4 limpeza dos gases da gasificação

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Albina Ribeiro
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Albina Maria de Sá Ribeiro
MESTRADO EM ENGENHARIA QUÍMICA
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Processos envolvidos na gasificação da biomassa (Kumar et al., 2009).
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O alcatrão (“tar”), que se forma durante a gasificação, é um líquido
espesso, escuro e altamente viscoso que condensa nas zonas de
temperatura baixa de um gasificador. É altamente indesejável, pois pode
criar muitos problemas, incluindo:
• Condensação e subsequente entupimento do equipamento a jusante;
• Formação de aerossóis de alcatrão;
• Polimerização em estruturas mais complexas.
O alcatrão
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Definição de alcatrão segundo a “IEA’s gasification task force”:
“The organics, produced under thermal or partial-oxidation regimes
(gasification) of any organic material, are called “tar” and are generally
assumed to be largely aromatic”.
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• O alcatrão permanece no estado vapor até que o gás que o transporta
seja arrefecido (em contacto com superfícies frias) ou permanece em
gotas finas de aerossol (< 1 μm).
• Isto torna o gás produzido inadequado para usar em motores a gás,
que têm uma baixa tolerância para alcatrão.
• Para reduzir o teor de alcatrão no gás, pode-se atuar ao nível do
projeto do reator e através da escolha das condições adequadas de
operação (incluindo temperatura do reator e taxa de aquecimento).
• Mesmo assim, as medidas mencionadas podem não ser suficientes,
havendo necessidade de limpeza do gás a jusante do reator.
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A limpeza “standard” do gás envolve filtração e/ou lavagem, que
remove o alcatrão e partículas do gás, e que também arrefece o gás até à
temperatura ambiente.
Estas medidas limpam o gás, tornando-o adequado para ser utilizado na
maioria dos motores a gás.
No entanto, a implementação destas medidas resulta numa redução da
eficiência global do processo, quer seja na produção de eletricidade ou de
energia mecânica utilizando um motor a gás. A limpeza do gás aumenta
consideravelmente os custos de capital da instalação.
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A gasificação de biomassa é por vezes utilizada para geração de energia
em pequenas localidades (unidades de pequena/média capacidade).
Nestas unidades, a inclusão de um sistema de filtração ou de lavagem
aumenta significativamente os custos gerais.
Os sistemas de geração de energia baseados na biomassa são altamente
sensíveis aos custos associados à limpeza do alcatrão.
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A presença de alcatrão no gás produzido a partir da gasificação pode,
potencialmente, decidir qual será a utilização final do gás. As principais
aplicações podem ser:
• Sistemas de combustão direta;
• Motores de combustão interna;
• Produção de gás de síntese.
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Em aplicações onde o gás produzido é queimado diretamente sem haver
arrefecimento, não há necessidade de limpeza. Estes sistemas têm poucas
restrições quanto à quantidade de alcatrão e de partículas presentes, desde
que o gás passe livremente para o queimador e que o design do queimador
não tenha restrições próprias.
O gás de combustão produzido após a queima deve estar suficientemente
limpo, de modo a respeitar os requisitos locais de emissões gasosas.
Sistemas de combustão direta
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Um exemplo de sistemas de combustão direta é a co-combustão do gás
produzido a partir da biomassa, em caldeiras de combustíveis fósseis.
Outros exemplos, são a utilização do gás produzido em fornos e
fornalhas. Nestas aplicações, não é necessário arrefecer o gás após a sua
produção. O gás é alimentado diretamente a um queimador enquanto
ainda está quente (600 - 900ºC) e há pouca possibilidade do alcatrão
condensar.
No entanto, na tubagem entre a saída do gasificador e a entrada do
queimador, o gás não deve arrefecer abaixo do ponto de orvalho do
alcatrão. Se isso acontecer, o depósito de alcatrão pode entupir a tubagem.
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O gás produzido por gasificação pode ser utilizado nos motores de
combustão interna, especialmente para sistemas de geração de energia
distribuída.
Nestas aplicações, o gás deve ser arrefecido e, assim, há possibilidade de
condensação do alcatrão no motor ou no sistema de injeção do
combustível.
Além disso, o sistema pistão-cilindro de um motor de combustão interna
não é projetado para lidar com sólidos, o que impõe limites nos níveis de
alcatrão e de partículas existentes no gás.
