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Gasification of Biomass

Dr. Gerhard EttGasification Project Manager

IPT Innovation Directorate

Dr. Fernando Landgraf PRESIDENT

SIMPÓSIO NACIONAL DE BIOCOMBUSTÍVEL DE AVIAÇÃO13-14 DE SETEMBRO DE 2012

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Who we are

IPT - Institute for Technological Research of the State of São Paulo S.A.

One of the first applied R&D&I institutions in Brazil and the largest applied multipurpose R&D&I institution in Latin America

Linked to the State of São Paulo Secretariat for Economic Development, Science and Technology

IPT provides technological solutions to public and private companies and institutions

Biotechnology and Nanotechnology Buildings

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History 1899: creation of the Materials

Resistance Laboratory 1st IPT’s unit

1934: IPT is established

1960s: technical areas are restructured

Technical divisions, focused on engineering

Early 1970s: IPT improves is relationship with industries

Increasing R&D&I contracts with private companies

1975: creation of the Science, Technology and Culture Secretariat of the State of SP

currently Secretariat for Economic Development, Science and Technology

2005: technical areas are restructured

Focus on the needs of clients

2008/12: Modernization of IPT

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19791950

Aircraft Industry & Renewable Energy History

(Proalcool -Program: processes and products)Design and manufacturing of the first Brazilian airplanes

First cars running on ethanol (July 1979)

Flex Fuel technology

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Energy

Biomass gasificationBiomass gasificationFuel qualityFuel quality

Ethanol and biofuelsEthanol and biofuels

Oil and gas flowOil and gas flow

Corrosion & protectionCorrosion & protection

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12 technology centers40 laboratories103.523,00 m2 of built area240.000 m2 of total area

* in progress

Human Resources

Researchers 440

Technicians 400

Administrative support 260

Interns 175

Total 1275

Annual budget: R$ 205 million

IPT units in: São Paulo Franca

(individual protection equipment))

São José dos Campos*(composite materials)

Piracicaba*(biomass)

IPT TODAY

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Suggar-caneSaccharum officinarum

Martim Affonso de Souza que em 1532 trouxe a primeira muda de cana ao Brasil e iniciou seu cultivo na Capitania de São Vicente. Lá, ele próprio construiu o primeiro engenho de açúcar.

Fonte: http://www.portalsaofrancisco.com.br

2010, 650 Mt of sugarcane were harvested Each ton produces

150 kg of sugars 140 kg of bagasse 70 kg of straw in cane 70 kg of straw left in field 570 kg water

Availability of 90Mt (bagasse + straw) /yearSpread in 400 sugar-ethanol mills

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IPT R&D

• Enzimatic hidrolisys• Gasification (50 Specialist)

IPT

IPT

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Biomass Processes

Biochemical processes Thermochemical processes

Combustion Torrefaction (240oC) Pirolisis (400o C) Carvoejamento (500o C) Gaseification at 900oC

• Fluidized bed and Fixed bed Gaseification at 1200o C (Entrained flow)

Em cada um desses,Dezenas de alternativas

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Biomass Gasification

É queimar o bagaço e a palha com pouco oxigênio,• de forma autotérmica, de maneira a obter um gás,

contendo principalmente CO + H2.

Esse gás é reativo, Pode ser queimado numa turbina para gerar EE Pode ser reagido (syngas) e transformar-se em

• Biocombustíveis: biodiesel, metanol, etc• Bioprodutos: biopolímeros, amônia, hidrogênio.

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Alternativas tecnológicas da gaseificaçãodependem da alimentação

(For liquid and powder) (For powder)Entrained Flow Fluidized Bed

(mod

elo

Sie

men

s)Num maçarico confinado

Numa cama de areia

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Principais processos de gaseificação

Escolha depende de:

Qual a escala mais adequada?

Quais os produtos desejados?

150 kt/ano 1500 kt/ano

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Zhang (2010)

Ref: EVTE: Abraham Sin Oih Yu / IPT

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A aposta do IPT: a gaseificação por fluxo de arraste

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Products from Syngas

DROP IN

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Biomass EFG on the WorldProjeto Chemrec - Sweden Projeto Choren, Germany

Projeto BioTfuel - FrandeBioSyngas Project - Brazil

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COAL Gasification Plant in China

Shenhua Shell 1Mt coal/year oil products Shenhua GE 600kt coal/year PP+PE Shenhua Siemens 500 kt coal /year PP

GE

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SUGARCANE BIOMASS GASIFICATION PROJECTIPT - Institute for Technological Research

IPT

?

