Preliminary study for the suitability of eucalyptus chips and coal for combustion in a fluidized bed reactor

Angenor Geovani Auler; Matheus Vilares Mem de Sá; Paulo Eichler; Jaqueline Lidorio de  Mattia; Guilherme Silva; Guilherme de Souza; Fernando Almeida Santos

doi:10.4336/2020.pfb.40e201801739

Autores

Angenor Geovani Auler Universidade Estadual do Rio Grande do Sul https://orcid.org/0000-0002-5966-5504
Matheus Vilares Mem de Sá Universidade Estadual do Rio Grande do Sul http://orcid.org/0000-0001-5730-7343
Paulo Eichler Universidade Estadual do Rio Grande do Sul http://orcid.org/0000-0002-7833-4479
Jaqueline Lidorio de Mattia Universidade Estadual do Rio Grande do Sul http://orcid.org/0000-0001-7095-1395
Guilherme Silva Universidade Estadual do Rio Grande do Sul http://orcid.org/0000-0001-8231-6938
Guilherme de Souza Fundação de Ciência e Tecnologia https://orcid.org/0000-0001-5487-7973
Fernando Almeida Santos Universidade Estadual do Rio Grande do Sul http://orcid.org/0000-0002-2893-7853

DOI:

https://doi.org/10.4336/2020.pfb.40e201801739

Palavras-chave:

Fluidized bed reactor, co-combustion, fluidization, energy potential

Resumo

A combustão com reatores de leito fluidizado tem como principais vantagens o melhor aproveitamento energético de materiais combustíveis e uma menor geração de poluentes. O sucesso da fluidização depende das características das partículas que compõem o leito. O objetivo deste trabalho foi avaliar e caracterizar o potencial energético e as curvas de fluidização em leitos fluidizados formados por misturas binárias de cavacos de eucalipto + areia e carvão mineral + areia. Realizaram-se as seguintes análises e etapas: 1) caracterização física dos materiais; 2) caracterização química de materiais combustíveis; 3) análise termogravimétrica dos combustíveis; 4) determinação das curvas de fluidização e velocidade mínima de fluidização para um leito polidisperso. Foi obtido poder calorífico inferior de 19,15 MJ kg^-1 para o cavaco de eucalipto e 10,1 MJ kg^-1 para carvão. O aumento da porcentagem de biomassa na mistura causou queda de pressão no leito, indicando a formação de caminhos preferenciais e a necessidade de aumentar a velocidade do fluido. A fluidização de cavacos de eucalipto e carvão pode ser viável para aplicação em um processo de leito fluidizado borbulhante, motivando futuros estudos teóricos e experimentais envolvendo esta metodologia no desenvolvimento de tecnologias limpas e sustentáveis.

Downloads

Não há dados estatísticos.

Biografia do Autor

Angenor Geovani Auler, Universidade Estadual do Rio Grande do Sul

http://lattes.cnpq.br/7433139604054003

Matheus Vilares Mem de Sá, Universidade Estadual do Rio Grande do Sul

http://lattes.cnpq.br/1597168234771290

Paulo Eichler, Universidade Estadual do Rio Grande do Sul

http://lattes.cnpq.br/6812108069726127

Jaqueline Lidorio de Mattia, Universidade Estadual do Rio Grande do Sul

http://lattes.cnpq.br/3626254710800402

Referências

ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 8289 (MB 1891): carvão mineral: determinação do teor de cinzas. Rio de Janeiro, 1983a.

ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 8290 (MB 1892): carvão mineral: determinação do teor de matérias voláteis. Rio de Janeiro, 1983b.

ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 8293 (MB 1893): carvão mineral: determinação de umidade. Rio de Janeiro, 1983c.

ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 8299 (MB 1899): carvão mineral: determinação do carbono fixo. Rio de Janeiro, 1983d.

ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 8628 (MB 2063): carvão mineral: determinação do poder calorífico superior e do poder calorífico inferior. Rio de Janeiro, 1984.

Abreu, S. M. C. Avaliação de tecnologias de leitos fluidizados a partir da análise dos pedidos de patentes. Cadernos de Prospecção, v. 8, n. 3, p.522-529, 2015. http://dx.doi.org/10.9771/s.cprosp.2015.008.058.

AGEFLOR. Associação Gaúcha de Empresas Florestais. A indústria de base florestal no Rio Grande do Sul: ano base 2015. Curitiba: Consufor, 2016. 96 p. Available from: <http://www.ageflor.com.br/noticias/wp-content/uploads/2016/09/AGEFLOR-DADOS-E-FATOS-2016.pdf>. Access on: 30 Aug. 2017.

AGEFLOR. Associação Gaúcha de Empresas Florestais. A indústria de base florestal no Rio Grande do Sul: ano base 2016. Curitiba: Consufor, 2017. Available from: <http://www.ageflor.com.br/noticias/wp-content/uploads/2017/08/A-INDUSTRIA-DE-BASE-FLORESTAL-NO-RS-2017.pdf>. Access on: 05 Sept. 2017.

