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Sumário
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Lista de figuras
Figura 1: Exemplos de biomassa residual.................................................................
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Lista de Equações
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Lista de tabelas
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1. Introdução
O rápido desenvolvimento de tecnologias e da industrialização tem confrontado a
humanidade com duas preocu...
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1.1. Biomassa e resíduos de biomassa
O termo biomassa segundo o NREL(2011) é definida como qualquer matéria
orgânica der...
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Resíduo de madeira misturado Resíduos de chapas de comprensado
Refugo produção de MDF Sucatas de paletes
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1.2. Gás de síntese
O gás de síntese, uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono
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Conteúdo
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1.3. Processo de Gaseificação
O processo de gaseificação é uma oxidação térmica parcial, que resulta em
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leito, e quase instantaneamente são aquecidas até a temperatura
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Co-corrente (“downdraft”) Contracorrente (“updraft”)
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Leito de arraste
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Leito fluidizado duplo
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Fonte: WARNECKE (2000)
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Fonte: LV (2010)
Gaseificador de biomassa
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2. Gaseificação de resíduos de biomassa
A gaseificação de biomassa é identificada como uma das mais promissoras
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A gaseificação do carvão é uma etapa limitante da taxa na produção de
combustíveis gasosos da biomassa. Segundo Balat (...
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Figura 4: Zonas de gaseificação de um leito fixo
2.1 Propriedades da matéria-prima
Antes de avaliar os processos de gas...
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conteúdo de CO do gás, e, portanto, resulta em um gás com baixo poder
calorífico (MCKENDRY, 2002). Para a produção de g...
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2.2 Pré-tratamento da matéria-prima
O grau do pré-tratamento da matéria-prima da biomassa é dependente da
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inerentes da cinza da biomassa. A remoção de cinzas leva diretamente a perda
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2.3.1 Parâmetros de processos de leitos fixos
Temperatura do reator e temperatura máxima
Segundo Tinaut et al (2008), é...
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Segundo Tinaut et al (2008), a evolução das temperaturas do sólido e gás
através do comprimento do gaseificador mostra ...
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na fase gás. Ao mesmo tempo, a fase gás transfere parte de sua energia para o
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Figura 8: Evolução dos gases, alcatrões aromáticos e carvão em função da
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Efeito da com...
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estudos, os resultados sugerem que as informações fundamentais obtidas na
gaseificação de cada componente (Figura 10) p...
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Figura 11: Composição dos gases produzidos na pirólise de celulose, xilana e
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Figura 12: Composição de celulose e lignina em seis tipos de biomassa (LV et al,
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Gaseificação relativa à razão combustível/ar
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Baseado no volume equivalente, os estudos de Chen et al (2003) mostram
que os reatores retangulares são melhores do que...
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As reações catalíticas de reforma através do qual o alcatrão é convertido em
compostos gasosos úteis são resumidos a se...
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40
Os estudos revelam que partículas de biomassa pequenas contribuem para
grandes áreas superficiais e altas taxas de aque...
41
CnHm: 2,14
H2/CO: 0,20
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C: 50,54
H: 7,08
O: 41,...
42
2.4 Métodos de remoção de particulados e alcatrões
Um dos principais obstáculos tecnológicos para o uso comercial da en...
43
remoção do ácido com solventes através de processos químicos ou
físicos. Nos processos químicos para a remoção de gases...
44
um ciclone de gás quente e depois o cloro é removido em um leito de sódio, e
depois o H2S e removido em duas etapa em l...
45
secundários. O método primário deve ser considerado antes que do método
secundário. Os métodos primários são mais rentá...
46
3. Conclusão
O processo de gaseificação da biomassa residual é uma importante
alternativa para a geração de combustívei...
47
Referências
1. ALAUDDIN, Z. A. B. Z. et al. Gasification of lignocellulosic biomass in
fluidized beds for renewable ene...
48
12. BALAT, M. Main routes for the thermo-conversion of biomass into fuels
and chemicals - Part 2: Gasification systems....
49
24. BERGMAN, P. et al. The novel OLGA technology for complete tar
removal from biomass producer gas. In: Pyrolysis and ...
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  1. 1. P UNIVE Program OBT PAR RSIDA ma de Bioco ALEX HOR TENÇ RTIR D ADE FE ESCO Pós-G ombust PIRES A RACIMA ÇÃO D DE BIO RI EDERA LA DE Gradua tíveis e ALVAR AR PINH DE GÁ OMAS O DE JA 2011 L DO R QUÍMI ação em e Petro RES DOS HEIRO C ÁS DE SSAS ANEIRO 1 RIO DE ICA m Eng oquím S SANT COTRIM SÍNT S RES E JANE genhar ica TOS M TESE A IDUA EIRO ia de A IS
  2. 2. ALEX PIRES ALVARES DOS SANTOS HORACIMAR PINHEIRO COTRIM OBTENÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE A PARTIR DE BIOMASSAS RESIDUAIS Trabalho apresentado ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Biocombustíveis e Petroquímica, Escola de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como requisito à aprovação na disciplina de Biocombústiveis. Prof. D. Sc. Maria Antonieta P. Gimenes Couto RIO DE JANEIRO 2011
  3. 3. i Sumário Sumário .....................................................................................................................................i Lista de figuras ........................................................................................................................iii Lista de Equações ...................................................................................................................iv Lista de tabelas.........................................................................................................................v 1. Introdução........................................................................................................................ 1 1.1. Biomassa e resíduos de biomassa ........................................................................... 2 1.2. Gás de síntese .......................................................................................................... 4 1.3. Processo de Gaseificação......................................................................................... 8 2. Gaseificação de resíduos de biomassa......................................................................... 17 2.1 Propriedades da matéria-prima............................................................................... 19 Conteúdo de umidade ................................................................................................... 19 Conteúdo de cinzas ....................................................................................................... 20 Compostos voláteis ....................................................................................................... 20 Tamanho da partícula.................................................................................................... 20 2.2 Pré-tratamento da matéria-prima ............................................................................ 21 2.3 Comparação entre reatores para gaseificação de biomassa.................................. 22 2.3.1 Parâmetros de processos de leitos fixos ......................................................... 23 Temperatura do reator e temperatura máxima.............................................................. 23 Composição do gás produzido ...................................................................................... 25 Efeito da composição da biomassa ............................................................................... 27 Gaseificação relativa à razão combustível/ar ................................................................ 32 Taxa de consumo da biomassa..................................................................................... 32 Diâmetro da partícula e perda de carga ........................................................................ 32 Velocidades do sólido e gás .......................................................................................... 33 Tempo de residência ..................................................................................................... 33 Efeito da configuração geométrica do reator................................................................. 33 2.3.2 Parâmetros de processo de leitos fluidizados.................................................. 34 Efeito dos materiais do leito........................................................................................... 34 Efeito da temperatura do leito........................................................................................ 36 Efeito do agente de gaseificação................................................................................... 36 Razão de equivalência (ER) .......................................................................................... 37 Razão de vapor por biomassa (SB)............................................................................... 38
  4. 4. ii Efeito do tamanho da biomassa .................................................................................... 39 Composição de gases ................................................................................................... 40 2.4 Métodos de remoção de particulados e alcatrões................................................... 42 2.4.1 Limpeza convencional...................................................................................... 42 2.4.2 Lavagem a seco do gás a quente.................................................................... 43 2.4.3 Tratamento do alcatrão.................................................................................... 44 Método primário............................................................................................................. 45 Método secundário ........................................................................................................ 45 3. Conclusão...................................................................................................................... 46 Referências............................................................................................................................ 47