Motores de combustão interna (“IC engines”)
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A concentração de partículas e de alcatrão no gás devem estar abaixo dos
limites toleráveis, que são de 30 mg/Nm3 para partículas e 100 mg/Nm3
para o alcatrão.
As turbinas a gás também podem usar gás proveniente da gasificação da
biomassa. Estas têm limites ainda mais apertados relativamente à limpeza
do gás, porque suas lâminas são sensíveis aos depósitos do gás quente que
passa por elas após a combustão. A concentração de alcatrão deve estar
entre 0,5 e 5,0 mg/Nm3.
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Os limites para o teor de partículas e de alcatrão quando se produz gás de
síntese ainda são mais rigorosos, porque o alcatrão envenena o
catalisador. Os limites sugeridos são de 0,02 mg/Nm3 para partículas e 0,1
mg/Nm3 para alcatrão.
O interesse pelas células de combustível está a aumentar, principalmente
para a produção direta de eletricidade a partir do hidrogénio obtido a
partir da gasificação.
Produção de gás de síntese
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Composição do alcatrão
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O benzeno é o componente com maior concentração num alcatrão típico.
Para além dos compostos listados na tabela, o alcatrão também pode
incluir compostos que contêm oxigénio, derivados do fenol, guaiacol,
veratrol, siringol, ácidos gordos livres e ésteres de ácidos gordos que
contêm oxigénio.
A composição do alcatrão depende da temperatura da reação, do tipo de
gasificador e da biomassa utilizada.
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Redução dos alcatrões
O alcatrão proveniente da gasificação do carvão inclui compostos como o
benzeno, tolueno, xileno e alcatrão de carvão, que são produtos com valor
comercial e podem ser aproveitados.
Por outro lado, o alcatrão produzido na gasificação da biomassa,
apresenta muitos compostos oxigenados e que têm pouco valor comercial.
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Os processos de remoção dos alcatrões podem ser divididos em dois
grupos:
• Redução pós-gasificação (ou secundária), que retira o alcatrão do
gás já produzido.
• Redução do alcatrão “in situ” (ou primária), que evita a formação
de alcatrão.
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Processos de remoçãodo alcatrão (Basu, 2013).
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Redução do alcatrão “in situ” (ou primária)
As condições de operação no gasificador são ajustadas de modo a que a
formação do alcatrão seja reduzida. Alternativamente, o alcatrão produzido
é convertido noutros produtos antes de deixar o gasificador. A redução é
alcançada por um dos seguintes métodos:
• Modificação das condições de operação no gasificador;
• Adição de catalisadores ou materiais alternativos em leitos fluidizados;
• Modificação do design do gasificador.
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Reações de redução
As três principais reações responsáveis pela destruição do alcatrão são:
“reforming”, “cracking” térmico ou “cracking” por vapor. Estas convertem
o alcatrão num conjunto de hidrocarbonetos mais leves:
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“Reforming” do alcatrão - a reação realiza-se na gasificação com vapor de
água e pode ser representada pela equação:
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“Reforming” seco do alcatrão
Esta reação ocorre quando o CO2 é o meio gasificante em vez de vapor. O
alcatrão é transformado em H2 e CO. O “reforming seco” é mais eficaz do
que o “reforming” com vapor, especialmente quando a dolomite é usada
como catalisador:
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“Cracking” térmico - pode reduzir o alcatrão, mas não é tão atraente como
o “reforming” porque requer temperatura alta (>1000ºC) e produz
fuligem. Como esta temperatura é mais alta do que a temperatura de saída
do gás na maioria dos gasificadores de biomassa, é necessário fornecer
aquecimento externo ou geração interna de calor com adição de oxigénio.
Ambas as opções têm gastos energéticos elevados.
“Cracking” com vapor - o alcatrão é diluído com vapor e é
brevemente aquecido num forno na ausência de oxigénio. Os
hidrocarbonetos saturados são decompostos em hidrocarbonetos com
menor cadeia.
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Os parâmetros operacionais que influenciam a formação e conversão do
alcatrão incluem: a temperatura e a pressão do reator, o agente de
gasificação, a razão de equivalência e o tempo de residência.
