Co-geração de Eletricidade a partirde Resíduos Sólidos Urbanos

Refinaria de Biomassa

Daltro Garcia Pinatti

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Escola de Engenharia de Lorena – EEL

Daltro Garcia Pinattihttp://www.demar.eel.usp.br/~pinatti/

Rosa Ana Contehttp://www.demar.eel.usp.br/~rosaconte/

Departamento de Engenharia de Materiais DEMARVI Simpósio de Meio Ambiente

20, 21 e 22 de Setembro de 2010, Viçosa - MGCBCN – Centro Brasileiro para Conservação da Natureza

e Desenvolvimento Sustentável

Escada da Industrialização do Lixo4. Refinaria de Biomassa

Industrialização Total (Brasil)

“Cientificamente Correta”• Reator de pré-hidrólise-PH: redução dos teores de Cl, K, Na e cinzas, gerando celulignina nanométrica catalítica

• Reator de conversão de baixa temperatura - CBT: imobilização de metais pesados em óxidos e silicatos, gerando óleo e carvão

• Geração de 5 produtos: energia elétrica, gesso e cinzas fertilizantes, hidrogênio e etanol

• Equipamentos de controle de poluição

3. IncineraçãoIndustrialização Mínima

(Europa, Japão) • Equipamentos de controle de poluição simplificados

• Economicamente rentável:1.Custo da disposição do lixo e lodo R$ 35,00/ t (8 a 20 vezes menor que incineração)

2. Investimento padrão elétrico (US$ 1500.00/ kW): R$ 160 milhões, 2700 t/d, R$ 180,00 t/a (4,7 vezes menor que incineração)

• Futuro Arranjo Produtivo Local - APL: agregação de valor aos produtos: arborização, fábrica de plásticos e papéis reciclados, substituição do diesel por H2em ônibus urbano, cerâmica e cimento frio a partir dos finos de entulho 5

Nápolis GE Geração de Hidrogênio

6 Plasma An

tieconômico

(Europa, Japão)

“Perigosa e Cara”• Equipamentos de controle depoluição críticos

• Antieconômica:1. Custo de incineração:

R$ 280 a 700,00/ t (€ 100 a 300,00/ t)

2. Investimento alto:R$ 280 milhões, 1000 t/d, R$ 840,00 t/a

• Incineração de lodos éproblemática (dicotomia dosmetais pesados)

2. Aterro SanitárioIndustrialização Nula

(EUA)

“Criminoso”• Ambiental• Econômico• Social• Custo: R$ 50,00/ t

1. LixãoHorror

Nacional

Refinaria de Biomassa

Casca

Lenhosos(Lignoce-lulósicos)

Palha

Cana/Arroz/Milho

SólidosCelulignina

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 eEletrônico. Energia Fotovoltaica

11-Tecnologia GTL-Gas toLiquid (Fischer Tropsch)

VIB Sílica Fly Ash. CerâmicasCAD-Concr. de Alto Desempenho Cinza Nanométrica (fertilizante)

IX Energia ElétricaX Combustíveis: Metanol, Diesel

Verde, DME, Querosene, Óleos Lubrificantes, H2

XI Produtos Químicos: Amôniae Uréia

Gás quente

6-Secagem

Lixo

9 - ReformaAutotérmica Syngas

XII Etanol de Hemicelulose,

CruSintético

1B-Hidrólise Enzi-mática (ou ácida)

12- FermentaçãoAlcoólica

Bactéria anaeróbica

sacaromice

BIOMASSAS 12 TECNOLOGIAS XII CLASSES DE PRODUTOS BÁSICOS

VIII Silicato de Sódio (Detergente)Zeolitas

Síntese Hidrotérmica

1A-Reator dePré-hidrólise

Síli

ca F

ly A

sh Óleo CBT

Carvão CBT

Etanol Alimento

Início pela Pré-hidrólise Início pelo CBT

lulósicos)Coleta e

Transporte

Madeira,Resíduo de

Reflorestamento

2–ETPh/AL*

LíquidosÁgua

4 - CBT-Conversão de Baixa Temperatura

3- Furfural:Reator

+Destilaria

5 – Hidroesterificação e Hidrogenação de Óleos

Tortas, Farelos

Óleo CBT

VB Biodiesel

IVA Carvão Vegetal, Peneiras molec.IVB Negro de Fumo RecuperadoVA Óleos (alifáticos, aromáticos)