  5. 5. iii Lista de figuras Figura 1: Exemplos de biomassa residual............................................................................... 3 Figura 2: Tipos de reatores de gaseificação.......................................................................... 15 Figura 3: Esquema de reatores para gaseificação................................................................ 16 Figura 4: Zonas de gaseificação de um leito fixo .................................................................. 19 Figura 5: Evolução das espécies ao longo do leito do gaseificador de cascas de pinos (TINAUT et al, 2008).............................................................................................................. 23 Figura 6: Produtos da pirólise de palha de arroz e serragem a diferente temperaturas (CHEN, 2003) ........................................................................................................................ 24 Figura 7: Evolução dos gases em função da temperatura da parede do reator (DUFOUR et al, 2009)................................................................................................................................. 26 Figura 8: Evolução dos gases, alcatrões aromáticos e carvão em função da temperatura (DUFOUR et al, 2009) ........................................................................................................... 27 Figura 9: Composição da matéria-prima usada na gaseificação (HANAOKA et al, 2005).... 28 Figura 10: Composição dos gases produzidos na gaseificação de cada matéria-prima (HANAOKA et al, 2005)......................................................................................................... 28 Figura 11: Composição dos gases produzidos na pirólise de celulose, xilana e lignina (HANAOKA et al, 2005)......................................................................................................... 29 Figura 12: Composição de celulose e lignina em seis tipos de biomassa (LV et al, 2010)... 30 Figura 13: Rendimentos durantes a pirólise rápida em um reator de leito fixo (LV et al, 2010). ............................................................................................................................................... 30 Figura 14: Morfologia da biomassa ( (a) bagasso; (b) palha de arroz; (c) casca de arroz; (d) celulose) (LV et al, 2010)....................................................................................................... 31 Figura 15: Morfologia do carvão de biomassa durante a pirólise rápida em um reator de leito fixo (LV et al, 2010)................................................................................................................ 31 Figura 16: Evolução do diâmetro das partículas e perda de carga ao longo do comprimento do gaseificador (TINAUT et al, 2008) .................................................................................... 33
  6. 6. iv Lista de Equações Equação 1: Reação produção de gás de síntese do metano.................................................. 4 Equação 2: Reação de oxidação parcial e reforma à CO2 ...................................................... 7 Equação 3: Reações do processo de gaseificação................................................................. 9 Equação 4: Reação simplificada de gaseificação da biomassa............................................ 17 Equação 5: Reação de reforma do alcatrão.......................................................................... 35 Equação 6: Reação de absorção de CO2.............................................................................. 39
  7. 7. v Lista de tabelas Tabela 1: Composição indicativa do gás de síntese de um gaseificador indireto - Adaptado de GÖRANSSON (2011)......................................................................................................... 5 Tabela 2: Especificação da concentração máxima de impurezas no gás de síntese para os processos de síntese de FT - GÖRANSSON (2011) .............................................................. 6 Tabela 3: Composição requerida do gás de síntese para vários combustíveis sintéticos – Adaptado de GÖRANSSON (2011)......................................................................................... 7 Tabela 4: Comparação de desempenho de diferentes projetos de gaseificadores. Fonte PUIG-ARNAVAT (2010) ........................................................................................................ 14 Tabela 5: Composição típica de gases obtidos de gaseificadores de leito fixo operado com combustíveis com umidade baixa a média. Adaptado de BALAT et al (2009)...................... 26 Tabela 6: Avaliação da razão SB com agentes de gaseificação........................................... 38 Tabela 7: Gaseificação de biomassas em leito fluidizado borbulhante - Adaptado de ALAUDDIN et al (2010) ......................................................................................................... 41
  8. 8. 1 1. Introdução O rápido desenvolvimento de tecnologias e da industrialização tem confrontado a humanidade com duas preocupações principais: o esgotamento dos recursos energéticos fósseis e a degradação do meio-ambiente. Combustíveis fósseis são as fontes mais comuns de energia usadas no mundo. Foi relatado que acima de 80% do consumo de energia provém de combustível fóssil. Entretanto, existem alguns problemas cruciais associados com tais fontes de combustíveis. Combustíveis fósseis emitem quantidades de poluentes tais como CO2, NOx e SOx na atmosfera (ALAUDDIN et al, 2010). Entre todos os recursos renováveis, a biomassa é a única fonte renovável de carbono que pode ser convertida em produto sólido, líquido e gasoso através de vários processos de conversão. Atualmente, a biomassa é a quarta maior fonte de energia no mundo depois do carvão, petróleo e gás natural, e fornece aproximadamente 14% do consumo de energia mundial. Resíduos de biomassa são principalmente queimados em ar aberto ou jogados fora, que acabam geram poluentes incluindo particulados, gases de chuva ácida tais como NOx e SOx e grande quantidade de metano que é um gás de efeito estufa mais potente do que o CO2 (ALAUDDIN et al, 2010). Tecnologias que usam resíduos ou matéria vegetal para produzir energia, emitem menos gases de efeito estufa do que os combustíveis fósseis e apresentam custos competitivos com as fontes convencionais de energia. Uma das tecnologias promissoras que utiliza os resíduos de biomassa é a gaseificação. A gaseificação da biomassa ajuda na bioremediação dos vegetais, assim como converte os resíduos de biomassa em gases combustíveis e biocombustíveis limpos (ALAUDDIN et al, 2010). A seguir serão discutidos os conceitos básicos sobre biomassa, resíduos de biomassa, gás de síntese e o processo de gaseificação.
  9. 9. 2 1.1. Biomassa e resíduos de biomassa O termo biomassa segundo o NREL(2011) é definida como qualquer matéria orgânica derivada de plantas. A biomassa disponível para energia em uma base sustentável inclui culturas herbáceas e arbóreas, culturas agro-alimentares e pastagens, resíduos e detritos de culturas agrícolas, resíduos e detritos de madeira, plantas aquáticas e outros resíduos incluindo alguns resíduos sólidos urbanos. O termo biomassa, inicialmente introduzido por Eugene Adam, pode ser definido de forma mais abrangente como sendo qualquer combustível ou matéria bruta derivados de organismos que estiverem vivos recentemente, isto é, em um período inferior a 100 anos. Tal definição claramente exclui os tradicionais combustíveis fósseis que, mesmo tendo sido derivados de matéria orgânica vegetal e animal, necessitaram de milhões de anos para sua conversão na forma que são encontrados atualmente. Com exceção de algumas microalgas e matérias com altos índices de umidade, a biomassa se caracteriza, essencialmente, por ser uma matéria carbonada em estado sólido (CENBIO, 2011). Os resíduos de biomassa (Figura 1) são definidos como subprodutos da biomassa, resíduos de produções agrícolas, florestais, alimentos e indústrias relacionadas. Resíduos da indústria de alimentos incluem culturas de grãos, por exemplo, milho e trigo, bem como os resíduos de cascas de nozes e cascas ou sementes de frutas carnudas (Por exemplo: café, manga, oliva, etc.). Outros resíduos incluem detritos animais, restos de corte de madeira, pequenas árvores e galhos que podem ser transformados em lascas de madeira (REA, 2011).
  10. 10. 3 Resíduo de madeira misturado Resíduos de chapas de comprensado Refugo produção de MDF Sucatas de paletes Resíduos de madeira em lascas Madeira de demolição Resíduo oleginosas Bagasso de cana de açúcar para combustível Pó peneirado de bagasso de cana de açúcar Compostos misturados Figura 1: Exemplos de biomassa residual
  11. 11. 4 1.2. Gás de síntese O gás de síntese, uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono usualmente contendo dióxido de carbono como aditivo, é um intermediário muito bom para sínteses posteriores. Dependendo das condições reacionais e do catalisador usado, diferentes produtos químicos podem ser produzidos em grande escala industrial (SONG e GUO, 2006). Existem diferentes fontes para obter o gás de síntese. Ele pode ser produzido por reforma a vapor ou por oxidação parcial de qualquer hidrocarboneto variando do gás natural (metano) até resíduos pesados de petróleo, e pela gaseificação do carvão para um gás combustível (CO, CO2, H2). A maior rota para produzir o gás de síntese é a reforma à vapor do gás natural (Equação 1) sobre um catalisador de níquel promovido em aproximadamente 800 ºC (MATAR e HATCH, 2000): Equação 1: Reação produção de gás de síntese do metano O gás de síntese também pode ser produzido pela gaseificação de biomassa e resíduos. A gaseificação é uma tecnologia de conversão termo-química antiga que provoca a mudança da estrutura química da biomassa a 500-900 ºC na presença de um agente gaseificante (por exemplo: ar, oxigênio, vapor, CO2, ou a mistura destes componentes) para a produção de principalmente H2 e CO (GÖRANSSON, 2011). O gás de síntese produzido de um gaseificador indireto típico é apresentado na Tabela 1. Ele contem H2, CO, CO2, CH4, H2O, traços de hidrocarbonetos mais pesados, gases inertes provenientes do agente de gaseificação e vários contaminantes (GÖRANSSON, 2011). CH4 + H2O CO + 3 H2
  12. 12. 5 Conteúdo % Volume (base seca) H2 40 CO 25 CO2 21 CH4 10 C2H4 2,5 N2 1,5 H2/CO 1,6 (H2-CO2)/(CO+CO2) 0,4 Tabela 1: Composição indicativa do gás de síntese de um gaseificador indireto - Adaptado de GÖRANSSON (2011) O conteúdo de H2 pode depois ser aumentando, e o gás de síntese pode ser melhorado usando adsorventes de CO2 e aditivos, ou catalisadores. Além disso, o gás deve passar por processos de limpeza para atender especificações de impurezas (Tabela 2) para passar por processamentos sequenciais (GÖRANSSON, 2011). A conversão de gás de síntese para combustíveis líquidos, que são isentos de enxofre, e que possuem alto número de cetano (diesel) ou octano (gasolina), via síntese de Fischer-Tropsch (FT) foi interessante desde 1923. Metanol, um dos produtos químicos mais importantes industrialmente, junto com os alcoóis superiores podem ser produzidos simultaneamente a partir do gás de síntese através muitos catalisadores diferentes. Produtos químicos de alto valor tais como aldeídos ou alcoóis contendo mais de um grupo –CHO- ou –CH2OH- podem ser obtidos através da reação de hidroformilação, que consiste de reações diretas de olefinas e gás de síntese. Produtos químicos contendo o grupo acetil (CH3CO, frequentemente designado como Ac), que são produzidos através do processo de carbonilação, experimentaram um crescimento estável por 30 anos, e aumentarão dramaticamente através dos próximos 10 anos (SONG e GUO, 2006).
