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Análise técnico-econômica do aproveitamento dos gases residuais da carbonização contínua de madeira para a geração de eletricidade

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dc.creator SANTOS, Paulo Henrique Melo
dc.date.issued 2023-03-15
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3854
dc.description.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. pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Carbonização contínua pt_BR
dc.subject Carvão vegetal pt_BR
dc.subject Geração de eletricidade pt_BR
dc.subject Biomassa pt_BR
dc.subject Pirólise lenta pt_BR
dc.subject Recuperação de energia pt_BR
dc.title Análise técnico-econômica do aproveitamento dos gases residuais da carbonização contínua de madeira para a geração de eletricidade pt_BR
dc.type Dissertação pt_BR
dc.date.available 2023-07-18
dc.date.available 2023-07-18T14:44:34Z
dc.date.accessioned 2023-07-18T14:44:34Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/8009422724672610 pt_BR
dc.contributor.advisor1 VENTURINI, Osvaldo José
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/2975606575001382 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 LORA, Electo Eduardo Silva
dc.contributor.advisor-co1Lattes http://lattes.cnpq.br/5479717772667720 pt_BR
dc.description.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. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IEM - Instituto de Engenharia Mecânica pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia de Energia pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA::ENGENHARIA DE ENERGIA pt_BR
dc.relation.references SANTOS, Paulo Henrique Melo. Análise técnico-econômica do aproveitamento dos gases residuais da carbonização contínua de madeira para a geração de eletricidade. 2023. 122 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Energia) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 20023. pt_BR


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