Condições de operação para redução do alcatrão “in situ”
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Temperatura
• A temperatura de operação do reator influencia tanto a quantidade
como a composição do alcatrão. A quantidade, em geral, diminui com
um aumento da temperatura da reação, assim como a quantidade de
carbonizado não convertido. Assim, temperatura de operação alta é
desejável em ambos os aspetos.
• A produção de compostos contendo oxigénio como fenol, cresol e
benzofurano, reduz com o aumento da temperatura, especialmente
abaixo dos 800ºC.
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• Com o aumento da temperatura, ocorre uma diminuição na
quantidade de compostos aromáticos com 1 e 2 anéis substituídos.
No entanto, dá-se um aumento da quantidade de compostos
aromáticos com 3 e 4 anéis.
• A quantidade de compostos aromáticos, tal como o naftaleno e o
benzeno, é favorecida por temperaturas altas. Note-se que se verifica
um aumento do teor de naftaleno e de benzeno no gás produzido
com o aumento da temperatura.
• Temperaturas altas também reduzem o teor de amoníaco no gás
produzido e melhoram a conversão do carbonizado.
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Pressão do reator
Com o aumento da pressão, a quantidade de alcatrão diminui, mas a
fração de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (“PAH - polycyclic
aromatic hydrocarbons”) aumenta.
Tempo de residência
O tempo de residência tem um efeito pouco significativo na formação de
alcatrão num gasificador de leito fluidizado.
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Meio de gasificação
Os quatro agentes de gasificação usados (ar, vapor, dióxido de carbono e
mistura de oxigénio/vapor) podem ter efeitos diferentes na formação e
conversão do alcatrão.
A razão (quantidade de combustível/quantidade do agente de gasificação)
é um parâmetro importante que influencia os produtos da gasificação,
incluindo o alcatrão.
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A gasificação com ar produz a menor quantidade de alcatrão.
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Gasificação com ar
• O rendimento e a concentração do alcatrão no gás produzido diminuem
com o aumento da razão de equivalência (ER).
• Para valores de ER acima de 0,27, os fenóis são quase todos convertidos
e forma-se menos alcatrão.
• Para ER elevadas, a fração de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos
(PAH), benzeno, naftaleno, e outros compostos aromáticos com 3 e 4
anéis aumentam no gás produzido.
• Quanto mais alto o valor de ER, menor a quantidade de alcatrão, mas a
qualidade do gás produzido diminui devido à presença de mais azoto.
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Gasificação com vapor
• Quando o vapor reage com a biomassa para produzir H2, ocorre a reação
de “reforming” do alcatrão:
• Observou-se uma redução significativa na produção do alcatrão para
razões de S/B entre 0,5 e 2,5. É possível haver uma redução ainda mais
significativa, se se usar de um catalisador que incentiva a reação de
“reforming” do alcatrão.
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Gasificação com uma mistura de oxigénio e vapor
• A gasificação com oxigénio e vapor melhora ainda mais a redução do
teor de alcatrão. Além disso, fornece o calor necessário para que a
reação de gasificação seja autotérmica.
• Quando o agente de gasificação é uma mistura de oxigénio e vapor, usa-
se a razão de gasificação (GR), que é definida como o quociente entre a
massa de (vapor + oxigénio) e a massa de biomassa, para caracterizar a
reação.
• A produção de alcatrão reduz com o aumento da razão de gasificação.
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Gasificação com dióxido de carbono
O alcatrão pode sofrer “reforming” na superfície de um catalisador
quando o agente gasificante é o de dióxido de carbono. Tal reação é
chamada de “dry reforming”:
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Redução do teor de alcatrões em gasificadores de leito fluidizado
usando catalisadores
Os catalisadores aceleram as duas principais reações químicas de redução
do teor de alcatrão. Na reação de “reforming” com vapor:
e na “dry reforming”: 
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Os catalisadores podem facilitar as reações de redução de alcatrão no reator
primário (gasificador) ou a jusante, num reator secundário. Os três tipos
principais de catalisadores em uso são a dolomite, metais alcalinos e
níquel.
A olivina e carbonizado também podem ser utilizados como catalisadores
para redução do alcatrão.
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Dolomite
• A dolomite (MgCO3, CaCO3) é relativamente barata e abundante.
Torna-se mais ativa se for calcinada e usada num reator secundário,
colocado a jusante do gasificador, e operando a temperaturas
superiores a 800ºC.