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IPT - Entrained flow gasifier specification

500kg biomass/h capacity 40bar – 1500 oC Preferentially “flex”: able to

gasify powder or bio-oil Oxygen blown heat recovery Gas composition targets:

80% (CO+H2) < 0,5% CH4 <1g tarr / Nm3 < 0,5%N2

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Why choose entrained flow gasification:

Large scale commercial plants for petrochemical waste and coal gasification.

Quality of generated gases: low tar and methane levels due to high operating temperatures (greater than 1300 °C) and high CO and H2 levels.

The ability to operate with liquid flows or low granulometry particulate materials (bio-oil and torrified grounded biomass).

High pressures and high power. The ability to remove molten ashes

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Gaseification at 40bar

Gasification Pressure5 bar 50 bar

Energia de bombeamento de alimentação 35.450 kg/h 0,03 MW 0,09 MWCompressão de oxigênio 21.120 Nm²/h 2,85 MW 4,97 MWCompressão de gás de síntese 100.000 Nm³/h 19,70 MW 0 MWTotal 22,58 MW 5,06 MW

O Consumo energético para processos de gaseificação feitos a baixa pressão é quatro vezes maior do que o consumo de energia para compressão de processos realizados a alta pressão, mostrando maior viabilidade econômica para o segundo caso.

FONTE: Higmann e Brugt (2007).

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Projeto BIOSYNGAS

EscopeProjetar, implantar e operar uma Unidade Piloto de Gaseificação de Biomassa para produzir “Syngas” na composição de H2:CO=2

ObjectiveObter conhecimentos científicos e tecnológicos de gaseificação de biomassa para projetar e implantar uma planta industrial de 300MWth, com capacidade de processamento de 120t/hora base úmida (50%) com Capex de USD360M Description

A Planta será composta por módulos de: secagem, torrefação, Moagem e Picador, Pirólise, Gaseificação, Shift e Limpeza (Remoção de sólidos e CO2)

Os módulos de secagem, torrefação, moagem e pirólise deverão poder operar de forma integrada ou independente dos posteriores, visando projetos em paralelo Plant Capacity Processamento de Biomassa: 1100-1300Kg/h (Base úmida 50%)

Produção de Syngas (H2:CO=2): 230-260Kg/h @ 40bar Potência gaseificador: 2,5MWth

.

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Partners

Parceiros

Financiamento

Apoio

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Gasification Biomass Process

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Localization Pilot Plant: Piracicaba / Estado de São Paulo

EsalqCTC

Dedini

Cosan

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Licença de Instalação - EmitidaResultado da Consulta

Nº da SD - 21016661 Data da SD - 24/11/2011Razão Social - INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS DO ESTADO DE SÃO PAULO S.A. IPTLogradouro - RODOVIA LAÉRCIO CORTE - SP 147Nº Complemento - KM 142+50 METROSBairro - VILA AREIÃO Município - PIRACICABA

CNPJ- Nº do Processo - 21/01456/11 Objeto da Solicitação -LICENÇA PRÉVIA E DE INSTALAÇÃONº Documento -21000905 Situação - Emitida Desde 07/02/2012

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Etapas

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Parâmetros dos Cenários 2020 - 2030

CenárioCusto de bagaço

(US$/ton)Taxa de

desconto

Preço de combustível

Brasil 2020-2030 (US$/litro)

Otimista 30 0,08 2,1Esperado 50 0,10 1,8

Pessimista 70 0,12 1,5REF: ABRAHAM YU / IPT

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Planta de Gaseificação de 323 MWth400 mtb/a Produção de FT Fuel; Eficiência Energética = 55%; Safra de 8 meses

TCI (M US$2010) VPL (M US$) ROI

Cenário otimista 388 358 185%

Cenário esperado 487 116 56%

Cenário pessimista 647 -53 -23%

TCI: Total Capital InvestmentREF: ABRAHAM YU / IPT

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Planta de Gaseificação de 647 MWth800 mtb/a Produção de FT Fuel; Eficiência Energética = 55%; Safra de 8 mesesEnergia elétrica requerida pela usina de cana: 21 MW

TCI (M US$2010) VPL (M US$) ROI

Cenário otimista 549 786 286%

Cenário esperado 689 334 114%

Cenário pessimista 917 -2 -1%

TCI: Total Capital InvestmentREF: ABRAHAM YU / IPT

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Quer saber mais? Save the date

Workshop Internacional sobre Gaseificação de Biomassa

Data: 17/09/2012 Local: Fapesp, São Paulo Organização: IPT Parte das comemorações de 50 anos da Fapesp. WWW.FAPESP.BR (GASEIFICAÇÃO)

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Contatos:

Dr. Gerhard Ett Gerente de Gaseificação - IPT gett@ipt.br +55 (11) 3767-4455

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