III Gesso Agrícola com FertilizanteNPK e micronutrientes

II Furfural:- Refinaria de Petróleo:

Extratante de Óleo- Álcool Furfurílico:

Resinas, Polímeros, Solventes- Nematicidas

Esmagamento

*ETPh/AL:Estação de Tratamento de Pré-hidrolisado e Água de Lavagem**Principais oleaginosas energéticas: pinhão-manso, mamona, cocos, girassol, coroço de algodão, canola

Óleo Vegetal

Sementes**

XII Etanol de Hemicelulose, Celulose e Lignina

IA Celulignina (granel, pó, peletas)

mática (ou ácida) Alcoólica

IB Ração animalComplemento p/ Ração Animal 58% de

Digestibilidade (NDT)

Bac

téri

a E

ng

enh

eira

da

Pré-hidrólisee Reuso do

Pré-hidrolisado

CC

Carvão CBT para CaldeiraOleaginosas

(lipídios e proteínas)

Pneu

Vinhaça SecaGraxarias

Dejetos, Lodos

CC

Algas

MicroAlga

Efluente

Descritivo da Refinaria de Biomassa

1. Existem dois grupos de biomassas: lignocelulósicas, tratadas por pré-hidrólise ácida (PH) e oleaginosas (lipídios e proteínas), tratadas por conversão de baixa temperatura (CBT).

2. Lignocelulósicas – PH: madeira/resíduos florestais, bagaços/palhas, resíduos agrícolas, matéria orgânica do lixo municipal, macroalgas.

3. Oleaginosas – CBT: dejetos de animais, lodos, graxarias, tortas/farelos, pneus e microalgas.4. PH gera celulignina (CL – 80% da biomassa) e pré-hidrolisado (Ph – 20% da biomassa), uma

solução de açúcares C5 e C6 para produção de etanol de 2ª geração) ou furfural.5. CBT gera: óleo (combustível ou hidroesterificado a biodiesel), carvão, gases não condensáveis e água.6. Estação de tratamento de efluentes- ETE: gera gesso agrícola com NPK e água para reuso na PH.7. Reforma autotérmica (ATR) da CL: gera Syngas (37,5% H2, 41,5% CO, 16% CO2, 4% CH3, 1%

outros).outros).8. Energia Elétrica (EE) gerada por de ciclo combinado: motor (2 tempos/baixa velocidade) ou turbina

a syngas, combustível duplo (máx. de 92% syngas, mín. de 8% óleo).9. Reforma a vapor do syngas: gera Hidrogênio (82,2 kg H2/TBS), US$ (3,00)/kg H2 versus

US$ 8,00/kg H2 do gás natural.

10. GTL (Gas-to-Liquid) do syngas: gera combustível/produtos sintéticos (Fischer Tropsch).

11. Fermentação do syngas pela bactéria Clostridium: gera etanol – (500 L/TBS).

12. Casca de arroz gera: sílica (cimento, borrachas, etc.), silício metalúrgico e silício solar.

Obs.: PH, CBT, ETE: são anexos à produção de biomassaCelulignina, Etanol, Óleo e Carvão: são transportados a média/longa distâncias (exportação)Syngas, EE, H2 e Combustível/Produtos Sintéticos: são utilizados no ponto final de consumo

2530 10

255

10

5

3936

29

4037 38 41

31

34 33

1925

26

27

17

18

MGDTBV

Ciclo Vapor CBT

Picador

10

30

42

Layout da Refinaria de Biomassa Pequena 2CBT 120 Tu bos (400TBS/dia Dejeto Suíno)+Motogerador +Termoelé trica Ciclo Combinado -26,4MW

