Tomé Guerreiro de Oliveira Salgueiro
Estudo de Biocombustíveis
Sólidos: Importância das Cinzas
para Processos de Combustão...
2 “Impactos da cinza durante a conversão termoquímica de biomassa”
“Estudo da conversão termoquímica de vários tipos de bi...
Revisão Bibliográfica
Renováveis e papel da Biomassa na EU e em Portugal
3
Quick facts:
FER em 2011 na UE27≈150Mtoe
8,4%...
4
Revisão Bibliográfica (continuação)
Fenómenos problemáticos associados às cinzas
Slagging
Sintering ou Aglomeração do Le...
Resumo (continuação)
Estudo de 4 biomassas frutícolas com origem em resíduos agroalimentares
5
BAT2: Casca de Amêndoa + mi...
6
Trabalho Experimental
Resumo metodológico e equipamentos utilizados
Foram produzidas cinzas em laboratório a 550ºC, 850º...
7
Trabalho Experimental (continuação)
Resumo metodológico
Quadros-Resumo dos índices para previsão de
comportamentos
Índic...
8
Trabalho Experimental (continuação)
Resumo metodológico
Modelação termodinâmica da combustão por FactSage
Interface do s...
9
Resultados
Caracterização físico-química das biomassas
Análise imediata, Poder Calorífico e análise elementar das amostr...
10
Resultados (continuação)
Caracterização físico-química das biomassas e suas cinzas
Correlação entre a
fração de
humidad...
11
Resultados (continuação)
Caracterização físico-química das biomassas e suas cinzas
Diagrama ternário de composição de c...
12
Resultados (continuação)
Morfologia das cinzas de biomassa
550 ºC
Figura 45 - Microscópio Nikon SMZ645
550 ºC
550 ºC
85...
13
Resultados (continuação)
Análise Mineralógica (FTIR)
Quadro de correspondências com os grupos funcionais
Espectro FTIR ...
14
Resultados (continuação)
Análise Mineralógica (DRX)
Difractogramas das cinzas de 550ºC, 850ºC e 1000ºC.
Exemplo da BAT2...
15
Resultados (continuação)
Análise de temperaturas de fusibilidade de cinzas
Temperaturas de fusibilidade de cinzas (CEN/...
16
Resultados (continuação)
Previsão de comportamentos problemáticos das biomassas
Índice com base nas temperaturas de fus...
17
Resultados (continuação)
Previsão de comportamentos problemáticos das biomassas
Índices com base na composição química ...
18
Resultados (continuação)
Modelação das reações de combustão
Compostos em equilíbrio à temperatura ambiente (25ºC)
Compo...
19
Resultados (continuação)
Modelação das reações de combustão
Compostos em equilíbrio à temperatura ambiente (25ºC)
Compo...
20
Resultados (continuação)
Comparação dos resultados da modelação com resultados analíticos
Exemplo da BAT3 e BAT4
Tabela...
21
Conclusões
Biomassas com teores baixos de cinza (entre 0,55% e 1,90%), excepto o bagaço+caroço de azeitona (7,23%).
D...
22
Conclusões (continuação)
A cinza possui um papel relevante na combustão de biomassas residuais e pode ser a causa de f...
23
Trabalhos Futuros
• Aprofundar a investigação das biomassas – resíduos de frutos - em sistemas de combustão de média/gr...
24
Referências para as Figuras dos slides
Figura de cinza (slides 2 ); consultado a 31-01-2015 no website:
http://static.g...
Tomé Guerreiro de Oliveira Salgueiro
Estudo de Biocombustíveis
Sólidos: Importância das Cinzas
para Processos de Combustão...
Próximos SlideShares
Carregando em…5
×

PPT - Discussão da Tese de Mestrado-LNEG

68 visualizações

Publicada em

0 comentários
0 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
68
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
6
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
3
Comentários
0
Gostaram
0
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

