Gaseificação da madeira

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Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia
Colegiado de Engenharia Florestal
DEAS 032 – Recursos Energéticos Florestais
Gaseificação da Madeira
Prof.: Dr. Dalton Longue Júnior
Vitória da Conquista - BA
BIOMASSA
CONVERSÕES
TERMOQUÍMICAS GASEIFICAÇÃO
CONVERSÕES
BIOQUÍMICAS
COMPACTAÇÃO
CARBONIZAÇÃO
FERMENTAÇÃO
COMBUSTÃO DIRETA
DIGESTÃO ANAERÓBICA
PROCESSOS DE CONVERSÃO
GASEIFICAÇÃO
Biomassa é uma fonte renovável com grande potencial de aplicação, tanto em
grande quanto em pequena escala.
Apresenta-se em estado sólido mas pode ser convertida em líquido ou gás,
podendo ser transportada através de tubulações e utilizada em motores de
combustão interna alternativos ou rotativos.
O gás resultado da gaseificação também pode ser utilizado na produção de
hidrocarbonetos sintéticos, como gasolina e diesel (síntese Fisher Tropsch) e
de outros processos que permitem a síntese do metanol, etanol e gás natural
sintético.
Informações Gerais
Processo termoquímico que permite a conversão de um combustível
sólido em um gás que tem potencial para substituição (gás natural ou
GLP) em aplicações industriais.
GASEIFICAÇÃO
Definição
Combustão em condições subestequiométricas, ou seja, na qual o ar
fornecido ao processo constitui apenas uma fração de quantidade
teoricamente necessária para a combustão completa.
Normalmente é fornecido de 25 a 30% da quantidade
estequiométrica que é suficiente para promover a decomposição
térmica do combustível e sua conversão em um gás, composto de CO,
H2, CH4, CO2 e N2.

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Principais fontes de biomassa para gaseificação:
resíduos agrícolas: casca de arroz, serragem, bagaço de cana;
Resíduos da produção de carvão vegetal;
Lodo (formado em estações de tratamento de efluentes);
Lenhas de florestas energéticas plantadas para tal fim.
Tratamento adequado e análise da biomassa configuram a condição inicial
necessária para que seja dada uma posterior utilização nos diferentes tipos de
gaseificadores:
Seleção inicial do material;
Limpeza;
Separação;
Adequação do teor de umidade;
Granulometria;
Armazenamento.
GASEIFICAÇÃO
Preparo da biomassa
A faixa recomendada do teor de umidade para biomassa (10 a 15%);
A caracterização química elementar e a determinação da química imediata
também são importantes para estabelecer o melhor uso da biomassa;
A granulometria varia de acordo com o tipo de gaseificador e é importante
para o seu dimensionamento :
Gaseificadores de leito fluidizado: requerem baixa granulometria (casca
de arroz e bagaço de cana)
Gaseificadores de leito fixo: requerem densificação (peletização ou
briquetagem) do material combustível ou uso de lenha.
GASEIFICAÇÃO
Preparo da biomassa
Composição química elementar e imediata de algumas biomassas
GASEIFICAÇÃO
Preparo da biomassa
Tipos de
biomassa
Composição química elementar (base seca, %)
PCI
(MJ/kg)
C H O N S A U
Casca de arroz 40,96 4,30 35,86 0,40 0,02 18,34 10,53 16,10
Bagaço de cana 44,80 5,35 39,55 0,38 0,01 9,79 11,60 17,30
Serragem (pinus) 49,29 5,99 44,36 0,06 0,03 0,30 14,30 20,00
Tipos de biomassa
Composição química imediata (base seca, %)
Carbono Fixo Material Volátil Cinzas
Casca de arroz 65,47 16,67 17,89
Bagaço de cana 73,78 14,95 11,27
Serragem (pinus) 82,54 17,70 0,29
São equipamentos que convertem um combustível sólido em um combustível
gasoso por meio de um processo termoquímico, podendo o gás resultante ser
utilizado para geração de energia elétrica, calor ou para produção de
combustível sintético.
Os gaseificadores foram muito utilizados durante a II Guerra Mundial em
veículos que usavam o gás pobre como combustível, devido a carência de
combustíveis fósseis.
Atualmente tem sido muito empregados para geração de energia elétrica.
O produto é chamado gás pobre quando o agente de gaseificação é o ar,
devido ao seu baixo poder calorífico (5 MJ/Nm3). Quando utilizado o oxigênio
ou vapor (10 a 19 MJ/Nm3) devido aos maiores valores de CO e H2.
GASEIFICAÇÃO
Gaseificadores

