Conferência Internacional de Agroenergia.
Londrina, PR
11, 12 e 13 de dezembro de 2006
Dr Patrick Rousset
Cirad/Ibama
Contato : patrick.rousset@cirad.fr
Um organismo
francês
de pesquisa
a serviço
dos países
do Sul
Uma cooperação
fundamentada numa rede mundial.
Pesquisadores lotados a longo prazo
Objetivos:
• Melhoramento e desenvolvimento dos processos energéticos mais
eficientes (energia/meio ambiente) em função de cada contexto e
matérias primas.
• Avaliação de recursos energéticas
O laboratório hoje: ...Com uma experiência forte no terreno dos
processos de pirólise artesanal e industrial desde mais de 30 anos na
África, Ásia e Europa.
•
10 pesquisadores (1 na África e 1 no Brasil / LPF/Ibama)
•
3 técnicos
•
3 pós-doutorados
•
4 doutorados
Unidade de pesquisa : UPR42
Gaseificador piloto
Reator de Pirólise
vibrante e fluidizado
Reator de combustão
Unidade de pesquisa : UPR42
Reator
de craking
térmico
Reator de
Pirólise sob pressão
Laboratórios de
análises
Palestra
Primeira parte:
O mercado do carvão
vegetal
Segunda parte:
estado da arte das
tecnologias da carbonização
desenvolvidas na Europa
O mercado internacional
Produção
1000.ton
África
Nigéria
21490
3334
América NC
USA
1361
982
América Sul
Brasil (~25%)
14985
12680
Ásia
5566
Europa
França
420
50
Mundo
43847
3%
34%
13%
1%
49%
Africa America NC America Sul Asia Europa
Produção de CV no mundo em 2003:
44 mihões t (+ 7.7% na década)
O mercado internacional
Consumo
1000.ton
África
Nigéria
21367
3319
América NC
USA
1362
1022
América Sul
Brasil
14931
12688
Ásia
5600
Europa
França
668
77
Mundo
43951
Consumo de carvão vegetal no mundo
em 2003
(fonte: FAO yearbook of forest Products, 2005)
3%
34%
13%
2%
48%
O mercado nacional
Produção e Consumo do carvão vegetal no Brasil (103 ton)
0 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000 12 000 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Anos 103 t
PRODUÇÃO CONSUMO TOTAL
Produção e consumo do CV no Brasil (10
3
t)
Consumo Nacional de carvão vegetal no Brasil
1%
8%
91%
RESIDENCIAL COMERCIAL PÚBLICO AGROPECUÁRIO INDUSTRIALConsumo Industrial de carvão vegetal no Brasil
0,7%
84,9%
10,1%
4,4%
CIMENTO FERRO-GUSA E AÇO
FERRO-LIGAS NÃO-FERROSOS E OUTROS METAL.. QUÍMICA OUTROS 2006
10
3t
Ferro-gusa7436
Ferro-ligas883
Outros metal12
quimic26
outros15
O mercado nacional
O Brasil :
• Maior exportador de aço do mundo (produtos semi-acabados)
• Nono produtor mundial de aço (31.6 milhões de toneladas, 2005)
• Setor siderurgico Brasileiro : 88 empresas, 121 alto-fornos, 93
fornos ferro-ligas
• Unico pais do mundo a manter uma siderurgia a carvão vegetal
• CV utilizado na produção nacional de 33% do ferro-gusa e 98%
de ferro-ligas
O mercado nacional
Vantagens e Desvantagens do uso do carvão vegetal como fonte
de energia
Vantagens
Desvantagens
Baixo Preço (US$100/ton)
Alto poder calorifico
Emissão Zero de CO2
Estabilidade quimica
Combustão lenta
Combustão sem fumaça
Combustão sem fumaça
Inocuo, inodoro
Perda de energia na
carbonização
Politica governamental
indefinida
Pressão ambiental
Aumento da Demanda
Aplicações energeticas do Carvão Vegetal
Aplicaçoes
Caracteristicas/uso
Secagem direta (agricultura)
Lupulo, tabaco e outros prod.agric.
Secagem indireta (agric.)
Combustivel de sistema de aquecimento central
Extração de metal (industrial)
Redução dos minerais de oxydos em metal
puro: cobre, ferro
Briquetes combustivéis
Combustivel de cocção (Churrasco)
Carvão ativado (ind./agri.)
Pruficação de gases e agua
Combustivel (industrial)
Fabricação de cal e cemento
Fabricação de cimento em fornos rotativos
Aquecimento domestico e
cocção
Combustão sem fumaça, sem enxofre
Usado em fogões para cocção e produção de
agua quente
Combustivel de caldeira
(vapor/eletricidade)
Baixo teor de enxofre, eletrificaçao, vapor
industrial
Fonte: A produção de carvão, BH, MG, 2006Contexto europeu e brasileiro bem diferente
Produção na França : residencial
60 000 toneladas/ ano
Produção na Europa
400 000 t/ ano
Produção no Brasil :10.000.000 t/ano
(800.000 t/ano = residencial)
Palestra
Primeira parte: O mercado do carbono
Segunda parte:
estado da arte das
tecnologias da carbonização
desenvolvidas na Europa
Estado da arte das tecnologias da
carbonização desenvolvidas na Europa.
