biomassa energética, plantações florestais, biocombustíveis, segurança alimentar e novas...
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MADEIRA 2008 - Congresso Internacional de Desenvolvimento Econômico Sustentável da Indústria de Base Florestal e de Geração de Energia, 10 e 11 de Dezembro, Hotel Plaza São Rafael, Porto Alegre, RS.TRANSCRIPT
RM Materiais Refratários
Daltro G. Pinatti1, Álvaro G. Soares2, Rosa A. Conte1, Érica L. Romão2, Isaías de Oliveira2, João C. Ferreira2, Maria L. G. Pereira1, Rosângela L.
Resende2
1- Departamento de Engenharia de Materiais, DEMAR/EEL-USP - Cx.Postal 116CEP12600-970 - Lorena/SP-Tel. (12) 3159.9902– Fax (12) 3153.3006
e-mail: [email protected] - R.M. Materiais Refratários Ltda. - Av. Dr. Léo de Affonseca Netto, 750
CEP12605-720 - Lorena/SP – Tel/Fax. (12) 3157-4244e-mail: [email protected]
PROBEMPROBEMPrograma Biomassa – Energia – Programa Biomassa – Energia –
MateriaisMateriaisRefinaria de BiomassaRefinaria de Biomassa
Av. Dr. Léo de Affonseca Netto n°750 Jd. Novo Horizonte – Lorena / SP
CEP: 12605-720 Fone/Fax: (12)3157-4244 E-mail: [email protected]
02-12-08
4º Congresso Internacional de Desenvolvimento Econômico Sustentável da Indústria de Base Florestal e de Geração de
Energia
Hotel Plaza São Rafael – Porto Alegre/RS
10 e 11 de Dezembro de 2008
Tecnologias RM – Materiais Refratários Tecnologias Clientes e Outros Fornecedores
Alimento/Etanol
Casca
Coleta e Transporte
de BiomassaDispersa
Madeira,Resíduo de
Reflorestamento
Palha
Cana/Arroz/Milho
2–ETPh/AL*
LíquidosÁgua
SólidosCelulignina
4 - CBT-Conversão de Baixa
Temperatura
Lodos
8 - Caldeira de Leito Fluidizado (Ciclo
Vapor)
10 – CC-Ciclo Combinado
Motogerador - Óleo CBT + Syngas ou Turbina
Syngas
7 - Calcinação VIA - Sílica pura: Borrachas e Pneus; Tintas; Vários usos da Sílica;VII- Silício Grau Metalúrgico, Solar e Eletrônico; Energia Fotovoltaica;
3- Furfural:Reator
+Destilaria
5 - Hidrólise, Esterificação e
Hidrogenação de Óleos
11-Tecnologia GTL-Gas toLiquid (Fischer Tropsch)
PneuLodosGraxariasDejetosVinhaça SecaTortas, Farelos
VIB - Sílica Fly Ash; Cinza Nonamétrica: • CAD-Concreto de Alto Desempenho; • Cerâmicas.
Óleo CBT
VB - Biodiesel.
IVA-Carvão Vegetal; Peneiras moleculares.IVB - Negro de Fumo Recuperado.VA - Óleos (alifáticos, Aromáticos).
VIII - Energia Elétrica.IX - Combustíveis: Metanol; Diesel Verde; DME; Querosene; Óleos; Lubrifican- tes; H2
X - Produtos. Químicos: Amônia e Uréia.
III - Gesso Agrícola com Fertilizante NPK e micronutrientes Mo, B, S, Zn e outros.
II - Furfural:- Refinaria de Petróleo:
• Extratante de Óleo;- Álcool Furfurílico:
• Resinas, Polímeros, Solventes.- Nematocidas.
Gás quente
Esmagamento
6-Secagem
Lixo
9 - ReformaAutotérmica
Syngas
* – ETPh/AL: Estação de Tratamento de Pré-hidrolisado e Água de Lavagem
Óleo Vegetal
Sementes
XI - Álcool de Hemicelulose, Celulose e Lignina.
CruSintético
IA – Celulignina (granel, pó e peletas).
