Conferência Internacional de Agroenergia.

Londrina, PR11, 12 e 13 de dezembro de 2006

Dr Patrick RoussetCirad/Ibama

Contato : patrick.rousset@cirad.fr

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Um organismofrancêsde pesquisaa serviçodos paísesdo Sul

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Uma cooperaçãofundamentada numa rede mundial.

Pesquisadores lotados a longo prazo

Cooperação regular na forma de missões

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Objetivos:

• Melhoramento e desenvolvimento dos processos energéticos mais eficientes (energia/meio ambiente) em função de cada contexto e matérias primas.

• Avaliação de recursos energéticas

O laboratório hoje: ...Com uma experiência forte no terreno dos processos de pirólise artesanal e industrial desde mais de 30 anos na África, Ásia e Europa.

• 10 pesquisadores (1 na África e 1 no Brasil / LPF/Ibama)• 3 técnicos • 3 pós-doutorados • 4 doutorados

Unidade de pesquisa UPR42

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Unidade de pesquisa : UPR42

Gaseificador piloto Reator de Pirólise vibrante e fluidizado

Reator de combustão

Gaseificação separada

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Unidade de pesquisa : UPR42

Reator de crakingtérmico

Reator de Pirólise sob pressão

Laboratórios de análises

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Palestra

Primeira parte: O mercado do carvão vegetal

Segunda parte: estado da arte das tecnologias da carbonização desenvolvidas na Europa

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O mercado internacional

Produção 1000.ton

ÁfricaNigéria

214903334

América NCUSA

1361982

América SulBrasil (~25%)

1498512680

Ásia 5566

EuropaFrança

42050

Mundo 43847

3%34%

13%1%49%

Africa America NC America Sul Asia Europa

Produção de CV no mundo em 2003: 44 mihões t (+ 7.7% na década)

(fonte: FAO yearbook of forest Products, 2005)

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O mercado internacional

Consumo 1000.ton

ÁfricaNigéria

213673319

América NCUSA

13621022

América SulBrasil

1493112688

Ásia 5600

EuropaFrança

66877

Mundo 43951

Consumo de carvão vegetal no mundo em 2003

(fonte: FAO yearbook of forest Products, 2005)

3%34%

13%2%48%

Africa America NC America Sul Asia Europa

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O mercado nacional

Produção e Consumo do carvão vegetal no Brasil (103 ton)

0

2 000

4 000

6 000

8 000

10 000

12 000

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005Anos

103

t

PRODUÇÃO CONSUMO TOTAL

Produção e consumo do CV no Brasil (103 t)

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(Fonte: Balanço Energetico Nacional (2006)

Consumo Nacional de carvão vegetal no Brasil

1%

8%

91%

RESIDENCIAL COMERCIAL PÚBLICO AGROPECUÁRIO INDUSTRIAL

(Fonte: Balanço Energetico Nacional (2006)

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Consumo Industrial de carvão vegetal no Brasil

0,7%

84,9%

10,1% 4,4%

CIMENTO FERRO-GUSA E AÇO FERRO-LIGAS NÃO-FERROSOS E OUTROS METAL.. QUÍMICA OUTROS

2006 103 t

Ferro-gusa

7436

Ferro-ligas

883

Outrosmetal

12

quimic 26outros 15

(Fonte: Balanço Energetico Nacional (2006)

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O mercado nacional

O Brasil :

• Maior exportador de aço do mundo (produtos semi-acabados)

• Nono produtor mundial de aço (31.6 milhões de toneladas, 2005)

• Setor siderurgico Brasileiro : 88 empresas, 121 alto-fornos, 93 fornos ferro-ligas

• Unico pais do mundo a manter uma siderurgia a carvão vegetal

• CV utilizado na produção nacional de 33% do ferro-gusa e 98% de ferro-ligas

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O mercado nacional

Vantagens e Desvantagens do uso do carvão vegetal como fonte de energia

Vantagens Desvantagens

Baixo Preço (US$100/ton)Alto poder calorificoEmissão Zero de CO2Estabilidade quimicaCombustão lentaCombustão sem fumaçaCombustão sem fumaçaInocuo, inodoro

Perda de energia na carbonizaçãoPolitica governamentalindefinidaPressão ambientalAumento da Demanda

Fonte: A produção de carvão, BH, MG, 2006

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Aplicações energeticas do Carvão Vegetal

Aplicaçoes Caracteristicas/uso

Secagem direta (agricultura) Lupulo, tabaco e outros prod.agric.