  13. 13. 6 As propriedades necessárias para o gás de síntese são diferentes para diferentes sínteses (Tabela 3). Na síntese de metanol, CO2 e CO são reagentes porque a reação de deslocamento é ativa além da síntese. Portanto, um módulo M = (H2-CO2)/(CO+CO2) que é derivado de simples cálculos estequiométricos, deveria ser próximo de 2,0. Contudo, na síntese de Fischer-Tropsch, a composição desejada do gás de síntese é caracterizada pela razão H2/CO com valor de aproximadamente 2,0 porque a reação de deslocamento do gás d’água não é ativa, e o CO2 mantém-se inerte; por outro lado a razão ótima H2/CO deveria ser 1,0 para processos de síntese de hidroformilação. Em geral, o requerimento da razão H2/CO varia de aproximadamente 2,0 a 1,0, e algumas vezes, até CO puro é requerido para o processo de carbonilação (SONG e GUO, 2006). Pela especificação da razão H2/CO pode-se verificar que o gás de síntese produzido em processos de gaseificação, após tratamentos, pode substituir o gás natural para servir como matéria-prima para o processo de Fischer-Tropsch, e com a conversão do gás também pode atender a relação (H2-CO2)/(CO+CO2) no processo de produção do metanol. Impureza Especificação H2S+COS+CS2 < 1 ppm NH3+HCN < 1 ppm HCl+HBr+HF < 10 ppb (vol) Metais alcalinos (Na+K) < 10 ppb (vol) Particulados Essencialmente removidos Compostos orgânicos (alcatrões) Abaixo do ponto de orvalho Compostos hetero-orgânicos (com S, N, O) < 1 ppm (vol) Tabela 2: Especificação da concentração máxima de impurezas no gás de síntese para os processos de síntese de FT - GÖRANSSON (2011) A produção do gás de síntese pode ser responsável por cerca de 60% dos investimentos de plantas de conversão de gás em larga escala baseadas em gás natural. A produção direta de razões H2/CO flexíveis de gás natural ou da gaseificação de biomassa pode evitar unidades para ajuste da razão H2/CO, e
  14. 14. 7 então, promover a conservação de energia e redução de custos. Portanto, há um forte incentivo para encontrar soluções para fornecer razões H2/CO flexíveis. A oxidação parcial catalítica e a reforma à CO2 (ou reforma seca) pode diretamente produzir razões H2/CO desejáveis de gás de síntese (SONG e GUO, 2006). Equação 2: Reação de oxidação parcial e reforma à CO2 Produto Pressão (bar) Temperatura (ºC) H2/CO Combustíveis de FT ~20-40 / 25-40 200-240 300-350 250-350 0,6 catalisador de Fe 2,0 catalisador de Co 0,6 catalisador de Fe 1,5-2 Metanol 50-100 20-50 50-300 100-200 200-300 210-290 220-450 2,0 catalisador Cu/Zn 2,0 DME 26 20-50 310 210-290 Convertido do metanol (catalisador de alumina) Etanol 100 275 1,0 catalisador Rh Hidrogênio 28 100-200 Alta Gás natural sintético (SNG) 200-500 300-450 3,0 catalisador Ni/Mg Tabela 3: Composição requerida do gás de síntese para vários combustíveis sintéticos – Adaptado de GÖRANSSON (2011)
  15. 15. 8 1.3. Processo de Gaseificação O processo de gaseificação é uma oxidação térmica parcial, que resulta em uma alta produção de produtos gasosos (CO2, água, monóxido de carbono, hidrogênio e hidrocarbonetos), pequenas quantidades de produtos sólidos carbonáceos, cinzas, e compostos condensáveis (alcatrões e óleos). Vapor, ar ou oxigênio é alimentado na reação como um agente oxidante (PUIG-ARNAVAT, 2010). A gaseificação adiciona valor para matérias-primas de baixo valor ou valor negativo pela conversão em combustíveis vendáveis e produtos (PUIG- ARNAVAT, 2010). A química do processo de gaseificação da biomassa é completamente complexa. De modo geral, o processo consiste dos seguintes estágios (PUIG- ARNAVAT, 2010):  Secagem: Neste estágio, a umidade da biomassa é reduzida. Tipicamente, a umidade varia entre 5% a 35%. A secagem ocorre a aproximadamente 100-200 ºC com uma redução na umidade de menos de 5%.  Pirólise: Esta é essencialmente a decomposição térmica da biomassa na ausência de oxigênio e ar. Neste processo, a matéria volátil da biomassa é reduzida. Isto resulta em uma liberação de gases de hidrocarbonetos, devido ao fato da biomassa ser reduzida para carvão sólido. Os gases de hidrocarbonetos liberados podem ser condensados a temperaturas suficientes baixas para a gerar alcatrões líquidos.  Oxidação: Esta é a reação entre a biomassa sólida carbonizada e oxigênio do ar, resultando na formação de CO2. O hidrogênio presente na biomassa é também oxidado para gerar água. Uma grande quantidade de calor é liberada com a oxidação do carbono e hidrogênio. Se oxigênio estiver presente em quantidades sub-estequiométricas, a oxidação parcial do carbono pode ocorrer, resultando na geração de monóxido de carbono.  Redução: Na ausência (ou presença sub-estequiométrica) de oxigênio, várias reações de redução ocorrem na faixa de temperatura de 800-1000
  16. 16. 9 ºC. Estas reações são em sua maioria endotérmicas. As reações principais nesta categoria são: Reação de gás d’água Reação de Bouduard Reação de deslocamento Formação de metano Oxidação Oxidação Parcial Reforma à vapor Equação 3: Reações do processo de gaseificação Os projetos de reatores de gaseificação foram pesquisados por mais de um século, que resultaram na disponibilidade de vários formatos em escalas +C CO + H2 -131,4 kJ/gmolOH2  +C + H2 100 kJ/gmolOH2 2 2 CO2 C + CO2 2 CO -172,6 kJ/gmol CO2 + H2 CO + -42 kJ/gmolOH2  C + H22 CH4 75 kJ/gmol C + CO2O2 408,8 kJ/gmol C + O2 246,4 kJ/gmolCO2  + -206 kJ/gmolCH4 OH2 CO+ H23  + -165 kJ/gmolOH2 CO+ H24CH4 2 
  17. 17. 10 pequenas e grandes. Eles podem ser classificados de vários modos (PUIG- ARNAVAT, 2010):  Agentes de gaseificação: gaseificadores com soprador de ar, gaseificadores à oxigênio e gaseificadores à vapor;  Fonte de calor: Gaseificadores auto-térmicos ou diretos (o calor é provido pela combustão parcial da biomassa), e gaseificadores indiretos ou alo- térmicos (o calor é fornecido por uma fonte externa, por meio de um trocador de calor ou um processo indireto);  Pressão: Atmosférico ou pressurizado;  Modelo de reator:  Leito Fixo (contracorrente - “updraft”, co-corrente - “downdraft”, cruzado – “crossdraft” e topo aberto - “open-core”): O gaseificador de leito fixo tem um leito de partículas combustíveis sólidas através do qual o material gaseificado e o gás tanto se movem para cima (contracorrente), para baixo (co-corrente) ou são introduzidos de um lado do reator e são liberados do outro lado no mesmo nível horizontal (cruzado). É o tipo de gaseificador mais simples, geralmente consistindo de um espaço cilíndrico para o combustível e o material gaseificado com uma unidade de alimentação de combustível, uma unidade de remoção de cinzas e uma saída de gases. Neste tipo de gaseificador, o leito de combustível move-se lentamente pelo reator para baixo ao mesmo tempo de que a gaseificação ocorre. Os gaseificadores de leito fixo são simples de construir e geralmente operam com alta conversão de carbono, longo tempo de residência do sólido, baixa velocidade de gás, e baixo arraste de cinzas;  Leito fluidizado (borbulhante, circulante e leito duplo): O agente de gaseificação é soprado através do leito de partículas sólidas a uma velocidade suficiente para manter as partículas em um estado de suspensão. As partículas combustíveis são introduzidas na base do reator que são misturadas muito rapidamente com o material do
  18. 18. 11 leito, e quase instantaneamente são aquecidas até a temperatura do leito. Como resultado deste tratamento, o combustível é pirolizado muito rapidamente resultando em um mistura de componentes com uma quantidade relativamente grande de materiais gasosos. Reações de gaseificação e conversão de alcatrão continuam a ocorrer na fase gás. A gaseificação em leito duplo usa dois reatores de leito fluidizado. A biomassa entre no primeiro reator, onde ela é gaseificada com vapor, e o carvão remanescente é transportado para o segundo reator, onde é queimado com ar para produzir calor. O calor é transportado para o reator de gaseificação pelo material do leito, normalmente areia. O gás de exaustão e o gás dos produtos têm duas saídas separadas;  Leito de arraste: Estes gaseificadores são comumente usados para carvão porque ele pode ser alimentando na forma de lama no modo direto da gaseificação, que faz com que a alimentação do combustível sólido a altas pressões não seja custoso. Estes gaseificadores são caracterizados por tempos de residência curtos, altas temperaturas, altas pressões e grandes capacidades;  Gaseificação por estágios, com separação física da pirólise, oxidação e/ou zonas de redução. Um levantamento entre construtores de gaseificadores na Europa, Estados Unidos e Canadá identificou 50 construtores oferecendo plantas de gaseificação em escala comercial, das quais 75% eram do tipo leito fixo co-corrente, 20% eram sistemas do tipo leito fluidizado, 2,5% eram do tipo leito fixo contracorrente, e 2,5% eram de vários outros tipos de construção (PUIG-ARNAVAT, 2010). Na Tabela 4 são apresentadas características de cada tipo de reator de gaseificação.
  19. 19. 12 Co-corrente (“downdraft”) Contracorrente (“updraft”)  Simples construção e tecnologia comprovada;  Combustível depende do tipo e tamanho;  Adequado para biomassa com baixa umidade;  Gás produzido com valor calórico moderado e baixo conteúdo de alcatrões e particulados;  Alta temperatura no gás de saída;  Tempo de residência dos sólidos alta;  Alta conversão de carbono;  Adequado para capacidades de 20-200 kW;  Limitado potencial de extrapolação, com capacidade máxima de 250 kW.  Simples construção e tecnologia comprovada;  Gás produzido com valor calórico moderado, mas alto conteúdo de alcatrões e particuladors;  Baixa temperatura no gás de saída;  Tempo de residência dos sólidos alta;  Alta conversão de carbono;  Adequado para capacidades até 250 kW, potencial limitado de extrapolação.