Anuário mineral brasileiro. Brasília, DF: Departamento Nacional de Produção Mineral, v. 35, 2010. Available from: < http://www.anm.gov.br/dnpm/paginas/anuario-mineral/arquivos/anuario-mineral-brasileiro-2010>. Access on: 2 Sept. 2017.

Bada, S. O. et al. Characterization and co-firing potential of a high ash coal with Bambusa balcooa. Fuel, v. 151, p. 130-138, 2015. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2015.01.068.

Basu, P. Combustion and gasification in fluidized beds. [S.l.]: Crc Press, 2006. 496 p.

Basu, P. & Zhi-Gang, P. Prediction of minimum fluidization velocity for binary mixtures of biomass and inert particles. Powder Technology, v. 237, p. 134-140, 2013. http://dx.doi.org/10.1016/j.powtec.2013.01.031.

Bioetanol de cana-de-açúcar: energia para o desenvolvimento sustentável. Rio de Janeiro:BNDES, 2008. 316 p. Disponível em: <https://web.bndes.gov.br/bib/jspui/handle/1408/2002>. Access on: 14 Agu 2019.

Brasil. Ministério de Minas e Energia. CGTE Eletrobras. Candiota. Available from: <http://cgtee.gov.br/UNIDADES/CANDIOTA>. Access on: 13 Aug. 2019.

Brasil. Ministério de Minas e Energia. Carvão Mineral. Portal Brasil. [2011]. Available from: <http://www.brasil.gov.br/infraestrutura/2011/11/carvao-mineral>. Access on: 3 Sept. 2017.

Chiba, S. et al. The minimum fluidization velocity, bed expansion and pressure-drop profile of binary particle mixtures. Powder Technology, v. 22, n. 2, p. 255-269, 1979. http://dx.doi.org/10.1016/0032-5910(79)80031-5.

Cocco, R. et al. Introduction to fluidization. Chemical Engineering Progress, p. 21-29, 2014. Available from: <https://www.aiche.org/sites/default/files/cep/20141121.pdf>. Access on: 14 Agu. 2019.

Dioguardi, F. & Mele, D. A new shape dependent drag correlation formula for non-spherical rough particles. Experiments and results. Powder Technology, v. 277, p. 222-230, 2015. http://dx.doi.org/10.1016/j.powtec.2015.02.062.

Eichler, P. et al. Produção do biometanol via gaseificação de biomassa lignocelulósica. Química Nova, v. 38, n. 6, p. 828-835, 2015. http://dx.doi.org/10.5935/0100-4042.20150088.

Geldart, D. Types of gas fluidization. Powder Technology, v. 7, p. 285-292, 1973. https://doi.org/10.1016/0032-5910(73)80037-3.

Geldart, D. Gas fluidization technology. New York: John Wiley & Sons, 1986.

Gomes, L. et al. Preliminary study of fluidization curves in polydisperse beds formed by a binary mixture of Raphanus sativus L. Husk and Sand. Oalib. Scientific Research Publishing, v. 4, n. 8, p. 1-10, 2017. http://dx.doi.org/10.4236/oalib.1103713.

Granados, D. A et al. Study of reactivity reduction in sugarcane bagasse as consequence of a torrefaction process. Energy, v. 139, p. 818-827, 2017. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2017.08.013.

IEA. International Energy Agency. World Energy Outlook 2016. Paris, 2016. 684 p. https://doi.org/10.1787/weo-2016-en.

IBÁ. Indústria Brasileira de Árvores. Relatório 2017. Brasília, DF, 2017. 80 p. Available from: <https://iba.org/images/shared/Biblioteca/IBA_RelatorioAnual2017.pdf>. Access on: 14 Agu. 2019.

Instituto Português de Qualidade. NP EN 1097-6: ensaios das propriedades mecânicas e físicas dos agregados: parte 6: determinação da massa volúmica e da absorção de água. Caparica, 2016. Available from: <https://lojanormas.ipq.pt/product/np-en-1097-6-2016/>. Access on: 05 Sept. 2017.

Kunii, D. & Levenspiel, O. Fluidization engineering. 2. ed. Saint Louis: Elsevier, 1991. 491 p.

Linhares, F. de A. de et al. Avaliação fluidodinâmica e co-combustão de resíduo de biomassa industrial em planta de bancada e planta piloto de leito fluidizado borbulhante In: FORUM INTERNACIONAL DE RESIDUOS SOLIDOS, 7., 2016, Porto Alegre. Anais. Porto Alegre: Instituto Venturi Para Estudos Ambientais, 2016. p. 1 - 10. Avaliable from: <http://www.firs.institutoventuri.org.br/images/T006_AVALIAÇÃO_FLUIDODINÃ‚MICA_E_COCOMBUSTÃO_DE_RESÃDUO_DE_BIOMASSA_INDUSTRIAL_EM_PLANTA_DE_BANCADA_E_PLANTA_PILOTO_DE_LEITO_FLUIDIZADO_BORBULHANTE.pdf>. Access on: 12 Sept. 2017.

