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Introdução Tecnologia de Gaseificação Perspectivas da Gaseificação P&D+I na UNIPAMPA Gaseificação de Carvão Mineral Aspectos Tecnológicos e Perspectivas Futuras Prof. Rodolfo Rodrigues VIII Semana Acadêmica de Engenharia Química Universidade Federal do Pampa 12 de junho de 2015 Rodolfo Rodrigues VIII SAEQ Gaseificação de Carvão Mineral 1 / 70

Gaseificação de Carvão Mineral - Rodolfo Rodriguesrodolfo.chengineer.com/data/uploads/palestra_20150612.pdf · O carvão mineral é uma das maiores fontes de energia e ... envolve

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Introdução Tecnologia de Gaseificação Perspectivas da Gaseificação P&D+I na UNIPAMPA

Gaseificação de Carvão MineralAspectos Tecnológicos e Perspectivas Futuras

Prof. Rodolfo Rodrigues

VIII Semana Acadêmica de Engenharia QuímicaUniversidade Federal do Pampa

12 de junho de 2015

Rodolfo Rodrigues VIII SAEQ

Gaseificação de Carvão Mineral 1 / 70

Introdução Tecnologia de Gaseificação Perspectivas da Gaseificação P&D+I na UNIPAMPA

Sumário

1 IntroduçãoCarvão MineralConversão Termoquímica

2 Tecnologia de GaseificaçãoFenômenos EnvolvidosEquipamentos

3 Perspectivas da GaseificaçãoPanorama MundialPanorama Regional

4 P&D+I na UNIPAMPA

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Minicurrículo

Rodolfo Rodrigues, Eng MSc

Professor da EQ da UNIPAMPA, Campus Bagé, desde 2013.

Desempenho atividades de pesquisa em Processos deGaseificação e Simulação Computacional de Processosdesde 2005/2006.

Graduação em EQ pela UFSM em 2004 e doutorado emandamento em EQ pela UFRGS.

Intercâmbio de doutorado no Oak Ridge National Laboratorydo Departamento de Energia dos EUA em 2012.

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Introdução

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Carvão Mineral

O carvão mineral é uma das maiores fontes de energia edesempenha um importante papel na demanda energéticamundial.

Para algumas nações como a China e a Índia, o carvãocorresponde a mais de 70% da geração elétrica.

O carvão responde por 30,1% da demanda de energia domundo e gera mais de 40% da eletricidade (WCA, 2012).No Brasil, corresponde a 5,6% da demanda de energia egera 2,6% da eletricidade (EPE, 2014).

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Carvão Mineral

As reservas brasileiras de carvão são da ordem de32 bilhões de toneladas que corresponde a 10a maior domundo.

89% das reservas nacionais de carvão estão no Rio Grandedo Sul e sendo que 38% do total estão na jazida deCandiota.

O carvão da jazida de Candiota é classificado comosub-betuminoso de alto volátil classe C.

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Análise Imediata (%p, b.s.)Planilha1

Página 2

Casca de arrozCasca de coco-da-baía

Madeira em geralBagaço de cana

Palha de canaApara de couro

Carvão mineral

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

CinzasCarbono fixoMatéria volátil

Figura 1: Comparativo da análise imediata (%p, b.s.) do carvão mineral e 6 diferentesfontes de biomassa. Fonte: Rodrigues et al. (2011).

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Análise Imediata (%p, b.s.)

Umidade (%p, b.u.)Planilha1

Página 4

Casca de arroz

Casca de coco-da-baía

Madeira em geral

Bagaço de cana

Palha de cana

Apara de couro

Carvão mineral

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

% (b.u.)

Poder Calorífico (kJ/kg, b.s.)Planilha1

Página 5

Casca de arroz

Casca de coco-da-baía

Madeira em geral

Bagaço de cana

Palha de cana

Apara de couro

Carvão mineral

0 5000 10000 15000 20000 25000

kJ/kg (b.s.)