  20. 20. 13 Leito fluidizado borbulhante (“Bubbling fluidised bed”) Leito fluidizado circulante (“Circulating fluidised bed”)  Alta flexibilidade do combustível em termos de tamanho e tipo;  Flexibilidade de operação a capacidades abaixo da capacidade de projeto;  Fácil operação;  Baixo inventário de matéria- prima;  Bom controle da temperatura e altas taxas de reação;  Bom contato e mistura entre gás e sólido;  Possibilidade de processamento catalítico no leito;  Gás produzido com moderado poder calorífico superior, mas baixos níveis de alcatrões e alto conteúdo de particulados;  Perda de carbono com as cinzas;  Alta eficiência na conversão;  Adequado para capacidades em larga escala (até 1 MW ou até maiores);  Bom potencial de extrapolação;  Alta flexibilidade do combustível em termos de tamanho e tipo;  Flexibilidade de operação a capacidades abaixo da capacidade de projeto;  Fácil operação;  Baixo inventário de matéria- prima;  Bom controle da temperatura e altas taxas de reação;  Bom contato e mistura entre gás e sólido;  Possibilidade de processamento catalítico no leito;  Gás produzido com moderados níveis de alcatrões, mas alto conteúdo de particulados;  Alta conversão de carbono;  Alta eficiência na conversão;  Adequado para capacidades em larga escala (até 1 MW ou até maiores);  Ótimo potencial de extrapolação;
  21. 21. 14 Leito de arraste (“Entrained-flow bed”) Leito fluidizado duplo (“Twin fluidised bed”)  Construção e operação relativamente complexa;  Combustível depende do tamanho e tipo (preparação da alimentação custosa);  Baixo inventário de matéria- prima;  Alta temperatura resulta em gás de boa qualidade;  Problemas de construção com materiais a alta temperatura;  Bom contato e mistura entre gás e sólido;  Gás produzido com moderado poder calorífico superior, e baixo conteúdo de alcatrões;  Alta eficiência na conversão;  Adequado para altas capacidades (>1 MW);  Ótimo potencial para extrapolação.  Construção e operação relativamente complexa;  Gás produzido com moderado poder calorífico superior, e moderado conteúdo de alcatrões;  Limpeza do gás necessária antes de queima em motores;  Possibilidade de processamento catalítico no leito;  Bom contato e mistura entre gás e sólido;  Relativamente, apresenta baixa eficiência;  Adequado para altas capacidades (>1 MW);  Bom potencial de extrapolação, mas projeto relativamente complexo. Tabela 4: Comparação de desempenho de diferentes projetos de gaseificadores. Fonte PUIG-ARNAVAT (2010)
  22. 22. 15 Reatores de leito fixo Fonte: WARNECKE (2000) Reatores de leito fluidizado Fonte: WARNECKE (2000) Reator de topo aberto – Indian Institute of Science Fonte: CENBIO (2011) Gaseificador contracorrente atmosférico – Instituto de Pesquisas Tecnológicas / SP Fonte:CENBIO (2011) Figura 2: Tipos de reatores de gaseificação
  23. 23. 16 Reator de queda livre Fonte: LV (2010) Gaseificador de biomassa Planta de biomassa Reatores de leito fixo Figura 3: Esquema de reatores para gaseificação
  24. 24. 17 2. Gaseificação de resíduos de biomassa A gaseificação de biomassa é identificada como uma das mais promissoras rotas para produzir hidrogênio renovável. A produção de gases ricos em H2 da gaseificação de biomassa tem sido principalmente estudada em leitos fluidizados com misturas de H2O-O2 como agente gaseificante (DUFOUR, 2009). A produção de gases ricos em H2 é importante para a utilização na síntese de FT e em outros processos. A gaseificação de biomassa é um tratamento térmico, que resulta na alta produção de produtos gasosos e pequenas quantidades de carvão e cinzas. É uma tecnologia bem conhecida. A gaseificação é processada em altas temperaturas de modo a otimizar a produção de gás. O gás resultante, conhecido como gás produtor, é uma mistura de monóxido de carbono, hidrogênio e metano, junto com dióxido de carbono e nitrogênio (BALAT, 2009). A produção do gás por decomposição térmica é composto de CO, CO2, H2O, CH4, outros hidrocarbonetos gasosos (CHs), alcatrões, carvão, constituintes inorgânicos, e cinzas. A composição do gás produzido da gaseificação da biomassa depende fortemente do processo de gaseificação, do agente gaseificante, e da composição da matéria-prima (BALAT, 2009). A gaseificação da biomassa é geralmente observada pela seguinte reação: Equação 4: Reação simplificada de gaseificação da biomassa Quando o processo de gaseificação usa biomassa como matéria-prima, a primeira etapa do processo é a decomposição térmica da celulose, hemiceluloses e compostos de lignina com a produção de carvão e voláteis. Depois a gaseificação do carvão e algumas outras reações de equilíbrio ocorrem (Equação 3) (BALAT, 2009). Biomassa O2 (ou H2O) CO+CO2+H2O+H2+CH4 + Outros CHs + alcatrões + carvão + cinzas +
  25. 25. 18 A gaseificação do carvão é uma etapa limitante da taxa na produção de combustíveis gasosos da biomassa. Segundo Balat (2009), resultados de estudos indicam que a formação de carvão apresenta cinética de ordem zero segundo a ele, e que a taxa da reação global é praticamente constante durante o processo, e apenas diminui quando o carvão é praticamente exausto. Carvões de madeira de árvores de coníferas (classificada como madeira macia – por exemplo: pinho) e de madeira de árvores latifoliadas (classificada como madeira dura – por exemplo: carvalho) exibiram comportamentos de gaseificação similares (BALAT, 2009). Resultados indicam que o conteúdo mineral (cinzas) e a composição do material original da biomassa, e as condições de pirólise sob qual o carvão é formado significantemente influenciam a reatividade da gaseificação do carvão (BALAT, 2009). Um dos maiores problemas da gaseificação da biomassa é o alcatrão formado durante o processo. O alcatrão é uma mistura complexa de compostos condensáveis que incluem compostos desde um anel aromático até cinco anéis aromáticos, junto com outros hidrocarbonetos contendo oxigênio, e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos complexos (PAHs). As tecnologias de controle da produção de alcatrão podem amplamente serem divididas de dois modos: (1) tratamento dentro do gaseificador (método primário), e (2) limpeza do gás quente depois do gaseificador (método secundário). Embora os métodos secundários sejam comprovadamente efetivos, os tratamentos dentro do gaseificador estão ganhando muita atenção devido a benefícios econômicos (BALAT, 2009). Nos métodos primários, os parâmetros de operação tais como temperatura, agente gaseificante, razão de equivalência, tempo de residência e aditivos catalíticos atuam como importantes funções na formação e decomposição do alcatrão. Os métodos primários não são ainda totalmente entendidos, e não foram implementados comercialmente. Testes pilotos mostraram que o craqueamento catalítico do alcatrão pode ser muito efetivo (BALAT, 2009).
  26. 26. 19 Figura 4: Zonas de gaseificação de um leito fixo 2.1 Propriedades da matéria-prima Antes de avaliar os processos de gaseificação é importante considerar algumas das propriedades das matérias-primas que influem no desempenho dos processos de gaseificação. Conteúdo de umidade O combustível com conteúdo de umidade acima de aproximadamente 30% torna a ignição difícil e reduz o poder calorífico do gás produzido, devido a necessidade de evaporar a umidade adicional antes que combustão/gaseificação possa ocorrer. Níveis altos de umidade também reduzem a temperatura alcançada na zona de oxidação (Figura 4), resultando no craqueamento incompleto dos hidrocarbonetos liberados da zona de pirólise. Outro problema é que com o aumento dos níveis de umidade, e com a associação do CO, ocorre a produção de H2 pela reação de deslocamento de gás de água, e que por sua vez produz mais CH4 por hidrogenação direta. O ganho de H2 e CH4 do gás produzido não compensa, entretanto, pela perda de energia devido a redução do
  27. 27. 20 conteúdo de CO do gás, e, portanto, resulta em um gás com baixo poder calorífico (MCKENDRY, 2002). Para a produção de gás de síntese é necessário avaliar qual a razão H2/CO ou (H2-CO2)/(CO+CO2) em função da umidade, que o gás produzido deverá apresentar para ser enviado para um processo de síntese subseqüente, e também o gasto energético para evaporar a água excedente. Conteúdo de cinzas O alto conteúdo de material mineral pode fazer a gaseificação impossível. A temperatura de oxidação é frequentemente acima do ponto de fusão das cinzas de biomassa, levando a problemas de clinquerização/vitrificação na base do forno, e ocasionando bloqueamentos subsequentes da alimentação. O clínquer (material não combustível) é um problema para conteúdos de cinzas acima de 5%, especialmente se as cinzas apresentam altos conteúdos de álcalis e sais que produzem misturas eutéticas (isto é, misturas cujo ponto de fusão é menor do que qualquer ponto de fusão dos constituintes da liga) com baixo ponto de fusão (MCKENDRY, 2002). Compostos voláteis O gaseificador deve ser projetado para destruir alcatrões e hidrocarbonetos pesados liberados durante o estágio de pirólise (Figura 4) do processo de gaseificação (MCKENDRY, 2002). Tamanho da partícula O tamanho da partícula do material da matéria-prima depende das dimensões da base do forno, mas é tipicamente 10-20% do diâmetro da base do forno. Partículas grandes podem formar vãos de partículas que previne a alimentação de se mover para baixo, enquanto partículas pequenas tendem a obstruir a porosidade disponível para o escoamento do ar, levando a uma alta perda de carga e subsequente parada do gaseificador (MCKENDRY, 2002).
