ANÁLISE UNIDIMENSIONAL DA GASEIFICAÇÃO DE BAGAÇO DE CANA EM REATOR DE LEITO FLUIDIZADO CIRCULANTE

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ANÁLISE UNIDIMENSIONAL DA GASEIFICAÇÃO DE BAGAÇO DE CANA EM REATOR DE LEITO FLUIDIZADO CIRCULANTE

Vinícius Gama Lidoino

Seminário de Mestrado apresentado ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ciências em Engenharia Mecânica.

Orientadores: Prof. Albino José Kalab Leiroz

                  Prof. Manuel Ernani de Carvalho Cruz

Rio de Janeiro

Junho de 2013

Sumário

1        INTRODUÇÃO        3

2        BIOMASSA        5

3        GASEIFICAÇÃO        5

3.1        Gaseificação em leito fluidizado        7

3.2        O Processo de Gaseificação        9

3.2.1        Secagem        9

3.2.2        Pirólise        10

3.2.3        Combustão        10

3.2.4        Gaseificação        10

4        MODELO MATEMÁTICO        12

5        PROPOSTA DE MESTRADO        14

5.1        Simulações de reatores de leito circulante com o CeSFaMB        14

5.2        Comparar os resultados obtidos com os de reatores de leito borbulhante        15

5.3        Realizar um estudo de efeito das variáveis independentes do processo de gaseificação em reatores de leito circulante        15

6        CRONOGRAMA        16

7        REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS        17

1. INTRODUÇÃO

Apenas há pouco mais de 100 anos a biomassa começou a perder cada vez mais sua liderança histórica para a energia do carvão, e depois, com o crescimento contínuo do petróleo e do gás natural (CORTEZ ET AL, 2009). Porém hoje, fica evidente a crescente preocupação de diversos países para os níveis de emissões poluentes causados pela queima de combustíveis fósseis.  Neste cenário ressurge os investimentos e trabalhos voltados a utilização de biomassa para energia.

A biomassa é atrativa na obtenção de energia por ser renovável e apresentar zero de emissões globais de CO2 à atmosfera.  Além disso, a biomassa pode ser quase que totalmente utilizada em processos industriais. A cana de açúcar, por exemplo, que é utilizada para produção de etanol e seu bagaço (rejeito) têm sido amplamente empregado em processos termoquímicos para obtenção de energia.

Dentre estes processos, destaca-se a gaseificação que converte um insumo sólido ou líquido num gás com características basicamente combustíveis, através de sua oxidação parcial a temperaturas intermediárias (CORTEZ ET AL, 2009). O gás de produto ou gás de síntese produzido a partir da gaseificação de biomassa é uma alternativa amiga do ambiente para os combustíveis petroquímicos convencionais para a produção de eletricidade, hidrogênio, biocombustíveis sintéticos de transporte e outros produtos químicos (MENG, 2012).

Os gaseificadores de leito fluidizado possuem vantagens especialmente no que diz respeito à mistura, as velocidades de reação, e a possibilidade de ser construído em dimensões muito superiores aos dos gaseificadores de leito fixo. Os circulantes se sobressaem na medida em que a reciclagem de finos conduz a uma maior eficiência de conversão de carbono, aumentando o tempo de permanência das partículas (GÓMEZ-BAREA E LECKNER, 2010).

Estudar o processo de gaseificação e entender os efeitos das variáveis do processo no gás de síntese obtido pode se tornar uma tarefa dispendiosa experimentalmente. Experimentos, especialmente em larga escala, muitas vezes são caros e complicados; modelagem pode economizar tempo e dinheiro, e pode apoiar a preparação e otimização de experimentos a serem realizados em um sistema real (GÓMEZ-BAREA E LECKNER, 2010).

Desta forma o presente trabalho tem como objetivo geral estudar o processo de gaseificação do bagaço de cana-de-açúcar em um reator de leito fluidizado circulante determinando a composição do gás de síntese utilizando o modelo comercial CeSFaMB. Para isto os seguintes objetivos específicos devem ser alcançados:

1. Realizar simulações de reatores de leito circulante com o CeSFaMB;
2. Comparar os resultados obtidos com os de reatores de leito borbulhante
3. Realizar um estudo de efeito das variáveis independentes do processo de gaseificação em reatores de leito circulante.

1. BIOMASSA

A biomassa é uma das fontes de energia renováveis ​​e potencialmente sustentável e tem muitas aplicações possíveis, variando de geração de calor para a produção de avançados portadores de energia secundária (SIEDLECKI ET AL, 2011).

A biomassa é formada a partir de espécies de seres vivos, como plantas e animais, isto é, tudo o que agora está vivo ou foi há pouco tempo. Ela é formada logo que uma semente germina ou um organismo nasce (BASU, 2010). Todos os anos, uma grande quantidade de biomassa cresce através da fotossíntese, absorvendo CO2 da atmosfera. Quando queima, libera o dióxido de carbono que as plantas tinham absorvido da atmosfera só recentemente (alguns anos a algumas horas). Assim, qualquer queima de biomassa não contribui para o inventário de dióxido de carbono da Terra. Por esta razão a biomassa é considerada um combustível "Carbon Neutral" (BASU, 2010).

 A ameaça de escassez no fornecimento de combustível para as futuras gerações, acompanhados pelos efeitos colaterais da utilização maciça de combustíveis fósseis (aquecimento global, poluição do ar, aumentando os custos de energia) felizmente levaram a uma crescente conscientização da necessidade de procurar outra, renovável e sustentável, fonte de energia. Considerando o fato de que a biomassa colhida de forma sustentável e a preços competitivos poderia cobrir 50-55% da demanda de energia primária do mundo, a sua utilização como fonte de energia ganhou um interesse significativo ao longo das últimas décadas (SIEDLECKI, 2011).