Figura 2: Comparativo da análise imediata (%p, b.s.) do carvão mineral e 6 diferentesfontes de biomassa. Fonte: Rodrigues et al. (2011).

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Análise Elementar (%p, d.a.f.)Planilha1

Página 3

Casca de arrozCasca de coco-da-baía

Madeira em geralBagaço de cana

Palha de canaApara de couro

Carvão mineral

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

ClSONHC

Figura 3: Comparativo da análise elementar (%p, d.a.f.) do carvão mineral e 6 diferentesfontes de biomassa. Fonte: Rodrigues et al. (2011).

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Conversão Termoquímica

A conversão termoquímica modifica a estrutura química deuma carga carbonosa através de altas temperaturas.De acordo com a presença ou não de um agente degaseificação, os processos de conversão termoquímicapodem ser divididos em:

1 Combustão: ER > 1;2 Gaseificação: 0 < ER < 1;3 Pirólise: ER ≈ 0.

Razão de Equivalência (ER)

Razão entre oxigênio (ar) fornecido pelo oxigênio (ar)estequiométrico, isto é, necessário para a combustão completa.

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Conversão Termoquímica

Figura 4: Temperatura e composição dos produtos da conversão termoquímica de madeira(CH1,4O0,6) para diferentes frações de O2 e ar admitidos. Fonte: Reed e Das (1988).

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Conversão Termoquímica

Figura 5: Energia no sólido e no gás produzidos na conversão termoquímica de madeira(CH1,4O0,6) para diferentes frações de O2 e ar admitidos. Fonte: Reed e Das (1988).

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Conversão Termoquímica

O que é Gaseificação?

É um processo de conversão termoquímica de uma cargacarbonosa em uma mistura gasosa pela ação de calor e de umagente gaseificante.

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Conversão Termoquímica

O que é Gaseificação?

É um processo de conversão termoquímica de uma cargacarbonosa em uma mistura gasosa pela ação de calor e de umagente gaseificante.

A conversão termoquímica envolve reações de:Devolatilização,Oxidação eRedução a temperaturas relativamente altas.

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Conversão Termoquímica

O que é Gaseificação?

É um processo de conversão termoquímica de uma cargacarbonosa em uma mistura gasosa pela ação de calor e de umagente gaseificante.

Geralmente as cargas carbonosas são:carvão mineral: combustível sólido de origem fóssil ebiomassa: combustível derivado de organismos vivosrecentes.resíduo: subprodutos de processos industriais ou deatividades humanas.

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Conversão Termoquímica

O que é Gaseificação?

É um processo de conversão termoquímica de uma cargacarbonosa em uma mistura gasosa pela ação de calor e de umagente gaseificante.

Gás combustível ou “gás de síntese” (syngas) constituídopor uma mistura de:

H2, hidrocarbonetos,CO2, CO,carbono sólido residual,compostos condensáveis evapor d’água.

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Conversão Termoquímica

O que é Gaseificação?

É um processo de conversão termoquímica de uma cargacarbonosa em uma mistura gasosa pela ação de calor e de umagente gaseificante.

Os agentes gaseificantes mais comuns são:ar,oxigênio evapor d’água.

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Conversão Termoquímica

Gaseificação × Incineração (Combustão)

Enquanto o objetivo da incineração é destruir a carga eproduzir calor, o objetivo da gaseificação é obter um gáscombustível a partir da carga.

Os produtos principais da incineração são CO2 e H2O e osprodutos principais da gaseificação são CH4, CO e H2.

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Conversão Termoquímica

Por que usar a Gaseificação?

1 É a tecnologia mais limpa para processamento de carvãomineral. Possui a menor geração de SOx, NOx, resíduossólidos e efluentes líquidos;

2 É uma tecnologia já bem consolidada com múltiplosfornecedores;

3 Flexibilidade de aceitar diversos combustíveis;

4 Flexibilidade de gerar diversos produtos e aplicações.

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Tecnologia de Gaseificação

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Tecnologia de Gaseificação

Figura 6: Representação geral de um processo de gaseificação.

