Conversão termoquímica de diferentes biomassas em leito fluidizado

Abstract

A crescente procura de novos recursos de energia aliada à preocupação de redução de emissões de poluentes, coloca a biomassa como um importante recurso a ser explorado. De entre as várias tecnologias, a conversão termoquímica, e em particular a combustão em leito fluidizado, apresenta-se como um processo importante a explorar, devido à sua eficiência e flexibilidade de aplicação. A combustão de biomassa em leito fluidizado é influenciada por fatores como, as condições de operação e características dos combustíveis. Neste contexto é necessário o conhecimento apropriado das características de vários tipos de biomassa que possam ser utilizados como combustível. Neste trabalho estudaram-se as características do efluente gasoso resultante da combustão de diferentes tipos de biomassa em leito fluidizado, em diferentes condições operatórias. Definiram-se como parâmetros de estudo, o tipo de biomassa, o seu pré-tratamento, a temperatura do leito e a estequiometria. Para isso, foram realizadas experiências de combustão na instalação de leito fluidizado borbulhante à escala piloto onde se comparou a composição do efluente gasoso em função de: i) efeito das características da biomassa, eucalipto e pinheiro, ii) efeito do pré-tratamento de biomassa, eucalipto-eucalipto lixiviado e pinheiro-pinheiro lixiviado, iii) efeito da temperatura do leito, 750ºC e 800ºC, e por fim iv) efeito da estequiometria (4 a 10%v gás seco, O2) para eucalipto e pinheiro. A monotorização da composição do efluente gasoso, em termos de concentração é feita na exaustão e para os seguintes gases: CO2, O2 CO, NO, NH3, CH4 e HCl. Verificou-se que durante a combustão de biomassa derivada de pinheiro a concentração de CO, NO, NH3, CH4 e HCl é inferiores ao observado para o caso do eucalipto. Por sua vez, o processo de lixiviação permite melhorar as características do combustível na medida em que se observou uma tendência para a diminuição da concentração de alguns compostos (NO, NH3) durante a combustão da biomassa sujeita a este tratamento. Relativamente ao efeito da temperatura, os resultados obtidos não permitem retirar uma conclusão inequívoca. De facto, observou-se que durante as experiências realizadas a uma temperatura mais elevada a concentração de espécies como o CO e o CH4 foi superior à observada a temperaturas mais baixas, o que não seria de esperar. No entanto, é importante referir que, durante as experiências com maior temperatura a estequiometria foi ligeiramente inferior, e portanto o efeito da estequiometria pode ter-se sobreposto ao efeito da temperatura. Relativamente ao efeito da estequiometria, verificou-se que o aumento do excesso de ar resulta numa diminuição das concentrações de espécies como CO, CH4, HCl e NH3 podendo assim concluir-se que a operação com estequiometrias mais elevadas resulta numa melhoria da eficiência do processo de combustão. A combustão de biomassa em leito fluidizado é condicionada por vários fatores, e o desafio que se coloca é o de compreender como se podem estabelecer condições operatórias que maximizem a eficiência do processo.

The increasing demand for new energy resources, coupled with the concern to reduce emissions of pollutants, launches biomass as one of the major resources to be explored. Among the various technologies, the thermochemical conversion, and particularly fluidized bed combustion, is presented as an important process to explore due to its efficiency and flexibility of application. Fluidized bed combustion is influenced by factors such as the operating conditions and the characteristics of the fuel. In this context it´s necessary to have proper knowledge of the characteristics of several kinds of biomass that can be used as fuel. In this work were studied the characteristics of the gaseous effluent derived from fluidized bed combustion with different types of biomass, in different operating conditions. Were defined as study parameters the type of biomass, its pre-treatment, the bed temperature and stoichiometry during combustion. To this end, experiments were conducted in a bubbling fluidized bed pilot scale installation to compare the composition of the combustion gases as a result of the following objectives: i) study the effect of biomass characteristics, eucalyptus and pine, ii) study effect of pre-treatment of biomass, eucalyptus-leaching eucalyptus and pine-leaching pine, iii) study of the effect of bed temperature, 750 ° C and 800 ° C, and finally iv) to study the effect of the stoichiometry (4 a 10%v O2) for eucalyptus and pine. The motorization of the composition of the gaseous effluent, in terms of concentration is made in the exhaust duct for the following pollutants: CO2, O2, CO, NO, NH3, CH4 and HCl. It was verified that, during the combustion of biomass derived from pine the concentrations of CO, NO, NH3, CH4 and HCl were lower than those observed in the combustion of eucalyptus. In turn, the leaching process improve the characteristics of the fuel, as it was observed a tendency to decrease the concentration of some compounds (NO, NH3) during the combustion of biomass subjected to this treatment. With regard to the effect of temperature, the obtained results don´t allow an evident conclusion. In fact, it was observed that, during the experiments with higher temperatures, the concentrations of species such as CO and CH4 are higher than those observed at lower temperatures, which wasn´t expected. However, it´s important to notice that during experiments with higher temperatures the stoichiometry was slightly lower, and therefore the stoichiometry effect may have overridden the temperature effect. Regarding the effect of stoichiometry, it was found that the increasing of the air excess results in decreased concentrations of species such as CO, CH4, HCl and NH3, which shows that operating with higher stoichiometries results on an improvement in the efficiency of the combustion process. The combustion of biomass in a fluidized bed is conditioned by several factors, and the challenge is to understand how to establish operating conditions that maximize the efficiency of the process.