Síntese Fischer-tropsch: Produção De Combustíveis Líquidos Da Madeira Energética

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

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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)

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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 Energia  • Termoquip  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 Nacional  de  • Centro  Refrência  em  Biomassa  (CENBIO)

Leito Fluidizado 200 kg/h de Biomassa

Plantas de F-T (Fev.2007) LOCALIZAÇÃO

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

Sasolburg (África do Sul)

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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