I
Combustão parcial
• As tecnologias industriais
II
Aquecimento externo
• As tecnologias industriais
III
Contato dos gases quente
• As tecnologias industriais
I - Combustão parcial: generalidades
•
Processo mais antigo :
•
Princípio : Calor necessário à transformação da lenha
em carvão é obtido pela queima de parte da lenha
colocada no forno
•
Maioria dos processos artesanais e semi-industriais
1-vaporização da água
2-radiação
3- calor da carbonização
4-gás+alcatrão
5-carvão
As tecnologias industriais : Fornos metálicos
Fornos metálicos industriais:
•
Capacidade de produção : 2000t ate 5000t/ano
•
Descarregamento fácil
•
Recuperação e incineração dos gases
•
Utilização do calor para eletricidade ou secagem
•
Alcatrão para a química
•
Vida útil : 20 anos até mais
Fornos em movimento
Coletor incinerador
Vela para o
descarregamento
descarregamento
movi
ment
o
Fornos fixes: carbonização CML
Madeira:
• 15.000 T
•Umidade < 20% • Modulo padrão : 12 fornos • Volume total : 200 m3 • Ciclo de carbonização : 24 h Carvão: CF > 80% (3.000 T) Finos (300 t) Gás de pirólise (3MW)
comercialização
Valorização
energética
Matéria primas Processo Produção (330 dias) UtilizaçãoCarbonização CML
Despoluição + bateria com 12 fornos / 2 módulos de produção (fonte Cirad)
Incinerador
central
Carbonização CML
armazenamento
Madeira cortada
Preparação da
madeira
Carregamento
Carbonização CML
Matéria prima
Carregamento
Carbonização CML
Núcleo do incinerador
Forno
Coletor central
Coletor gás de Pirólise do forno
Carbonização CML
Descarregamento e
resfriamento
Corredor central entre duas
linhas de fornos
Carbonização CML
Carbonização CML
Análises realizadas pelo Cirad com relação a lei ambiental, 2006
Lígnea AB Lígnea CD Valores limitas das emissões Temperatura fumaças (°C) 678 552 velocidade (m/s) Flux Nm3/h Flux Nm3 sec /h 12.9 3774 3209 11.9 4029 3503 Partículas (mg/Nm3 sec) Flux (kg/h) 138 0.44 97 0.34 100 si < 1 kg/h COT (mg de C/Nm3 sec) Flux (kg/h) 94.1 0.302 29.6 0.104 110 si > 2 kg/h COT (mg de C/Nm3 sec) (Anexe III) Flux (kg/h) 7.3 0.02 0.0 0.0 20 si > 0.1 kg/h CO (mg/Nm3 sec) 250 2000 NOx (mg/Nm3sec) 27 49 500
Carbonização CML
1993
1997
1997
1999
1999
2000
2002
Realizações em
funcionamento
Estado da arte das tecnologias da
carbonização desenvolvidas na Europa.
I
Combustão parcial
•
As tecnologias artesanais
•
As tecnologias industriais
II
Aquecimento externo
• As tecnologias industriais
III
Contato dos gases quente
• As tecnologias industriais
II - Aquecimento externo
•
Processo recente
•
Processos industriais
•
Tecnologia geralmente cara (> 1000 000euros)
•
Carbonização “contínua” ou alternativa
•
Produção ate 6000t/ano
VMR processo: Carbo France
Empresa CARBO FRANCE
•
Segundo produtor de carvão na França com 10 000
t/ano
•
Matéria prima : resíduos de serrarias e da indústria
da madeira.
•
Produção 7dias/7
•
1994 : prêmio do meio ambiente e de tecnologias
limpas
•
Unidade de produção : 16 fornos
.
•
Processo sem poluição (líquido, gás, sólido)
•
Qualidade do carvão :
NF-EN-1860-2
VMR processo: Carbo France
•
O VMR processo é constituído de duas
retortas (R1 & R2) e uma câmara central
para a combustão
•
O primeiro cilindro é carregado com
madeira antes de se colocar na retorta
R1. cada cilindro tem aproximativamente
4,5M
3.
•
O R1 é aquecido com combustível, seja
gás ou diesel. Depois que a Pirólise é
iniciada, os gases são coletados e
queimados na câmara para produzir calor
para o segundo cilíndro.
•
A injeção de gás ou diesel, é suspensa.
•
Ao final, R1 é tirado para fora para
resfriamento e um outro cilindro com
madeira nova é reinstalado.
•
VMR e um processo alternativo
•
O tempo total da carbonização: 8-12
horas
VMR processo: Carbo France
Armazenamento da
madeira com
secagem ao ar livre
Corte e limpeza da
madeira antes da
secagem artificial
VMR processo: Carbo France
Enchimento dos
tanques
Frente : resfriamento
Fundo :Módulos de produção
VMR processo: Carbo France
Conector das fumaças da Pirólise
Câmara de
combustão
Ventilador
Monitoramento
das
temperaturas
VMR processo: Carbo France
VMR processo: Carbo France
Estado da arte das tecnologias da
carbonização desenvolvidas na Europa.
I
Combustão parcial
•
As tecnologias artesanais
•
As tecnologias industriais
II
Aquecimento externo
•
As tecnologias industriais
III
Contato dos gases quente
• As tecnologias industriais
III
Contato dos gases quente
•
Processos industriais
•
Processo geralmente automatizado
•
Tecnologia cara (> 1500000euros Lambiotte)
•
Carbonização contínua
•
Produção até 2500-20000t/ano
•
Carbonização batch :Forno Elevatório (França)
•
Carbonização continua: Lambiotte CSIR(Bélgica) e
Carbonisação em batch:Forno Elevatório
•
2 fornos
•
8 tanques com volume aproximado de 7 m
3•
1 incinerador
•
Matéria primas : madeira contaminada
Esquema de tecnologia Sidenergie
Suporte
Madeira Madeira Caldeira Madeira Madeira Tampa
Tanque 7M3
Gás de Pirólise
Forno em carbonização