UTILIAZAÇÃO DA BIOMASSA NA INDÚSTRIA SIDERÚRGICA

Engº Sidney Pessoa

PROCESSOS PARA A FABRICAÇÃO DO CARVÃO VEGETAL

O carvão vegetal pode ser produzido por vários processos, que podem ser divididos em duas categorias: processos de forno, nos quais o calor necessário para manter o processo é fornecido pela queima de parte da madeira em carbonização, e processos de retorta, nos quais a madeira é transformada em carvão vegetal no interior de um reator fechado, usualmente uma torre alta, o calor necessário sendo fornecido por uma fonte externa. Os processos de retorta para a carbonização da madeira exigem o corte da madeira com um máximo de 25 cm de comprimento. Nos processos de forno a madeira é usualmente carregada em toras com até 2 m de comprimento.

Fornos de alvenaria “Retangulares” em operação: Poluição a vista… CO, CO2, H2, CH4, hidrocarbonetos gasosos e vapores de alcatrão , de metanol, de ácido acético e do licor pirolenhoso.

Somente metano, esses fornos liberam 45 a 50 Kg/t de carvão produzido.

PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA FONTE DE ENERGIA LIMPA E RENOVÁVEL.

Os processos de forno e os de retorta limitam o teor da umidade da madeira para um máximo de 30% (b.u.). Logo após o corte a madeira contem em média 50% de umidade (b.u). A madeira deve ser adequadamente empilhada ao ar atmosférico durante um período de 100 a 120 dias com a finalidade de reduzir a umidade da madeira da faixa de 50 para a de 30% de umidade. Esse empilhamento envolve um custo de mão de obra e financeiro.

PROCESSOS PARA A FABRICAÇÃO DO CARVÃO VEGETAL

No Brasil somente o primitivo processo de forno tem sido usado na fabricação de carvão vegetal, que tem as seguintes desvantagens:Queima de parte da madeira enfornada para fornecer a energia necessária ao processo.Baixo rendimento gravimétrico.Baixa eficiência energética.Emissão de gases condensáveis muito prejudiciais ao meio ambiente.Tempo longo para o processo de carbonização, de 8 a 12 dias, produtividade baixa.Não aproveitamento dos constituintes gasosos combustíveis (condensáveis e não condensáveis) emitidos durante o processo.Controle do processo totalmente empírico, dependendo exclusivamente da habilidade do operador. Insalubridade.

Fornos de alvenaria chamados “Rabo Quentes” em operação: Poluição a vista… CO, CO2, H2, CH4, hidrocarbonetos gasosos e vapores de alcatrão , de metanol, de ácido acético e do licor

pirolenhoso.

Somente metano, esses fornos liberam 45 a 50 Kg/t de carvão produzido.

PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA FONTE DE ENERGIA LIMPA E RENOVÁVEL.

PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA FONTE DE ENERGIA LIMPA E RENOVÁVEL.

O PROCESSO DPC

Os conceitos básicos do processo DPC são:

1 – Utilização dos gases emitidos – condensáveis e não condensáveis – como uma fonte da energia necessária ao processo de carbonização.

 

2 – Utilização dos gases emitidos pela madeira em carbonização como um fluido térmico para a transferência de calor durante a fase endotérmica da pirólise.

 

3 – As funções de secagem da madeira, carbonização e resfriamento do carvão vegetal se processam simultânea e independentemente em no mínimo três reatores, ver figura ao lado. Os gases emitidos durante a pirólise, com um poder calorífico significativo, são queimados em uma câmara de combustão, onde geram gases quentes, que são transportados para o reator no qual se processa a secagem da madeira.

 

Qualquer reator pode desempenhar as funções de secagem, pirólise e resfriamento. O processo pode ser efetuado em mais de três reatores, dependendo da capacidade final desejada para a planta de carbonização. A figura no próximo slide mostra os conceitos do processo DPC aplicados a 10 reatores.

Figure 1

1

2

REACTORREACTOR

3 REACTOR 4 COMBUSTIONCHAMBER

5 HEATEXCHANGER

6

7

BURNERFANS

DPC BASI C DI AGRAM

1 3

4

6

7

5

D2

DRYI NG PYROLYSI S COOLI NG

7

P C7

PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA FONTE DE ENERGIA LIMPA E RENOVÁVEL.

