Workshop Madeira Energética, 29 de maio de 2007, BNDES-RJ
Síntese Fischer-Tropsch:
produção de combustíveis
líquidos da madeira energética
(BTL)
José Dilcio Rocha
NIPE/UNICAMP, BIOWARE Tecnologia
Processos de Conversão
de Biomassa
• Combustão
• Gaseificação
• Pirólise
(Carbonização)
• Liquefação
• Torrefação
•
•
•
•
•
Fermentação
Hidrólise
Biodigestão
Digestão
Extração de
Óleos (Físico)
Processos Termoquímicos e Produtos
Tecnologias de
Conversão
Pirólise
Liquefação
Produtos
Primários
Tecnologias de
Processamento
Produtos
Secundários
Água
Misturador
Emulsões
Transformação
Gasollina +
Diesel
Carvão
Bio-óleo
Gás MPC*
Gaseificação
Turbina
Síntese
Metanol
Gerador
Álcool
Síntese
Potência
Caldeira
Amônia
Gás BPC*
Combustão
Calor
*MPC e BPC significam Médio e Baixo Poder Calorífico, respectivamente.
Síntese F-T (NREL/TP-510-34929)
Rendimentos (% b.s.)
Líquido Sólido Gás
(%)
(%) (%)
Pirólise
Rápida
Temperatura moderada,
curto tempo de
residência dos vapores
Carbonização Baixa temperatura,
tempo de residência
longo
Gaseificação Alta temperatura,
tempo de residência
longo
75
12
13
30
35
35
5
10
85
Fonte: WRE, 4(1) 2001
Aplicações da Gaseificação de Biomassa
• Térmica
• Elétrica
• Produção de gás de síntese para uso em Síntese
Fischer-Tropsch,
CO + H2 + N2 HC + H2O + N2 + CO2
• Produção de H2 para alimentar célula de
combustível
• Produção de metanol, DME, etc
•
•
•
•
Värnamo, Suécia
Leito fluidizado
circulante pressurizado
(1,8 MPa), ar
Matéria-prima: madeira,
palha, etc.
6 MWe e 9 MWt
8.500 horas de operação
(3.600 IGCC)
•
•
•
•
•
•
Vermont, EUA
Capacidade 200 t/dia
Gás 16,75 MJ/Nm3
Matéria-prima:
cavaco de madeira
Tecnologia: leito
fluidizado, vapor
Temp. 700-750oC
> 7-8 MW
Composição típica dos gases para
diferentes tipos de gaseificadores
Tipo de gaseificador
Umidade (% bu)
Contra-corrente
Madeira (10-20%)
Concorrente
Madeira (10-20%)
Fluxo cruzado
Carvão vegetal (5-10%)
Hidrogênio
Monóxido de carbono
8-14
20-30
12-20
15-22
5-10
20-30
Metano
Dióxido de carbono
2-3
5-10
1-3
8-15
0,5-2
2-8
Nitrogênio
Oxigênio
45-55
1-3
45-55
1-3
55-60
1-3
Umidade no gás
(Nm3 água/Nm3 gás seco)
0,20-0,30
0,06-0,12
< 0,3
Alcatrão no gás
(g/Nm3 gás seco)
2-10
0,1-3
< 0,3
Poder calorífico inferior
(MJ/Nm3 gás seco)
Temperatura de saída (0C)
5,3-6,0
200-400
4,5-5,5
700
4,0-5,2
Experiência Brasileira em Gaseificação
• Termoquip
Energia
Alternativa LTDA.