2025

55

Pátio

15

28

19

12 11 010203040506

20

070832 35 161523 22

24

Legenda:Fosso de Descarga de Lixo01 Mesa de descarga02 Fosso com ponte rolante03 Esteira corrente04 Rasgador de sacos de lixo05 Separador magnético06 Triturador07 Esteira de Correias08 Esteira de Correias09 Silo de Biomassa Supl.10 Estação do RSSRSS - Resíduo de Serviço de Saúde

19 Casa da química20 Deságue21 Silo de estocagem de CL22 Moagem/Classificação CLSyngas23 Planta de Oxigênio24 Reforma Autotérmica da CL25 Filtro de Manga26 Torre de Lavagem

27 Compressor de Syngas28 Extração de HidrogênioCircuito de Topo29 Motogerador MGDTBV30 Subestação compacta do MGDTBV31 Radiadores do MGDTBVCircuito de Base32 Caldeira de Leito Fluidizado33 Turbina a Vapor TV34 Subestação Compacta da TV

21Pré-Hidrólise/Secagem/ETPh/AL11 Reator Pré-hidrolise 180m³12 Moega de descarga de CL13 Sala de Controle PH14 Secadores de celulignina15 Estocagem de ácido sulfúrico16 Reuso do pré-hidrolisado17 DESMI18 Estação de tratamento do pré-hidrolisado e água de lavagem ETPh/AL

35 Sucção de OdoresConversão de Baixa Temperatura CBT36 Reator CBT37 Gerador de Gás Quente38 Secador39 Sala de controle CBT40 Condensação de óleo41 Tancagem de óleo42 Estocagem de carvão

O2

Silo de CL

Secagem CL Pré-hidrólise

Descarga de Biomassa

09 1314

Reuso deLíquidos

Diagrama Integral da Refinaria de Biomassa

extração de vaporConsumo próprio

Caldeira de

Turbina a VaporExtração/Condensação

CondensadorTorre deÁgua desmineralizada

Ar de combustão

Óleo CBT

Gás Quente

Vapor

Energia Elétrica

DESMI

Reforma Autotérmica

PSA – Pressure Swing Adsorption

Pré-hidrólise, Reuso e Lavagem da Celulignina

Compressor

Biomassa Grupo Motogeradorη η η η = 36 %

Compressor

Vapor

Energia Elétrica

Ar

CeluligninaÚmida

Syngas (SYG)

N2

O2

Biomassa Suplementar

Secador

Pré-hidrolisadoÁgua de lavagem

CeluligninaSeca

Etanol (enzima)

Furfuralou

Etanol

Biodiesel

Etanol (Fermentação SYG)

H2 (‘Water Shift’)

GTL (Gas-To-Liquid)Combustíveis e produtos químicos

Reator CBT 120 Tubos

Caldeira de Recuperação

65 barηηηη = 26 %Gasômetro

Condensador

Bomba

Torre deRefrigeração

Pré-Aquecedor de arExaustão do

Secador

Água condensada

Água do deságüe

GNC

Carvão CBT

Gás Quente

Gás QuenteGás Morno

Gás Quente

Gás Morno

Exaustão (resfriamento)

Ar de Combustão+ Voláteis

Ar Quente

Gás Frio

Chaminé

Água de alimentação

Secador de Lodo

Deságue do Lodo

LodoDejeto, Torta

Condensação

ETE

Condensação de óleo

Água de Reação

Voláteis

Vapor

Ar resfriamento

‘Make up’

CaSO4+ K+P e (NH3)SO4

LodoDejetoTorta

Água de lavagem

Água Tratada

REATOR DE PRÉ-HIDRÓLISE30 m³ - 90 TBS/dia - 170 °C - 8 kgf/cm²

Posição Horizontal de Processamento

Posição Inclinada de Descarga da Celulignina

S3LigninaCelulose 0,8 %mHemicelulose 5,2 %m

S1Lignina 10,5 %mCelulose 6,1 %mHemicelulose 3,7 %m

S2Lignina 9,1 %mCelulose 32,7 %mHemicelulose 18,4 %m

P e MLLignina 8,4 %mCelulose 0,7 %mHemicelulose 1,4 %m

(c) – Maçarico de Celulignina(b) – Microvulcões na Parede Interna da Fibra de Celulose(a) – Estrutura da Parede Celular das Biomassas