O PROCESSO DPC

Na fabricação do carvão vegetal pelo processo DPC a madeira pode ser alimentada nos reatores com qualquer comprimento, de acordo com as conveniências do conjunto floresta – planta de carbonização. Já foram realizados ensaios com madeira de 5,7 metros de comprimento. O processo se caracteriza entre outros aspectos pela utilização dos gases emitidos pela madeira em carbonização como fonte de energia. Não há queima da madeira, o que aumenta o rendimento gravimétrico, isto é, a relação (kg de carvão vegetal) / (t de madeira seca). Os processos de carbonização da madeira disponíveis até hoje exigem madeira com um máximo de 30% de umidade (b.u.). Quando a madeira é derrubada na floresta a umidade é no mínimo 50%. Os gases emitidos durante a carbonização da madeira têm um conteúdo energético suficiente para secar a madeira com 50% de umidade, o que permite eliminar o ônus financeiro e de manuseio da madeira para a secagem ao ar atmosférico. Não há limitação da umidade da madeira no processo DPC. O carvão vegetal pode ser feito a partir de qualquer tipo de biomassa no processo DPC. Madeira, coco de babaçu, casca de coco, ossos, capim elefante e uma variedade de outras substancias podem ser utilizadas.

Planta DPC com 10 reatores interligados. Energia limpa.

PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA FONTE DE ENERGIA LIMPA E RENOVÁVEL.

O PROCESSO DPC

O equipamento é adequado para qualquer grau de mecanização e automação. Num desenvolvimento recente colocamos a madeira ou o capim elefante dentro da caçamba de um caminhão “roll on”. O caminhão transporta a biomassa na caçamba e a coloca dentro do reator. Findo o processo, o caminhão “roll on” retira a caçamba do reator, e a transporta para o silo onde o carvão vegetal é descarregado.  O processo pode ser interrompido após o período de secagem para a produção de madeira anidra, um combustível muito conveniente.

Caminhão tipo “roll on roll off” retirando container contendo produto acabado de um

reator DPC.

PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA FONTE DE ENERGIA LIMPA E RENOVÁVEL.

O PROCESSO DPC

As vantagens do processo DPC são:1 – Não há emissão de gases nocivos para a atmosfera.2 – Não é necessário serrar a madeira em pequenos toletes.3 – Não é necessário armazenar a madeira durante um longo tempo com a finalidade de reduzir sua umidade.4 – Rendimento gravimétrico mais elevado.5 – Custo de mão de obra inferior.6 –Controle preciso do processo de carbonização, o que permite obter carvão vegetal de acordo com as especificações do consumidor.7 – Uma significativa redução no custo da produção de carvão vegetal.8 – É um processo de elevada produtividade, o tempo de residência da madeira recentemente cortada é de aproximadamente 60 horas.9 – O custo de investimento expresso em reais por tonelada de carvão vegetal é inferior ao dos processos de retorta.10 – Trabalho seguro e salubre.

Plantação de capim elefante e o carvão produzido a partir dele sendo retirado do

reator DPC

PROCESSO DE ALTO RENDIMENTO PARA A CONVERSÃO DE BIOMASSA EM UMA FONTE DE ENERGIA LIMPA E RENOVÁVEL.

PRINCIPAIS NÚMEROS DOS TESTES

Carbonização da MadeiraTemperatura x Rendimento Gravimétrico e Carbono Fixo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Temperatura (0C)

Per

cen

tual

(%

)

Rendimento Gravimétrico

Carbono Fixo

(Fonte: Guide Technique de la Carbonisation - La Fabrication du Charbon de Bois. BRIANE, D. DOAT, J. - Édisud – 1985)

Premissa: Premissa: Duas empresas que possuem, cada uma, um alto forno operando com capacidade de produzir 120.000 toneladas de ferro gusa por ano, por questões estratégicas, resolvem ser auto-suficientes em carvão vegetal, seu termo-redutor. Elas pretendem alcançar esse objetivo em sete anos, através de implantação de florestas cultivadas em áreas degradadas e posterior carbonização da madeira obtida.

PEQUENO EXERCÍCIO ECONÔMICOPEQUENO EXERCÍCIO ECONÔMICO

Dados considerados

Floresta Carvão vegetal

Madeira Eucalipto Densidade 0,25 t/mdc

Densidade 0,85 t/st Consumo 0,70 t/tgusa

Umidade 50% (b.u.) C. fixo 72 %

Produtividade 400 st/ha

Tempo 7 anos

Elas necessitarão, cada uma, de aproximadamente 84.000 toneladas de carvão vegetal por ano.