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Pré-Processamento

WASTENITROGEN

OXYGENNITROGEN

AIRCOMPRESSOR

MOLECULARSIEVES

COLD BOXAIR

Figura 7: Fluxograma de uma unidade de separação de ar (ASU). Fonte: Higman evan der Burgt (2008)

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Pós-Processamento

TREATED GAS

LEAN SOLUTIONCOOLER

MECHANICALFILTER

LEAN SOLUTIONPUMP

ABSORBER

RECYCLECOMPRESSOR

HYDRAULICTURBINE FLASH DRUM

RICH/LEANEXCHANGER

REBOILER

STEAM

STRIPPER

REFLUX PUMP

MAKE UPWATER

ACID GASTO SRUACID GAS

CONDENSER

RAWSYNGAS

Figura 8: Fluxograma do processo Selexol para remoção seletiva de H2S. TecnologiaAGR (Acid Gas Removal). Característica: agente absorvente DMPEG (dimetiléter depolietilenoglicol) e 99+% de remoção de S. Fonte: Higman e van der Burgt (2008).

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Pós-Processamento

AMMONIA

METHANOL

CARBONMONOXIDE

GASTURBINES

REDUCTIONGAS

TOWN GAS

SNG

HYDROGEN

OXOALCOHOLS

FISCHER-TROPSCH

UREA

FORMAL-DEHYDE

RESINS

MTBE

ACETICACID

PHOSGENEPOLY-

URETHANE

DETERGENTS, PLASTICIZERS

FUELS, WAXES, OTHERS

COAL

LIQUIDRESIDUES

NATURALGAS

BIOMASS

WASTE

METALS

ELECTRIC POWER

GASIFICATION

NH3

CO2

Figura 9: Aplicações do syngas. Fonte: Higman e van der Burgt (2008)

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Pós-Processamento

Gasification& Quench

Grinding & Slurry Prep

water

coal

SyngasScrubber

Acid GasRemoval

F-TRefining

F-TSynthesis

CO2

FlashRefrigeration

Plant

slag

Flash

methanol

CO2

syngas

Water GasShift

150 bar CO2to pipeline

Re

genera

tor

H2S + CO2

To Claus/SCOT

HC

Rec

overy

RecycleCompr.

finished gasoline & diesel blendstocks

unconverted syngas+ C1 - C4 FT gases

raw FT product

Refinery H2 Prod

syncrudelight ends

purge gas PowerIsland

net exportelectricity

gascooling

expander

ATRoxygen steam

flue gas

oxygen

OxygenPlant

air

Figura 10: Fluxograma de processo de Fischer-Tropsch com captura de CO2 a partir decarvão mineral. Fonte: Kreutz et al. (2008)

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Processo de Gaseificação

Vídeo: Gasification AnimationAutor: NETL/DOE (USA)URL: <www.youtube.com/watch?v=f7gzdFGc3y4>

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Processo de Gaseificação

Fenomenologia do Processo

Os fenômenos de transferência em conjunto com reaçõesquímicas permitem identificar subprocessos ao longo doreator:

1 Secagem,2 Devolatilização (Pirólise),3 Oxidação (Combustão) e4 Redução (Gaseificação).

Esses subprocessos podem ser observados como zonasteóricas ao longo do reator.

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Processo de Gaseificação

Fenomenologia do Processo

Nas zonas de secagem e devolatilização (pirólise), a cargasofre decomposição térmica liberando água, matéria volátil esólido residual.

Esses componentes formados são oxidados na zona deoxidação liberando uma grande quantidade de energia.

As reações de redução ocorrem na zona de redução paraproduzir o syngas pelo uso da energia liberada através dereações endotérmicas.