  28. 28. 21 2.2 Pré-tratamento da matéria-prima O grau do pré-tratamento da matéria-prima da biomassa é dependente da tecnologia de gaseificação usada. As áreas com problemas principais são (MCKENDRY, 2002):  Secagem: O conteúdo de umidade deveria ser abaixo de 10-15% antes da gaseificação. A secagem de madeira de 50% para 60% (como cortadas), ou usando uma madeira secada por ar com uma umidade de 20%, para o nível requerido de 10-15% de umidade requer o uso de secadores. Os secadores podem ser rotatórios aquecidos diretamente usando gás exausto ou aquecidos indiretamente em secadores de leito fluidizado usando vapor para aquecer o material alimentado. Os vapores liberados durante a secagem contem inúmeros compostos orgânicos voláteis (VOCs), principalmente terpenos, que requerem sistema de controle de poluição do ar adequado;  Tamanho da partícula: Na maioria dos gaseificadores, o gás tem que passar através da biomassa, e a alimentação deve ter força de compressão suficiente para suportar o peso da alimentação acima. Os tamanhos das partículas da alimentação na faixa de 20-80 mm são típicas;  Fracionamento: Os conteúdos de nitrogênio e álcalis da biomassa são críticas, como elas são parcialmente arrastadas pela corrente de gás. Pequenas partículas tendem a conter menos nitrogênio e álcalis, e, portanto, o fracionamento em partículas finas e ásperas ajuda a produzir um gás com menos impurezas;  Lixiviação: Os conteúdos de nitrogênio e álcalis da biomassa podem ser reduzidos pela lixiviação anterior com água. Deve-se considerar, contudo, que a adição de água pode avançar a reação de gaseificação do carvão formado pela ajuda catalítica dos metais alcalinos
  29. 29. 22 inerentes da cinza da biomassa. A remoção de cinzas leva diretamente a perda de potássio (K) e zinco (Zn), e assim, torna a reação de gaseificação fraca (CHEN et al, 2003). 2.3 Comparação entre reatores para gaseificação de biomassa Segundo Puig-Arnavat (2010), as tecnologias de gaseificação de biomassa mais utilizadas atualmente são a de leito fixo, seguido pela tecnologia de leito fluidizado. Tinaut (2008) também relata em seu trabalho que a gaseificação de resíduos de biomassa sem um nível importante de homogeneização é processada em reatores de leito fixo, e que a tecnologia de leito fixo é a tecnologia mais comum para o uso energético de biomassa e de resíduos sólidos municipais. Gaseificadores de leito fixo são os mais desejáveis para a gaseificação de biomassa. Eles consistem de um vaso reacional onde o material da biomassa está tanto empacotado ou move-se vagarosamente como um pistão, com os gases escoando entre as partículas (BALAT, 2009). Os gaseificadores de leito fluidizado são um desenvolvimento mais recente que tem a vantagem de excelentes características de mistura, e altas taxas de reação devido ao método de contato gás-sólido. Eles são tipicamente operados em 1075-1275 K (BALAT, 2009). A seguir serão comparadas as tecnologias de gaseificação pelos processos de leito fixo e leito fluidizado avaliando o gás produzido, a relação H2/CO, matéria-prima, agente gaseificante e outros parâmetros de processo.
  30. 30. 23 2.3.1 Parâmetros de processos de leitos fixos Temperatura do reator e temperatura máxima Segundo Tinaut et al (2008), é observado que as temperaturas da fase sólida e gás são diretamente proporcionais à vazão de ar, porque o processo opera próximo da razão de combustão combustível/ar estequiométrica para o caso de temperatura máxima. Por outro lado, o tamanho da biomassa mostra uma clara influencia na temperatura máxima. Chen et al (2003) em seus experimentos com palha de arroz e serragem que foram conduzidos em uma temperatura de reação entre 500 ºC e 950 ºC observou que um aumento na temperatura leva ao aumento da produção de gases e diminui a fração de sólidos (Figura 6). Verificou também que uma fração líquida destes produtos passa por um máximo em aproximadamente 500 ºC, que sugere que o aumento da formação do gás ocorre principalmente deste ponto, devido ao craqueamento da fração líquida desenvolvida depois desta temperatura. Constatou também que a fração sólida apresentou dois pontos de transição que podem representar o início e final das reações de gaseificação envolvendo vapor d’água e carvão (CHEN et al, 2003). Figura 5: Evolução das espécies ao longo do leito do gaseificador de cascas de pinos (TINAUT et al, 2008)
  31. 31. 24 Segundo Tinaut et al (2008), a evolução das temperaturas do sólido e gás através do comprimento do gaseificador mostra que o aquecimento inicia na fase sólida devido a transferência de calor por radiação dos estágios em alta temperatura na zona combustão/oxidação (Figura 5-a). As espécies gasosas são aquecidas pela convecção entre as fases sólida e gasosa, e durante o processo subsequente de secagem a temperatura da fase sólida é estabilizada. Figura 6: Produtos da pirólise de palha de arroz e serragem a diferente temperaturas (CHEN, 2003) Uma vez que o processo de secagem tenha acabado, a temperatura aumenta até que as temperaturas de pirólise sejam alcançadas. Neste tempo específico, a temperatura da fase gás aumenta subitamente devido o início da combustão de voláteis com oxigênio, que é acompanhado pela oxidação do carvão, e assim, a temperatura do sólido também é aumentada. Uma vez que o oxigênio foi consumido pelas reações de oxidação, a temperatura do gás não aumenta, e as reações de redução se propagem principalmente pela energia térmica disponível
  32. 32. 25 na fase gás. Ao mesmo tempo, a fase gás transfere parte de sua energia para o sólido, até que o equilíbrio térmico seja alcançado, e neste estágio as reações químicas cessão, e as temperaturas do sólido e gás diminuem devido principalmente a perdas de calor pela parede do gaseificador (TINAUT et al, 2008). Como o carvão é consumido durante as reações de redução, a área de transferência de calor entre as fases solida e gás aumenta. Esta mudança na área superficial da partícula causa a igualização da temperatura de ambos rapidamente (TINAUT et al, 2008). Composição do gás produzido No trabalho de Dufour et al (2009) com a pirólise de lascas de madeira (Composição mássica em base seca livre de cinzas: 48,0% C; 45,6% O; 6,2% H; 0,2% N) mostra que com o aumento da temperatura o volume total de gases aumenta de forma branda, a quantidade de hidrogênio aumenta exponencialmente, a quantidade de monóxido de carbono tende a atingir um limite, enquanto que metano e C2H4 tendem a atingir um máximo e depois diminuir, e o dióxido de carbono fica praticamente constante (Figura 7). No trabalho de Dufour et al (2009) também se verifica que a quantidade de água fica praticamente constante com o aumento da temperatura e que a quantidade de carvão tem uma leve queda. Para o alcatrão, ocorre uma produção máxima e depois ocorre uma queda, devido principalmente a reações de craqueamento que devem ocorrer com o alcatrão (Figura 8). Segundo Tinaut et al (2008), no estágio de redução o CO e o H2 são gerados pela reforma de alcatrões com vapor, e ao mesmo tempo, o CO2 é reduzido com carvão para produzir CO (Figura 5). Ao final deste estágio, quando a temperatura cai abaixo dos níveis específicos, todas as reações químicas cessão, exceto a reação de deslocamento do gás d’água que ligeiramente favorece a formação de H2 ao invés de CO.
  33. 33. 26 Componente H2 (%) CO2 (%) CH4 (%) CO (%) N2 (%) H2/CO Poder calorífico (MJ/m3 ) Gás de madeira 12-20 9-15 2-3 17-22 50-54 0,5-1,2 5,0-5,9 Gás de carvão 4-10 1-3 0-2 28-32 55-65 0,1-0,4 4,5-5,6 Tabela 5: Composição típica de gases obtidos de gaseificadores de leito fixo operado com combustíveis com umidade baixa a média. Adaptado de BALAT et al (2009) Figura 7: Evolução dos gases em função da temperatura da parede do reator (DUFOUR et al, 2009)
  34. 34. 27 Figura 8: Evolução dos gases, alcatrões aromáticos e carvão em função da temperatura (DUFOUR et al, 2009) Efeito da composição da biomassa Hanaoka et al (2005) avaliando o efeito dos componentes da biomassa (Figura 9) na gaseificação com agente de gaseificação ar/vapor d’água constatou que a composição do gás produzido na celulose foi de 35,5 mol% CO, 27,0 mol% CO2, e 28,7 mol% H2, sendo que a composição de CO foi maior do que as composições de CO2 ou H2, que foi similar aos resultados do carvalho japonês, onde o principal componente é a celulose. No entanto, a composição do gás produzido na xilana (polissacarídeos altamente complexos que são encontrados nas paredes celulares das plantas) e lignina foram aproximadamente 25 mol% CO, 36 mol% CO2 e 32 mol% H2, sendo que a composição de CO foi menor do que a composição de CO2 ou H2, que foram similares a aquela da casca do pino japonês vermelho, em que o principal componente é a lignina. Segundo seus
  35. 35. 28 estudos, os resultados sugerem que as informações fundamentais obtidas na gaseificação de cada componente (Figura 10) poderia possivelmente ser usada para predizer a composição do gás produzido (Figura 11) gerado na gaseificação com ar/vapor d’água de biomassas arbóreas. Figura 9: Composição da matéria-prima usada na gaseificação (HANAOKA et al, 2005). Figura 10: Composição dos gases produzidos na gaseificação de cada matéria- prima (HANAOKA et al, 2005).
  36. 36. 29 Figura 11: Composição dos gases produzidos na pirólise de celulose, xilana e lignina (HANAOKA et al, 2005). Segundo Lv et al. (2010) que realizou seus estudos nas características da biomassa natural em um reator de leito fixo, em que seis tipos de biomassa (Figura 12) foram testadas, foi observado que as características da biomassa na pirólise e gaseificação foram dependentes de seus componentes e da presença de metais alcalinos e alcalino-terrosos durante as análises em um analisador termo-graviométrico. Durante a pirólise da biomassa, os rendimentos de alcatrões e gases aumentaram com o crescimento do conteúdo de celulose, mas o rendimento da formação de carvão diminuiu (Figura 13). O primeiro estágio da decomposição mostrou uma rápida diminuição devido a volatilização da biomassa, enquanto o segundo estágio tornou-se lento atribuído a decomposição da lignina. Quanto maior o conteúdo de celulose, mais rápido foi a taxa de pirólise, enquanto que a taxa de pirólise da biomassa com biomassas contendo maior conteúdo de lignina tornou-se menor. Além disso, o aumento do conteúdo de celulose elevou o pico de temperatura da gaseificação e prolongou o tempo de gaseificação (Figura 13). O conteúdo de espécies alcalinas e alcalinas terrosas aumentaram o pico de gaseificação, enquanto que diminuiu a temperatura inicial de gaseificação, e revelou-se que a atividade da gaseificação da biomassa é atribuída a interação entre espécies de metais alcalinos mais alcalinos terrosos e celulose/lignina.