da caldeira. A boa combustão da celulignina do lixo devido àsua volatilidade diminui a formação de precursores. 2º)Mecanismo “de novo” onde carbono, oxigênio, hidrogênio ecloro combinam e reagem para formar as dioxinas; estemecanismo é catalisado pelos poros da cinza “fly ash” utilizandocarbono ativo (originário do carbono fixo) e sais de cloro retidosnas cinzas. A pré-hidrólise diminui o mecanismo “de novo”devido ao teor praticamente nulo de carbono fixo nas cinzas,independente do teor de cloro nas cinzas fly ash.

3. Há um consenso de que é impossível evitar a formação dedioxinas em qualquer combustão e a sua redução significativa é

Ch

ori

nat

ed P

hen

ols

, as

org

. Cl

(mic

rom

ol/

kg w

et M

WS

)

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

Illustration showing an indirect relationship between Cl in the feedstock and dioxin formation via thepercursor pathway: a) relationship between HCl and chlorinated phenols [Kanters MJ, Van Nispen R, LouwR and Mulder P (1996) “Chlorine input and chlorophenol emission in the lab-scale combustion ofmunicipal solid waste” Environmental Science & Tecnology 30 (7) 2121-6]

1. Formação de dioxinas se dá na faixa de 200 a 450°C com o máximo a300°C. Não há formação nas partes quentes da cadeira (fornalha ecâmara secundária), mas sim nas partes frias (balões, superaquecedorese economizadores);

2. Há dois mecanismos de formação de dioxinas: 1º) formação dosprecursores fenóis e benzenos clorinados durante a combustão e quereagirão entre si para formação da dioxina nas partes frias

dioxinas em qualquer combustão e a sua redução significativa éfeita em filtros-manga de alta temperatura (220°C) seguida detorre de lavagem (úmida ou semi-seca) com adição de Ca(OH)2e carvão ativado.

4. A formação de dioxina não segue o equilíbrio químico masdepende dos mecanismos de cinética química, isto é, tem umresultado diferente para cada caldeira e numa mesma caldeiraou incinerador, tem resultados diferentes para cada rotinaoperacional. Isto explica a grande disparidade de resultados daliteratura. Não se deve perder tempo com análises econsiderações mais sim utilizar o RDF+ na PIERP, medir oresultado e adicionar o filtro-manga antes da torre de lavagemjá existente, se necessário.

5. Por este dado pode-se dizer que a pré-hidrólise resolve oproblema das dioxinas na combustão do lixo.

HCl emission (g Cl/kg wet MSW)

RDF = 0,747 g Cl/kg= 1,245 g Cloreto/kg

MOL = 4,56 g Cl/kg= 7600 g Cloreto/kg

Ch

ori

nat

ed P

hen

ols

, as

org

. Cl

(mic

rom

ol/

kg w

et M

WS

)

-1 1 3 5 7 9 11 13 15 17

1.0

0.5

0.0

• Lodo Típico: 30% proteínas, 30% lipídios,30% carboidratos e 10% de cinzas

Conversão Piloto de Baixa Temperatura - CBT

( CO2 , H2O, NH3 H2S, HCl )

Lodos ouBiomassa

(1 t)

Lodo, tortas, excrementos e

pneus

Óleo Carvão

Óleo Graxo + Carvão(0,20 t ou 0,10 t) (0,55 t)

(Gases Não Condensáveis:

0,25 t ou 0,35 t)

CaHbOcNdSeClf CmHn + CxHyOz

30% carboidratos e 10% de cinzas• Biomassa: 71% carboidratos, 20% lignina,

2% proteínas, 3% lipídios, 4% cinzas

• Processo termo-catalítico: 280 a 450 ºC

•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 Reator Piloto CBT – 8 Tubos

169

Lay out da Instalação de Conversão de Baixa Temperatura – 2 Reatores CBT 120 tubos – (400 TBS/dia), batelada de 8 h/reação (3 reações/dia)

L =

(8

.00

0n

(n

=5

)

