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3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Utilização de Resíduos Urbanos e Rurais como Fonte de Energia
Título: Oportunidades do biogás da vinhaça
Palestrante: Eng. José Marcos Grÿschek
São Paulo, 24 de novembro de 2011
Centro Nacional de Referência em Biomassa
Av. Professor Luciano Gualberto, 1.289 - Cidade Universitária, 05508-010 - São Paulo, SP, Brasilhttp://cenbio.iee.usp.br e-mail: cenbio@iee.usp.br twitter: @cenbio_usp
Empresa/Instituição: Brasmetano Ind. Com. Ltda
PatrocínioRealização
Cana
Limpeza
Moagem Extração
Caldo
Tratamento do caldo
Fermentação anaeróbia do
mosto
Destilação do vinho
Vinhaça
Bagaço
Caldeira geração de vapor
Turbina a vapor Geração de energia (ciclo
Rankini)
Vapor
Segue alimentando o processo produtivo
Excesso para a exportação
Etanol
Leveduras
Águas servidas
Fluxograma Simplificado da obtenção de etanol, vinhaça e efluentes industriais.
Conceito
• É subproduto da produção do etanol;
• A cada litro de etanol são gerados de 11 a 15
litros de vinhaça;
• Atualmente destina-se a fertirrigação com taxa
de aplicação, segundo a concentração de
potássio;
• Apresenta elevado potencial poluidor.
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
• A aplicação da vinhaça segue normas estritas baseadas na concentração de potássio no solo.
( Conforme Norma CETESB P4.231/06)
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
A poluição em energia
A carga poluidora potencial da vinhaça varia de acordo com a composição do caldo (mosto) em fermentação: entre 15000 a 65000mg/L em DQO.
A produção de etanol no Brasil gera uma carga poluidora anual, através de vinhaça, equivalente à poluição gerada pelo esgoto sanitário da população mundial por 15 dias.
Esta poluição convertida em energia atraves dp biogás gerariam uma potência elétrica anual de 800MW, ou potência na safra de 1.100MW.
Isto equivale à potência anual gerada pela hidrelétrica de Três Irmãos em Pereira Barreto ou a hidrelétrica de Porto Primavera no período de safra do etanol.
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Características da vinhaça
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
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Fonte: DIAS, 2007.
O que é Biogás?
• É uma mistura de pelo menos dois gases obtida da
biodigestão da matéria orgânica em condições anaeróbias
(sem a presença do ar);
• O gás carbônico: 17 a 85%;
• O gás metano (combustível): 85 a 17%;
• Outros gases: 1% (entre eles o gás sulfídrico – corrosivo).
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Etapas da fermentação anaeróbia
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Matéria Orgânica DigestívelMatéria Orgânica Digestível
DespolimerizaçãoDespolimerização
AcidificaçãoAcidificação
H+ + CO2H+ + CO2
CH4 + CO2 + H2OCH4 + CO2 + H2O
Etapa de acidificação (bactérias acidificantes))
Etapa de metanização (bactérias metanogênicas))
Ácidos VoláteisAcético Fórmico Propionico
Ácidos VoláteisAcético Fórmico Propionico
Inibidores do Processo Anaeróbio
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Infecção de dornas
A infecção de dornas de fermentação por bactérias, competem com as leveduras pelo açúcar. Isso compromete o rendimento da fermentação.
O uso de antibióticos tem sido a medida adotada pelas usinas para controlar esse evento.
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Em sua maioria, resistentes à temperatura de destilação (termoestáveis), afetam a atividade metanogênica.
Quando lançados como adubo no campo, ensejam a mutação de microrganismos naturais pela sobrevivência (seletividade).
Consequencias imprevisíveis à segurança sanitária da própria humanidade, com a geração de microrganismos resistentes.
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Produtos utilizados no controle de infecção das dornas de fermentação que interferem no processo de produção do etanol
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Fonte: Brasmetano, 2008.
Produto Classificação Temperatura de Decomposição
Kamoran Termoestável 120�C
Spectran 100E Termoestável 110�C
HJ Gold Termoestável 120�C
Kamoran WP Termoestável 110�C
Kamoran HJ Termoestável 110�C
Busan 978 Termoestável 120�C
Busan 989 Termoestável 110�C
AB 1030 Termoestável 120�C
SM 3 Termoestável 120�C
Kamoran Termoestável 110�C
HJ Gold Termoestável 110�C
Corstan Termoestável 110�C
PVPOX 40 Termolábel 65�C
Spectran 100E Termolábel 50�C
Lúpulo Beta Ácido 45% Termolábel 55�C
Alternativas aos antibióticos para o controle de infecção das dornas de fermentação
• Ozônio (atualmente inviável);
• Raio gama (atualmente inviável);
• Raio ultra violeta (atualmente inviável);
• Pasteurização do mosto (caldo) recuperando o calor da vinhaça;
• Leveduras modificadas para combater infecção, porém competitivas com as demais
para o desdobramento do açúcar;
• Antibióticos termolábeis;
• Produtos que atuam como antibióticos e não interferem nos processos biológicos de
gaseificação ou na contaminação do solo;
• Uma combinação das varias opções.