  37. 37. 30 Figura 12: Composição de celulose e lignina em seis tipos de biomassa (LV et al, 2010). Figura 13: Rendimentos durantes a pirólise rápida em um reator de leito fixo (LV et al, 2010).
  38. 38. 31 Figura 14: Morfologia da biomassa ( (a) bagasso; (b) palha de arroz; (c) casca de arroz; (d) celulose) (LV et al, 2010). Figura 15: Morfologia do carvão de biomassa durante a pirólise rápida em um reator de leito fixo (LV et al, 2010).
  39. 39. 32 Gaseificação relativa à razão combustível/ar A gaseificação relativa à razão combustível/ar é inversamente proporcional a vazão de ar e o tamanho da biomassa. Se a quantidade de ar aumenta, o processo termoquímico aproxima-se da combustão. Por outro lado, com o aumento do tamanho da partícula, ocorre a diminuição da densidade pelo fato que a quantidade de biomassa por volume diminui (TINAUT et al, 2008). Taxa de consumo da biomassa A taxa de consumo da biomassa pela seção do gaseificador é diretamente proporcional a vazão de ar, e inversamente proporcional ao tamanho da biomassa, devido ao aumento da área de reação com a redução do tamanho das partículas (TINAUT et al, 2008). Diâmetro da partícula e perda de carga O diâmetro das partículas começa a diminuir no momento em que a combustão se inicia. O carvão é então oxidado também, e causa a redução do diâmetro. Durante o estágio de redução, o diâmetro diminui mais lentamente enquanto a gaseificação do carvão ocorre (Figura 16-a). A perda de carga (ou perda de pressão) no topo de gaseificador diminui lentamente, mas depois do estágio de oxidação, o parâmetro muda drasticamente devido a redução do diâmetro das partículas (TINAUT et al, 2008).
  40. 40. 33 Figura 16: Evolução do diâmetro das partículas e perda de carga ao longo do comprimento do gaseificador (TINAUT et al, 2008) Velocidades do sólido e gás Pela Figura 16-b pode-se observar que na primeira parte as velocidades do sólido e gás mantém-se constantes. No estágio de redução, a velocidade do gás aumenta devido ao aumento da massa e temperatura nesta fase. Por outro lado, a velocidade do sólido diminui devido à redução do diâmetro da partícula, e o consumo de espécies sólidas. Também se verifica que quando a temperatura da fase gás diminui, a sua velocidade também diminui (TINAUT et al, 2008). Tempo de residência O tempo de residência na pirólise da palha de arroz e serragem mostra que um aumento no tempo de residência resulta no aumento do rendimento de gás produzido, que pode ser explicado pelas reações de craqueamento ocorrendo na pirólise primária dos produtos líquidos. Quanto maior o tempo de residência, melhor é a reação de craqueamento (CHEN et al, 2003). Efeito da configuração geométrica do reator
  41. 41. 34 Baseado no volume equivalente, os estudos de Chen et al (2003) mostram que os reatores retangulares são melhores do que os cilíndricos devido possivelmente a maior área superficial por unidade de volume e pelo fortalecimento da transferência de calor entre as partículas de biomassa e o reator. Contudo, vale ressaltar que o aumento da produção de gás foi apenas 1,7% para a biomassa de palha de arroz e 2,8% para a biomassa de serragem. 2.3.2 Parâmetros de processo de leitos fluidizados O projeto e a operação de um gaseificador requerem o entendimento do efeito de vários tipos de biomassas e parâmetros de operação no desempenho do sistema. A biomassa de materiais ligno-celulósicos difere grandemente nas propriedades físicas, químicas e morfológicas que afetam as características do processo de gaseificação. A escolha de uma biomassa é significantemente dependente do seu poder calorífico (ALAUDDIN et al, 2010). Os resíduos de biomassa com grande poder calorífico contribuem mais para uma maior recuperação de energia, e melhor desempenho do sistema em termos de eficiência e economia. Entretanto, as propriedades de transferência de massa e calor efetivas dos leitos fluidizados preveem a possibilidade de usar vários tipos de resíduos de biomassa com diferentes composições e poderes caloríficos (ALAUDDIN et al, 2010). Efeito dos materiais do leito Os materiais do leito são de grande importância nos gaseificadores de leito fluidizado. Eles atuam como meios de transferência de calor, mas suas principais funções envolvem o craqueamento do alcatrão que evita processos complicados subsequentes para remoção de alcatrão. A presença de catalisador no material do leito durante a gaseificação da biomassa promove várias reações químicas que influenciam na composição e poder calorífico do gás produzido. Também reduz o rendimento de formação de alcatrões, e previne a tendência de aglomeração de sólido do leito (ALAUDDIN et al, 2010).
  42. 42. 35 As reações catalíticas de reforma através do qual o alcatrão é convertido em compostos gasosos úteis são resumidos a seguir (ALAUDDIN et al, 2010): Equação 5: Reação de reforma do alcatrão Geralmente, os três principais grupos de catalisadores são implementados para remover o alcatrão do gás produzido: (1) catalisadores naturais tais como dolomita e olivina (minérios que contém magnésio), (2) catalisadores baseados em álcalis tais como Li, Na, K, Rb, Cs e Fr, e (3) catalisadores baseados em metais tal como catalisadores de níquel (ALAUDDIN et al, 2010). Dolomita é o mais comumente usado catalisador que efetivamente remove hidrocarbonetos pesados da corrente de gás. Ele também diminui a aglomeração no leito fluidizado quanto é usado biomassas com alto conteúdo de álcalis. Mas, a propriedade indesejável da dolomita é a sua rápida calcinação no gaseificador que consequentemente resulta em um gás com alta quantidade de particulados. A Olivina é relatada como sendo menos efetiva do que a dolomita, mas sua resistência contra abrasão é maior do que a da dolomita. Catalisadores baseados em álcalis (Li, Na, K, Rb, Cs e Fr) são capazes de melhorar a taxa de gaseificação e reduzir o conteúdo de alcatrão no gás produzido. Entretanto, a dificuldade na recuperação, alto custo e aglomeração em altas temperaturas são algumas das desvantagens dos catalisadores baseados em álcalis. Catalisadores baseados em metais são também altamente efetivos na remoção de alcatrão e melhoram a qualidade do gás produzido, mas apresentam problemas de deposição de carbono e crescimento da partícula de níquel (sinterização), que causa a desativação do catalisador (ALAUDDIN et al, 2010).
