Transformação de material lenhocelulósico em combustível

Abstract

Nos últimos anos, a escassez de recursos fósseis tornou-se uma realidade importante. Aliada aos efeitos ambientais negativos que advêm com a exploração destes recursos, são necessárias alternativas. Nos últimos anos, houve um foco, liderado em grande parte pela Europa em encontrar alternativas aos combustíveis fósseis que sejam verdadeiramente viáveis, especialmente no sector dos transportes. O mercado dos transportes está a crescer rapidamente, muito devido à China e outros países emergentes, o que significa que a procura ligada aos combustíveis para transportes só irá aumentar. De modo a satisfazer esta procura, alternativas ao petróleo são necessárias e os biocombustíveis surgem como um importante recurso. No entanto, ainda existem muitos problemas associados ao processamento das matérias-primas, nomeadamente a biomass, em combustíveis que possam ser usados. Há também o benefício da valorização dos recursos endógenos ao nível económico, social e ambiental. Esta tese pretende descrever a pirólise de cinco tipos de madeira, que podem ser encontradas dentro de Portugal continental. Dois esquemas reaccionais foram testados para todas as amostras e modificações foram feitas de forma a melhor coincidir com resultados experimentais, tal levou ao estudo de um cenário optimizado. Os esquemas retirados da literatura foram usados sem modificações em simulações em Aspen Plus, e apresentaram grandes desvios em relação aos resultados experimentais, com desvios de rendimentos de açúcares e água acima de 15% em erro absoluto. Com as modificações introduzidas, a maior parte dos componentes simulados apresentaram um erro inferior a 2%, com a excepção do char, água e gás, com desvios na ordem dos 3-4%. Tendo a unidade uma capacidade de processamento de 90 ton/dia de biomass, o calor necessário para a pirólise está entre 1.6-1.8MW dependendo do tipo de biomassa, e para todos os casos há excesso de calor (entre 1.75-3MW). Uma análise de sensibilidade permitiu inferir que os esquemas reaccionais usados estão limitados tanto em termos de temperatura como tempo de residência.

In recent years, the scarcity of fossil fuels became an important reality. Allied with the negative environment consequences that come with exploration of these resources, alternatives are needed. In the last years, there has been a focus, driven mostly by Europe into finding truly viable alternatives to fossil fuels, specially in the transportation sector. Rapidly growing transportation markets in China and other developing countries means the demand for transportation fuel will only increase. In order to provide for the ever growing demand the alternative for oil is needed and the importance of biofuels is unquestionable. However there are many problems associated with processing of the feed materials, namely biomass, into usable fuels. Also, there are benefits in the valorization of endogenous resources, at the economical, social and environmental level. The present thesis aims at properly describing pyrolysis of five selected wood samples, that can typically be found within Portugal’s continental borders. Two reaction schemes will be tested for all the samples, and some modifications to better match experimental data, leading to an optimized scenario will also be studied. The schemes retrieved from the literature, used as is in an Aspen Plus simulation environment, present high deviation to experimental data, with water and sugar deviations above 15% in absolute error. When the modification are introduced, most of the components present an absolute error below 2%, with the exception of char, water and gas, which still show deviations in the 3-4% range. With a biomass processing capacity of 90 tons/day, the pyrolysis duty is around 1.6-1.8MW depending on the feedstock, and in all cases there is a heat surplus (between 1.75-3MW). Sensibility analysis shows that the used reaction schemes are limited both in temperature that can be used and residence time.