• A reação de “reforming” do alcatrão numa superfície de dolomite
ocorre a uma velocidade mais elevada com CO2 do que com vapor.
Sob condições adequadas, pode converter completamente o alcatrão.
• A deposição de carbono provoca a desativação da dolomite.
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Olivina
• A olivina é um mineral de silicato de ferro e magnésio ((Mg, Fe2)SiO4) 
que está disponível em partículas com tamanhos entre 100 a 400 μm e 
numa gama de massas volúmicas entre 2500 a 2900 kg/m3 . 
• É usada, misturada com areia, em gasificadores de leito fluidizado.
• A atividade catalítica da olivina é comparável à da dolomite calcinada.
• Estudos de gasificação usando olivina como catalisador mostraram uma
destruição completa do alcatrão na gasificação de resíduos de plástico
num reator de leito fluidizado, e uma redução de 90% do alcatrão num
gasificador alimentado com biomassa.
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Catalisadores de metais alcalinos
• Os catalisadores de metais alcalinos são pré-misturados com a
biomassa antes de serem introduzidos no gasificador. Em termos da sua
eficácia, verifica-se:
• Ao contrário da dolomite, os catalisadores alcalinos podem reduzir o
metano no gás produzido, mas é difícil recuperá-los após utilização.
• Se usados em leitos fluidizados pode haver problemas de aglomeração.
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Níquel
• Há muitos catalisadores de níquel disponíveis no mercado para a
redução de alcatrão, bem como do metano no gás de produção.
• Eles contêm quantidades variáveis de níquel. Por exemplo, o
catalisador R-67-7H da Haldor Topsøe tem 12-14% de Ni num
suporte de Mg/Al2O3.
• Os catalisadores de níquel são altamente eficientes e funcionam
melhor num reator secundário, após o gasificador.
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• O uso da dolomite ou de um catalisador de um metal alcalino no reator
primário e de um catalisador de níquel no reator secundário, são
eficazes na redução do alcatrão e do metano.
• A atividade do catalisador é influenciada pela temperatura, tamanho de
partícula e composição da corrente gasosa.
• Os catalisadores de níquel, quando usados no “reforming” de
hidrocarbonetos pesados, são eficazes para a redução do alcatrão.
• Os catalisadores de níquel usados no “reforming” podem ser
desativados devido à deposição de carbono.
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Carbonizado
O carbonizado, um produto da pirólise, também pode catalisar o
“reforming” do alcatrão se for usado num reator secundário.
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Design do Gasificador
O design do gasificador pode ter uma grande influência na quantidade de
alcatrão encontrada no gás produzido.
Num gasificador de fluxo arrastado, o conteúdo em alcatrão pode ser
menor do que 0,1 g/Nm3, enquanto num gasificador do tipo “updraft”, o
alcatrão pode exceder 100 g/Nm3.
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O design do gasificador determina: a zona onde a pirólise ocorre, como o
alcatrão reage com os agentes oxidantes e a temperatura das reações. Por
isso, determina a quantidade de alcatrão produzido no gasificador.
Principais tipos de gasificadores são: “updraft”, “downdraft”, leito
fluidizado e leito arrastado.
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Produção de alcatrão num gasificador de corrente ascendente (“updraft”). O 
alcatrão passa pela zona de temperatura baixa (200-500ºC), por isso, não tem 
oportunidade de sofrer “cracking” (Basu, 2013).
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Gasificador do tipo “updraft”
• A temperatura é mais alta perto da grelha, onde o oxigénio entra em
contacto com o carbonizado e este é queimado.
• O gás quente sobe, fornecendo calor para as reações endotérmicas de
gasificação e passa a biomassa em fase de pirólise, a temperaturas na
gama dos 200 a 500ºC. O alcatrão é produzido nesta zona.
• Este alcatrão sobe com o gás através das regiões mais frias do reator,
não tendo oportunidade de sofrer conversão. Por esta razão, os
gasificadores de corrente ascendente geram a maior quantidade de
alcatrão – tipicamente 10 a 20% em peso da alimentação.
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Geração de alcatrão num gasificador “downdraft”. O alcatrão produzido passa pela 
zona mais quente do reator e sofre “cracking” muito facilmente (Basu, 2013).
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Gasificador “downdraft”
• Tanto o gás como a biomassa têm escoamento descendente. A
temperatura é mais alta na zona de combustão.
