PT109123B - Método de produção de granulado combustível - Google Patents

Abstract

O PRESENTE PEDIDO DIZ RESPEITO A UM MÉTODO DE PRODUÇÃO DE PELLETS COMBUSTÍVEIS E GRANULADO COMBUSTÍVEL OBTIDO DESTE. O MÉTODO DE PRODUÇÃO DE GRANULADO COMBUSTÍVEL AGORA APRESENTADO É FISICAMENTE PREPARADO A PARTIR DE MATÉRIA ORGÂNICA QUE INCLUI DEJETOS ANIMAIS, COMPREENDENDO OS SEGUINTES PASSOS: DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁGUA DA MATÉRIA ORGÂNICA E POSTERIOR DESIDRATAÇÃO DA MATÉRIA QUE POSSUA UMA HUMIDADE ACIMA DE 15%, REDUÇÃO GRANULOMÉTRICA DA MATÉRIA ORGÂNICA ATÉ UM TAMANHO IGUAL OU INFERIOR A 3 MM, ESTILHAGEM, HOMOGENEIZAÇÃO E COMPACTAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA ATÉ OBTER UMA DENSIDADE ENTRE 600 A 1300 KG/M3 E INCORPORAÇÃO DE MATÉRIA ORGÂNICA ADICIONAL SELECIONADA DE ENTRE DEJETOS DE ANIMAIS, SERRIM, PÓ DE CORTIÇA, PÓ DE CARVÃO, GRAINHA, ENGAÇO E BAGAÇO DE UVA, PODAS DE VINHA E OLIVAL ATÉ QUE A MATÉRIA ORGÂNICA HOMOGENEIZADA TENHA UM PODER CALORIFICO ENTRE 20 E 23 MJ/KG, UM TEOR DE CINZAS PÓS-COMBUSTÃO INFERIOR A 6%, MANTENDO A MESMA DENSIDADE.

Description

DESCRIÇÃO

Método de produção de granulado combustível

Domínio técnico presente pedido descreve um método de produção de pellets combustíveis.

Antecedentes

As necessidades energéticas aumentaram exponencialmente no século passado e continuam a crescer a um ritmo acelerado. As fontes de energia continuam atualmente muito dependentes dos combustíveis fósseis, motivo pelo qual as concentrações de CO2 na atmosfera continuam a aumentar. Como forma de contrariar este aumento, diferentes medidas deverão ser aplicadas, como por exemplo a redução do consumo energético através do aumento da eficiência dos sistemas e por um uso crescente das fontes de energia renováveis em detrimento dos combustíveis fósseis.

esforço dos últimos anos permitiu que as fontes de energia renovável se tornassem mais competitivas comparativamente com os combustíveis fósseis e com a energia nuclear. A biomassa é um exemplo de uma fonte de energia renovável cujo potencial é enorme e existem várias razões para ser considerada uma fonte interessante de energia, nomeadamente por ser um recurso renovável, ser a principal fonte de propagação de incêndios causadores de impactos ambientais e a sua utilização sustentável permitir uma emissão líquida de CO2 nula para a atmosfera, devido ao processo da fotossíntese (Bhattacharya, 2001) . 0 CO2 assimilado pela biomassa durante o processo de crescimento corresponde ao carbono acumulado na sua composição da biomassa, em cerca de 48% em massa. De modo que por cada quilograma de carbono presente na biomassa cerca de 3,67 kg de CO2 terão sido subtraídos à atmosfera (Capintieri et.al., 2005). O potencial da biomassa reside ainda no facto de ser um subproduto de baixo custo na agricultura, na silvicultura e na pecuária.

Ao longo deste texto, consideraremos que a biomassa designa, em geral, a massa total de matéria orgânica que se acumula num espaço vital. Desta forma, pertencem à biomassa todas as plantas e todos os animais incluindo os seus resíduos bem como, num sentido mais amplo, as matérias orgânicas transformadas como resíduos de indústria transformadora da madeira e indústria alimentar. Estes elementos primários de biomassa podem ser transformados pelas diferentes tecnologias de conversão em biocombustíveis sólidos, líquidos ou gasosos e, finalmente, nos produtos finais energia térmica, mecânica e elétrica, tal como se apresenta na Figura 1.

