BR102016029943A2 - Método de remoção de cloro e de componentes inorgânicos de gramíneas ou poáceas para produção de biocombustivel sólido, na forma de "pellets" ou outra - Google Patents

Abstract

"método de remoção de cloro e de componentes inorgânicos de gramíneas ou poáceas para produção de biocombustivel sólido, na forma de "pellets" ou outra". a biomassa proveniente de plantas família gramineaes ou poaceae, produzidas em regiões tropicais, tende a conter concentrações superiores de cloro e outros inorgânicos em teores superiores aos permitidos pelas normas internacionais, como enpius e semelhantes, para produção de biocombustíveis sólidos. a presente invenção trata da remoção de cloro e outros inorgânicos, utilizando processos de pré-tratamento mecânico e químico, compreendendo picagem, moagem e lixiviação, prévios a produção dos biocombustíveis na forma de pellets ou outra. este método propicia a redução de gases tóxicos como dioxinas e gases corrosivos resultantes no processo de combustão dos biocombustíveis sólidos

Description

"MÉTODO DE REMOÇÃO DE CLORO E DE COMPONENTES INORGÂNICOS DE GRAMINEAS OU POÁCEAS PARA PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTIVEL SÓLIDO, NA FORMA DE "PELLETS" OU OUTRA".

[001] A presente invenção diz respeito a um método para a remoção de substâncias inorgânicas constituintes, principalmente cloro, sódio, potássio, cálcio e magnésio, a partir de biomassa proveniente da família Gramineae ou Poaceae, das quais se destacam pelo seu potencial econômico, principalmente, palha, pontas e bagaço do gênero Saccharum ssp., palha, pontas e bagaço do gênero Sorghum ssp., biomassa dos gêneros Bambusa ssp., Penisetum ssp. e Brachiaria ssp. assim como biomassa residual dos gêneros zea ssp., oryza ssp., avena ssp., secale ssp., triticum ssp., hordeum ssp., para produção de biocombustível sólido na forma de pellets ou outra com baixo teor de cinzas e cloro, de forma a poder cumprir as exigências da norma "ENplus", ou outra semelhante, permitindo assim o acesso do produto ao mercado internacional de pellets de biomassa e outros biocombustíveis sólidos; este método é capaz de reduzir as taxas de cloro e metais alcalinos que se encontram correlacionados com o teor de altas taxas de cinzas resultantes da queima de combustíveis de biomassa, responsáveis pela falha de equipamentos e dificuldades operacionais em instalações de conversão de energia termoquímica e, também, pela emissão de gases tóxicos, tais como o cloro e seus compostos, que durante a combustão formam dioxinas, substâncias organocloradas que podem prejudicar a saúde humana, fator limitante para o uso da biomassa na produção de bioenergia.

[002] O alto preço dos combustíveis fósseis no mundo e o interesse em substituir fontes fósseis de energia por outros com base em recursos renováveis, levou a um aumento dramático na demanda para biomassa peletizada que pode ser queimada para uso doméstico, principalmente para o aquecimento residencial ou para a substituição de carvão em outros combustíveis fosseis em termoelétricas.

[003] Na União Européia - (EU) encontra-se o maior mercado mundial de pellets de madeira, e a produção destes concentra-se principalmente em países Europeus, seguidos dos EUA, Canada e Rússia; nestas regiões onde se produz pellets de biomassa, a precipitação pluvial é majoritariamente proveniente de agua doce de geleiras. Nestas condições, as espécies de madeira e as demais biomassas como as provenientes de gramíneas são produzidas baixas taxas de cloro e inorgânicos, enquadrando-se facilmente nas normas Enplus ou semelhantes a serem atendidas para a produção pellets.

[004] Considerando as metas 20/20/20 e os planos de descarbonização da EU e de diversos países do mundo, o crescimento contínuo do mercado mundial dos pellets de biomassa tende a aumentar, e para atender a demanda será necessário à inclusão de outros tipos de biomassa vegetal que atendam a demanda de biocombustíveis sólidos. Apesar da incerteza no volume dos fluxos de comércio de pellets de madeira para 2020/2030, fica evidente que a UE e os atuais importadores, não é capaz de produzir o suficiente para atender suas demandas. Esta lacuna deve ser preenchida com as importações que poderíam fornecer uma parcela importante dessa demanda.

[005] Regiões emergentes dos quais revelam potencial são países da Oceania, da África e da América Latina, principalmente o Brasil., dado que o Brasil possui grande vocação na produção agrícola com produtividade de massa seca por hectare superior a qualquer pais do mundo. O problema central consiste em que estes países, diferente mente dos atuais produtores principais, estão localizados na zona tropical do planeta que, embora evidenciem condições edafoclimáticas favoráveis para produção de biomassa, apresentam precipitação de agua proveniente majoritariamente dos oceanos, contendo cloro, em suas altas taxas de (NaCI), além de outros inorgânicos que se depositam no solo, sendo absorvidas nas biomassas em seu processo de crescimento, e em consequência, durante a combustão da biomassa em sua forma natural, formam-se gases poluentes tóxicos que causam problemas ambientais, de saúde e também causam perdas econômicas por corrosão dos equipamentos, fatos que impedem a certificação de atendimento as exigências das normas Enplus e semelhantes aplicáveis, que definem requisitos de qualidade e sustentabilidade para os pellets de biomassa no mercado Europeu e/ou internacional.