• O alcatrão é produzido após a zona de secagem, numa zona onde a
temperatura é relativamente baixa (200-500 ºC).
• O oxigénio do ar, juntamente com o alcatrão, descem para a zona mais
quente do reator. Devido à disponibilidade de oxigénio e à alta
temperatura, o alcatrão sofre reação, sendo convertido em gases não
condensáveis.
• Um gasificador do tipo descendente possui a menor produção de
alcatrão (<1 g/Nm3).
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Gasificador de leito fluidizado borbulhante: o alcatrão não é produzido em nenhum 
local específico, simplesmente passa através da zona de leito fluidizado, que está a 
uma temperatura média. (Basu, 2013)
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Gasificador de leito fluidizado
• Num leito fluidizado (borbulhante ou circulante), o agente de
gasificação entra pela base, e a biomassa é alimentada lateralmente. O
combustível é imediatamente misturado no leito.
• Assim, o meio de gasificação ao passar através do distribuidor, entra
em contacto imediato com partículas de biomassa fresca que estão a
sofrer pirólise e com partículas de carbonizado que estão no leito já há
algum tempo.
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• Quando ar ou O2 são usados como meio de gasificação, o O2 em
contacto com a alimentação pirolisada queima o alcatrão libertado e as
partículas de carbonizado.
• O alcatrão que se forma sai no topo da coluna com a corrente gasosa.
• O teor médio de alcatrão num gasificador de leito fluidizado é de 10
mg/Nm3 (valor entre os dos gasificadores “updraft” e “downdraft”).
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Gasificador de fluxo arrastado
A produção de alcatrão não é significativa, pois o reator opera a
temperaturas de cerca de 1000ºC e os alcatrões são convertidos em gases.
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Pós-gasificação - Redução do Alcatrão
O nível de limpeza a aplicar ao gás produzido depende muito do seu uso
final. Por exemplo, se o gás for utilizado num motor de combustão interna
ou numa turbina, então precisa de ser substancialmente mais limpo do que
se for alimentado a uma caldeira.
A maioria das instalações industriais usam filtros de partículas ou
lavadores (“scrubbers”) para atingir o nível de limpeza adequado.
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Uma quantidade substancial do alcatrão pode ser removida do
gás produzido numa secção de limpeza pós-gasificação.
O alcatrão pode ser convertido em gases,como por exemplo o hidrogénio,
usando catalisadores ou simplesmente pode ser separado.
Os dois métodos básicos de tratamento pós-gasificação são a remoção
física e o cracking” (catalítico ou térmico).
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Remoção física do alcatrão
A limpeza física é semelhante à remoção de partículas de poeira de um
gás. O alcatrão tem de ser condensado antes da separação. A remoção do
alcatrão por este método pode variar entre 20% e 97%.
O teor energético do alcatrão é frequentemente perdido neste processo,
porque este pode permanecer em névoa ou na forma de gotas no gás.
A remoção física do alcatrão do gás pode ser feita usando ciclones, filtros
de barreira, precipitadores eletrostáticos húmidos (ESP), lavadores (“wet
scrubbers”) ou sais alcalinos.
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A escolha do método depende:
• da concentração das partículas e do alcatrão à entrada;
• da distribuição de tamanhos das partícula à entrada;
• da concentração máxima de partículas que é aceitável no gás depois da
separação.
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A distribuição do tamanho das partículas à entrada é difícil de medir,
especialmente se as partículas muito finas, mas a sua medição é
importante para escolher corretamente os dispositivos de recolha.
Por exemplo, partículas com tamanho inferior a 1 μm precisam de ser
recolhidas em precipitadores eletrostáticos húmidos (ESP), mas este
dispositivo é significativamente mais caro do que outros.
Um filtro de tecido (“fabric filter”) pode funcionar para finos, mas
poderá falhar se houver de condensação de alcatrão.
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Ciclones
• Os ciclones não são muito eficazes na remoção de alcatrão devido ao
seu carácter pegajoso e porque não conseguem remover gotículas de
alcatrão inferiores a 1 μm;
• No entanto, são eficazes na remoção de partículas no gás produzido.