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Processo de Gaseificação

Fenomenologia do Processo

Secagem (evaporação da umidade) é um processoendotérmico e os fenômenos de transporte da umidadeincluem:

1 Convecção e difusão de vapor d’água e convecção de águacapilar nos poros da partícula e

2 Difusão da água superficial na partícula.

Devolatilização (pirólise) envolve reações primárias quedecompõem a carga sólida em voláteis e carbono residual ereações secundárias que os convertem em gases mais leves.

carga −→ voláteis + carbono residual

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Processo de Gaseificação

Fenomenologia do Processo

Oxidação (combustão) converte espécies oriundas dadevolatilização a CO2 e H2O liberando uma quantidadeconsiderável de energia.

CxHy +(x + 1

4y)O2 −→ xCO2 + 1

2yH2O

βC + O2 −→ 2 (β − 1) CO + (2 − β) CO2

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Processo de Gaseificação

Fenomenologia do Processo

Redução (gaseificação) ocorre em uma condição de oxigênioescasso através de reações de redução devido a grandequantidade liberada de calor na zona de oxidação.

C + H2O −→ CO + H2 ∆Hr = +131 kJ/mol

C + CO2 −→ 2CO ∆Hr = +172 kJ/mol

C + 2H2 −→ CH4 ∆Hr = −75 kJ/mol

CH4 + CO2 ←→ 2CO + 2H2 ∆Hr = +124 kJ/mol

CH4 + H2O←→ CO + 3H2 ∆Hr = +205 kJ/mol

CO + H2O←→ CO2 + H2 ∆Hr = −41 kJ/mol

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Processo de Gaseificação

Figura 11: Representação esquemática dos subprocessos que ocorrem na gaseificaçãode um combustível CHxOy seco.

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Processo de Gaseificação

Figura 12: Representação esquemática dos subprocessos que ocorrem em umgaseificador de biomassa. Fonte: Gómez-Barea e Leckner (2010).

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Processo de Gaseificação

Gaseificadores

O reator químico onde ocorre o processo de gaseificação échamado de gaseificador.Os gaseificadores são classificados em 3 configuraçõesbásicas:

1 Leito fixo ou móvel,2 Leito fluidizado e3 Leito de arraste.

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Processo de Gaseificação

Gaseificadores

Estas configurações apresentam variações de acordo com ofluxo ou interações entre as fases:

1 Leito fixo contracorrente,2 Leito fixo cocorrente,3 Leito fluidizado borbulhante e4 Leito fluidizado circulante.

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Processo de Gaseificação

Tabela 1: Comparativo das 3 configurações básicas de gaseificadores: leito fixo (oumóvel), leito fluidizado e leito de arraste. Fonte: Higman e van der Burgt (2008).

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Processo de Gaseificação

Secagem

Devolatilização

Combustão

Gaseificação

Cinza

Ar Ar

Carga

Gás

Secagem

Devolatilização

Gaseificação

Combustão

Cinza

Carga Gás

ArGrelha

Grelha

Figura 13: Gaseificadores de leito fixo contracorrente (esquerda) e cocorrente (direita)com identificação das respectivas zonas reacionais. Fonte: adaptado de Belgiorno et al.(2003).

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Processo de Gaseificação

CO2N2

CH4 H2

2001501000 502500 12501000750500

CO

CARGA

GÁS

CINZA

COMBUSTÃO

GASEIFICAÇÃO

SECAGEM/DEVOLATILIZAÇÃO

VAPOR,OXIGÊNIO

OU AR

CARGA GÁS

CINZA

VAPOR,OXIGÊNIO

TEMPERATURA [°C]

TOPO

FUNDO

+

COMPOSIÇÃO ACUMULADA DESYNGAS BRUTO (mol% b.s.)

VAPOR

Figura 14: Gaseificador de carvão mineral em leito fixo contracorrente (esquerda) erespectivos perfis de temperaturas (centro) e de composição acumulada (direita).Fonte: adaptado de Higman e van der Burgt (2008).