L =

(8

.00

0n

+3

00

00

); (

n=

5)

Legenda:1 – Secagem do Lodo

1.1 – Moega de recepção de lodo úmido1.2 – Deságue do lodo1.3 – Secador de lodo1.4 - Lavador de gases1.5 – Caracol de lodo seco1.6 – Moega de lodo seco1.7 – Elevador de caçambas de lodo seco

2 – Alimentação de Matéria Prima (0,80 h)2.1 – Caixa de alimentação2.2 – Ponte rolante

3 – Reator CBT (reação 2,50 h)4 – Aquecimento do Reator (1,50 h)

4.1 – Gerador de Gás Quente4.2 – Ventilador de gás quente

5 – Resfriamento do Reator (2,50 h)5.1 – Ventilador de resfriamento5.2 – Chaminé

6 – Condensação / Estocagem do óleo6.1 – Torre de condensação6.2 – Trocador de calor6.3 – Tanque de óleo

7 – Utilidades7.1 – Torre de resfriamento7.2 – Compressor de ar7.3 – Tanque de Nitrogênio

8 – Obras Civis8.1 – Prédio do Reator CBT8.2 – Prédio do secador de lodo

9 – Processamento do Carvão9.1 – Moega de descarga do carvão (0,70 h)9.2 – Caracol de transferência de carvão9.3 – Elevador de caçamba de carvão9.4 – Caracol de envio do carvão para consumo9.5 – Container de carvão

L =

(8

.00

0n

(n

=5

)

L =

(8

.00

0n

+3

00

00

); (

n=

5)

Dados da Conversão de Biomassas Oleosas (com Lipídios e Proteínas) e Percentuais de Carvões e Óleos gerados pelo CBT – Conversão de Baixa Temperatura

Biomassa Produtos da Reação Teor de cinzas do

carvão %

% de Óleo Esterificável a

BiodieselTipos Cinzas%

Carvão%

Óleo %

Água%

Gases NãoCondensáveis

%

Lodo Médio 14,7 35,0 13,0 18,0 34,0 42,0 -

Dejeto Suíno 9,0 32,0 15,0 25,0 28,0 28,1 92,2

Dejeto Bovino 14,0 36,0 12,0 10,0 42,0 38,9 50,0

Cama de Frango 28,0 55,0 14,0 17,0 14,0 50,9 38,1

Torta de Pinhão-Manso 6,2 42,0 25,0 15,0 18,0 14,7* 68,7

Torta de Girassol 4,6 35,0 23,0 27,0 15,0 13,1* 78,9

Torta de Filtro de Cana (queimada) 45,7 68,0 10,0 10,0 12,0 67,2 --

Torta de Filtro de Cana (mecânica) 17,5 56,6 15,0 18,0 10,4 30,9 --Torta de Filtro de Cana (mecânica) 17,5 56,6 15,0 18,0 10,4 30,9 --

Farelo de Soja 6,2 40,0 16,0 26,0 18,0 15,5* --

Farelo de Carne e Osso 25,2 49,0 25,0 11,0 15,0 51,4 --

Gérmen de Milho 4,0 37,0 15,0 33,0 15,0 10,8* --

Lodo de Graxaria 10,0 20,0 60,0 10,0 10,0 45,5 79,4

Lodo de Esgoto: Primário 46,5 67,7 13,5 10,8 8,0 68,0 --

Digerido 38,9 60,0 13,0 13,9 13,2 65,0 --

Borra de Café 10,0 42,0 18,0 14,0 26,0 23,8 100,0

Vinhaça de Cana 19,4 45,0 12,0 23,0 20,0 43,0 --

Resíduo de Reflorestamento (RFR) 3,5 40,0 10,0 22,0 28,0 8,8* 0,0 (Alcatrão)

Pneu (inteiro) 5,0 38,0(Negro de Fumo)

40,0 12,0 (aço)

10,0 13,2 0,0 (solventes)

Madeira (carvão vegetal) 1,0 20,0 0 0 0 5,0

* Apenas os carvões das tortas de pinhão-manso, girassol, soja, gérmen de milho e RFR são aplicados à siderurgia devido ao médio teor de cinzas

