Dimensionamento e Análise Termoeconômica de um Gaseificador de Leito Fixo para Produção de Syngas de Pneus Usados

Abstract

O descarte de pneus usados de forma incorreta tem sido uma problemática no cenário ambiental e energético atual. Classificado como resíduo perigoso e de difícil eliminação devido a sua resistência biológica e química, os pneus usados tem sido objeto de estudo dos pesquisadores para os principais processos termoquímicos de conversão de energia como a pirólise e a gaseificação, a fim de reduzir o impacto causado e desenvolver produtos de relevante valor energético agregado. Esta dissertação de mestrado visa o estudo da gaseificação de pneus usados, por meio da aplicação de modelos de equilíbrio químico para predição da composição do syngas produzido e da temperatura ótima de reação para diferentes razões de equivalência. Com tais dados, é feito o dimensionamento do sistema de gaseificação que envolve o gaseificador de leito fixo, do tipo downdraft com garganta e um sistema de limpeza e acondicionamento do syngas, com equipamentos como ciclone, trocadores de calor, filtro de mangas, lavador de gás e um condensador. Por fim, é realizada uma análise exergética do processo com todos seus fluxos, além de uma análise termoeconômica a partir das frações de incremento exergético visando a determinação do custo de produção do syngas de pneus usados e o custo de manufatura exergético. Uma análise de sensibilidade também é desenvolvida, variando alguns parâmetros como as horas de operação de uma planta por ano, custo do pneu e investimento nos equipamentos, para determinar como estes parâmetros interferem no custo de produção do syngas e no custo de manufatura exergético. A eficiência a frio do gaseificador é dada por 35,6% e a eficiência a quente é dada por 62,22%, um pouco abaixo do esperado. Contudo essa queda na eficiência pode ser devido ao fato de o PCI do pneu usado ser mais elevado que o PCI de biomassas lenhosas, com as quais elevadas eficiências podem ser obtidas. Por fim, foi calculado um custo de produção médio do syngas entre 0,05 e 0,06 US$/kWh, e entre 32 e 42 US$/h para o custo de manufatura exergético, a depender da taxa de juros e do período de amortização, para a taxa de alimentação de 200 kg/h. A variação no custo de aquisição do pneu foi o parâmetro que mais interferiu no custo de produção do syngas.