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Filtros de barreira (“barrier filters”)
• Os filtros de barreira formam um obstáculo físico à passagem do
alcatrão e das partículas, permitindo que o gás limpo passe;
• É possível revestir a superfície dos filtros com agentes catalíticos
apropriados que ajudam o “cracking” do alcatrão;
• Estes filtros podem ser de dois tipos: vela (“candle filters”) ou tecido
(“fabric filters”).
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• Os “candle filters” são porosos, cerâmicos ou metálicos. A porosidade
do material é escolhida de tal forma que as partículas mais finas não o
atravessem.
• As partículas que não atravessam, formam um depósito na parede do
filtro chamado “bolo de filtração”. O gás passa através desta camada,
assim como através do filtro.
• Um problema com o bolo de filtração é que, à medida que a sua
espessura aumenta, a queda de pressão no filtro também aumenta.
• Ocasionalmente, tem de ser feita a remoção do bolo. Um modo de
remoção é aplicar pulsos de pressão na direção oposta.
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Mecanismo de separação de poeira num filtro de barreira.
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• Para além da queda de pressão elevada, os filtros de barreira também
têm desvantagens se houver o aparecimento de fissuras. O gás com
poeira e alcatrão escoa preferencialmente através dessa passagem,
afetando adversamente o equipamento a jusante.
• A condensação do alcatrão nos elementos do filtro pode bloqueá-lo.
• Os filtros cerâmicos podem ser projetados para operar a temperaturas
altas, da ordem dos 800 a 900 ºC.
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• Os filtros de tecido operam a temperaturas mais baixas (< 350 ºC);
• O bolo de filtração pode ser removido por lavagem ou pode ser
sacudido.
• A condensação de alcatrão no tecido pode ser um problema se o gás
for demasiado arrefecido.
• Pode-se usar um filtro de tecido com um revestimento, que é removido
junto com o bolo de filtração.
• Este revestimento pode efetivamente remover substâncias indesejáveis
do produto gasoso.
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Precipitadores eletrostáticos húmidos (“wet electrostatic precipitators”)
• Os ESP húmidos são usados em algumas unidades de gasificação.
• O gás passa através de um campo elétrico forte com elétrodos. As
partículas sólidas e as gotas de líquido ficam carregadas.
À medida que o gás passa através de uma câmara contendo placas ou
varas anódicas com um potencial de 30-75 kV, as partículas arrastadas
pelo gás ficam carregadas, e são recolhidas a jusante em placas coletoras,
com carga positiva.
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• Embora a eficiência da recolha não diminua com a acumulação de
partículas nas placas, é necessário fazer uma limpeza periódica das
mesmas, para evitar que o escoamento do gás seja condicionado ou
que ocorra curto-circuito nos elétrodos devido à cinza acumulada.
• As partículas sólidas recolhidas são limpas por meios mecânicos, mas
o alcatrão precisa de ser limpo usando um filme fino de água.
• Os precipitadores eletrostáticos húmidos têm uma eficiência elevada
na recolha de partículas (> 90%), abrangendo uma larga gama de
tamanhos de partículas que vai até 0,5 μm. Apresentam quedas de
pressão baixas.
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• A ocorrência de faíscas quando se aplica uma voltagem elevada é
motivo de preocupação, especialmente se o gás a limpar for altamente
combustível.
• Assim, a economia que se poderia ter devido à baixa potência que é
requerida para o ventilador (perdas de carga baixas) é perdida devido
aos custos associados com as medidas de segurança que têm que ser
implementadas.
• O custo de capital para um ESP é 3 a 4 vezes maior do que para um
lavador (“wet scrubber”).
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Lavadores (“wet scrubbers”)
• Nestes equipamentos, água ou outro líquido de lavagem apropriado é
pulverizado no gás. As partículas sólidas e as gotas de alcatrão colidem
com as gotas do líquido de lavagem, formando gotículas maiores
devido ao fenómeno da coalescência.
• Estas gotículas maiores são facilmente separadas do gás, por exemplo,
usando um ciclone.
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• O gás precisa de ser arrefecido a temperaturas inferiores a 100ºC,
antes de ser limpo. O líquido de lavagem com o alcatrão pode ser
reintroduzido no gasificador.
• Como alternativa, pode-se retirar o alcatrão do líquido de lavagem.
• Os lavadores têm uma alta eficiência de recolha (> 90%), mas esta
baixa bastante quando se trabalha com partículas de tamanho inferior
a 1 μm.