1B-Hidrólise Enzi-mática (ou ácida)
12- FermentaçãoAlcoólica
Bactéria anaeróbica
sacaromice
IB - Ração animal.Complemento p/ Ração Animal 58%
de Digestibilidade (NDT)
BIOMASSAS 12 - TECNOLOGIAS XII - CLASSES DE PRODUTOS BÁSICOS
Matriz do PROBEM®-Programa Biomassa - Energia - Materiais Refinaria de Biomassa-RB:
XII - Silicato de Sódio (Detergente); Zeolitas.
Síntese Hidrotérmica
Bacté
ria
En
gen
heir
ad
a
1A-Reator dePré-hidrólisee Reuso do
Pré-hidrolisado
Sílic
a F
ly A
sh
CC
Óleo CBT
Vista Geral da GEEA - Geradora de Energia Elétrica Alegrete Ltda e SBS - Sílica Brasil Sul Ltda. – Alegrete-RS
9
21
3
4 5 6
7
810
11
12
1 - Moega de
Descarga
Casca Externa
2 - Casca da Pilecco
Nobre & Cia
3 – Silo CAZ (futuro)
4 – Silo CAZT
5 – Calcinação
6 – Caldeira HBFS-
12t/h – 10kgf/cm²
7 – Termoelétrica
(em instalação)
8 – Pré-Hidrólise
9 - Desague; Casa da
Química.
10 - ETPh/AL
11 -
Desmineralizadora
12 - Reuso Ph
Posição Horizontal de Processamento
Posição Inclinada de Descarga da Celulignina
REATOR DE PRÉ-HIDRÓLISEREATOR DE PRÉ-HIDRÓLISE30m³; 90TBS/dia; 170°C ; 8 kgf/cm²
S3
Lignina Celulose 0,8 %m Hemicelulose 5,2 %m
S1
Lignina 10,5 %m Celulose 6,1 %m Hemicelulose 3,7 %m
S2
Lignina 9,1 %m Celulose 32,7 %m Hemicelulose 18,4 %m
P e ML Lignina 8,4 %m Celulose 0,7 %m Hemicelulose 1,4 %m
(c) – Maçarico de Celulignina(b) – Microvulcões na
parede interna da fibra de celulose
(a) – Estrutura da Parede Celular das Biomassas
•Lodo Típico: 30% Proteína, 30% lipídios,
30% carboidratos e 10% de cinzas;
•Biomassa: 71% carboidratos, 20% lignina,
2% proteínas, 3% lipídios, 4% cinzas;
•Processo termo-catalítico: 280ºC a 450ºC;
•Meio reacional hermético: ausência de O2;
•Manutenção das ligações homogêneas: C—
C;
•Ruptura das ligações heterogêneas: C—S,
C—N, C—P, C—O, C—Cl, Cl—O, N—O, S—O;
•Proteínas e lipídios formam : óleo e carvão;
•Carboidratos formam: carvão;
•Injeção de H2 aumenta o teor de óleo e
diminui o teor de carvão
Conversão em BaixaTemperatura-CBT
- ( CO2 , H2O, NH3
H2S, HCl )
Lodos ouBiomassa
(1t)
Lodo, tortas, excrementos e
pneus
Óleo Carvão
Óleo Graxo + Carvão
(0,20t ou 0,10t) (0,55t)
- (Gases Não Condensáveis: 0,25t ou 0,35t)
CaHbOcNdSeClf CmHn + CxHyOz
Caldeira de Leito Fluidizado
Coletor de saída devapor superaquecido
Duto de Gases da Caldeira ao Pré-aquecedor
Purga gás para Secagem da Celulignina (240°)
Retorno do gás desecagem da celulignina
Buckstay
Pré-aquecedor de ArDuto de Ar para o Leito Fluidizado
Superaquecedor Primário
SuperaquecedorSecundário
Chaminé
Eix
o Y
Eix
o Y
Tubulão de Vapor
Caldeira Leito Fluidizado da Geradora de Energia Elétrica Alegrete Ltda e SBS - Sílica Brasil Sul Ltda. – Alegrete-RS
Vista Frontal Vista Traseira
11 – Grupo Moto Gerador Estacionário Motor Diesel de Dois
TemposBaixa Velocidade
MAN B&WVeloc. r/min Tipo Motor
102.9-103.4
107.1-109.1
107.1-109.1
150
176.5-180