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Processo de Gaseificação

Coal

Steam + oxygen

Waterjacket

SteamTar recycling

Gas water, oil, tar, dust

Recycled gas water

RawgasDrying

PyrolysisReductionOxidation

Ash

Ash

Bosman’sskirt

Rotatinggrate

Grate drive

Coal lock

Ash lock

Wash cooler

Figura 15: Gaseificador Lurgi. Características: 3–5 m de diâmetro, 6–16 m de altura e20–60 t/dia de carvão mineral. Fonte: Gräbner (2014), Higman e van der Burgt (2008).

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Gaseificação de Carvão Mineral 39 / 70

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Processo de Gaseificação

COAL FEED

WASHCOOLER

LOCK PRESSURIZINGGAS

BFWPREHEATER

SYNGASCOOLER

GASIFIER

GASLIQUOR

LOCKEXPANSION GAS LP STEAM BFW

C.W. RAW SYNGAS

GASLIQUOR

BFWGASLIQUOR

ASHWATER

ASH

ASH LOCK

OXYGENSTEAM

BFW

Figura 16: Fluxograma do processo de gaseificação Lurgi. Fonte: Higman e van der Burgt(2008).

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Processo de Gaseificação

Figura 17: Gaseificadores de leito fluidizado borbulhante (esquerda) e circulante(direita) com identificação das respectivas zonas reacionais. Fonte: adaptado deBelgiorno et al. (2003).

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Gaseificação de Carvão Mineral 41 / 70

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Processo de Gaseificação

2500 12501000750500

CARGA

GÁS

CINZAVAPOR,OXIGÊNIO

OU AR

TEMPERATURA [°C]

FUNDO

TOPO

CARGA

VAPOR, OXIGÊNIOOU AR

CINZA

GÁSGÁS E CARGA

Figura 18: Gaseificador de carvão mineral em leito fluidizado borbulhante (esquerda)e respectivos perfis de temperaturas (direita). Fonte: adaptado de Higman evan der Burgt (2008).

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Gaseificação de Carvão Mineral 42 / 70

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Processo de Gaseificação

AIR/OXYGEN/STEAM

FLUID BED

FREEBOARD

DISCHARGE BIN

LOCK-HOPPER

COLLECTION BIN

LOCK-HOPPER

CHARGE BIN

FEED SCREW

CYCLONE

COOLING SCREW

HTW GASIFIER

FEED BINSYNGASCOOLER

Figura 19: Gaseificador Winkler de alta temperatura (HTW). Fonte: Higman evan der Burgt (2008).

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Gaseificação de Carvão Mineral 43 / 70

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Processo de Gaseificação

N2/CO2

Dried coal

Coal bunker

Lock-hopper

Feedfilter

Rotarymetering feeder

Feedervessel

Gasifier

Cyclone

Fluidized bed

Freeboard

Lock-hopper

Bottom ash

HP boiler feed water

HP steam

Warm gas filter

Fly ash

Waterscrubber

Raw gas

Processcondensatecycle

Rotaryfeeder

N2/CO2

N2/CO2

Cooling screws

IP boiler feed water

IP steam

Quench water

Air

Natural gas

Oxygen(preheated)

Preheat burner

Inert gas (nitrogen)

Gravity pipe

Figura 20: Fluxograma do processo de gaseificação Winkler de alta temperatura (HTW)para carvão mineral. Fonte: Gräbner (2014).

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Gaseificação de Carvão Mineral 44 / 70

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Processo de Gaseificação

2500 12501000750500 1500

GÁS

CINZA

CARGAOXIGÊNIO OXIGÊNIO

GÁS E CINZA

LODOCARGA/ÁGUA

TEMPERATURA [°C]

Figura 21: Gaseificadores de leito arraste com alimentação superior e perfis detemperaturas. Fonte: adaptado de Higman e van der Burgt (2008).

