Orientador: Prof. Dr. Adriano Viana Ensinas / Coorientador: Prof. Dr. Reynaldo Palacios Bereche / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, Santo André, 2018. / A indústria brasileira de bioetanol estima uma produção de vinhaça de 339,5 bilhões de litros
na safra de 2017/2018. Devido a presença de compostos orgânicos e inorgânicos, há grande
interesse em seu reaproveitamento como fertilizante nas lavouras de cana-de-açúcar. Porém, é
observado que ao utilizá-la em grande quantidade, sem respeitar a saturação do solo pela
Capacidade de Troca Catiônica (CTC), este efluente é lixiviado poluindo o lençol freático. De
maneira a aproveitar a água em excesso contida nesse efluente, diferente dos processos
termoquímicos convencionais os quais necessitam uma etapa de concentração, este trabalho
propõe uma rota que aplica a tecnologia da Gaseificação Hidrotérmica Supercrítica (SCWG)
para beneficiamento da vinhaça com o objetivo de produzir gás de síntese com alto teor de CH4 ou H2, o qual pode ser comercializado para produção de outros compostos com maior valor agregado, como a amônia ou o metanol, ou ainda, utilizado como combustível para conversão a energia elétrica. Para isso foi elaborado um diagrama de processo e desenvolvida uma metodologia para representação das propriedades físico-químicas da vinhaça visando sua modelagem/simulação por meio do software Aspen Plus®. Além disso, foi realizado um estudo para otimização do consumo de energia do processo utilizando técnicas de integração energética pelo Método Pinch. A modelagem do efluente indicou que a equação de estado de SoaveRedlich-Kulong (SRK) é a que melhor se adequa a definição das propriedades físicas e químicas em condição de equilíbrio Vapor-Liquido-Liquido (VLL) ao serem comparadas com dados experimentais. Ao tratar 582.75 m³/h de vinhaça, a rota possui uma capacidade de produção equivalente a 17 kg de CH4 ou 8,6 kg de H2 por kg de cana-de-açúcar. O gás de síntese produzido apresenta poder calorífico inferior (PCI) igual a 49 MJ/kg para o gás rico em CH4 e 64 MJ/kg para o H2. Além disso, ao ser utilizado na conversão em energia elétrica em uma turbina a gás foi capaz de produzir excedentes de eletricidade de 19 e 31 MW para o CH4 e o H2 respectivamente. A conversão total da vinhaça produzida no Brasil por meio desta tecnologia tem um potencial para atender a demanda de eletricidade de 7,5 milhões de residências. As eficiências energéticas do processo independente dos compostos produzidos são equivalentes, o que não estabelece um critério para favorecimento da produção. Este direcionamento deve considerar o valor agregado e o comportamento do mercado para sua comercialização, desta maneira, o emprego da SCWG seja em alta ou baixa escala, pode afetar positivamente a receita da usina além de contribuir na diversificação da matriz energética nacional e diminuição dos impactos ambientais locais proporcionados pelo uso inapropriado da vinhaça. / The Brazilian bioethanol industry estimates a production of 339.5 billion litres of vinasse in the 2017/2018 harvest season. Due to the presence of organic and inorganic compounds, there is great interest in its reuse as fertilizer. However, is observed that when it is used in large quantity, without respecting the saturation of the soil by the Cation Exchange Capacity (CEC), this effluent is leached polluting the groundwater. In order to take advantage of the water excess contained in this effluent, different from conventional thermochemical processes which require a concentration step, this work proposes a route that applies Supercritical Water Gasification (SCWG) technology for the vinasse treatment in order to produce syngas with a high CH4 or H2 content, which can be commercialized to produce other compounds with higher added value, such as ammonia or methanol, or used as fuel for conversion to electric energy. For this, a process diagram and a methodology were developed to represent the physical-chemical properties of the vinasse to simulate the route using Aspen Plus® software. In addition, a study was carried out to optimize the process energy consumption using Pinch Method by energy integration techniques. The effluent modeling indicated that the most appropriate equation to the physical-chemical properties definition is the Soave-Redlich-Kulong (SRK) with VaporLiquid-Liquid equilibrium (VLL) when compared with experimental data. The treatment of 582.75 m³/h of the vinasse by the proposed route, has a production capacity equivalent to 17 kg of CH4 or 8.6 kg of H2 per kg of sugarcane. The syngas produced has a lower heat value (LHV) in dry basis equal to 49 MJ / kg for CH4 rich gas and 64 MJ / kg for the case with H2. Moreover, when used for conversion to electric energy in a gas turbine, it is being able to produce a surplus energy equal to 19 or 31 MW, respectively. The total conversion of vinasse produced in Brazil through this technology has the potential to meet the electricity demand of 7.5 million residences. The process energy efficiencies are equivalent independently of which compounds are produced, which does not establish a production criterion. This targeting should consider the value added and the market behavior for its commercialization, so that the SCWG's employment on a high or low scale, can positively affect the plant's revenue, besides contributing to the diversification of the national energy matrix and the reduction of local environmental impacts of the inappropriate use of vinasse.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:BDTD:110474 |
| Date | January 2018 |
| Creators | Molina, Felipe Braggio |
| Contributors | Ensinas, Adriano Viana, Bereche, Reynaldo Palacios, Gallego, Antonio Garrido, Albarelli, Juliana Queiroz |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf, 182 f. : il. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFABC, instname:Universidade Federal do ABC, instacron:UFABC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=110474&midiaext=76134, http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=110474&midiaext=76133, Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.brphp/capa.php?obra=110474 |
Page generated in 0.0095 seconds