PEQUENO EXERCÍCIO ECONÔMICOPEQUENO EXERCÍCIO ECONÔMICO

PEQUENO EXERCÍCIO ECONÔMICOPEQUENO EXERCÍCIO ECONÔMICO

Dados financeiros da florestas Dados financeiros da florestas considerados:considerados:

Tempo Custo anual

1º ano R$ 2.200,00/ha

2º ano R$ 440,00/ha

3º ano R$ 220,00/ha

4º ano R$ 220,00/ha

5º ano R$ 220,00/ha

6º ano R$ 220,00/ha

7º ano -o-

Corte e traçagem R$ 9,00/st

Transporte até forno e descarga R$ 10,46/st

PEQUENO EXERCÍCIO ECONÔMICOPEQUENO EXERCÍCIO ECONÔMICO

Nesse ponto uma das empresas faz a opção pela carbonização em fornos de alvenaria tradicionais, o chamado “Rabo Quente” a outra, por estar sendo pressionada pelo Ministério do Trabalho devido a insalubridade daquele processo, faz opção pelo “Processo DPC”.

Rabo Quente Processo DPC

0,30 tcv/tma ouRendimento gravimétrico

0,40 tcv/tma ou

51,00 tcv/ha 68 tcv/há

1.648 ha/ano Área necessária para plantio 1.235 ha/ano

658.824 st/ano Volume de corte e transporte 494.000 st/ano

4,7 tcv/mês.reator Capacidade de produção 75 tcv/mês.reator

1.490 fornos Quantidade necessária 94 reatores

R$ 600,00/forno Custo de implantação R$ 158.425,38/reator

5,12 Hh/tcv Mão de obra 1,80 Hh/tcv

R$ 4,32/Hh Custo da mão de obra R$ 7,00/Hh

50 Geração de CH4 0

0 Crédito de carbono 1.050 kg/tcv

PEQUENO EXERCÍCIO ECONÔMICOPEQUENO EXERCÍCIO ECONÔMICO

Tempo Valor inicial Valor corrigido

1º ano 908.600,00 2.654.164,12

2º ano 1.090.320,00 2.663.891,38

3º ano 1.181.180,00 2.413.715,69

4º ano 1.272.040,00 2.174.093,86

5º ano 1.362.900,00 1.948.269,38

6º ano 1.453.760,00 1.738.141,87

7º ano 1.544.620,00 1.544.620,00

Total 8.813.420,00 15.136.986,30

Como a empresa que fez opção pelo processo tradicional terá que plantar 413 ha/ano a mais que aquela que fez opção pelo processo DPC, ela terá os custos adicionais mostrados na tabela abaixo, que corrigimos a taxa de 1,5% ao mês, entre o plantio e a colheita:

GANHO TOTALGANHO TOTAL

Implantação

Economia no plantio da floresta 15.136.896,30

Economia em não construir fornos rabo quente 894.000,00

Total de economia 16.030.896,30

Custo de implantação do DPC 14.891.986,00

Economia na implantação 1.138.910,30

Operação

Economia na movimentação da madeira/ ano 3.207.475,04

Economia na mão de obra de operação 799.680,00

Total ano 4.007.155,04

Manutenção 100.800,00

Energia Elétrica 959.280,00

Total custo operacional 1.060.080,00

Ganho com crédito de carbono 1.800.000,00

Total do ganho anual 4.747.075,04

Quadro comparativo do custo gusa produzido a partir dos fornos rabo quente e DPC.

Descritivo Rabo Quente DPC

 

Valor unitário

Valorpor ton

Valor unitário

Valorpor ton

Consumo de madeira st/ton gusa 5,49 4,12

Consumo de carvão Kg/ton gusa 700  700 

Custo da madeira R$/st 24,10 132,31 24,10 99,29

Custo do corte da madeira R$/st 9,00 49,41 9,00 37,08

Custo carga/transporte/descarga da lenha até bateria R$/st 10,46 57,43 10,46 43,10

Custo carvoejamento R$/ton gusa 52,90 37,03 46,11 32,28

Total R$/ton de gusa   276,17   211,75

Total US$/ton de gusa (2,20 R$/US$)   125,53   96,25

OBRIGADO

Engº Sidney Pessoa