PPT - Discussão da Tese de Mestrado-LNEG

  1. 1. Tomé Guerreiro de Oliveira Salgueiro Estudo de Biocombustíveis Sólidos: Importância das Cinzas para Processos de Combustão Trabalho realizado sob a supervisão de: Professora Doutora Maria Helena Lopes (FCUL/LNEG) 10 de fevereiro 2014 Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia MIEEA – Energia da Biomassa
  2. 2. 2 “Impactos da cinza durante a conversão termoquímica de biomassa” “Estudo da conversão termoquímica de vários tipos de biomassa, com o intuito de avaliar a influência da matéria mineral presente nos combustíveis e suas interações com os sistemas de conversão, nomeadamente, os problemas operacionais relacionados com a formação de cinzas problemáticas.” Gestão de Resíduos Problemas durante operação Cinza Constituída por material inorgânico e uma fração minoritária de material orgânico Projeto BiomAshTech
  3. 3. Revisão Bibliográfica Renováveis e papel da Biomassa na EU e em Portugal 3 Quick facts: FER em 2011 na UE27≈150Mtoe 8,4% da Energia Total consumida na EU Portugal: biomassa representou ≈ 57% das FER Crescimento de 30% entre 2011 e 2020 no consumo de bioenergia Aposta na biomassa como Fonte de Energia Renovável Emissões Nulas?! Problemas de sustentabilidade?! Conceptualização do armazenamento de Carbono no ecossistema (Adaptado de Mitchell et al., 2012) Conceitos: Divida de Carbono Ponto de Paridade de Carbono
  4. 4. 4 Revisão Bibliográfica (continuação) Fenómenos problemáticos associados às cinzas Slagging Sintering ou Aglomeração do Leito Depósitos de cinza fundida sobre as paredes internas do reator e nos permutadores da caldeira, onde a transferência de calor é dominante (formação de silicatos de metais alcalinos (K e Na) (Bostrom et al., 2012). Fenómeno específico de sistemas L.F. Adesão e aglomeração de partículas que compõem o leito por interação com cinzas que apresentem compostos com baixas temperaturas de fusão, normalmente ricos em K, Na e Ca (Ohman et al., 2000; Brus et al., 2005). Corrosão de alta temperatura Fouling Depósitos em zonas onde se verifica arrefecimento e condensação de compostos gasosos associados à libertação de gases de combustão ricos em sulfatos, carbonatos e cloretos de Na e K (Eubionet, 2003). Fenómeno associado a combustíveis altamente alcalinos ou com altos teores de cloro. Pode dever-se ao ataque do Cl2 gasoso sobre as superfícies metálicas contendo ligas de ferro (Fe) e crómio (Cr) (Frandsen, 2004). Emissões de partículas e outros
  5. 5. Resumo (continuação) Estudo de 4 biomassas frutícolas com origem em resíduos agroalimentares 5 BAT2: Casca de Amêndoa + miolo (70%/30%) ISO 17225-1 subclasse 3.1.4 BAT2A: Casca de Amêndoa – ISO 17225-1 subclasse 3.1.3.2 BAT3: Bagaço+ aroço de Azeitona – ISO 17225-1 subclasse 3.2.2.4 BAT4: Caroço de Azeitona – ISO 17225-1 subclasse 3.1.2.3 Obtidos numa indústria de produção de amêndoa. Obtidos numa indústria de produção de azeite. Caracterização Físico-Química da Biomassa Produção de cinzas em laboratório a 550ºC, 850ºC e 1000ºC Análise Mineralógica (FTIR & DRX) Análise Morfológica Métodos de previsão: - Análise de Temperaturas de Fusibilidade - Cálculo de Índices - Valores de Referência - Modelação das reações de combustão) O estudo realizado incluiu:
  6. 6. 6 Trabalho Experimental Resumo metodológico e equipamentos utilizados Foram produzidas cinzas em laboratório a 550ºC, 850ºC e 1000ºC, numa mufla. Para a análise mineralógica foi utilizado um espectrógrafo de infravermelho (FTIR) E um difractómetro de raio-x (DRX) Produção de Cinzas Análise Mineralógica Determinou-se a fusibilidade de cinzas de 550ºC das 4 amostras Método Manual Método Automático Determinação das temperaturas de fusibilidade Trabalho em Laboratório
  7. 7. 7 Trabalho Experimental (continuação) Resumo metodológico Quadros-Resumo dos índices para previsão de comportamentos Índices de previsão de comportamentos, limites de concentração e categorias de acidez Limites de concentração Categorias: Categoria “S” Categoria “C” Categoria “K” Categoria “CK” Diagrama ternário com as categorias de acidez