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Cana
Limpeza
Moagem Extração
Caldo
Tratamento do caldo
Fermentação anaeróbia do
mosto
Destilação do vinho
VinhaçaEfluentes
Bagaço
Caldeira geração de vapor
Turbina a vapor Geração de energia
(ciclo Rankini)
Vapor
Segue alimentando o processo produtivo
Excesso para a exportação
Etanol
Leveduras
Fermentação anaeróbia Abasteciment
o da frota diesel (Diesel
gás)
Fluxograma Simplificado da Aplicação da Vinhaça e Efluentes Industriais.
Termelétrica a Biogás com
motor (Ciclo Otto)
Fermentação anaeróbia
Reuso Fertirrigação da lavoura
SeparaçãoBIOMETANO
CO2 e outros gases
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Veículo Canavieiro Bicombustível com Biometano
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Unidade Móvel de Abastecimento para Biometano
Termelétrica a Biogás
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
USINA
Unidade de Padronizaçãoda vinhaça
Unidade de Padronizaçãodos Efluentes
Água de Reuso Unidades
AnaeróbiasUnidade
Anaeróbia
Unidade de correçãode pH
Unidade deNutrição
Excesso de Lododa Unidade Anaeróbia
Unidade de Desaguamento doExcesso de Lodo
Biogás
Queima do biogáse obtenção de
Créditos de Carbono
Unidade de Polimento Aeróbio
Fertirrigação da lavoura
Corpo Receptor
Concentraçãoda vinhaça
tratada
Demais EfluentesVinhaça
Geração de EnergiaTérmica
Geraçãode Diesel
Geração de EnergiaElétrica
Segue adicionado àTorta de Filtro
FLUXOGRAMA STILLAX - BRASMETANO
Água de Reuso
Unidade de Polimento Aeróbio
Unidade deClarificação
Corpo Receptor
Lodo aeróbio
Lodo aeróbio
Etapas do Processamento da Vinhaça no Stillax
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Após tratamento anaeróbio
Vinhaça Após polimento
aeróbio
Após tratamento
físico-químico
Após tratamento físico com
ultra filtração
MAQUETE VIRTUAL DO SISTEMA
STILLAX
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
1ª fase – Terraplanagem
Escavação das Unidades
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios2ª fase – Impermeabilização
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
3ª fase – cívil e mecânico
Construção das base de concreto e montagem dos equipamentos
3ª fase – cívil e mecânico
Construção das base de concreto e montagem dos equipamentos
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Unidade de Polimento Intermediário Aeróbio ACAS
Unidades Anaeróbias Herméticas (Reatores) – RECS para os Demais Efluentes Industriais
Unidades Anaeróbias Herméticas (Reatores) – RECS para a Vinhaça
Unidade de Recepção e Padronização da Vinhaça
Unidade de Recepção e Padronização dos demais Efluentes
Unidade de Polimento Intermediário Aeróbio ACAS
Unidades Anaeróbias Herméticas (Reatores) – RECS para os Demais Efluentes Industriais
Unidade de Clarificação CLEANMAX
Unidades Anaeróbias Herméticas (Reatores) – RECS para a Vinhaça
Unidade de Recepção e Padronização da Vinhaça
Unidade de Recepção e Padronização dos demais Efluentes
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Estado: SPFone:
2.1 Extensão da safra ................................................... 231 Dias de safra2.2 Cana ......................................................................... 3.800.000 Ton / safra ano2.3 Álcool .................................................................................152.000.000
OU,50% 50%
2.4 Açúcar .......................................................... 50% % Produção Açúcar2.6 Vinhaça ........................................................ 1.976.000 m³ / safra ano2.7 1.580.800 m³ dos demais efluentes industriais / safra ano2.8 DQO .............................................................. 34.000 mg / litro
3.1 33.312.067 m³/ safra ano ###########3.2 7.838.133 m³/ safra ano 26.346.667 3.3 BIOGÁS total 41.150.200 m³/ safra ano3.4 41.150.200 litros/ safra ano3.5 126.978 t / safra ano3.6 1.375.296 m³/ safra ano3.7 Energia elétrica gerada a partir do BIOGÁS:
3.7.1 14,84 MW 3.7.2 8,91 MW3.8 Energia térmica recuperável a partir da termoelétrica:
3.8.1 Com motores a BIOGÁS 24.108 Mcal / h . safra3.8.2 Com o BIOGÁS na caldeira 28.502 Mcal / h . safra3.9 17.145.917 litros / safra anoÓleo diesel equivalente em BIOGÁS
BIOGÁS a partir dos demais efluentes
Álcool equivalente em BIOGÁSBagaço equivalente em BIOGÁSÁgua para reuso
Energia elétrica com motores a BIOGÁS (Ciclo Otto)Energia elétrica com vapor (Ciclo Rankini), com BIOGÁS
2. PERFIL DA PRODUÇÃO
<---- Litros de álcool / safra ano ---->
<--------- % Produção Álcool --------->
Demais efluentes industriais ..................