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Aplicações da gaseificação de biomassa em dependência do poder calorífico do gás
GASEIFICAÇÃO
Gaseificadores
Fonte: NEST/UNIFEI, 2012.
Os tipos de gaseificadores mais difundidos são:
Leito fixo,
Leito fluidizado
Leito arrastado
Recentemente surgimento do gaseificador de tocha de plasma para queima do
alcatrão produzido juntamente com o gás (contaminante). Utiliza temperatura
de 5.000 ᵒC que destrói todo alcatrão produzido.
GASEIFICAÇÃO
Tipos de Gaseificadores
Gaseificadores de leito fixo
São classificados de acordo com a movimentação relativa do combustível e do
fluxo de gás dentro do reator:
• Contracorrente
• Co-corrente
• Fluxo cruzado
São de fácil operação podendo ocorrer problemas operacionais, como
travamento da biomassa no leito devido a regiões vazias que se formam e
paralisam o processo.
Esses problemas podem ser resolvidos com a adequação do tamanho das
partículas da biomassa, que permita o deslocamento adequado do
combustível e dos gases formados.
GASEIFICAÇÃO
Tipos de Gaseificadores
Gaseificadores de leito fixo
Contracorrente (updraft)
Biomassa é fornecida pela parte
superior, por onde o gás também é
retirado;
O ar introduzido pela parte inferior;
Produz gás com alto teor de
alcatrão, que quando condensado
tem aparência de piche.
GASEIFICAÇÃO
Tipos de Gaseificadores
Fonte: Kinto et al., 2002.

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Gaseificadores de leito fixo
Co-corrente (drowndraft)
Biomassa fornecida pela parte
superior e o gás removido pela
parte inferior;
O ar introduzido pela lateral;
Produz gás com baixo teor de
alcatrão, pois os produtos da
pirólise passam pela zona de
combustão, que favorece o
craqueamento térmico do alcatrão
presente no gás.
GASEIFICAÇÃO
Tipos de Gaseificadores
Fonte: Kinto et al., 2002.
Biomassa
Ar Ar
Gases
Gaseificadores de leito fixo
Cruzado
Biomassa fornecida pela parte
superior;
O ar introduzido por uma lateral e o
gás é retirado pela lateral oposta;
Produz gás com alto teor de
alcatrão e médio a baixo poder
calorífico.
GASEIFICAÇÃO
Tipos de Gaseificadores
Fonte: Souza et al., 2014.
Gaseificadores de leito fluidizado
São classificados em:
• Borbulhante
• Circulante
• Duplo leito
São vasos que contém um leito físico, podendo ser formado por um material
inerte ou não, como areia ou óxido de alumínio.
Durante a operação se houver algum tipo de problema na alimentação da
biomassa o processo de gaseificação pode parar e isso ocasionar uma elevação
abrupta da temperatura, aglomeração e colapso do leito.
Operação mais complexa que o de leito fixo devido ao maior número de
parâmetros que devem ser controlados.
GASEIFICAÇÃO
Tipos de Gaseificadores
Gaseificadores de leito fluidizado
Borbulhante
Velocidade superficial no interior do
reator é entre 0,5 e 1,0 m/s;
Possui um leito físico e uma camada
muito mais espessa chamada
freeboard que visa reduzir a
velocidade das partículas que são
arrastadas com o gás e devolvê-las
ao leito.
GASEIFICAÇÃO
Tipos de Gaseificadores
Gás
Biomassa
Grelha
Cinzas
Velocidade
do ar
Leito fluidizado
borbulhante
Reação fase gás
Biomassa
Fonte: NEST/UNIFEI, 2012.

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Gás + inerte + carbono
Biomassa
Grelha
Cinzas
Velocidade
do ar
Reciclagem leito
fluidizado
Reação fase gás
Biomassa
Gás
Ciclone
Gás + inerte + carbono
Leito inerte + carbono
Gaseificadores de leito fluidizado
Circulante
Velocidade superficial no interior do
reator é entre 3,5 e 5,0 m/s;
Composto por um duto ascendente riser
onde ocorre a gaseificação. Após o riser, o
gás passa por um ciclone onde promove a
separação do material sólido arrastado
pelo gás e o devolve ao leito do reator.
Maior eficiência que os de leito
borbulhante por possibilitar a recirculação
do material não convertido;
Gás com elevado teor de alcatrão (> 3.000
mg/Nm3).
GASEIFICAÇÃO
Tipos de Gaseificadores
Fonte: NEST/UNIFEI, 2012.
Gaseificadores de leito fluidizado Duplo
Problema na utilização do ar como agente de gaseificação (79% de seu volume
composto de N2, um gás inerte), que provoca a diluição do gás combustível
gerado e, consequentemente, um gás de baixo poder calorífico.
Utilização de vapor e/ou oxigênio como agente de gaseificação – reações
endotérmicas da gaseificação necessitam de calor para se processar e que
podem ser fornecidas de maneira indireta.
Isso leva aos gaseificadores de duplo leito, que processa a gaseificação com
vapor em um reator e a combustão com ar em outro reator, para o
fornecimento da energia necessária aos processos endotérmicos da
gaseificação com vapor.
GASEIFICAÇÃO
Tipos de Gaseificadores
Gaseificadores de leito fluidizado Duplo
O calor da queima do combustível é transferido ao reator de gaseificação com
a ajuda da mistura entre o material do leito e partículas remanescentes do
processo de combustão.
Como o ar que promove a combustão não se mistura com o gás gerado na
gaseificação, o gás obtido é de boa qualidade, com poder calorifico na faixa de
10 MJ/Nm3.
GASEIFICAÇÃO
Tipos de Gaseificadores