O espectro de aproveitamento energético de biomassa é muito vasto e estende-se desde biocombustíveis sólidos para a combustão direta ou gasificação e combustíveis líquidos como óleo vegetal, bioetanol, metanol até aos combustíveis gasosos como biogás ou gás de síntese. Um especto importante é a utilização da biomassa como combustível sólido no qual a combustão direta tem a maior importância prática para a geração de energia térmica e elétrica. Para além de combustão, os biocombustíveis sólidos podem ser gaseificados, carbonizados ou liquefeitos. As desvantagens significativas dos biocombustíveis sólidos são a baixa densidade energética, o manusamento mais complexo e as características energéticas heterogéneas. Em geral, a biomassa é extraída em áreas de produção extensas para depois ser concentrada nos locais de combustão, o que exige um grande esforço logístico em relação à colheita, transporte e armazenamento. Ainda assim, é possível minimizar estes problemas através duma preparação própria dos biocombustíveis. A estrutura física da madeira e palha é importante para o comportamento na combustão e depende das formas de preparação prévia, tais como moagem, fracionamento e densificação. Uma densificação e briquetagem de serradura e palha facilita o transporte, o armazenamento e a dosagem do combustível. Tanto peletes/briquetes como estilhas de madeira e palha fracionada podem ser queimadas em fornalhas automáticas.

Sumário presente pedido descreve um método de produção de pellets combustíveis fisicamente preparados a partir de matéria orgânica que inclui dejetos animais e que compreende os seguintes passos:

- Determinação do teor de água da matéria orgânica;

- Determinação da energia necessária para a secagem;

- Estilhagem/homogeneização da matéria orgânica;

- Análise elementar da matéria orgânica;

Determinação do poder calorífico da matéria orgânica;

- Incorporação de biomassas;

- Produção de pellets.

Numa forma de realização, a incorporação de biomassas no método de produção de pellets combustíveis compreende a introdução de grainha anteriormente estilhada.

Numa outra forma de realização, a incorporação de biomassas no método de produção de pellets combustíveis compreende a introdução de películas anteriormente estilhadas.

Ainda numa outra forma de realização, a incorporação de biomassas no método de produção de pellets combustíveis compreende a introdução de podas da vinha anteriormente estilhadas.

Numa forma de realização, a secagem no método de produção de pellets combustíveis é efetuada de forma forçada a uma temperatura de 30°C e velocidade do ar de 1,0 m/s.

Numa outra forma de realização, o passo de estilhagem/homogeneização da matéria orgânica no método de produção de pellets combustíveis é efetuado até que se atinja uma redução do tamanho das partículas de até 3 mm.

Ainda numa outra forma de realização, no passo de estilhagem/homogeneização da matéria orgânica no método de produção de pellets combustíveis são misturadas serrim e/ou pó de cortiça e/ou pó de carvão e/ou biomassas resultantes da produção de vinho.

Numa forma de realização, a matéria orgânica utilizada no método de produção de pellets combustíveiscompreende ainda o engaço e bagaço de uva, podas da vinha e de olival, serrins das indústrias transformadoras de madeiras, pó de cortiça e pó de carvão.

O presente pedido descreve ainda o granulado combustível obtido pelo método anteriormente descrito.

Numa forma de realização, o granulado combustível apresenta um poder calorífico compreendido entre os 19 MJ/kg e os 23 MJ/kg.

Descrição geral presente pedido descreve um método de produção de pellets combustíveis.

Ao longo do presente pedido, consideram-se pellets combustíveis, todo o granulado apresentado sob a forma de estilha, peletes e briquetes que é fisicamente preparado a partir de biomassa, como por exemplo dejetos animais, engaço e bagaço de uva, podas da vinha e de olival, serrim e outros subprojectos resultantes da exploração agropecuária.

Os processos de transformação física da fitomassa residual, em geral, especialmente o processo de compactação supõem um desafio tanto técnico como económico para o aproveitamento energético destes materiais de natureza heterogénea e formas e tamanhos diversos já que os elevados custos de manutenção e utilização das tecnologias mais adequadas em cada caso dificultam, encarecem e condicionam os projetos que seriam potencialmente realizáveis neste sector das Energias Renováveis.

Em função da própria natureza dos produtos residuais usados como matéria-prima e da sua apresentação e características intrínsecas específicas, será preciso realizar pelo menos uma etapa de transformação física e acondicionamento prévio, sempre que o maior valor acrescentado dos produtos que se obtiverem permita a introdução destes no mercado onde o preço dos combustíveis renováveis compense os custos ocasionados pela manutenção a que são submetidos.

Quando o teor de humidade da biomassa é superior a 15% e as partículas apresentam tamanhos superiores a 3mm, a desidratação e a redução granulométrica é imprescindível, e também rentável, desidratar a biomassa e submete-la a uma ou mais fases de redução granulométrica e acondicionamento estrutural; inclusivamente é possível compactar a biomassa lenho celulósica residual para obter produtos combustíveis de densidade alta (600 a 1300 kg/m³) que se utilizam como substitutos do carvão e da lenha.