993

320

Celulignina + Ar do Tubo (01)

Tubos de Gás Natural (06)

Ignição

Caixa de Ar

Maçarico de Celulignina em Pó* com Chama Piloto de GN ou GLP para Caldeira ou Syngas

320 840

675

Fotocélula

Celulignina + Ar do Tubo

Gás Natural

Janela

Dimensões em mm

Chama do Maçarico de Celulignina em Pó

Maçarico de Celulignina em Pó (3 t CL/h = 15 MWt)

* Desenvolvido a partir do combustor para caldeira Mitsubishi VU-50

Syngas – Reforma Autotérmica (ATR) no Maçarico de CeluligninaCelulignina – C4,56 H6,18 O2,35 Massa Molecular = 98,5

Equação ATR – C4,56 H6,18 O2,35 + 1,2626 O2 + 0,3850 H2O ⇒ 2,6789 H2 + 2,9582 CO + 1,1510 CO2 + 0,2922 CH4 + 0,0007 C2H6 + 0,0524 C3H8

Relação mássica O2/CL = (1,2626 x 32)/98,5 = 0,41 ∴∴∴∴ 1,25 TBS → 1,00 t CL → 1,4 t Syngas.

Balanço de Massa O2/CL: 1,00 t CL + 0,41 t O2 = 1,41 t Syngas.

EGF – Energia do Syngas Formado = 93%, Total (EGF + vapor) = 98%

H2 CO CO2 CH4 C2H6 C3H8 Total N2 O2

Vol. Específico (m3/kg) 12,297 0,884 0,563 1,542 0,808 0,556 --- 0,885 0,7692Vol. Específico (m3/kg) 12,297 0,884 0,563 1,542 0,808 0,556 --- 0,885 0,7692

PCS (kcal/kg) 34.187 2.418 0,00 13.319 12.446 12.066 --- 0,00 0,00

Comp. Syngas (% v/v) 37,55 41,47 16,14 4,10 0,01 0,73 100 --- ---

Massa Syngas (kg/m3) 0,0305 0,4691 0,2867 0,0266 0,0001 0,0131 0,8261 --- ---

PCS Syngas (kcal/m3) 1.043 1.134 0,00 354 1,2 158 2.690(11,24 MJ/Nm3)

0,00 0,00

Limpeza do gás (mg/Nm3): particulados < 0,1; alcalinos < 0,25;, alcatrão < 1,0; compostos sulfurosos < 0,1

Equação de combustão: C4,56 H6,18 O2,35 + 0,3850 H2O + 3,8250 O2 ⇒ 2,28 CO2 + 3,09 H2O + 0,3850 H2O

Razão de equivalência: 1,2626/3,8250 = 0,3301 = 33,01% > 30%, acima do qual não há alcatrão, isto é, a ATR da celulignina não gera alcatrão porque seu gerador (xilose/furfural) foi digerido na pré-hidrólise

Geração de Hidrogênio – Reforma a Vapor do Syngas• Eq. de reforma a vapor e separação do H2 por PSA/SSM (Pressure Swing Adsorption /Selective Surface Flow Membrane)

* Catalisadores

350 a 380ºC - óxidos de Fe-Cr ou CoO/MoO ou NiO/MoO, insensíveis ao S200 a 250ºC – CuO/ZnO, altamente sensíveis ao S

Reforma a vapor* PSA/SSM

2,6789 H2 + 2,9582 CO + 1,1510 CO2 + + 0,2922 CH4 + 0,0007 C2H6 + 0,0524 C3H8

3,8598 H2O

Syngas 7,3348 H2 + 4,5600 CO2

5,3127 H2 (44,66 % v/v)

2,021 H2 (17,00 % v/v) +

4,5600 CO2 (38,34 % v/v)

+

§ Massa/mol.g CL

Syngas (145,8332) + H2O (69,4764) → H2 (14,6696) + CO2 (200,6400) → H2 puro (10,6254) + +mistura [H2 (4,0442) + CO2 (200,6400)] → ∑ 215,3096

