Análise termodinâmica de sistema de gaseificação com água supercrítica para geração combinada de eletricidade, calor e bio-óleo a partir do bagaço da cana-de-açúcar

• Autor(a) principal: Gomes, Miguel Queiroz Viveiros
• Data de Publicação: 2024
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
• Texto Completo: https://hdl.handle.net/11449/254765
• topic: gaseificação por água supercrítica; DWSim; biomassa lignocelulósica; trigeração; Gaseificação de biomassa; Biomassa; Biocombustíveis; gasification by supercritical water; lignocellulosic biomass; trigeneration

O processo de gaseificação de biomassa empregando água no estado supercrítico apresenta diversas vantagens. Dentre elas, destaca-se a não necessidade da realização de um processo preliminar de secagem, o que reduz o consumo de energia. Além disso, durante o processo ocorre a decomposição total da matéria orgânica, evitando a formação de carvão e alcatrão, contaminantes que podem causar o entupimento das linhas de operação em uma planta termodinâmica. As vantagens citadas decorrem das características intermediárias entre as fases líquida e gasosa apresentadas pela água no estado supercrítico, o que proporciona uma melhoria substancial da dissolução da matéria orgânica. No presente estudo, uma planta termodinâmica foi modelada no software de processos termoquímicos DWSim, o qual é baseado em processos sequenciais modulares de código aberto. O objetivo do trabalho é analisar termodinamicamente a trigeração de energia elétrica, calor e bio-óleo a partir da gaseificação do bagaço de cana-de-açúcar empregando água supercrítica como agente gaseificante. Foi analisada a influência da vazão de biomassa nos rendimentos do sistema de trigeração, mantendo-se a vazão mássica, pressão e temperatura da água supercrítica constantes em, respectivamente, 5000 kg/h, 251 bar e 450 ⁰C. Os resultados indicam que menores vazões de biomassa beneficiam a formação de gás de síntese, proporcionando uma maior geração de trabalho mecânico e energia térmica, contudo, uma menor produção de bio-óleo é obtida. Além disso, foi investigada a existência de um limite mínimo para a vazão de biomassa, uma vez que um valor extremamente baixo pode reduzir, de forma significativa, a produção de bio-produtos. Com relação ao excesso de oxigênio a combustão do gás de síntese, benefícios para a geração das potências mecânica e térmica foram aferidos. Isso é consequência de uma maior vazão de gases de combustão devido à maior quantidade de oxigênio, possibilitando maior geração de trabalho na turbina. Já outro efeito da combustão em excesso é uma pequena diminuição da condutividade térmica dos gases expelidos pela turbina, fato que pode explicar o ligeiro aumento de calor produzido pelo sistema. Dessa forma, dentre os cenários simulados, o que apresentou melhor e mais balanceado comportamento foi o com vazão de 2000 kg/h de biomassa e excesso de 50% de oxigênio na combustão, apresentando um rendimento energético de 68%.