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Gaseificação de Carvão Mineral 45 / 70

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Processo de Gaseificação

CARGA SECA +OXIGÊNIO/VAPOR

2500 12501000750500 1500

GÁS

CINZA

GÁS

CARGA

OXIGÊNIO/VAPOR CINZA

TEMPERATURA [°C]

Figura 22: Gaseificadores de leito arraste com alimentação lateral e respectivos perfisde temperaturas. Fonte: adaptado de Higman e van der Burgt (2008).

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Gaseificação de Carvão Mineral 46 / 70

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Processo de Gaseificação

Product gasNitrogen/CO2

Nitrogen/CO2

Pulverized coal

Bunker

Lock-hopper

Feedervessel

Steam Oxygen

Gasifier

Cooling screen

Quenchwater

Black water treatment

Effluentwater

Filtercake

Off gas

Excess water

Buffervessel

Venturiscrubbers

Sprayquench

Slagcrusher

Slaghopper

Slagconveyor

Granulated slag

IP cycle water

Pilot burner fuel

LP steam

LP boiler feed water

Steam drum

Condensate

Raw gas

Demineralizedwater

PartialCondenser

Figura 23: Gaseificador Siemens pressurizado de 500MW. Características: 3,5 m dediâmetro, 18 m de altura e 1600 t/dia de carvão mineral. Fonte: Gräbner (2014).

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Gaseificação de Carvão Mineral 47 / 70

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Processo de Gaseificação

1 kW 100 kW 100 MWMW 10 MW Capacidade1000 MW

Fixo cocorrente

Fixo contracorrente

Fluidizado borbulhante

Fluidizado circulante

Fluidizado pressurizado

1

Figura 24: Escala de aplicação de tecnologias de gaseificação de biomassa paracogeração de energia. Fonte: adaptado de Larson (1998).

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Gaseificação de Carvão Mineral 48 / 70

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Perspectivas da Gaseificação

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Gaseificação de Carvão Mineral 49 / 70

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Panorama Mundial

Figura 25: Distribuição de plantas industriais de gaseificação no mundo. Há 272 plantasem operação/planejada com um total de 686 gaseificadores. Fonte: GasificationTechnologies Council (2014)

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Introdução Tecnologia de Gaseificação Perspectivas da Gaseificação P&D+I na UNIPAMPA

Panorama Mundial

Figura 26: Capacidade de produção de syngas (MWth) de acordo com a distribuiçãogeográfica das plantas de gaseificação no mundo. Fonte: Gasification TechnologiesCouncil (2014)

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Panorama Mundial

Figura 27: Capacidade de produção de syngas (MWth) de acordo com a sua aplicação nomundo. Fonte: Gasification Technologies Council (2014)

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Panorama Mundial

Figura 28: Número de gaseificadores de acordo com o combustível utilizado no mundo.Fonte: Gasification Technologies Council (2014)

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Panorama Mundial

Figura 29: Capacidade de produção de syngas (MWth) ao longo do tempo no mundo.Fonte: Gasification Technologies Council (2014)

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Panorama Regional

Figura 30: Notícia em jornal local: “Planta de gaseificação ICEC Energia poderá gerar até4 mil empregos”. Fonte: Portal Leouve, 03 de dezembro de 2014.

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Panorama Regional

Figura 31: Notícia em jornal local: “Investidores estrangeiros avaliam potencial degaseificação do carvão: CRM fornecerá produto extraído em Candiota para estudos”.Fonte: Jornal Folha do Sul Gaúcho, 03 de janeiro de 2015.

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Panorama Regional

Figura 32: Notícia em jornal local: “Empresa norte-americana vai se instalar em Candiota:Diretor executivo da TransGas Development Systems concedeu entrevista”. Fonte: JornalMinuano, 05 de junho de 2015.

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P&D+I na UNIPAMPA

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Histórico da Gaseificação na UNIPAMPA

2011 Criação do Grupo de Pesquisa em Energia eCarboquímica (GPEC).

2013 Aprovação do projeto Desenvolvimento de Energia eCarboquímica na Região da Campanha.Programa de Apoio aos Pólos Tecnológicos.Valor Total = R$ 1,96 milhões.