3. OS PRODUTOS DA VINHAÇA E DEMAIS EFLUENTES, ATRAVÉS DO STILLAX *(NOTA1)BIOGÁS a partir da vinhaça
STILLAX: A VINHAÇA COMO SOLUÇÃO
1. IDENTIFICAÇÃOEmpresa: SIMULAÇÃO-USINA SANTA CRUZ
Contato:
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
4.1 até 90%4.2 Diesel economizado pela usina até 70%4.3 99,70% *(NOTA2)4.4 Energia elétrica: oferta aumentada em até 20%4.5 Créditos de carbono poderão ser obtidos dependendo da análise correspondente.4.6 Consumo de energia pelo STILLAX para obtenção do BIOGÁS Não Há
5.1 Pré-Requisitos:5.1.1 Preço do litro do diesel, sem ICMS ............................................................ 1,71R$
5.1.2 Distribuição de consumo de óleo diesel por tonelada de cana:PRODUÇÃO .............................................. 0,10 5,56%COLHEITA .................................................. 0,10 5,56%TRANSPORTE DA CANA ........................ 0,70 38,89%TRANSPORTE DA VINHAÇA .................. 0,80 44,44%OUTROS .................................................... 0,10 5,56%
TOTAL 1,80 100,00%Entre com a quantidade de litros de diesel desejada por tonelada 0,70
5.1.3 Preço de venda do MWH no mercado livre ............................................... 110,00R$
5.2 Óleo Diesel a substituir:5.2.1 Por tonelada de cana ...........................................................................................................0,70 litros / t de cana5.2.2 1.862.000 litros / safra ano5.2.3 Litros por dia ...................................................................................................... 9.310 litros / dia5.2.4 22.344 m³ / dia
5.35.3.1 Para motores a BIOGÁS 12,98 MW / hora5.3.2 Para vapor em caldeira 7,79 MW / hora
5. REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA INVESTIMENTOS *(NOTA1)
Energia elétrica a partir do biogás:
Economia de água pela usina
Biogás em diesel .............................................................................................
4. BENEFÍCIOS DIRETOS OFERECIDOS PELO STILLAX *(NOTA 1)
Poluição dos efluentes, reduzida em até
Total de litros por safra ano ..........................................................................
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Prazo Médio de Retorno (em safra):
�Para uso de 100% do biogás na caldeira para geração da energia 4,0
�Para óleo diesel (com geração de biogás, com posto de abastecimento
e com conversão da frota) 3,0
�Para biogás + diesel + energia elétrica 3,5
5.45.4.1 Para energia elétrica .................................................................................. 87,46%5.4.2 Para substituir óleo diesel .......................................................................................................................12,54%
NOTA 1: Todos os valores acima são estimados. Para valores reais, faz-se indispensável aanálise detalhada do perfil da produção da Usina através do Programa de Gerenciamento de Passivos da Produção - PGPP.
NOTA 2: Valor considerado para lançamento em corpo receptor, não incluso nos investimentos acima.
NOTA 3: O STILLAX proporciona a implantação de maneira totalmente modular, o que permite a realização parcelada dos investimentos.
Distribuição do uso do biogás:
Os benefícios no processamento da vinhaça para a obtenção do biogás
• Aprimora a qualidade da vinhaça como adubo na redução da acidez e formas assimiláveis dos nutrientes;
• Redução em até 97% do risco ambiental no armazenamento e transporte da vinhaça;
• Bioindicador da qualidade da vinhaça através do rendimento da fermentação quanto à presença de biocidas, os quais atingem a microflora e microfauna do solo;
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
Os benefícios no processamento da vinhaça para a obtenção do biogás
• Obtenção de energia na forma de biogás para a geração de energia elétrica (Ciclo Rankini ou Ciclo Otto);
• Obtenção de energia na forma de biometano para a substituição de até 70% de óleo diesel utilizado pela frota;
• A integração e controle dos processos com ganhos de produtividade e redução de custos e a consolidação da sustentabilidade do ciclo de produção.
3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios
OBRIGADO !
Eng. José Marcos GrÿschekContato: brasmetano@brasmetano.com.br
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