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Conferência Internacional de Agroenergia.

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(1)

Conferência Internacional de Agroenergia.

Londrina, PR

11, 12 e 13 de dezembro de 2006

Dr Patrick Rousset

Cirad/Ibama

Contato : patrick.rousset@cirad.fr

(2)

Um organismo

francês

de pesquisa

a serviço

dos países

do Sul

(3)

Uma cooperação

fundamentada numa rede mundial.

Pesquisadores lotados a longo prazo

(4)

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

(5)

Unidade de pesquisa : UPR42

Gaseificador piloto

Reator de Pirólise

vibrante e fluidizado

Reator de combustão

(6)

Unidade de pesquisa : UPR42

Reator

de craking

térmico

Reator de

Pirólise sob pressão

Laboratórios de

análises

(7)

Palestra

Primeira parte:

O mercado do carvão

vegetal

Segunda parte:

estado da arte das

tecnologias da carbonização

desenvolvidas na Europa

(8)

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)

(9)

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%

(10)

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)

(11)

Consumo Nacional de carvão vegetal no Brasil

1%

8%

91%

RESIDENCIAL COMERCIAL PÚBLICO AGROPECUÁRIO INDUSTRIAL

(12)

Consumo 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

3

t

Ferro-gusa

7436

Ferro-ligas

883

Outros metal

12

quimic

26

outros

15

(13)

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

(14)

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

(15)

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, 2006

(16)

Contexto 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)

(17)

Palestra

Primeira parte: O mercado do carbono

Segunda parte:

estado da arte das

tecnologias da carbonização

desenvolvidas na Europa

(18)

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

(19)

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

(20)

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

(21)

Fornos em movimento

Coletor incinerador

Vela para o

descarregamento

descarregamento

movi

ment

o

(22)

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) Utilização

(23)

Carbonização CML

Despoluição + bateria com 12 fornos / 2 módulos de produção (fonte Cirad)

Incinerador

central

(24)

Carbonização CML

armazenamento

Madeira cortada

Preparação da

madeira

Carregamento

(25)

Carbonização CML

Matéria prima

Carregamento

(26)

Carbonização CML

Núcleo do incinerador

Forno

Coletor central

Coletor gás de Pirólise do forno

(27)

Carbonização CML

Descarregamento e

resfriamento

Corredor central entre duas

linhas de fornos

(28)

Carbonização CML

(29)

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

(30)

Carbonização CML

1993

1997

1997

1999

1999

2000

2002

Realizações em

funcionamento

(31)

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

(32)

II - Aquecimento externo

Processo recente

Processos industriais

Tecnologia geralmente cara (> 1000 000euros)

Carbonização “contínua” ou alternativa

Produção ate 6000t/ano

(33)

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

(34)

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

(35)

VMR processo: Carbo France

Armazenamento da

madeira com

secagem ao ar livre

Corte e limpeza da

madeira antes da

secagem artificial

(36)

VMR processo: Carbo France

Enchimento dos

tanques

Frente : resfriamento

Fundo :Módulos de produção

(37)

VMR processo: Carbo France

Conector das fumaças da Pirólise

Câmara de

combustão

Ventilador

Monitoramento

das

temperaturas

(38)

VMR processo: Carbo France

(39)

VMR processo: Carbo France

(40)

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

(41)

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

(42)

Carbonisação em batch:Forno Elevatório

2 fornos

8 tanques com volume aproximado de 7 m

3

1 incinerador

Matéria primas : madeira contaminada

(43)

Esquema de tecnologia Sidenergie

Suporte

Madeira Madeira Caldeira Madeira Madeira Tampa

Tanque 7M3

Gás de Pirólise

(44)

Forno em carbonização

descarregamento

caldeira

Tanque

Tampa

Foto do Forno Elevatório (fonte Cirad)

(45)

Zona de resfriamento

Tampa

Tanque

Forno 2

Forno 1

Tanques em

resfriamento

Incinerador

Zona de trabalho (fonte Cirad)

(46)

Carbonização continua:processo Lambiotte

O processo foi desenvolvido por várias

empresas :Lambiotte, Lurgi, etc..

A Lambiotte retorta (SIFIC):

• Retorta vertical com abastecimento por cima

(1) e descarregamento por baixo (2)

• Madeira transportada encima entra numa

zona de pré alimentação.

• A madeira passa por três zonas : secagem

(2), carbonização (4) e resfriamento (5). A

zona (3) e a zona de destilação dos gases.

• O processo tem dois circuitos: o

aquecimento para a secagem e a carbonização

(8) e o resfriamento (9).

(47)

Essa tecnologia permite a coleta dos gases

condensáveis para valorização:

• Os gases da pirólise são coletados em cima

da retorta (7), a parte condensável é coletada

(9) usando armadilha e scrubbers, quando os

gases não condensáveis (9) são queimados na

câmara de combustão

• Uma parte dos gases é condicionada e

re-injetada no meio da retorta para a secagem e a

carbonização (8).

• A outra parte é resfriada e injetada por baixo

(9) da retorta para resfriar o carvão antes

descarregamento (6)

.

(48)

Processo Lambiotte : CSIR (Bélgica) e SIFIC (França)

CSIR :

– 1500 até 2500t/ano

– Automatizada

– Injeção direta dos gases quente encima sem

incineração

– Ausência de secador

– Umidade da madeira < 22%

SIFIC :

– 5000 até 20 000t/ano

– Automatizada

– Injeção dos gases depois da incineração

– Secagem da madeira

– Valorização dos pirólenhosos por destilação

(49)

Processo Lambiotte : CSIR

2 fornos

• Localização: França

• Produção : 5500 t/ ano

Foto de tipo Lambiotte CSIR Bélgica,

(fonte Quirino W, Ibama

)

(50)

Processo Lambiotte: SIFIC

Vista aérea: Lambiotte SIFIC (fonte :Cirad)

Corte da madeira Zona de secagem Estocagem antes da secagem Armazenamento da madeira bruta

1 forno

Localização: França

Produção : 4500 t/ ano

Vista aérea

(51)

Processo Lambiotte: SIFIC

(52)

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

IV

P&D

(53)

IV: P&D:Pirólise sob pressão

Desenvolvimento de um reator

de laboratório para estudo do

impacto da pressão e da temperatura na transformação

termoquímica da biomassa e dos resíduos densificados

A carbonização sob pressão, consiste na utilização de uma das

variáveis que influenciam diretamente na pirólise, particularmente

sobre o rendimento e que normalmente era negligenciada.

(54)

IV: P&D:Pirólise sob pressão

Neste processo, a pressão age no controle da velocidade de escape

da fase vapor

A pressão permite que os componentes se

repolimerizem

no interior da madeira, formando novos compostos,

fixando carbono e produzindo uma espécie de coque, o que resultará

no

aumento do resultado gravimétrico

do processo.

Otimização da utilização do recurso natural madeira, redução ainda a

emissão de componentes líquidos e gasosos indesejáveis e que iriam

normalmente servir de agentes poluidores.

Um outro aspecto relevante da tecnologia da pirólise sob pressão é

que o

tempo de carbonização pode ser reduzido

em até 100 vezes,

como determinado por Antal, 1986 e Antal, 2003.

(55)

IV: P&D:Pirólise sob pressão

(56)

IV: P&D:Pirólise sob pressão

(57)

IV: P&D:Pirólise sob pressão

(58)

OBRIGADO PELA ATENÇÃO

Conferência Internacional de Agroenergia.

Londrina, PR

11, 12 e 13 de dezembro de 2006

Dr Patrick Rousset

Cirad/Ibama

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