• Instituto
de
Pesquisas
Tecnológicas (IPT)
• Universidade Estadual de
Campinas (UNICAMP)
• Universidade Federal de
Itajubá (UNIFEI)
• Universidade Federal do
Pará (UFPA) & Floragas
• Project WBP/SIGAME
• Project BRA/96/G31
• Centro
Nacional
de
Refrência em Biomassa
(CENBIO)
Leito Fluidizado 200 kg/h de
Biomassa
Plantas de F-T (Fev.2007)
LOCALIZAÇÃO
Sasolburg (África do
Sul)
EMPRESA
DATA DE INÍCIO
DE OPERAÇÃO
ORIGEM DO GÁS
DE SÍNTESE
Sasol Chemicals
1955
até 2004: carvão mineral
Desde 2004: gás natural
Sasol Synfuels
1979
carvão mineral
Shell
1993
Gás natural
PetroSA
1993
Gás natural
"Oryx" (Qatar)
Sasol Chevron e
Qatar Petroleum
Construção
finalizada
Gás natural
Escravos (Nigeria)
Chevron e Nigeria NPC
em
construção
Gás natural
"Pearl" (Qatar)
Shell e Qatar Petroleum
em
construção
Gás natural
Erdos (Mongolia
Interior, China)
Yitai
em
construção
Carvão mineral
Secunda (África do
Sul)
Bintulu (Malásia)
Mossel Bay (África
do Sul)
Planta GTL em Construção no Mundo
Não inclui as plantas piloto e as que convertem gás derivado de carvão
Fonte: Thackeray, F. “GTL in 2007, “Petroleum Review (Jan 2003):18-19
País
Companhia
Capacidade (B/D)
Austrália
Sasol, ChevronTexaco
50.000
Austrália
Shell
75.000
Bolívia
GTL Bolívia
10.000
Bolívia
Rapsol YPF, Syntroleum
103.500
Egito
Shell, EGPC
75.000
Indonésia
Pertamina, Rentech
16.000
Indonésia
Shell
75.000
Irã
Shell
75.000
Irã
Sasol
110.000
Nigéria
ChevronTexaco, Sasol,NNPC
34.000
Malásia
Shell
12.500
Peru
Syntroleum
40.000
Qatar
Shell, QPC
75.000
Qatar
ExxonMobil,QPC
100.000
Qatar
Sasol,QPC
34.000
África do Sul
PetroSA
30.000
EUA
ANGTL
50.000
Venezuela
PDVSA
75.000
Total
980.000
Tecnologias disponíveis para a geração do gás de síntese:
1.
a reforma a vapor (SMR),
2.
a oxidação parcial (POX),
3.
a oxidação parcial catalítica (CPOX), Shell, Petronas, Mitsubishi e o estado de Sarawake (Malásia),
1990, GTL em Bintulu, (Malásia), capacidade de 12.500 bpd, “learning by doing”, muitas patentes
depositadas até a metade da década 1990. A Shell optou pelo “Shell Middle Distillate Synthesis” que
inclui a etapa de oxidação parcial catalítica com uso de oxigênio puro na etapa de obtenção do gás de
síntese. A planta utiliza reator de leito fixo com tubos múltiplos, pressão de 40-60 bar, e temperatura
de 1200oC a 1300oC. A remoção de calor é feita através da geração de vapor. Um pequeno reator de
reforma a vapor é operado em paralelo com quatro reatores de oxidação parcial que fornecem uma
segunda corrente de gás de síntese para ajustar a composição do gás total. Os sítios catalíticos são
dentro dos tubos e a água de refrigeração na jaqueta dos tubos. O catalisador utilizado é à base de
cobalto. A viabilidade econômica da planta de Bintulu é garantida pelo alto preço dos produtos
especiais fabricados. A Shell estuda o uso de reator de leito em lama, que é tido como sendo preferido
comercialmente para plantas de maior escala.
4.
a reforma autotérmica,
5.
a reforma com membrana catalítica.
OBS. Todas as tecnologias, excetuando a reforma com membrana, são conhecidas e bem estabelecidas. A
reforma por membrana é um processo mais novo e vem sendo estudado nos últimos anos por
algumas empresas tais como a Praxair Inc e a Amoco Corp. Cada processo possui suas
peculiaridades, pros e contras. O processo de oxidação parcial, por exemplo, utiliza oxigênio puro
ao invés do ar. Com a remoção do nitrogênio pode-se construir equipamentos menores, entretanto,
a planta de separação de ar onera o investimento já que representa cerca de 30% do investimento
da etapa de produção do gás de síntese.
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