Avaliação tecnológica da viabilidade de gaseificação de carvões brasileiros

Abstract

O carvão mineral é responsável por, aproximadamente, 60% da energia primária no mundo, sendo que o principal meio de conversão ainda é a combustão direta. No Brasil, em 2010, o setor de energia representou 47,0% das emissões totais de CO2, destas 45% foram provenientes da queima de combustíveis fósseis. As tecnologias high efficiency, low emissions (HELE) para geração de energia, incluindo a gaseificação integrada a ciclo combinado (IGCC), se apresentam como uma solução viável e disponível para a redução do impacto ambiental utilizando o carvão mineral como fonte de energia. Existem mais de 100 tecnologias de gaseificação em diferentes estágios de desenvolvimento: desde escala de laboratório até comercial, que podem ser agrupadas de acordo com o tipo de reator: fluxo de arraste, leito fluidizado e leito fixo (leito movente). Todos os carvões podem ser gaseificados. O desempenho do gaseificador depende fortemente das propriedades químicas e físicas do carvão, ou mistura destes. A avaliação da adequação das propriedades dos carvões às condições de operação dos três tipos de reatores é de suma importância para a compreensão do comportamento do gaseificador, composição do gás produzido e definição da viabilidade técnica e econômica do processo. O objetivo deste trabalho foi identificar o tipo de reator mais adequado para a gaseificação das amostras estudadas, por meio da caracterização petrográfica, mecânica, química, térmica, e de propriedades da cinza, sendo quatro amostras brutas das jazidas Cambui, Charqueadas, Butiá-Leste e Sul Catarinense, e uma amostra beneficiada da jazida Sul Catarinense, em relação aos critérios de operação de cada reator. Os carvões nacionais são classificados como sub-betuminoso e betuminoso alto volátil. Carvões de baixo rank possuem alta reatividade, os carvões brasileiros apresentam teor de cinza acima do percentual limite para utilização de reatores de fluxo de arraste. Os gaseificadores de leito fluidizado requerem alta reatividade do carbono com vapor, devido as temperaturas de operação entre 900 1100 oC. A possibilidade de operação com recirculação de partículas em reatores de leito fluidizado circulante ou de transporte, aumenta o tempo de residência e a conversão, ampliando a faixa de carvões que se adequam a esse tipo de reator. A avaliação da adequação das amostras estudadas ao gaseificador de leito fluidizado requer a estudos adicionais quanto a reatividade do char com vapor. As propriedades das amostras estudadas se adequaram à todos os critérios do gaseificador de leito fixo.

Abstract: Coal is responsible for almost 60 % of the world s primary energy, with direct combustion still the main way of conversion. Brazil, in 2010, the energy sector accounted 47.0% of total CO2 emissions, which 45% came from fossil fuels. The high-efficiency, low-emission (HELE) technologies for power generation, including Integrated Combined Cycle Gasification (IGCC), are possible solution to minimize the environmental impact using coal. There are more than hundred gasification technologies, from laboratory to commercial scale, which can be classified into three groups according to the type of reactor: entrained flow, fluidized bed and fixed bed (moving bed). All coals can be gasified.The performance of the gasifier depends heavily on the chemical and physical properties of the coal, or mixture thereof. The evaluation of the suitability of the coal properties and the operating conditions of the three types of reactors is extremely important for the understanding of the gasifier behavior, the composition of the gas produced and the definition of the technical and economic feasibility of the process.The objective of this study was to identify the most suitable type of reactor to gasifier the studied samples, through the petrographic, mechanical, chemical, thermal, and ash properties characterization, of four samples run-of-mine from Cambui, Charqueadas, Butiá -Leste and Sul Catarinense deposits, and one sample benefited from Sul Catarinense deposit, in relation to the operational criteria of each reactor. National coals are classified as sub-bituminous and high volatile bituminous. Low-rank coals have high reactivity, Brazilian coals ash content is above the limit for entrained flow reactors. Fluidized bed gasifiers require high carbon reactivity with steam due to operating temperatures between 900-1100 oC. The possibility of operation with particle recirculation in circulating or transient fluidized bed reactors increases residence time and conversion, increasing the range of coals that are suitable for this type of reactor. The assessment of the samples studied the fluidized bed gasifier requires further studies as a char reactivity with steam. The properties of the samples studied have been adequate at all criteria of the fixed-bed gasifier.