187.5-189.5
211.8-214.3
K98MC-S
K90MC-S
K80MC-S
K60MC-S
K50MC-S
K42MC-S
K35MC-S
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Potência do Motor MW
Eficiência Térmica %
20
25
30
35
40
45
50
55
]1 5 10 50 100 500Capacidade da Unidade (MW)
Uma Comparação da Eficiência da Unidade Típica, baseada na ISO 3046/1986
Turbina a Gás
Turbina a Vapor
Motor Diesel de Média Velocidade
Motor Diesel Baixa VelocidadeCiclo Combinado
com Turbina a Gás
50 – 60 Hz
Motor Diesel de Dois Tempos Baixa Velocidade
Veloc. r/min
50 – 60 Hz Tipo Motor
102.9-103.4
107.1-109.1
107.1-109.1
150
176.5-180
187.5-189.5
211.8-214.3
K98MC-S
K90MC-S
K80MC-S
K60MC-S
K50MC-S
K42MC-S
K35MC-S
10 20 30 40 50
60
70 80 90 100Potência do Motor MW
Potências Eletricas no Ciclo Combinado Motogeradores MAN B&W Dois Tempos e Baixa Velocidade + Caldeira com Combustível Suplementar
0
Motogerador
CaldeiraLeito
Fluidizado
TotalCiclo
Combinado
40,68-79,52
75,55-147,68
116,23-227,20
23,87-57,84
44,33-107,42
68,20-165,26
18,83-40,68 34,97-75,55 53,80-
116,23
12,46-27,72 23,14-51,48 35,60-79,20
7,98-20,30 14,82-37,70 22,80-58,00
5,95-12,84 11,05-23,85 17,00-36,69
3,57-7,74 6,63-14,37 10,20-22,11
MAN B&W
1 CBT 200 TBS/dia = 12,12MW; 2CBT200TBS/dia = 24,25MW. (Óleo + Carvão)2 Ph 30m³ (180TBS/dia) = 11,44MWe; 1 Ph 180m³ (540TBS/dia) = 39,31MWe; 2 Ph 180m³ (1080TBS/dia) =
68,63MWe(Celulignina/Syngas)
CB
TC
BT +
Pré
-hid
rólise (
Ph
) +
S
yn
gas
Geração dosCombustíveis
Espaçamento Agro ou Silvo-Pastoril
3 - ANÁLISE TÉCNICO ECONÔMICA - PRÉ-HIDRÓLISE + TERMOELÉTRICA – (RFR) - 132,70MW
Pré-hidrólise 2 reatores de 180m³ - 540TBS/dia cada + Termoelétrica de Ciclo Combinado; 2 Turbinas Syngas GELM6000(AD) - 36,5MW cada; 2 Caldeiras / Turbina a Vapor 65kgf/cm²; 120tV/h; 29,85MW cada
INFORMAÇÕES TÉCNICAS 330dias/ano US$1,00 = R$ 1,70 Unidade Diário Anual
Tipo de Biomassa: RFR Biomassa: Seca: TBS 1.080 356.400Teor de umidade: 35% Úmida: t 1.662 548.308Celulignina 80% da biomassa seca t CL 864 285.120
Pré-hidrolisado: Aplicação Gesso Agrícola Quantidade: t 3,46 1.140Açúcar C5+C6 t 190,1 62.737
Combustível Celulignina tCL 943,73 311.430Biomassa TBS 487,09 160.741
INVESTIMENTOS: Moeda R$ % Valor
Equipamentos:
Reator de Pré-hidrólise 2 reatores de 180 m³ - 540 TBS/dia 6,9% R$20.774.910Conjunto de Tancagem para Reuso do Pré-hidrolisado 0,5% R$1.654.121ETPh / AL - Estação de Tratamento de Pré-hidrolisado e Água de Lavagem 0,1% R$433.053Desmineralização da Água 0,4% R$1.063.472Sistema de Tubulação, Válvulas e Bombas 0,2% R$470.400Conjunto de Secadores de Celulignina 0,6% R$1.837.117Conjunto de Movimentação de Biomassa 0,7% R$2.030.000Conjunto de Painéis de acionamento e Automação 0,5% R$1.500.000 Sub-total Pré-hidrólise 9,9% R$29.763.073Gerador de oxigênio (Pressure Swing Adsorption ou Criogenia) 15,4% R$46.385.400Reforma Auto-Térmica Pressurizada 1,9% R$5.740.000Compressor Syngas 1,0% R$3.165.800Turbina Syngas GELM6000(AD) / Gerador Elétrico 30,5% R$92.000.000