¥ Produção específica de H2 e de CO2

kg SYG/TBS: 1,25 TBS → 1,00 t CL → 1,41 t Syngas ∴∴∴∴ (1,41/1,25) = 1,128 t Syngas/TBS

kg H2/TBS: (10,6254/145,8332) x 1,128 = 82,1860 kg H2/TBS

kg H2/ha.a (eucalipto/napier de 35 TBS/ha.a): 82,1860 x 35 = 2877 kg H2/ha.a

kg H2/(t lixo = 0,4 TBS): 0,4 x 82,1860 = 32,8744 kg H2/t lixo (São Paulo: 15.000 t lixo/d, 106 carros CaC)

Geração de Hidrogênio – Reforma a Vapor do Syngas• Faturamento provável a US$ 3.00 kg H2 (máx. H2 do GN – US$ 8.00/kg H2)� H2/t lixo: 32,8744 kg H2/t lixo x US$ 3.00/kg H2 = US$ 98.62/t lixo

� EE/t lixo: 0,4 TBS x 80% x 18,4 MJ/kg x (η = 38%) x (1 h/3.600 s) x US$ 80.00/MWh = US$ 49.72/t lixo

� Eucalipto/napierH2: 2877kg H2/ha.a x US$ 3.00/kg H2 =…………………………………………………. US$ 8631.00/ha.aEtanol Ph (80 L/TBS):(80 L/TBS x 35 TBS/ha.a x R$ 0,90/L)/(R$ 1,80/US$) = US$ 1400.00/ha.aTotal:……………………………………………………………………………........................ US$ 10031.00/ha.aCO2: (200,6400/145,8332) x 1,128 t syngas/TBS = 1,55 t CO2/TBS

1,55 t CO2/TBS x 35 TBS/ha.a = 54,30 t CO2/ha.a – a ser futuramente utilizado paracrescimento de microalgas em fotobioreatores à taxa de consumo de 5,5 t CO2/m3 de óleo,crescimento de microalgas em fotobioreatores à taxa de consumo de 5,5 t CO2/m3 de óleo,resultando 9870 L/ha.a de óleo

�Etanol de cana (2ª. Geração): (11,250 L/ha.a x R$ 0,90/L) / (R$ 1,80/US$) = US$ 5125.00/ha.a�Celulose: 11 t/ha.a x US 800,00/t =............................................................. US$ 8800,00/ ha.a

• Mercado do H2

Refino de petróleo e indústria petroquímica AmôniaIndústria química e farmacêutica Produção de peróxido de hidrogênioÓleos lubrificantes Metalurgia e tratamentos térmicosTecnologia de alimentos, gorduras e produção de óleos Indústria eletrônicaManufatura de vidros planos e vidrarias Silício para indústria fotovoltaicaCaC – Célula a Combustível (carros 72 km/kg H2; ônibus 6,7 km/kg H2

Motor de Dois Tempos de Baixa Velocidade (MDTBV)

45

50Motor Dois Tempos Baixa Motor Dois Tempos Baixa VelocidadeVelocidade

Ciclo CombinadoCiclo Combinadocom Turbina a Gáscom Turbina a Gás

Eficiência Térmica %55

d - Flexibilidade de duplo combustível dos motores

MDTBR

100% carga

Modo somente com óleo combustível

Óleo

Co

mb

ust

ível

100%

Modo com duplo 100%

a – Layout do Motor

c- Exemplos de Combustíveis Líquidos e Gasosos Queimados nos MDTBV*

Características eComposição Unidades

Nº Combustível1 2 3

Viscosidade cSt/50ºC 2,27 198 700Densidade a 15ºC Kg/m³ 843 938 991**

Ponto Flash ºC 65 100 ≥ 60Ponto de Vazamento ºC - - 30Carbono Conradson % peso 0,01 9,4 22

Resíduo Carbono %(m/m) - - 22Asfalto % peso 0,00 3,7 14Enxofre % peso 0,22 0,83 5