Secagem indireta (agric.) Combustivel de sistema de aquecimento central

Extração de metal (industrial) Redução dos minerais de oxydos em metalpuro: cobre, ferro

Briquetes combustivéis Combustivel de cocção (Churrasco)

Carvão ativado (ind./agri.) Pruficação de gases e agua

Combustivel (industrial) Fabricação de cal e cementoFabricação de cimento em fornos rotativos

Aquecimento domestico e cocção

Combustão sem fumaça, sem enxofreUsado em fogões para cocção e produção de agua quente

Combustivel de caldeira (vapor/eletricidade)

Baixo teor de enxofre, eletrificaçao, vaporindustrial

Fonte: A produção de carvão, BH, MG, 2006

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Contexto europeu e brasileiro bem diferente

Produção na França : residencial60 000 toneladas/ ano

Produção na Europa 400 000 t/ ano

Produção no Brasil :10.000.000 t/ano(800.000 t/ano = residencial)

Resíduos Plantações

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Palestra

Primeira parte: O mercado do carbono

Segunda parte: estado da arte das tecnologias da carbonização desenvolvidas na Europa

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Estado da arte das tecnologias da carbonização desenvolvidas na Europa.

I Combustão parcial• As tecnologias industriais

II Aquecimento externo• As tecnologias industriais

III Contato dos gases quente• As tecnologias industriais

IV P&D

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I - Combustão parcial: generalidades

• Processo mais antigo : • Princípio : Calor necessário à transformação da lenha

em carvão é obtido pela queima de parte da lenha colocada no forno

• Maioria dos processos artesanais e semi-industriais

1-vaporização da água2-radiação3- calor da carbonização4-gás+alcatrão5-carvão

Balanço energético de uma combustão parcial

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As tecnologias industriais : Fornos metálicos

Fornos metálicos industriais:

• Capacidade de produção : 2000t ate 5000t/ano• Descarregamento fácil• Recuperação e incineração dos gases• Utilização do calor para eletricidade ou secagem• Alcatrão para a química• Vida útil : 20 anos até mais• Possibilidade de apoio com informática

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Fornos em movimentoColetor incinerador

Vela para o descarregamento

descarregamento

movimento

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Fornos fixes: carbonização CML

Madeira:• 15.000 T•Umidade < 20%

• Modulo padrão : 12 fornos• Volume total : 200 m3

• Ciclo de carbonização : 24 h

Carvão: CF > 80%(3.000 T)

Finos(300 t)

Gás de pirólise (3MW)

comercialização Valorização energética

Matéria primas

Processo

Produção(330 dias)

Utilização

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Carbonização CML

Despoluição + bateria com 12 fornos / 2 módulos de produção (fonte Cirad)

Incinerador central

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Carbonização CML

armazenamento

Madeira cortada

Preparação da madeira

Carregamento

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Carbonização CML

Matéria prima

Carregamento

ignição

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Carbonização CML

Núcleo do incinerador

Forno Coletor central Coletor gás de Pirólise do forno

A despoluição

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Carbonização CML

Descarregamento e resfriamento

Corredor central entre duas linhas de fornos

Carvão quente

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Carbonização CML

Monitoramento da carbonização

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Carbonização CML

Análises realizadas pelo Cirad com relação a lei ambiental, 2006

Lígnea AB Lígnea CD Valores limitas das emissões

Temperatura fumaças (°C)

678 552

velocidade (m/s)Flux Nm3/hFlux Nm3 sec /h

12.937743209

11.940293503

Partículas (mg/Nm3 sec)Flux (kg/h)

138

0.44

97

0.34

100

si < 1 kg/h

COT (mg de C/Nm3 sec)Flux (kg/h)

94.1

0.302

29.6

0.104

110

si > 2 kg/h

COT (mg de C/Nm3 sec) (Anexe III)Flux (kg/h)

7.3

0.02

0.0

0.0

20

si > 0.1 kg/h

CO (mg/Nm3 sec) 250 2000

NOx (mg/Nm3 sec) 27 49 500

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Carbonização CML

1993

1997

1997

1999

1999

2000

2002

Realizações em funcionamento

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Estado da arte das tecnologias da carbonização desenvolvidas na Europa.