73,00 MWe $1.187 /kW Sub-total Ciclo Syngas 48,8% R$147.291.200
Caldeira Leito Fluido - 65kgf/cm² - 120tV/h 7,2% R$21.724.710Turbina a Vapor de Extração e Condensação + Condensador 8,8% R$26.460.926Gerador elétrico 10,7% R$32.345.971Torre de Resfriamento 2,1% R$ 6.202.721Filtro Manga 1,8% R$ 5.419.853
59,70 MWe $908 /kW Sub-total Ciclo Vapor 30,6% R$ 92.154.181
Instalações:
Transporte / Montagem serviços 1,8% R$5.424.264Elétricas material e mão de obra 1,8% R$5.282.843Aterramento material e mão de obra 0,0% R$141.421Hidraúlicas material e mão de obra 1,8% R$5.282.843Ar comprimido material e mão de obra 0,1% R$169.706
Sub-total Instalações 5,4% R$16.301.076Obras Civis: Sub-total Obras Civis 5,3% R$16.081.061
132,70 MWe $1.337 /kW TOTAL 100,0% R$301.590.591
Contingências 2,0% R$6.031.812Capital de Giro 2,0% R$6.031.812
Investimento Total ( IT ) R$313.654.215
Investimento Próprio ( IP ) 20,0% R$62.730.843Investimento Financiado ( IF ) 80,0% R$250.923.372
Cont. 3 - ANÁLISE TÉCNICO ECONÔMICA - PRÉ-HIDRÓLISE + TERMOELÉTRICA- (RFR) 132,70MW
Pré-hidrólise 2 reatores de 180m³ - 540TBS/dia cada + Termoelétrica de Ciclo Combinado; 2 Turbinas Syngas GELM6000(AD) - 36,5MW cada; 2 Caldeiras / Turbina a Vapor 65kgf/cm²; 120tV/h; 29,85MW cada
CUSTOS ANUAIS % Valor
Custo deCapital
Depreciação ( 10% do investimento total ) 40,0% R$31.365.421Retorno ( 15% do investimento total ) 60,0% R$47.048.132Custo de Capital Total - CC 100,0% R$78.413.554
Custo Operacional (CO)
Mão de Obra (4 turnos x 24 horas) 9,8% R$3.569.415
Biomassa (RFR) Valor unitário: R$20,00/TBS 28,5% R$10.342.820
Insumos químicos 25,7% R$9.320.088Custo de Manutenção 2% do investimento 17,3% R$6.273.084Serviços de Terceiros + Consultoria 1% + 1% = 2% do investimento 17,3% R$6.273.084
Treinamento + Viagens + Diárias 5% + 5% + 5% = 15% da mão de obra 1,5% R$535.412Sub-Total 100,0% R$36.313.904Custos Eventuais 10,0% R$3.631.390Custo Operacional Total - CO R$39.945.295
Custo Total ( CT ) = ( CC + CO ) R$118.358.848
PRODUÇÃO E RECEITA ANUAL UnidadeQuantidade Preço
Unitário Receita AnualDiária Anual
Crédito de Carbono =(311.430+160.741) x 2/3 x 44/12 x US$15,00 x R$1,70/US$1,00 x 50% R$14.716.004
Produtos
Taxa de disposição de Lixo (bruto) t 0,0 0 R$ 0 R$0
Gesso Agrícola t 3,5 1.140 R$ 400 R$456.192Açúcares C5 + C6 contidos no pré-hidrolisado t 190,1 62.737 R$ 200 R$12.547.392
Energia elétrica
Potência (MW) Energia (MWh)
Preço Unitário (R$/MWh)
Geração 132,70 1.050.984 Consumo próprio 12,69 100.505 Venda 120,01 950.479 R$ 112,00 R$106.453.670
Receita Total ( RT ) R$134.173.259Sobra / falta ( = RT - CT ) R$15.814.410Razão (Sobra / Falta) ¸ Custo Total 13,4%SUMÁRIO FINANCEIRO 20% IP / 80% IF 100% IP
Fluxo de Caixa em 20 anos
