Avaliação do desempenho dum processo industrial de pirólise de biomassa

Abstract

O aproveitamento da biomassa como fonte de energia pode ser feito através da conversão termoquímica. A tecnologia de pirólise é um processo eficiente de conversão da biomassa para a produção de carvão vegetal. No entanto, ainda existem algumas limitações neste método, principalmente no que respeita às emissões dos gases poluentes produzidos durante o processo. Assim, é fundamental caracterizar os gases emitidos para atmosfera durante este processo. Como alternativa a este problema surgiu a hipótese de incorporar a valorização energética dos produtos gasosos obtidos ao longo do processo. O presente trabalho de estágio teve como principal objetivo caracterizar o desempenho do processo de pirólise de biomassa florestal num reator de leito fixo da empresa Ibero Massa Florestal S.A.. Para tal, realizou-se uma caracterização geral do processo, nomeadamente a caracterização de alguns parâmetros da biomassa, as condições operatórias e a caracterização do carbonizado, a monitorização dos produtos gasosos e posteriormente o cálculo dos balanços mássico e energético. Após a análise de vários processos, verificou-se que em média cada processo apresenta uma duração média de 10 horas e a câmara de pirólise atinge uma temperatura de pico na gama de 550ºC a 600ºC. Relativamente ao caudal volumétrico de gases de exaustão, verificou-se um caudal máximo de 0,50 m3/s quando se atinge a temperatura máxima na câmara de pirólise. Os resultados obtidos da análise efetuada aos gases de exaustão evidenciaram concentrações superiores de CO e CO2 na fase de pirólise e concentrações inferiores de O2. Quanto às partículas, verificou-se concentrações superiores quando o efluente gasoso atingiu valores máximos de CO e CO2. Quanto ao balanço mássico, constatou-se que os gases de pirólise são os reagentes que apresentam um caudal de carbono superior e nos produtos são os gases de exaustão. Do balanço energético realizado à instalação, verificou-se que cerca de 63% da energia produzida é perdida pelo sistema. A tecnologia utilizada pela empresa Ibero Massa Florestal S.A. demonstrou ser apropriada para produzir carvão vegetal, contudo necessita de mais otimização dos parâmetros operatórios de forma a tornar todo o processo mais eficiente a todos os níveis.

The use of biomass as an energy source can be done by thermochemical conversion. Pyrolysis technology is an efficient biomass conversion process used for charcoal production. However, there are still some limitations to this method, particularly with respect to the emissions of greenhouse gases produced during the process. Thus, it is essential to characterize the gases emitted into the atmosphere during this process. Energy recovery of the gaseous products obtained in the process has arisen as a possible solution to this problem. This aim of this work was to characterize the performance of the forest biomass pyrolysis process in a fixed bed reactor, located in the facilities of the Ibero Forest Massa S.A company. For this, there was a general characterization of the process, in particular, some parameters biomass, operating conditions and characterization of the carbonized material, monitoring of gaseous products and then calculation of the mass and energy balances. After analyzing various methods, it was found that, on average, each process has a duration of 10 hours and the pyrolysis chamber reaches a peak temperature in the range of 550ºC to 600°C. Regarding the volumetric flow rate of exhaust gases, there is a maximum flow of 0.50 m3/s when it reaches the maximum temperature in the pyrolysis chamber. The results obtained from the analysis performed on the exhaust gases showed higher concentrations of CO and CO2 in the pyrolysis stage and lower concentrations of O2. As to the particles, there are higher concentrations when the gaseous effluent reached maximum values of CO and CO2. As for the mass balance, the pyrolysis gases are the reagents, which have a higher carbon flow, and the products are the exhaust gases. From the energetic balance performed at the installations, it was found that approximately 63% of the energy produced by the system is lost. The technology used by the company proved suitable for the production of charcoal, but needs further optimization of the operating parameters so as to make the process more efficient at all levels.