I Combustão parcial• As tecnologias artesanais• As tecnologias industriais

II Aquecimento externo• As tecnologias industriais

III Contato dos gases quente• As tecnologias industriais

IV P&D

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II - Aquecimento externo

• Processo recente• Processos industriais• Tecnologia geralmente cara (> 1000 000euros)• Carbonização “contínua” ou alternativa• Produção ate 6000t/ano

• VMR Carbofrance (França)

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VMR processo: Carbo France

Empresa CARBO FRANCE

• Segundo produtor de carvão na França com 10 000 t/ano

• Matéria prima : resíduos de serrarias e da indústria da madeira.

• Produção 7dias/7• 1994 : prêmio do meio ambiente e de tecnologias

limpas • Unidade de produção : 16 fornos.

• Processo sem poluição (líquido, gás, sólido)• Qualidade do carvão : NF-EN-1860-2

DIN 1749 (Alemanha)

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VMR processo: Carbo France

• O VMR processo é constituído de duas retortas (R1 & R2) e uma câmara central para a combustão

• O primeiro cilindro é carregado com madeira antes de se colocar na retorta R1. cada cilindro tem aproximativamente 4,5M3.

• O R1 é aquecido com combustível, seja gás ou diesel. Depois que a Pirólise é iniciada, os gases são coletados e queimados na câmara para produzir calor para o segundo cilíndro.

• A injeção de gás ou diesel, é suspensa. • Ao final, R1 é tirado para fora para

resfriamento e um outro cilindro com madeira nova é reinstalado.

• VMR e um processo alternativo• O tempo total da carbonização: 8-12

horas

1 Modulo VMR

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VMR processo: Carbo France

Armazenamento da madeira com

secagem ao ar livre Corte e limpeza da madeira antes da secagem artificial

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VMR processo: Carbo France

Enchimento dos tanques

Frente : resfriamento

Fundo :Módulos de produção

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VMR processo: Carbo France

Conector das fumaças da Pirólise

Câmara de combustãoVentilador

Monitoramento das temperaturas

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VMR processo: Carbo France

Abertura antes resfriamento

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VMR processo: Carbo France

Zona de resfriamento

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Estado da arte das tecnologias da carbonização desenvolvidas na Europa.

I Combustão parcial• As tecnologias artesanais• As tecnologias industriais

II Aquecimento externo• As tecnologias industriais

III Contato dos gases quente• As tecnologias industriais

IV P&D

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III Contato dos gases quente

• Processos industriais• Processo geralmente automatizado• Tecnologia cara (> 1500000euros Lambiotte)• Carbonização contínua• Produção até 2500-20000t/ano

• Carbonização batch :Forno Elevatório (França)• Carbonização continua: Lambiotte CSIR(Bélgica) e

SIFIC(França)

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Carbonisação em batch:Forno Elevatório

• 2 fornos• 8 tanques com volume aproximado de 7 m3

• 1 incinerador• Matéria primas : madeira contaminada

• Produção : > 2500 t/ano

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Esquema de tecnologia Sidenergie

Suporte

Madeira Madeira Madeira MadeiraCaldeira

Tampa

Tanque 7M3

Gás de Pirólise

Carbonisação em batch:Forno Elevatório

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Forno em carbonização descarregamento

caldeira

Tanque

Tampa

Foto do Forno Elevatório (fonte Cirad)

Carbonisação em batch:Forno Elevatório

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Zona de resfriamento

Tampa

Tanque

Forno 2Forno 1

Tanques em resfriamento

Incinerador

Zona de trabalho (fonte Cirad)

Carbonisação em batch:Forno Elevatório

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Carbonização continua:processo Lambiotte

O processo foi desenvolvido por várias empresas :Lambiotte, Lurgi, etc..