Magdziarz, A. & Wilk, M. Thermal characteristics of the combustion process of biomass and sewage sludge. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, v. 114, n. 2, p. 519-529, 2013. https://doi.org/10.1007/s10973-012-2933-y.

Ngangyo-Heya, M. et al. Calorific value and chemical composition of five semi-arid mexican tree species. Forests, v. 7, n. 12, p. 58-70, 4 2016. http://dx.doi.org/10.3390/f7030058.

Patterson, R. K. Automated Pregl-Dumas technique for determining total carbon, hydrogen, and nitrogen in atmospheric aerosols. Analytical Chemistry, v. 45, n. 3, p.605-609, 1973. http://dx.doi.org/10.1021/ac60325a050.

Paudel, B. & Feng, Z. Prediction of minimum fluidization velocity for binary mixtures of biomass and inert particles. Powder Technology, v. 237, p. 134-140, 2013. http://dx.doi.org/10.1016/j.powtec.2013.01.031.

Pécora, A. A. B. et al. Prediction of the combustion process in fluidized bed based on physical-chemical properties of biomass particles and their hydrodynamic behaviors. Fuel Processing Technology, v. 124, p. 188-197, 2014. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2014.03.003.

Pereira, B. L. C. et al. Estudo da degradação térmica da madeira de Eucalyptus através de termogravimetria e calorimetria. Revista Árvore, v. 37, n. 3, p. 567-576, 2013. http://dx.doi.org/10.1590/s0100-67622013000300020.

Pereira, J. L. Análise da qualidade do gás de síntese produzido em gaseificadores de leito fixo co-corrente para potencial aplicação em microturbinas a gás. 2017. 65 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Energia) - Universidade Federal de Itajubá, Itajubá.

Phitsuwan, P. et al. Improvement of lignocellulosic biomass in planta: A review of feedstocks, biomass recalcitrance, and strategic manipulation of ideal plants designed for ethanol production and processability. Biomass and Bioenergy. v. 58, p. 390-405, 2013. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.08.027.

Rambo, M. K. D. et al. Analysis of the lignocellulosic components of biomass residues for biorefinery opportunities. Talanta. v. 144, p. 696-703, 2015. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2015.06.045.

Santos, F. et al. Bioenergia e biorrefinaria: cana-de-açúcar e espécies florestais. Viçosa, MG: Ed. UFV, 2013.

Seye, F. et al. Effect of humic and application at different growth stages of kinnow mandarin (citrus reticulata blanco) on the basis of physio-biochemical and reproductive responses. Academia Journal of Biotechnology, v. 1, n. 1, p. 046-052, 2013.

Shaul, S. et al. Typical fluidization characteristics for geldart´s classification groups. Particulate Science And Technology, v. 32, n. 2, p. 197-205, 2014. http://dx.doi.org/10.1080/02726351.2013.842624.

Silva, V. S. et al. Caracterização de resíduos gerados na colheita e no beneficiamento da macieira para fins energéticos em leitos fluidizados polidispersos. Estudos Tecnológicos em Engenharia, v. 12, n. 2, p. 45-67, 2018. http://dx.doi.org/10.4013/ete.2018.122.03.

Smolinski, A. et al. A comparative experimental study of biomass, lignite and hard coal steam gasification. Renewable Energy, v. 36, n. 6, p. 1836-1842, 2011. https://doi.org/10.1016/j.renene.2010.12.004.

Suksankisorn, K. et al. Co-firing of Thai lignite and municipal solid waste (MSW) in a fluidized bed: effect of MSW moisture content. Applied Thermal Engineering, v. 30, n. 17-18, p. 2693-2697, 2010. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2010.07.020.

UNFCCC. United Nations Climate Change. Annex 8: clarifications on definition of biomass and consideration of changes in carbon pools due to a CDM project activity. (UNFCCC/CCNUCC. EB 20 Report, Annex 8, p. 1). Available from: <https://cdm.unfccc.int/Reference/Guidclarif/mclbiocarbon.pdf>. Access on: 14 Agu 2019.

Van Loo, S. &; Koppejan, J. The Handbook of biomass combustion and co-firing. London: Earthscan Publications, 2010. 442 p.

Vaz Junior, Sílvio et al (Ed.). Biorrefinarias: cenários e perspectivas. Brasília, DF: Embrapa Agroenergia, 2011. 175 p.

Vaz Júnior, S. & Soares, I. P. Chemical analysis of biomass-a review of techniques and applications. Química Nova, v. 37, n. 4, p. 709-715, 2014. https://dx.doi.org/10.5935/0100-4042.20140111.