  8. 8. 8 Trabalho Experimental (continuação) Resumo metodológico Modelação termodinâmica da combustão por FactSage Interface do software FactSage Modelação baseada no principio de minimização da energia de Gibbs em reações químicas Dependente da composição da biomassa e ar de combustão Equilíbrios termodinâmicos sem limitações cinéticas
  9. 9. 9 Resultados Caracterização físico-química das biomassas Análise imediata, Poder Calorífico e análise elementar das amostras de biomassa (Fonte: 2ºRelatório Biomashtech – LNEG; Lopes, 2014).
  10. 10. 10 Resultados (continuação) Caracterização físico-química das biomassas e suas cinzas Correlação entre a fração de humidade e de cinzas no Poder Calorífico das biomassas. Análise de elementos inorgânicos maioritários presentes nas biomassas em estudo.
  11. 11. 11 Resultados (continuação) Caracterização físico-química das biomassas e suas cinzas Diagrama ternário de composição de cinzas de biomassa para a classificação de acidez
  12. 12. 12 Resultados (continuação) Morfologia das cinzas de biomassa 550 ºC Figura 45 - Microscópio Nikon SMZ645 550 ºC 550 ºC 850 ºC 850 ºC 850 ºC 850 ºC550 ºC 1000 ºC1000 ºC 1000 ºC1000 ºC Casca+miolo de amêndoa Casca de amêndoa Bagaço+caroço de azeitona Caroço de azeitona
  13. 13. 13 Resultados (continuação) Análise Mineralógica (FTIR) Quadro de correspondências com os grupos funcionais Espectro FTIR das cinzas a 550ºC, 850ºC e 1000ºC Exemplo da BAT2 – Casca+miolo de amêndoa
  14. 14. 14 Resultados (continuação) Análise Mineralógica (DRX) Difractogramas das cinzas de 550ºC, 850ºC e 1000ºC. Exemplo da BAT2A – Casca de amêndoa
  15. 15. 15 Resultados (continuação) Análise de temperaturas de fusibilidade de cinzas Temperaturas de fusibilidade de cinzas (CEN/TS 15370-1) BAT2 BAT2A BAT3 BAT4 TS TD TH TF
  16. 16. 16 Resultados (continuação) Previsão de comportamentos problemáticos das biomassas Índice com base nas temperaturas de fusibilidade de cinzas Índices com base na composição química da biomassa
  17. 17. 17 Resultados (continuação) Previsão de comportamentos problemáticos das biomassas Índices com base na composição química das cinzas Indicadores de concentração de elementos (Obernberger, 1997).
  18. 18. 18 Resultados (continuação) Modelação das reações de combustão Compostos em equilíbrio à temperatura ambiente (25ºC) Compostos em equilíbrio a altas temperaturas BAT2 – Casca+miolo de amêndoa BAT2A – Casca de amêndoa
  19. 19. 19 Resultados (continuação) Modelação das reações de combustão Compostos em equilíbrio à temperatura ambiente (25ºC) Compostos em equilíbrio a altas temperaturas (550ºC, 850ºC e 1000ºC) BAT3 – Bagaço+caroço de azeitona BAT4 – Caroço de azeitona
  20. 20. 20 Resultados (continuação) Comparação dos resultados da modelação com resultados analíticos Exemplo da BAT3 e BAT4 Tabela 16 – Compostos resultantes da modelação VS Grupos funcionais – BAT3 DRX VS FactSage FTIR VS FactSage 550ºC - Apenas K2Ca(CO3)2 e o K2CO3 em comum. Alguns semelhantes como Ca3Mg(SiO4)2 com o Mg2SiO4. 850ºC – Apenas K2CO3 em comum. Alguns semelhantes como CaO com Ca3SiO5 ou Ca5HO13P3 com Ca3MgSi2O8). 1000ºC - Apenas MgO em comum. Alguns semelhantes como CaO com Ca(Mg,Fe)(CO3)2 ou Ca5HO13P3 com Ca3MgSi2O8). Óxidos principais são: K2O (46,3%), CaO (24,1%), o P2O5 (10,1%) e o Si2O (9,5%), havendo correlação (e.g. K2Ca(CO3)2, K2CO3, Ca5HO13P3, e o Ca3Fe2Si3O12). Composição analítica VS FactSageBAT3 – Bagaço+caroço BAT4 - Caroço Óxidos principais são: K2O (46,3%), CaO (24,1%), o P2O5 (10,1%) e o Si2O (9,5%), havendo correlação (e.g. K2Ca(CO3)2, K2CO3, Ca5HO13P3, e o Ca3Fe2Si3O12). 550ºC - Apenas K2Ca(CO3)2 e K2CO3 em comum. Alguns semelhantes como Ca3Mg(SiO4)2 com Mg2SiO4). 850ºC - Apenas K2CO3 em comum. Alguns semelhantes como CaO e Ca3SiO5 com Ca5HO13P3 e o Ca3MgSi2O8). 1000ºC - Apenas MgO em comum. Alguns semelhantes como CaO e Ca(Mg,Fe)(CO3)2 com Ca5HO13P3 e Ca3MgSi2O8). Tabela 16 – Compostos resultantes da modelação VS Grupos funcionais – BAT4
