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https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3854
Tipo: | Dissertação |
Título: | Análise técnico-econômica do aproveitamento dos gases residuais da carbonização contínua de madeira para a geração de eletricidade |
Autor(es): | SANTOS, Paulo Henrique Melo |
Primeiro Orientador: | VENTURINI, Osvaldo José |
metadata.dc.contributor.advisor-co1: | LORA, Electo Eduardo Silva |
Resumo: | O Brasil é o único país que produz carvão vegetal em larga escala. No entanto, os processos tradicionais de carbonização desperdiçam grandes quantidades de energia através dos gases residuais da carbonização, que são lançados na atmosfera, causando poluição do ar e degradação ambiental. Os gases da carbonização contêm aproximadamente 40% do conteúdo energético da madeira, e a produção de carvão vegetal no estado de Minas Gerais pode representar um potencial energético considerável. Este trabalho buscou avaliar a possibilidade de recuperação da energia dos gases produzidos durante a carbonização da madeira em um reator de carbonização contínua do modelo "Lambiotte" (retorta). Estes reatores operam continuamente e, permitem um melhor aproveitamento da energia da madeira, por meio de um sistema de recuperação de gases, que utiliza o próprio gás para o fornecimento de calor ao processo e para a geração de eletricidade. O reator considerado é capaz de produzir 20 toneladas de carvão por dia, além de disponibilizar até 840 kW de potência térmica através dos gases não condensáveis e alcatrão. Para a conversão dos gases em eletricidade, foram analisadas duas tecnologias: o ciclo Rankine a vapor convencional e o Ciclo Rankine Orgânico (ORC), que apresentaram eficiências de 9,5% e 17,7%, respectivamente. A análise econômica indicou o Ciclo Rankine a Vapor como a tecnologia mais viável para o caso em estudo quando se tem apenas uma retorta em operação, onde estima-se uma geração específica de 130 kWh por tonelada de carvão, considerando um rendimento gravimétrico de 33%. A análise, também considerou um rendimento gravimétrico de 42%, que resultou em uma produção específica de eletricidade através desta mesma tecnologia de 62 kWh por tonelada de carvão vegetal. A carbonização continua mostrou-se bastante eficaz para a produção de carvão vegetal. Além de produzir um carvão mais homogêneo e de melhor qualidade, consegue proporcionar o aproveitamento de toda energia da madeira através da geração de eletricidade com os gases excedentes do processo. A emissão de gases altamente poluentes, como CH4 e CO, é minimizada com a queima dos gases residuais, evitando assim, um dos maiores problemas desse setor industrial, as emissões de gases de efeito estufa. |
Abstract: | Brazil is the only country that produces charcoal on a large scale. However, traditional carbonization processes waste large amounts of energy through the residual carbonization gases that are released into the atmosphere, which cause air pollution and environmental degradation. This fact is a consequence of the technology currently used to produce charcoal, the large rectangular masonry kilns, which make the recovery and use of gases quite difficult. The carbonization gases contain approximately 40% of the energy content of wood, and the large production of charcoal in the Minas Gerais state can represent a considerable energy potential. The objective of this work is to assess the possibility of recovering the energy of the gases produced during wood carbonization in a "Lambiotte" type reactor (retort). Since these reactors operate continuously, they allow better use of wood energy through a gas recovering system that uses part of the gas energy in the charcoal production process itself and part for electricity generation. The carbonization reactor considered can produce 20 tons of charcoal per day, besides making available up to 0.84 of thermal power in the residual gases. For converting the gases’ energy into electricity, two technologies were analyzed: a conventional steam Rankine cycle and an Organic Rankine Cycle (ORC), which presented efficiencies of 9.5% and 17.7%, respectively. The economic analysis indicated the steam Rankine Cycle as the most viable technology for the case under study, where it is estimated a specific generation of 130 kWh per ton of charcoal, considering a gravimetric yield of 33%. The analysis also considered a charcoal gravimetric yield of 42%, which resulted in a specific electricity production of 62 kWh per ton of charcoal. Continuous carbonization technology proves to be quite effective for large-scale charcoal production. In addition to producing better quality and more homogeneous charcoal, it manages to provide the full use of the energy contained in the wood with the generation of electric energy through the surplus gases of the process. The emission of highly polluting gases, such as CH4 and CO, is eradicated with the burning of the residual gases, thus avoiding one of the greatest problems of this industrial sector, the emissions of greenhouse gases. |
Palavras-chave: | Carbonização contínua Carvão vegetal Geração de eletricidade Biomassa Pirólise lenta Recuperação de energia |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA::ENGENHARIA DE ENERGIA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Itajubá |
Sigla da Instituição: | UNIFEI |
metadata.dc.publisher.department: | IEM - Instituto de Engenharia Mecânica |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia de Energia |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3854 |
Data do documento: | 15-Mar-2023 |
Aparece nas coleções: | Dissertações |
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