  43. 43. 36 Efeito da temperatura do leito A temperatura do leito é uma das mais importantes parâmetros de operação que afetam o poder calorífico e a composição do gás produzido. Baseado no princípio de Le Chatelier, o efeito da temperatura na composição do gás produzido depende do comportamento da termodinâmica das reações. Altas temperaturas melhoram a formação do produto nas reações endotérmicas enquanto elas favorecem os reagentes nas reações exotérmicas (Equação 3) (ALAUDDIN et al, 2010). Altas temperaturas no leito também melhoram a combustão da biomassa, que consequentemente resulta na produção de mais CO2 e H2, e melhora a conversão de carbono, o craqueamento à vapor, e a reforma dos alcatrões que resultam em menos carvão, menos formação de alcatrão e altos rendimentos de gás (ALAUDDIN et al, 2010). Portanto, fica claro que se deve obter uma temperatura ótima para obter um gás rico em H2 e CO, e com a menor quantidade de alcatrões. Efeito do agente de gaseificação A gaseificação de biomassa fluidizada foi realizada usando vários agentes de gaseificação tais como ar, vapor, oxigênio/vapor, ar/vapor, ar enriquecido com oxigênio e oxigênio/ar/vapor. A tecnologia de gaseificação de biomassa à ar impulsiona a viabilidade do processo de gaseificação, e foi desenvolvida para aplicação industrial. Entretanto, ela gera um gás altamente diluído pelo nitrogênio com um poder calorífico inferior de 4-6 MJ/m3 , e conteúdo de H2 de 8-14% que parece ser útil para produção de eletricidade e geração de calor. A gaseificação de biomassa com ar enriquecido com oxigênio fornece um gás com médio poder calorífico, mas exige equipamentos para a produção de oxigênio que aumenta o custo do processo de gaseificação. A gaseificação da biomassa à vapor é capaz de produzir um gás combustível com poder calorífico de 10-16 MJ/m3 e conteúdo de H2 de 30-60 % em volume (ALAUDDIN et al, 2010). Entretanto, as reações endotérmicas envolvidas no processo reduzem a temperatura do leito, e equipamentos adicionais e energia são requeridos para
  44. 44. 37 aumentar a temperatura acima de 700 ºC. Na gaseificação vapor/oxigênio, o calor necessário é fornecido através de reações de oxidação parciais. O gás produzido tem alto conteúdo de H2 e o problema de diluição com nitrogênio é evitado, mas o alto custo do oxigênio puro faz o processo desfavorável para aplicações industriais (ALAUDDIN et al, 2010). Para uma vazão de biomassa definida, duas razões deveriam ser determinadas para análise do processo: razão de equivalência (ER, de “equivalence ratio”) na gaseificação com ar ou oxigênio, e razão vapor por biomassa (SB, de “steam to biomass”) no processo de gaseificação por vapor (ALAUDDIN et al, 2010). Razão de equivalência (ER) A razão de equivalência (ER) é um dos mais importantes parâmetros operacionais envolvidos na gaseificação de biomassa com ar. Ela é definida como a razão mássica do ar real pela biomassa, dividido pela razão mássica do ar estequiométrico pela biomassa necessária para a combustão completa. O alto grau de combustão ocorre a altos ER que fornecem mais ar no gaseificador e melhora a queima do carvão para produzir CO2 ao invés de gases combustíveis tais como CO, H2, CH4 e CnHm. Aumentando ER resulta na diminuição do poder calorífico inferior dos gases produzidos porque dificulta a produção de CH4 e outros hidrocarbonetos leves que tem poderes caloríficos relativamente grandes. Além disso, em altos ER o nitrogênio fornecido pelo ar dilui o gás produzido, que por sua vez resulta em seu baixo conteúdo energético. Estudos mostraram que ER muito baixo não é também favorável para gaseificação da biomassa, pois ele diminui a temperatura de reação (ALAUDDIN et al, 2010). Portanto, um valor ótimo para ER na gaseificação da biomassa existe na faixa de 0,2-0,4 que difere segundo vários parâmetros operacionais. A seleção de ER adequado é de certo modo dependente do gás produzido para a aplicação subsequente. Quando o gás produzido bruto será queimado em fornalhas, o alcatrão não é uma questão séria e o gás deveria ter um alto poder calorífico, portanto o gaseificador pode ser operado a um mínimo ER de aproximadamente 0,2. No caso de temperaturas menores do que 850 ºC, o rendimento de alcatrão
  45. 45. 38 é alto, e ER deveria ser aumentado para aproximadamente 0,3-0,4 para compensar tais efeitos negativos. Estudos mostraram que ER de 0,2 apresentam melhores rendimentos de CO e H2 (ALAUDDIN et al, 2010). Razão de vapor por biomassa (SB) A razão vapor por biomassa (SB) que é definida como a vazão de vapor alimentada no gaseificador dividida pela vazão de biomassa é um dos parâmetros de processo importantes envolvido na gaseificação à vapor (ALAUDDIN et al, 2010). O resultado de estudos envolvendo SB e agentes de gaseificação são apresentados na tabela a seguir: Agente de gaseificação SB Efeito na composição do gás Ar/vapor 1,35-4,04 CO, CH4, C2H2 diminuiu H2, CO2 aumentou Vapor/Oxigênio 0,6-1,6 14-30 %vol H2, 30-50 %vol CO – diminuiu quando SB aumentou ou vapor/O2 diminuiu Tabela 6: Avaliação da razão SB com agentes de gaseificação Como mencionado antes, a gaseificação à vapor pode fornecer uma corrente com alto conteúdo de H2, mas a concentração dos produtos indesejáveis tal como CO2 é também aumentada. De modo a melhorar a eficiência do processo de gaseificação à vapor, esforços consideráveis foram feitos para a produção de um gás com alto rendimento de H2 e com captura simultânea de CO2. Para este propósito, alguns pesquisadores usaram calcário (na forma de CaO) como material do leito para capturar o CO2 no processo de gaseificação à vapor de acordo com a seguinte reação (ALAUDDIN et al, 2010):
  46. 46. 39 Equação 6: Reação de absorção de CO2 Eles obtiveram um gás contendo 38,71 mmol/g H2 e 20,21 mmol/g CO2. Eles explicaram que o aumento significativo na concentração de CO2 e H2 foi atribuído a decomposição do carvão, reações de reforma à vapor dos hidrocarbonetos e alcatrões, e também a reação de deslocamento do gás d’água. O CO gerado através a decomposição do carvão e reações de reforma à vapor foi consumido pela reação de deslocamento do gás d’água para render mais CO2 e H2 (ALAUDDIN et al, 2010): Efeito do tamanho da biomassa Foi aceito que pequenas partículas de biomassa significantemente aumentam a eficiência de energia global do processo de gaseificação, mas também aumenta o custo da planta de gaseificação. Foi estimado que para uma planta de gaseificação de 5-10 MW, aproximadamente 10% da energia produzida é fornecida para a redução de tamanho da partícula de biomassa. Por outro lado, o aumento do tamanho da particular de biomassa reduz os custos de pré- tratamento, mas o tempo de desvolatização aumenta, e assim para um definida produção o tamanho do gaseificador aumenta. Portanto, um balanço deveria ser considerado enquanto investiga-se o efeito do tamanho da partícula de biomassa sobre a eficiência do gaseificador (ALAUDDIN et al, 2010). Estudos observaram que tamanhos de partículas menores de biomassa produziram mais CH4, CO e C2H4 e menos CO2 em comparação com partículas maiores. Assim, o rendimento do gás produzido, o poder calorífico inferior e a conversão de carbono foram melhorados enquanto que o tamanho das partículas de biomassa diminuiu. Também se observou que quando o tamanho das partículas aumenta a quantidade de CO e carbono no gás produzido diminui, enquanto que a quantidade de CO2 aumenta (ALAUDDIN et al, 2010).
  47. 47. 40 Os estudos revelam que partículas de biomassa pequenas contribuem para grandes áreas superficiais e altas taxas de aquecimento que por sua vez produzem mais gases leves e menos carvão e condensáveis, enquanto que partículas grandes possuem a tendência de carbonizar e entrar em combustão, provocando assim a liberação instantânea de CO2 durante a combustão (ALAUDDIN et al, 2010). Composição de gases Na tabela a seguir é apresentada a composição de gases para diferentes matérias-primas de biomassa: Biomassa Análise (%m/m1 ) Análise aproximada (%m/m) Parâmetros de operação Composição do gás (%vol) Pastilha de madeira Abeto BM 2 : Ni- Alumina C:49,3 H: 5,9 O: 44,4 N: 0,1 S: - Cinzas: 0,3 MV3 : 74,2 CF4 : 17,1 U5 : 8,4 F6 :0,75 kg/h+N2 AG7 :ar+vapor T8 :780 ºC SB: 0,65 ER:0,17 CO: 17,6 H2: 30,3 CO2: 14,3 CH4: 1,49 CnHm: 0,02 H2/CO: 1,72 Gás 9 (m3 gás/kg biomassa): 1,2 Casca de arroz BM: alumina C: 45,8 H: 6,0 O: 47,9 N: 0,3 S:- Cinzas: 0,8 MV: 73,8 CF: 13,1 U: 12,3 F: nd10 AG: nd T: 600-830 ºC ER:0,25-0,35 CO: 19,9 H2: 4,0 CO2: 14,45 CH4: 2,9 N2: 56,57 1 Base seca. 2 Bed Material: Material de leito 3 Matéria volátil 4 Carbono fixo 5 Umidade 6 Alimentação 7 Agente de gaseificação 8 Temperatura do leito 9 Rendimento do gás 10 Não disponível
  48. 48. 41 CnHm: 2,14 H2/CO: 0,20 Gás (m3 gás/kg biomassa): 1,05 Serragem de pinos BM: dolomita calcinada C: 50,54 H: 7,08 O: 41,11 N: 0,15 S:0,57 Cinzas: 0,55 MV: 82,29 CF: 17,16 U: nd F:0,47 kg/h AG:ar T: 800 ºC ER:0,3 CO: 24,89 H2: 38,38 CO2: 27,62 CH4: 7,02 CnHm: 2,09 H2/CO: 1,54 Gás (m3 gás/kg biomassa): 1,56 Madeira de lariço- europeu BM: Calcáreo calcinado C: 44,18 H: 6,38 O: 49,32 N: 0,12 S:- Cinzas: 0,12 MV: 76,86 CF: 14,86 U: 8,16 F:0,21 g/min AG: vapor T: 750 ºC SB: nd CO: 7,71 H2: 55,97 CO2: 29,23 CH4: 5,72 CnHm: 1,38 H2/CO: 7,26 Gás (m3 gás/kg biomassa): 1,55 Tabela 7: Gaseificação de biomassas em leito fluidizado borbulhante - Adaptado de ALAUDDIN et al (2010)
  49. 49. 42 2.4 Métodos de remoção de particulados e alcatrões Um dos principais obstáculos tecnológicos para o uso comercial da energia proveniente da gaseificação e do uso do hidrogênio produzido esta na baixa confiabilidade dos processos de purificação. O gás de síntese bruto do gaseificador apresenta vários contaminantes sólidos e líquidos, que tem que ser removidos à temperatura mais alta para se obter uma melhor eficiência na remoção. Existem diversas tecnologias para a remoção de sólidos e alcatrões presentes no gás de síntese da gaseificação de biomassa. (SWANSEN et al, 2002). O gás de síntese pode ser limpo com um diferente grau de pureza, dependendo de um balanço de custo econômico contra a especificação técnica de síntese a jusante. Um processo de limpeza é geralmente exigido para uma alta qualidade do gás de síntese para ser usado em automóveis entre outros usos. A limpeza do gás pode ser dividida em limpeza convencional e limpeza de gás quente e seco, e também o tratamento do alcatrão para a purificação do gás de síntese. 2.4.1 Limpeza convencional O procedimento de limpeza convencional do gás é pela lavagem em baixa temperatura, que é uma tecnologia comprovada, mas é termicamente ineficiente, e como inconveniente, produz uma lama da água residual. (SILVA et al, 2008). A purificação convencional do gás em uma usina de biomassa inclui: (1) Remoção de partículas, álcalis e HCl por hidrociclone, filtros, purificadores constituído de um leito fixo de material absorvente. Os metais alcalinos se condensam a 550ºC em partículas que podem ser removidas; (2) A remoção de gases ácidos e componentes inorgânicos (incluindo as partículas, a amônia, cloretos, outros traços de componentes orgânicos e inorgânicos e a remoção de alcatrão residual) por lavadores de gás e a