• A potência associada ao ventilador de uma instalação com um lavador
é maior do que uma contendo um EPS, o que implica custos de
operação mais elevados.
•
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• O custo de capital de um “wet scrubber” é muito menor do que o de
um EPS.
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Remoção de sais alcalinos
A biomassa é rica em sais alcalinos, que evaporam às altas temperaturas a
que operam os gasificadores, mas que podem condensar a jusante,se o
gás produzido foe arrefecido abaixo dos 600 ºC.
Como a condensação de sais alcalinos causa sérios problemas de
corrosão, há necessidade de os remover. Se o gás for arrefecido abaixo
dos 600 ºC, os sais alcalinos mudam de fase e podem, posteriormente, ser
capturados em ciclones, ESPs ou filtros.
Algumas aplicações não permitem o resfriamento do gás. Nestes casos, o
gás quente pode passar através de um leito de bauxite ativa, mantida a
650-725 ºC.
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Eliminação do alcatrão recolhido
Os processos de remoção de alcatrão produzem resíduos líquidos com
concentração elevada de compostos orgânicos, que aumentam a
complexidade do tratamento da água.
Os contaminantes das águas residuais incluem compostos orgânicos
dissolvidos, ácidos inorgânicos, NH3 e metais. Os alcatrões recolhidos são
classificados como resíduos perigosos, especialmente se foram formados
a altas temperaturas.
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Existem várias tecnologias que estão disponíveis para o tratamento
desses contaminantes.
Alguns exemplos incluem a extração com um solvente orgânico,
destilação, adsorção em carvão ativado, oxidação húmida, oxidação com
peróxido de hidrogénio (H2O2), oxidação com ozono (O3), incineração e
tratamento biológico.
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“Cracking”
No “cracking” após a gasificação há a quebra das grandes moléculas de
alcatrão em moléculas de gases, como H2 ou CO.
Neste processo, ao contrário da limpeza física, o alcatrão não precisa de
ser condensado. Este envolve o aquecimento do alcatrão a uma
temperatura elevada (~1200 ºC) ou a sua exposição a
catalisadores a temperaturas mais baixas (~800 C).
Existem dois tipos principais de “cracking”: térmico e catalítico.
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O “cracking” térmico sem catalisador é possível de realizar a altas
temperaturas (~1200 ºC). A temperatura a que se dá o processo depende
dos constituintes do alcatrão. Por exemplo, alcatrões contendo
componentes oxigenados podem ser tratados a cerca de 900 ºC. Oxigénio
ou ar podem ser adicionados, permitindo a combustão parcial do alcatrão
para aumentar a sua temperatura, o que favorece o “cracking” térmico.
Outra opção é fazer a decomposição térmica dos alcatrões de biomassa
num plasma de arco elétrico. Este processo é relativamente simples, mas
produz um gás com menor conteúdo energético.
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O “cracking” catalítico é comercialmente usado em muitas instalações
para a remoção do alcatrão e outros elementos indesejáveis do produto
gasoso.
Geralmente, o gás contendo alcatrão passa sobre os catalisadores. As
principais reações químicas que ocorrem num reator catalítico são as
correspondentes à do “reforming” com vapor e “dry reforming”.
As reações relativas à conversão do alcatrão são endotérmicas. Assim,
adiciona-se uma pequena quantidade de ar ao reator para que ocorra uma
combustão controlada.
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• Os catalisadores não-metálicos incluem catalisadores descartáveis e
baratos: dolomite, zeólitos, calcite, etc. Podem formar um leito
fluidizado pelo gás contendo o alcatrão, a uma temperatura entre 750 e
900ºC.
• Catalisadores metálicos incluem Ni, Ni/Mo, Ni/Co/Mo, NiO, Pt e Ru
(ruténio) em suportes como sílica alumina e zeólitos. Alguns destes
catalisadores são utilizados na indústria petroquímica.
• Uma mistura de Ni/Co/Mo converte o NH3 e os alcatrões. Os
catalisadores são desativados durante o “cracking” dos alcatrões, e por
isso precisam de ser reativados.
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P. Basu, Biomass Gasification, Pyrolysis and Torrefaction - Practical
Design and Theory, 2nd ed, Academic Press, San Diego, CA, 2013.
ISBN: 978-0-12-396488-5
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