham estáveis. Era também nesta fase que se procedia à amostragem para doseamento da quantidade de alcatrões formada. O tempo e o caudal de gás aspirado eram mantidos fixos, de modo a assegurar a

representatividade dos resultados obtidos. Os alcatrões recolhidos eram posteriormente analisados conforme descrito em 2.6.4.

Mesmo após estes procedimentos, a alimentação do combustível continuava durante alguns minutos adicionais, para garantir que o sistema permanecia em regime estacionário e só então se interrompia a alimentação do combustível e o aquecimento do leito, dando-se por terminado o ensaio. Então procedia-se imediatamente ao corte da alimentação de ar e vapor para o reactor, sendo substituídos por um fluxo de azoto que permitia simultaneamente arrefecer o leito e impedir que se desse a combustão do resíduo que este continha, para que a caracterização posterior deste resíduo permitisse efectuar um balanço de massa ao sistema

Os componentes do sistema de recolha de gases eram também pesados para determinar a massa de alcatrões recolhidos, sendo ainda avaliada a massa de líquidos recolhida, assim como a matéria sólida retida no ciclone e nos filtros utilizados. O silo do combustível era esvaziado permitindo saber com precisão a massa de combustível alimentada. Quando o leito se encontrava frio este era recolhido e pesado, procedendo-se à separação do carbonizado e resíduos de combustível presentes para posterior pesagem e caracterização (determinação do teor de carbono e cinzas).

A duração e a complexidade de todos estes passos permitia apenas a realização de um ensaio por dia sendo normalmente necessário ao fim de 4 ou 5 ensaios proceder a uma limpeza mais profunda de alguns componentes do sistema, nomeadamente o ciclone.