Análise da qualidade do gás de síntese produzido em gaseificadores de leito fixo co-corrente para potencial aplicação em microturbinas a gás.

Abstract

O objetivo deste trabalho foi analisar o processo de gaseificação, considerando a operação do gaseificador com diferentes fluidos de gaseificação e as limitações do sistema de combustão das microturbinas a gás, para que se encontrasse o gás de síntese com Poder Calorífico Inferior (PCI) e conteúdo de hidrogênio que atenda os requisitos para o funcionamento estável de uma microturbina a gás. Em suma, buscou-se encontrar pontos de operação ótimos do sistema integrando o gaseificador e a microturbina. Estudos demonstram que a partir de um PCI de 8 MJ/Nm³ garante-se um funcionamento estável da microturbina, em potência reduzida, ao passo que quando utiliza-se um gás com poder calorífico de 11 MJ/Nm³ a mesma atinge condições de estabilidade muito próximas às condições atingidas quando alimentada apenas por gás natural. Em relação ao conteúdo de hidrogênio, combustíveis com concentrações volumétricas desse gás de até 35% podem ser utilizados nas microturbinas sem causar flashback, blowout e instabilidade dinâmica. Utilizou-se um modelo matemático de equilíbrio para gaseificador de biomassa tipo leito fixo co-corrente operando em regime permanente. Foram considerados três agentes de gaseificação sendo eles i) misturas de ar e vapor, ii) misturas de ar, vapor e oxigênio e iii) ar enriquecido com oxigênio. As simulações da operação do gaseificador para estes agentes de gaseificação foram realizadas para um intervalo da Relação de Equivalência (ER) de 0,20 a 0,40, uma Relação Vapor/Biomassa injetada (SB) de 0,4, 1,0 e 1,5 e a Pureza de Oxigênio (OP) assumindo valores entre 21% e 100%. Para cada caso, analisou-se a porcentagem volumétrica de H₂ e o PCI do gás, procurando gases que apresentassem tais características adequadas aos requisitos estabelecidos para a operação da microturbina: conteúdo de H₂ menor ou igual a 35% e PCI maior ou igual a 8MJ/Nm³. As duas situações que possibilitaram a melhor faixa de operação da microturbina foram: i) gaseificação com ar, oxigênio e vapor, para um OP=70% e SB=0,4, em uma faixa de ER de 0,20-0,37, com o PCI variando entre 10,2MJ/Nm³ e 8MJ/Nm³ e teor de hidrogênio entre 32% e 35% e ii) gaseificação com ar enriquecido com oxigênio para OP=70%, em uma faixa de ER de 0,20-0,40, com PCI variando entre 11,20 MJ/Nm³ e 8,53 MJ/Nm3 e teor de hidrogênio entre 30,31% e 33,31%. Nota-se que a gaseificação utilizando misturas de ar e vapor saturado como agentes de gaseificação não produz um gás que pode ser utilizado puro em microturbinas. Já a gaseificação com ar enriquecido com oxigênio na faixa de OP de 50 a 70% produz um gás de síntese em condições que satisfazem os requisitos de operação de tais equipamentos.