[006] No Brasil a taxa de cloro e inorgânicos presente na biomassa de origem tropical é em média de cinco a dez vezes superiores ao permitido pelas normas Enplus para pellets de biomassa para uso residencial, e também a presença de outros inorgânicos resulta após a combustão em teor de cinzas que pode chegar a atingir até vinte vezes o valor permitido.

[007] A solução dos problemas acima descritos em itens anteriores ampliara o potencial para o aproveitamento produtivo da biomassa sólida vegetal, e em regiões edafoclimaticamente semelhantes, mediante a produção de biomassa para a produção de pellets que possa atender as normas internacionais, permitindo o suprimento da crescente demanda residencial e industrial deste biocombustível em países da União Européia e outros, propiciando benefícios econômicos e ambientais para o Brasil e o mundo.

[008] Atualmente não está disponível para utilização técnicas para extração de inorgânicos da biomassa solida vegetal, fato que implica na dificuldade para a produção econômica do mesmo para fins energéticos no mundo. As poucas técnicas para extração de inorgânicos são destinadas para biomassa de forma geral, sem considerar as especificidades da família Gramineae ou Poaceae, e também apresentam limitações exigindo pré-tratamento da biomassa com processos térmicos, muitas vezes acrescidos da utilização de insumos para remoção de inorgânicos, resultando em custos superiores aos possibilitados por esta invenção.

[009] O tratamento genérico da biomassa sem considerar a estrutura anatômica especifica das diversas biomassas vegetais em suas várias fases do crescimento, tem produzido resultados deficientes através dos processos existentes, limitação que é superada pela presente invenção.

[010] O processo objeto da presente invenção, consiste em remover o cloro e outros inorgânicos, tais como metais alcalinos, da biomassa sólida vegetal, com a finalidade de permitir a produção de biocombustíveis sólidos na forma de pellets de madeira e outras que atendam as normas Enplus e semelhantes permitindo assim a sua comercialização no mercado Europeu e internacional.

[011] O método desta invenção compreende o pré-tratamento hidromecânico, aplicado antes da peletização, a biomassa de característica juvenil, proveniente de diferentes idades e diferentes tipos de tratamento, propiciando além do uso exclusivo a sua combinação com outros gêneros de biomassa sólida vegetal, em proporção que permita o atendimento ao disposto das normas aplicáveis quanto ao teor de cloro e de outros inorgânicos presentes no biocombustível sólido final.

[012] No método desta invenção a biomassa é, na primeira etapa, pré-tratada mecanicamente com picadores tradicionais de campo, sendo reduzida na forma de lascas finas com granulometria de diâmetro médio de 3mm, e, em seguida, na segunda etapa, é fracionada, com moinho bolas ou semelhante, e peneirada a um intervalo de tamanho granulométrico de cerca de 0,177 mm - 0,297 mm, equivalente a 48-80 mesh Tyler, de forma a propiciar a exposição de maior área de contato do parênquima da biomassa, bem como para propiciar o tamanho ideal para peletização, em seguida é moída, e passa por lavagem simples por lixiviação de agua desionizada Milli-Q preferencialmente com (condutividade eléctrica <1 microsiemens por cm 1), à temperatura ambiente, podendo variar de 12 até 36 °C, utilizando uma relação de massa sólida/agua que pode variar de 10g/0.5L até 100g/0.5L, durante um período de tempo variando entre um máximo de 5 minutos a 24 horas de permanência, e, após a fase de lixiviação o material é secado ao ar livre, ou em secadores termomecânicos, resultando a aplicação destes procedimentos em material com teor nulo ou baixo de cloro e com redução do teor de metais alcalinos próximo a 10% do material inicial propiciando o atendimento do limite definido pelas normas Enplus ou semelhantes.

[013] Os procedimentos de tratamento mecânico e lavagem, bem como os resultados, descrita no item anterior, foram aplicados para prova de conceito, em nível laboratorial, simulando condições reais em grande escala. Os resultados obtidos no laboratório para todos os gêneros avaliados, submetido a teste de cloreto em cromatógrafo seletivo de íons mostraram que as taxas de cloro do material pré-tratado foram reduzidos entre 75 a 90%. A análise de determinação da concentração de metais alcalinos, obtido por um analisador termogravimétrico até 800°C verificou a redução superior a 75% das taxas de cinzas, em comparação com o material não tratado.

[014] O processo desta invenção resulta na redução a níveis aceitáveis pelas normas pertinentes das emissões de cloro, evitando assim a formação de dioxinas, gases tóxicos mutagênicos danosos para a saúde humana, e propiciando substancial eliminação de metais alcalinos reduzindo assim a formação de cinzas, e diminuindo a corrosão dos equipamentos de combustão para produção de energia através de biocombustíveis sólidos.