2014 Aprovação do projeto Gaseificação do Carvão Mineral deCandiota.Chamada Pública P&D CGTEE 2014.Valor Total = R$ 4,56 milhões.

2015 Início da construção do Pavilhão de Energia e Carboquímicano Campus Bagé.

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Grupo de Pesquisa em Energia e Carboquímica (GPEC)

Pesquisadores (UNIPAMPA + URCAMP)

Sérgio Meth (Coordenador do GPEC) (EQ/UNIPAMPA)Ana Rosa Costa Muniz (Coordenadora do Pólo Tecnológico)(EQ/UNIPAMPA)Jocemar Biasi Parizzi (EERA/UNIPAMPA)Rodolfo Rodrigues (EQ/UNIPAMPA)Ana Claudia Kalil Huber (URCAMP)Ana Paula Simões Menezes (URCAMP)Cristiano Corrêa Ferreira (DT/UNIPAMPA)Edson Abel dos Santos Chiaramonte (EQ/UNIPAMPA)Fernando Junges (LQ/UNIPAMPA)Flávio André Pavan (LQ/UNIPAMPA)Tânia Regina de Souza (EQ/UNIPAMPA)Udo Eckard Sinks (LQ/UNIPAMPA)

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Pólo de Modernização e Inovação Tecnológica da Campanha

I. Programa de Apoio aos Pólos Tecnológicos

Metas

1 Desenvolver ao menos 03 (três) produtos a partir do gás desíntese;

2 Enriquecer o gás de síntese em H2 e por seguinte realizar areação de metanação;

3 Gerar energia elétrica através da utilização de microturbinasalimentadas por gás de síntese;

4 Desenvolver ao menos uma formulação de material cerâmicovoltado à aplicação na construção civil, a partir das cinzasgeradas no processo de gaseificação;

5 Desenvolver novos materiais para uso em células fotovoltaicasorgânicas a partir de subprodutos gerados pela utilização decarvão mineral;

6 Avaliar o impacto ambiental gerado pela extração eprocessamento de carvão mineral na região.

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Gaseificação do Carvão Mineral de Candiota

II. Chamada Pública P&D CGTEE 2014

Objetivo

Desenvolver um processo de gaseificação direcionado para ocarvão mineral da jazida de Candiota, no Rio Grande do Sul.

Para tanto, é proposto um novo processo definido como Sistemade Destilação-Pirólise-Enriquecimento-Gaseificação (SDPEG).

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Gaseificação do Carvão Mineral de Candiota

Figura 33: Esquema do processo SDPEG: (1) reator CDP, (2) ME, (3) reator PiG,(4) ciclones, (5) sistema de separação, (6) trocador de calor, (7) pré-aquecedor parapartida, (8) queimador flare, (9) sistema de armazenamento de syngas.

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Gaseificação do Carvão Mineral de Candiota

Reator de Coqueificação por Destilação combinada com Pirólise(Reator CDP)

Produto Esperado: As melhores condições operacionais e econômicasdo reator CDP, visando determinar:

temperatura mínima ótima para remoção da maior parte ou de todosos voláteis;granulometria ótima para remoção da maior parte ou de todos osvoláteis;fragilidade do char para moagem posterior;balanço energético para partida e para futuros cálculos (de déficit ousuperávit) de energia quando a unidade estiver integrada;influência do gás de arraste (CO2, N2 ou vapor d’água) sobre orendimento e qualidade do char para menor perda de carbonopossível.

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Gaseificação do Carvão Mineral de Candiota

Módulo de Enriquecimento (ME)

Produto Esperado:

Um Módulo de Enriquecimento (ME) que seja o mais eficientepossível e adequado para separação das cinzas origináriascontaminantes no coque/char, que possa operar em condições detemperatura entre 200 e 400oC e possa ser interligado ao móduloanterior CDP;Char enriquecido com no máximo 35% de cinzas para viabilizar aaplicação de tecnologias de gaseificação já bem estabelecidas.