Tempo de Carência (anos) 2 -Juros do Empréstimo 10,0% -Tempo de Pagamento (anos) 10 -Grandes Despesas a cada 5 anos R$ 25.092.337 R$ 25.092.337Imposto de Renda e Contribuição Social 34% 34%Taxa de Depreciação / ano 10% 10%Impostos (ICMS, IPI, etc...) 20% 20%Valor Presente Líquido - VLP a 12% R$ 123.391.305 R$ 50.422.248Taxa Interna de Retorno - TIR 40,2% 15,1%Período de Retorno de Investimento - PRI 2,5 6,6
Legenda: TBS - Tonelada de Biomassa Seca
Variação do Preço do RFR e doCusto de Capital (CC)
Análise de Sensibilidade Pré-hidrólise + Termoelétrica
(Resíduo de Reflorestamento - RFR)
Variação do Custo Operacional (CO)e do Investimento (Invest)
Preço do RFR (R$/ t) base seca
Pre
ço d
e V
enda d
a E
nerg
ia E
létr
ica (
R$/M
Wh)
Análise de SensibilidadePré-hidrólise + Termoelétrica (Resíduo de Reflorestamento - RFR)
Variação do Preço do RFR e do Custo de Capital (CC)
CC = - 30%
CC = - 15%
CC = R$313.654.215,00
CC = + 15%
CC = + 30%
70,00
80,00
90,00
100,00
110,00
120,00
130,00
140,00
150,00
160,00
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10 20 30 40 50 60 70
Preço do RFR (R$) - base seca
Pre
ço
de V
en
da d
a E
nerg
ia E
létr
ica (
R$/M
Wh
)
Análise de SensibilidadePré-hidrólise + Termoelétrica (Resíduo de Reflorestamento - RFR)
Variação do Preço do RFR e do Custo de Capital (CC)
CC = - 30%
CC = - 15%
CC = R$313.654.215,00
CC = + 15%
CC = + 30%
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Preço do RFR (R$) - base seca
Pre
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R$/M
Wh
)
Preço do RFR (R$/ t) base seca
Pre
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ia E
létr
ica (
R$/M
Wh)
Análise de SensibilidadePré-hidrólise + Termoelétrica (Resíduo de Reflorestamento - RFR)
Variação do Preço do RFR e do Custo de Capital (CC)
CC = - 30%
CC = - 15%
CC = R$313.654.215,00
CC = + 15%
CC = + 30%
70,00
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130,00
140,00
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10 20 30 40 50 60 70
Preço do RFR (R$) - base seca
Pre
ço
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en
da d
a E
nerg
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létr
ica (
R$/M
Wh
)
Análise de SensibilidadePré-hidrólise + Termoelétrica (Resíduo de Reflorestamento - RFR)
Variação do Preço do RFR e do Custo de Capital (CC)
CC = - 30%
CC = - 15%
CC = R$313.654.215,00
CC = + 15%
CC = + 30%
70,00
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100,00
110,00
120,00
130,00
140,00
150,00
160,00
170,00
180,00
10 20 30 40 50 60 70
Preço do RFR (R$) - base seca
Pre
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ica (
R$/M
Wh
)
Pre
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e V
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da d
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ia E
létr
ica (
R$
/MW
h)
Variação Percentual do Custo Operacional
CO=R$39.945.295,00