Água % peso 0,00 0,01 1Sedimento total

após envelhecimento %(m/m) - - 0,1

Cinza % peso 0,00 0,03 0,15/0,2Alumínio mg/kg - - 30

Alumínio+ Silicone mg/kg 80Vanádio mg/kg 0 12 600

Líq

uid

os

20

25

30

35

40

45

]1 5 10 50 100Turbina a GásTurbina a Gás

Turbina a VaporTurbina a Vapor

Motor Diesel de Motor Diesel de Média VelocidadeMédia Velocidade

Capacidade da Unidade (MW)500

b - Comparação da Eficiência da Unidade Típica, baseada na ISO 3046/1986

Óleo

Gás

Modo com duplo combustível

100% carga40%

8%

Co

mb

ust

ível 100%

Co

mb

ust

ível

Óleo

Gás

Modo com gás fixo

100% carga

8%

100%

Vanádio mg/kg 0 12 600Sódio mg/kg 0 25 30% de VCCAI 805 807 -PCI kcal/kg 8620 8890 9550CH4 Vol % 91,1 26,1C2H6 Vol % 4,7 2,5C3H8 Vol % 1,7 0,1C4H10 Vol % 1,4 -CO2 Vol % 0,5 64,0N2 Vol % 0,6 7,3

Massa Molar Kg/mol 17,98 35,20

PCIkJ/kg 48390 7050

(kJ/Nm³) 38930 11120

Dens. a 25ºC/200bar absDens. a 5ºC/200bar abs Kg/m³ 0,727

1791,425487

* MGDTBV-Motor de Dois Tempos e Baixa Velocidade;**podem ser ultrapassados desde que seja instaladoequipamento de limpeza, ou seja, tipos modernos decentrífugas; m/m = massa; v/v = volumeNº Combustível Líquido:1– Óleo Diesel; 2– Óleo CombustívelMarítimo; 3– Diesel Marítimo;Nº Combustível Gasoso: 1-Gás Natural; 2-Gás Médio BTU

Gas

oso

s

Caldeira de Leito Fluidizado ou Grelha

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

Superaquecedor Primário

SuperaquecedorSecundário

Chaminé

Eix

o Y

Tubulão de Vapor

Pré-aquecedor de ArDuto de Ar para o Leito Fluidizado

Eix

o Y

Análise Técnico-Econômica450 t lixo/dia

Pequena – 27,40 MW2.700 t lixo/dia

Grande – 155,10 MW

CBT (80 TBS/dia) PH (180 TBS/dia) CBT(200 TBS/dia) PH(1.080 TBS/dia)Investimentos 93.675.515 400.070.808CBT – Conversão de Baixa Temperatura 7.945.706 20.181.481PH – Pré-hidrólise 14.682.148 39.038.878Syngas 9.424.300 52.125.400Termoelétrica (motogerador + caldeira vapor) 34.070.403 197.45.859Instalações 5.443.270 15.878.427Obras 5.553.442 6.245.780Projeto, licenças, gerência, capital de giro 16.555.246 69.145.983Custos anuais 36.383.346 143.564.139Depreciação (10%) + retorno (15%) 23.418.629 100.017.702Mão-de-obra (4 turnos) 4.704.606 4.845.042Mão-de-obra (4 turnos) 4.704.606 4.845.042Custo operacional 8.259.111 38.701.395Receita anual 42.205.055 209.506.629Crédito de carbono (R$ 30,00/ t CO2) 4.462.964 26.202.913Taxa disposição (lixo/lodo) (R$ 35,00/ t) 7.969.777 45.046.386Gesso + C5/C6 1.584.000 9.504.000Energia elétrica 28.188.314 (R$ 144,00/MWh) 128.753.330 (R$ 107,00/MWh)Fluxo de caixa 12 anos, carência 2 anos,juros 10%, período de pagamento 10 anos

BNDES BNDES

Grande despesa a cada 5 anos 7.494.961 32.005.665Imposto de renda / Contribuição social 34% 34%Depreciação 10% 10%Impostos (ICMS, IPI, etc.) 20% 20%Valor presente líquido 36.098.677 241.052.578Taxa interna de retorno 52,20% 78,59%Período de retorno do investimento 1,92 anos 1,27 anos