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Gaseificação do Carvão Mineral de Candiota

Reator de Pirólise Induzida e Gaseificação (Reator PiG)

Produtos Esperados:

Sistema de separação de alcatrões (4) otimizado para umaseparação eficiente tendo em vista a reciclagem/queima do mesmo;Sistema gaseificador de alto rendimento por unidade de volumeprocessado adaptado para reciclar alcatrão como fonte de calorinduzida e que possa ser interligado ao módulo de enriquecimento decoque, da etapa 3;Obtenção de alcatrão com rendimento e qualidade para fornecerenergia necessária ao processo, produzir CO2 e minimizar oconsumo de queima do carbono para aumentar a eficiência deprodução de CO na etapa da redução no reator PiG.

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Gaseificação do Carvão Mineral de Candiota

Montagem Integrada do Processo SDPEG

Produto Esperado:

Viabilidade técnica e econômica do processo integrado.

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Para Saber Mais...

Figura 34: Gasifipedia é um portal de conteúdo sobre gaseificação do National EnergyTechnology Laboratory (NETL/DOE) dos EUA. Disponível online em:<http://www.netl.doe.gov/gasifipedia/index.html>

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Para Saber Mais...

Disciplina Eletiva

GASEIFICAÇÃO (4 créditos: 2 teóricos e 2 práticos).Pré-requisito: Fenômenos de Transporte I / Transferência deCalor e Massa I.Será oferecida em 2016/1.Ementa:

1 Princípios do processo de gaseificação de combustíveis sólidos.2 Biomassa e carvão mineral.3 Agentes gaseificantes.4 Gaseificadores de leito fixo, fluidizado e de arraste.5 Aplicações do gás de síntese (syngas) em síntese química e

cogeração de energia.6 Questões ambientais, econômicas e de segurança envolvidas na

gaseificação.

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Contato

Prof. Rodolfo RodriguesSala 2108, Bloco II, Campus BagéFone: (53) 3240-5460, ramal 2061E-mail: [email protected]: <http://rodolfo.chengineer.com>

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Referências

BELGIORNO, V. et al. Energy from gasification of solid wastes. Waste Manage., v. 23, n. 1, p. 1–15, 2003.EPE. Brazilian energy balance 2014, year 2013. Rio de Janeiro, Brazil, 2014. Disponível em: <http://ben.epe.gov.br>.GÓMEZ-BAREA, A.; LECKNER, B. Modeling of biomass gasification in fluidized bed. Prog. Energy Combust. Sci., v. 36,n. 4, p. 444–509, 2010.GRÄBNER, M. Industrial coal gasification technologies covering baseline and high-ash coal. Weinheim, Germany:Wiley-VCH, 2014. ISBN 978-3-527-33690-6.HIGMAN, C.; van der BURGT, M. Gasification. 2. ed. Burlington: Gulf Professional Publishing, 2008. ISBN 0-7506-8528-X.KREUTZ, T. G. et al. Fischer-Tropsch fuels from coal and biomass. In: 25th Ann. Int. Pittsburgh Coal Conf. Pittsburgh,USA: [s.n.], 2008.LARSON, E. D. Small-scale gasification-based biomass power generation. In: Biomass Workshop. Changchun, China:[s.n.], 1998.REED, T. B.; DAS, A. Handbook of biomass downdraft gasifier engine systems. Golden: The Biomass Energy FoundationPress, 1988.RODRIGUES, R. et al. Análise da eficiência termodinâmica da gaseificação de carvão mineral e biomassa. In: IIICongresso Brasileiro de Carvão Mineral. Gramado, Brazil: [s.n.], 2011.WCA. Coal statistics. London, UK, 2012. Disponível em: <http://worldcoal.org/resources/coal-statistics>.

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