  50. 50. 43 remoção do ácido com solventes através de processos químicos ou físicos. Nos processos químicos para a remoção de gases ácidos usa-se solventes como por exemplo MDEAs (metildietanolamina), que formam ligações químicas entre o gás ácido (H2S, CO2) e ele. No caso dos processos físicos com solvente, por exemplo: Selexol e Rectisol permanecem quimicamente não reativos com o gás, e a formação de sais são evitados. O processo Selexol tem sido utilizado comercialmente por um longo tempo, e é o processo de remoção de gases ácidos do sistema dominante em projetos de gaseificação (ZHANG et al, 2007). Os solventes químicos são bons para ácidos de baixa pressão de vapor, enquanto que os solventes físicos são bons para ácidos de alta pressão de vapor (ZHANG et al, 2007); (3) H2S, COS são removidos por uma unidade de amina e, se necessário, com o uso de um leito com material absorvente (ZHANG et al, 2007); (4) Remoção de CO2 por adsorção, adsorção em membranas ou criogenia (ZHANG et al, 2007). 2.4.2 Lavagem a seco do gás a quente O processo de lavagem seca a quente tem um grande potencial para ser muito eficiente, limpo e confiável, e só deve ter um aumento de eficiência se o processo de gaseificação acontecer em pressões maiores que a atmosférica. A remoção de contaminantes sólidos pode ser feita por meio de filtros de vela cerâmica ou filtros metálicos, e a remoção de contaminantes líquidos são feitas por solventes, enquanto que e a remoção de traços é feitas por catalisador/filtro de salvaguarda ou em leito de adsorção (BELGIORNO et al,2003). Não existe nenhum processo comercial disponível para a remoção de compostos nitrogenados em gás quente. Eles são geralmente removidos por limpeza de gás ácido a frio. Cloretos e outros traços de componentes podem ser removidos com cinzas secas. Um sistema de limpeza de gás quente foi aplicado por Schweiger e Hohenwarter, que consiste na limpeza do gás produzido da biomassa para células de combustível. Primeiro as partículas são removidas em
  51. 51. 44 um ciclone de gás quente e depois o cloro é removido em um leito de sódio, e depois o H2S e removido em duas etapa em leito de ZnO/CuO e leito de ZnO. Finalmente os alcatrões são reformadas em um reformador de alcatrão em duas etapas: primeiro em um leito de NiO e depois em um leito de dolomita (BELGIORNO et al,2003). No entanto, Leibold et al. (2008) sugerem que o filtro de partículas pode ser o componente chave do conceito otimizado da temperatura do gás de limpeza elevada. Um filtro de partículas poderia nesse caso ser combinado com um catalisador sensível aos componentes de enxofre, ou seja, a sorção dos gases ácidos combinados com partículas de filtração em um processo de fluxo aprisionado. O solvente deve ser disperso como um pó fino em frente à unidade de filtragem e posteriormente depositado sobre os elementos do filtro com cinzas volantes, e com uma limpeza periódica do elemento filtrante. Além disso, Leibold et al. (2008) sugerem uma conversão de alcatrão e NH3 no gás de síntese por uma camada de catalisadores aplicados no lado limpo do gás nos elementos filtrantes, e finalmente um filtro para garantir a limpeza (LEIBOLD et al, 2008). 2.4.3 Tratamento do alcatrão A gaseificação de biomassa e seus resíduos têm um alto teor de alcatrão quando comparado com a gaseificação do carvão. O maior desafio para a gaseificação de leito fluidizado é a reforma de alcatrões e CH4 para o limite mínimo admissível, que depende da aplicação do usuário final (ZHANG, 2010). A concentração do alcatrão no gás de síntese é da ordem de 10g/m3 de leito fluidizado. No entanto se o alcatrão permanecesse no estado gasoso ele não causaria problemas de obstrução. O problema do alcatrão esta em sua composição, propriedades físico-químicas, questões relacionadas com o ponto de orvalho, e solubilidade em água (BERGMAN et al, 2002). A reforma do alcatrão para um nível aceitável é alcançada pela remoção do alcatrão em processo térmico em alta temperatura, mais de 1250 °C, ou a remoção do alcatrão por destruição catalítica a baixa temperatura (950°C). Estes podem ser divididos em dois tipos de métodos: métodos primários e métodos
  52. 52. 45 secundários. O método primário deve ser considerado antes que do método secundário. Os métodos primários são mais rentáveis, uma vez que as perdas de eficiência termodinâmica podem ser mantidas a um mínimo. Um conceito de método primário ideal seria eliminar o uso de um método secundário. Método primário O método primário para controlar o conteúdo de alcatrão no gás de síntese é constituído pelo material do leito catalítico e das propriedades da biomassa. Visando evitar a formação do alcatrão no gaseificador, tem-se que a temperatura e o tempo de residência possuem um efeito significativo na quantidade e propriedades do alcatrão. O principal passo para a remoção do alcatrão esta no material usado no leito catalítico. São usados como catalisador dolomita, calcário, areia de olivina, bauxita entre outros materiais naturais. Óxidos de aluminato de níquel e cobalto como lantanídeos e catalisadores de rutênio também são usados. A reação ocorre à temperatura de 900ºC. Método secundário O segundo passo é a inclusão de um filtro de catalisador de gás quente na saída do gaseificador. O método inclui a limpeza do gaseificador. Esta medida é muito importante quando combinada com outros métodos térmicos e catalíticos. O terceiro passo incluiria a reforma térmica e catalítica do alcatrão. O craqueamento térmico de alcatrões requer temperatura em torno de 1000- 1300ºC, o tratamento térmico é barato e fácil de ser controlado, mas é de baixa eficiência. O craqueamento catalítico tem eficiência de 90-95%, e o gás de síntese é simultaneamente utilizado. O processo ocorre em temperatura de 800- 900ºC. Os catalisadores podem ser adicionados ao material do leito catalítico fluidizado, leito fixo ou filtros. O leito catalítico downstream tem a desvantagem do custo do catalisador e da complexidade de controlar o processo. São usados como catalisador materiais metálicos como óxidos metálicos sintéticos e naturais.
  53. 53. 46 3. Conclusão O processo de gaseificação da biomassa residual é uma importante alternativa para a geração de combustíveis limpos e energia limpa renováveis. A gaseificação da biomassa produz o gás de síntese que se apresenta como um importante intermediário na produção de vários produtos industriais, tais como produtos líquidos do processo de Fischer-Tropsch, metanol e amônia. Atualmente, o gás de síntese é produzido de combustíveis fósseis, principalmente do carvão, gás natural e nafta de petróleo. Com a produção do gás de síntese a partir de fontes renováveis, tais como a biomassa e biomassa residual, haverá vantagens nos aspectos de menores emissões de CO2, melhores destinação de resíduos e sobras de processos industriais e agrícolas, aumento do valor agregado da produção agrícola, geração de energia, etc. Apesar da tecnologia de gaseificação estar bem desenvolvida, ela apresenta alguns desafios quanto ao processamento de biomassas com diferentes propriedades e composições. Além disso, deve-se considerar a disponibilidade da biomassa que geralmente é sazonal, o que exigiria do equipamento a capacidade de operar com diferentes matérias primas para cada época do ano; altos custos de manejo, conversão parcial dos sólidos (formação de carvão), produção de alcatrões, e limitações de processo (corrosão, resistência a pressão e perdas de hidrogênio). Portanto vários estudos ainda são necessários na área de geração do gás de síntese principalmente nos processos de limpeza e condições de processo para um melhor aproveitamento das biomassas e biomassa residuais. No caso do Brasil, o processo de gaseificação é uma boa oportunidade para a geração de energia limpa e renovável, o aumento da capacidade de produção de combustíveis líquidos renováveis, como por exemplo, o etanol, e a produção de outros químicos de grande interesse, como é o caso da amônia para a fabricação de fertilizantes nitrogenados.
  54. 54. 47 Referências 1. ALAUDDIN, Z. A. B. Z. et al. Gasification of lignocellulosic biomass in fluidized beds for renewable energy development: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, 2010. pg 2852–2862. 2. NREL – National Renewable Energy Laboratory. Glossary of Biomass Terms in Biomass Research. Disponível em < http://www.nrel.gov/biomass/ glossary.html>. Acesso em 19 Mai 2011. 3. CENBIO. Conceituando biomassa.Disponível em < http://cenbio.iee.usp. br/saibamais/conceituando.htm>. Acesso em 19 Mai 2011. 4. REA - Renewable Energy Association. Biomass residues. Disponível em < http://www.r-e-a.net/biofuels/biomass-fuel/biomass-residues>. Acesso em 19 Mai 2011. 5. SONG, X. e GUO, Z. Technologies for direct production of flexible H2/CO synthesis gas. Energy Conversion and Management, 47, 2006. pg 560–569. 6. MATAR, S. e HATCH, L. F. Chemistry of Petrochemical Processes, 2a edição. Houston: Gulf Publishing, 2000. 7. GÖRANSSON, K. et al. Review of syngas production via biomass DFBGs. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15, 2011. pg 482-492. 8. PUIG-ARNAVAT, M. et al. Review and analysis of biomass gasification models. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, 2010. pg 2841– 2851. 9. WARNECKE, R. Gasification of biomass: comparison of fixed bed and fluidized bed gasifier. Biomass and Bioenergy, 18, 2000. Pg 489-497. 10.CENBIO. Estado da arte da gaseificação. Disponível em < http://cenbio.iee.usp.br/download/publicacoes/Estado_da_Arte.pdf>. Acesso em 19 Mai 2011. 11.DUFOUR, A. et al. Synthesis gas production by biomass pyrolysis: Effect of reactor temperature on product distribution. International Journal of hydrogen energy, 34, 2009. pg 1726 – 1734.
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