[015] Após o processo de pré-tratamento hidromecânico de biomassa da família Gramineae ou Poaceae, proveniente de diferentes gêneros, o material resultante encontra-se com taxas {< 0,02%) de cloro, contendo metais alcalinos com teor de formação de cinzas (< 0,3%), apresentando características físicas ideais para o processo de peletização, propiciando dessa forma a produção de biocombustível sólido na forma de pellets ou outra, utilizando como insumo a biomassa individual ou combinada entre si, atendendo os limites de teor de cloro e outros inorgânicos definidos pela norma Enplus e semelhantes para comercialização de pellets de madeira.

REVINDICAÇÕES

Claims (8)

1) "MÉTODO DE REMOÇÃO DE CLORO E DE COMPONENTES INORGÂNICOS DE GRAMÍNEAS OU POÁCEAS PARA PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTIVEL SÓLIDO, NA FORMA DE "PELLETS" OU OUTRA", caracterizado por ser um método para a remoção de substâncias inorgânicas da biomassa proveniente de plantas da família Gramineae ou Poaceae antes da produção dos pellets ou de outra forma de biocombustível sólido, incluindo os seguintes passos: a) pré-tratamento mecânico da biomassa, inicialmente reduzida na forma de lascas finas com diâmetro granulométrico em torno de 3.0 mm, sequencialmente fracionado e peneirado a um intervalo de tamanho granulométrico entre 0,177 mm - 0,297 mm b) lixiviação da madeira pré-tratada mecanicamente usando agua com uma relação de massa sólida/agua que varia de 10 gramas de biomassa por 0.5 litros de agua até 100 gramas de biomassa por 0.5 litros de agua, em temperatura ambiente que pode variar de 12 °C até 36 °C durante um período de tempo de residência de no máximo 5 minutos a 24 horas.

2) "MÉTODO DE REMOÇÃO DE CLORO E DE COMPONENTES INORGÂNICOS DE GRAMÍNEAS OU POÁCEAS PARA PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTIVEL SÓLIDO, NA FORMA DE "PELLETS" OU OUTRA" de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela aplicação de pré-tratamento mecânico e de lixiviação ao material de biomassa proveniente de plantas da família Gramineae ou Poaceae juvenis exclusivamente ou em combinação com biomassa proveniente de plantas adultas da família Gramineae ou Poaceae.

3) "MÉTODO DE REMOÇÃO DE CLORO E DE COMPONENTES INORGÂNICOS DE GRAMÍNEAS OU POÁCEAS PARA PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTIVEL SÓLIDO, NA FORMA DE "PELLETS" OU OUTRA" de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material submetido a pré-tratamento mecânico e lixiviação proveniente de plantas da família Gramineae ou Poaceae de diferentes idades e tipo de trato agrícola.

4) "MÉTODO DE REMOÇÃO DE CLORO E DE COMPONENTES INORGÂNICOS DE GRAMÍNEAS OU POÁCEAS PARA PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTIVEL SÓLIDO, NA FORMA DE "PELLETS" OU OUTRA" de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por material submetido a pré-tratamento mecânico usando picadores tradicionais de campo e moinho de bola para madeira ou outro picador semelhante.

5) "MÉTODO DE REMOÇÃO DE CLORO E DE COMPONENTES INORGÂNICOS DE GRAMÍNEAS OU POÁCEAS PARA PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTIVEL SÓLIDO, NA FORMA DE "PELLETS" OU OUTRA" de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por material submetido a lixiviação usando agua desionizada Milli-Q, preferencialmente com condutividade eléctrica <1 microsiemens por cm 1.

6) "MÉTODO DE REMOÇÃO DE CLORO E DE COMPONENTES INORGÂNICOS DE GRAMÍNEAS OU POÁCEAS PARA PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTIVEL SÓLIDO, NA FORMA DE "PELLETS" OU OUTRA" de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por material resultante logo após o pré-tratamento mecânico e lixiviação é secado ao ar livre atmosférico.

7) "MÉTODO DE REMOÇÃO DE CLORO E DE COMPONENTES INORGÂNICOS DE GRAMÍNEAS OU POÁCEAS PARA PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTIVEL SÓLIDO, NA FORMA DE "PELLETS" OU OUTRA" de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material resultante logo após o pré-tratamento mecânico e lixiviação é secado usando secadores termomecânicos.

8) "MÉTODO DE REMOÇÃO DE CLORO E DE COMPONENTES INORGÂNICOS DE GRAMÍNEAS OU POÁCEAS PARA PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTIVEL SÓLIDO, NA FORMA DE "PELLETS" OU OUTRA" de acordo com a reivindicação 1 a 3, caracterizado por taxas resultantes de cloro (< 0,02%) e de cinzas (< 0,3%), o que propicia o atendimento as normas Enplus ou semelhantes.