A Lambiotte retorta (SIFIC):• Retorta vertical com abastecimento por cima (1) e descarregamento por baixo (2)• Madeira transportada encima entra numa zona de pré alimentação.• A madeira passa por três zonas : secagem (2), carbonização (4) e resfriamento (5). A zona (3) e a zona de destilação dos gases.• O processo tem dois circuitos: o aquecimento para a secagem e a carbonização (8) e o resfriamento (9).

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Essa tecnologia permite a coleta dos gases condensáveis para valorização:• Os gases da pirólise são coletados em cima da retorta (7), a parte condensável é coletada (9) usando armadilha e scrubbers, quando os gases não condensáveis (9) são queimados na câmara de combustão• Uma parte dos gases é condicionada e re-injetada no meio da retorta para a secagem e a carbonização (8). • A outra parte é resfriada e injetada por baixo (9) da retorta para resfriar o carvão antes descarregamento (6).

Carbonização continua:processo Lambiotte

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Processo Lambiotte : CSIR (Bélgica) e SIFIC (França)

• CSIR :– 1500 até 2500t/ano– Automatizada– Injeção direta dos gases quente encima sem

incineração– Ausência de secador– Umidade da madeira < 22%

• SIFIC :– 5000 até 20 000t/ano– Automatizada – Injeção dos gases depois da incineração– Secagem da madeira– Valorização dos pirólenhosos por destilação

Carbonização continua:processo Lambiotte

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Processo Lambiotte : CSIR

2 fornos

• Localização: França

• Produção : 5500 t/ ano

Foto de tipo Lambiotte CSIR Bélgica,

(fonte Quirino W, Ibama)P.Rousset – Conferência Internacional de Agroenergia – Londrina (11-12-13/12/2006) 49

Processo Lambiotte: SIFIC

Vista aérea: Lambiotte SIFIC (fonte :Cirad)

Corte da madeira

Zona de secagem

Estocagem antes da secagem

Armazenamento da madeira bruta

1 fornoLocalização: FrançaProdução : 4500 t/ ano

Vista aérea

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Processo Lambiotte: SIFIC

Zona de carbonização – Zona de resfriamento (fonte Cirad)

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Estado da arte das tecnologias da carbonização desenvolvidas na Europa.

I Combustão parcial• As tecnologias artesanais• As tecnologias industriais

II Aquecimento externo• As tecnologias industriais

III Contato dos gases quente• As tecnologias industriais

IV P&D

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IV: P&D:Pirólise sob pressão

• Desenvolvimento de um reator de laboratório para estudo doimpacto da pressão e da temperatura na transformaçãotermoquímica da biomassa e dos resíduos densificados

• A carbonização sob pressão, consiste na utilização de uma das variáveis que influenciam diretamente na pirólise, particularmente sobre o rendimento e que normalmente era negligenciada.

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IV: P&D:Pirólise sob pressão

• Neste processo, a pressão age no controle da velocidade de escape da fase vapor A pressão permite que os componentes se repolimerizem no interior da madeira, formando novos compostos, fixando carbono e produzindo uma espécie de coque, o que resultará no aumento do resultado gravimétrico do processo.

• Otimização da utilização do recurso natural madeira, redução ainda a emissão de componentes líquidos e gasosos indesejáveis e que iriam normalmente servir de agentes poluidores.

• Um outro aspecto relevante da tecnologia da pirólise sob pressão é que o tempo de carbonização pode ser reduzido em até 100 vezes, como determinado por Antal, 1986 e Antal, 2003.

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IV: P&D:Pirólise sob pressão

Numazawa 2000, Cirad (França)

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IV: P&D:Pirólise sob pressão

Mesa Suporte Conjunto de Aquecimento Reator

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IV: P&D:Pirólise sob pressão

Conjunto de Aquecimento Reator Eletroválvula

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OBRIGADO PELA ATENÇÃO

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Conferência Internacional de Agroenergia.

Londrina, PR11, 12 e 13 de dezembro de 2006

Dr Patrick RoussetCirad/Ibama

Contato : patrick.rousset@cirad.fr