  21. 21. 21 Conclusões Biomassas com teores baixos de cinza (entre 0,55% e 1,90%), excepto o bagaço+caroço de azeitona (7,23%). Duas biomassas cumprem os requisitos do selo de certificação de qualidade BiomaSUD: casca de amêndoa e o caroço de azeitona. As misturas não podem podem ser avaliadas no âmbito deste selo. Análise imediata e elementar Melhor comportamento: mistura casca+miolo de amêndoa Pior comportamento: caroço de azeitona. Resultados questionáveis devido à subjetividade do método Temperaturas de fusibilidade A mais problemática, segundo a maioria dos índices, é o bagaço+caroço de azeitona. A menos problemática, segundo a maioria dos índices, é a casca de amêndoa. Alguns índices revelaram-se inconclusivos (IC, IZ e Rb/a) ou aparentaram não se adaptar às biomassas em estudo (IY). Mecanismos de previsão de comportamentos problemáticos durante combustão FactSage tem limitações, mas estima alguns compostos identificados por DRX e a maioria dos grupos funcionais identificados por FTIR. Modelação Termodinâmica da combustão
  22. 22. 22 Conclusões (continuação) A cinza possui um papel relevante na combustão de biomassas residuais e pode ser a causa de fenómenos problemáticos graves em sistemas de combustão. A mistura de casca+miolo de amêndoa parece ser a melhor biomassa para uma combustão livre de problemas por possuir um teor relativamente baixo de cloro e cinza, o maior PCI e o melhor comportamento no teste de fusibilidades. Aparenta existir vantagem em aproveitar diretamente o resíduo agroindustrial da produção de amêndoa sem separação de miolo degradado. As biomassas derivadas de azeitona são as mais problemáticas para a combustão. O bagaço+caroço de azeitona possui o maior teor de cloro e cinza e é apontado pelos mecanismos de previsão e modelação como a biomassa mais problemática. Aparenta existir vantagem em utilizar o caroço de azeitona separado do bagaço, pois apresenta menor teor de cloro e cinza, um maior PCI e melhores resultados nos mecanismos de previsão de comportamentos. Globalmente pode concluir-se que…
  23. 23. 23 Trabalhos Futuros • Aprofundar a investigação das biomassas – resíduos de frutos - em sistemas de combustão de média/grande escala. • Realizar análises termogravimétricas (TGA e DTA) às cinzas de biomassa para perceber o seu comportamento térmico. • Adequação dos métodos de previsão de comportamentos durante a combustão às biomassas. • Desenvolver novas potencialidades do software de modelação, nomeadamente o FactSage . • Estudo da melhoria de biomassas pouco convencionais (e.g. aditivação) e das misturas de biomassa entre si e com outros combustíveis (e.g carvão).
  24. 24. 24 Referências para as Figuras dos slides Figura de cinza (slides 2 ); consultado a 31-01-2015 no website: http://static.giantbomb.com/uploads/square_small/1/17172/1656553-ash.png Figura de fardo de palha (slide 2); consultado a 03-02-2015 no website: http://www.cedarhilllandscaping.com/images/bale%20of%20straw.jpg Figura de pellets (slide 2); consultado a 03-02-2015 no website: http://www.domus-solaris.com/imagens/pellets.jpg Figura de 3 plantas verdes sucessivamente maiores (slides 3); consultado a 31-01-2015 no website: http://blogs.encamina.com/una-vision-personal/wp-content/uploads/sites/2/2014/10/busienss-growth-690x352.jpg Figura de Amêndoa e casca (slide 7); consultado a 31-01-2015 no website: http://www.clubdofitness.com.br/wp-content/uploads/2012/03/emfoco-dieta-mix-06-amendoas.jpg Figura de azeitonas verdes (slide 16); consultado a 31-01-2015 no website: http://static.communitytable.com/wp-content/uploads/2014/06/june-first-bite-olives-ftr.jpg Figura de caroços de azeitona (slides 16); consultado a 31-01-2015 no website: http://toptropicals.com/pics/garden/m1/seeds/P4274453.jpg Figura de Microscópio NIKON (slide 15); consultado a 31-01-2015 no website: http://www.sovtest.ru/sites/default/files/img_oborud/SMZ645.jpg Figura de bagaço de azeitona (slide 2); consultado a 31-01-2015 no website: http://www.olivenhaus-gmbh.de/en/assets/templates/olivenhaus/images/trester.jpg As restantes figuras foram reutilizadas a partir da dissertação ou pela aplicação ClipArt do Microsoft PowerPoint
  25. 25. Tomé Guerreiro de Oliveira Salgueiro Estudo de Biocombustíveis Sólidos: Importância das Cinzas para Processos de Combustão 10 de feveiro de 2015 Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia MIEEA – Energia da Biomassa

×