O custo final do produto obtido depende dos incrementos de valor que se obtém ao submeter a matéria-prima aos diferentes processos de transformação física e acondicionamento.

Assim, em produtos de valor acrescentado muito alto como os briquetes e pellets o custo é superior ao do resto dos resíduos transformados em combustíveis submetidos a processos de transformação de menor complexidade como é o caso da estilha, serrim, etc. Não obstante o preço de venda potencialmente alcançável para estes combustíveis mais elaborados, justifica-se em muitos casos os investimentos e custos adicionais necessários para os obter.

As principais etapas de transformação realizáveis para o tratamento da fitomassa residual compreendem o destroçamento, a secagem natural, a secagem forçada, a moagem, o peneiramento e a compactação.

No caso da secagem forçada de dejetos animais, normalmente com teores de água elevados, são considerados parâmetros de velocidade do ar, temperatura do ar e agitação mecânica que minimizam o tempo de remoção de água, ao mesmo tempo que o consumo energético é minimizado em função da valorização da própria biomassa. A produção de calor é conseguida à custa da combustão da biomassa em produção.

Simultaneamente, as partículas de biomassa com teores elevados de água, colocadas em superfícies friáveis, como por exemplo do tipo tapete rolante, são agitadas e envolvidas pela corrente de ar em ambas as superfícies, i.e. superfícies superior e inferior.

Tratamento da Matéria orgânica

A valorização energética dos subprodutos da exploração agropecuária, através da transformação em estilha, peletes e briquetes, tem como principal vantagem a eliminação de um desperdício, valorizando-o económica e energeticamente.

Apesar de se tratar de matéria orgânica, em alguns casos, a sua queima pode resultar em emissões de teores de enxofre que ultrapassam os limites legais; resultar numa elevada percentagem de cinzas; baixo poder calorífico; dificuldade de compactação, entre outros aspetos.

Em face do exposto, a co-valorização energética, recorrendo a um balanço de diversas fontes de matéria orgânica, resultará num produto que pretende eliminar todos os problemas atrás referidos.

Neste sentido, são utilizadas as seguintes matérias orgânicas:

- Engaço e bagaço de uva;

- Podas da vinha e de olival;

- Serrins das Indústrias Transformadoras de Madeiras;

- Pó de cortiça;

- Pó de carvão;

- Dejetos de animais;

- Outras matérias orgânicas.

As principais diferenças entre estas matérias orgânicas estão relacionadas com a densidade, teor de água e consequentemente no poder calorífico.

Quanto aos combustíveis sólidos, estes são produzidos tendo como base os dejetos das seguintes produções:

- Pecuária (bovinos, ovinos e caprinos);

- Equinocultura;

- Suinocultura;

- Avicultura;

- Cunicultura.

A estas bases são adicionadas as matérias orgânicas atrás descritas. Por fim, são ainda produzidos combustíveis sólidos que resultam da mistura de diferentes dejetos animais, como base, mas sempre complementados com o atrás referido.

Breve Descrição das Figuras

Para uma mais fácil compreensão da técnica juntam-se em anexo as figuras, as quais, representam realizações preferenciais que, contudo, não pretendem limitar o objeto do presente pedido.

A figura 1 ilustra os métodos de conversão de biomassa em energia.

A figura 2 ilustra a redução do teor em água de diferentes engaços de uva após secagem natural a temperatura baixa e controlada.

Descrição de formas de realização

Em seguida, algumas formas de realização vão ser descritas de forma mais pormenorizada, as quais não pretendem contudo limitar o âmbito do presente pedido.

presente pedido descreve um método de produção de pellets combustíveis.

Procedimento para produção baseada em engaço de uva:

aproveitamento do engaço de uva para pellets e da grainha e película para o seu enriquecimento, com principal incidência nas principais castas do Douro, entre as quais: Viosinho, Touriga Nacional, Moscatel Galego Branco, Tinta Roriz, Malvasia Fina, Touriga Franca, Gouveio, Tinta Barroca e Rabigato, compreende os seguintes passos:

- Determinação do teor de água do engaço, grainha e película;

- Determinação da energia necessária para a secagem por forma a obter uma redução do teor em água em 45%;

E stilhagem/homogeneização do engaço, grainha e película;

- Análise elementar do engaço, grainha e película;

- Determinação do poder calorífico do engaço, grainha e película;

Incorporação de grainha anteriormente estilhada, tendo em vista a melhoria do poder calorífico e do processo de produção em cerca de 4%;

- Incorporação de películas anteriormente estilhada, tendo em vista a melhoria do processo de produção em cerca de 2%;

- Incorporação de outras biomassas, tendo em vista a diminuição de cinzas, na ordem dos 5-6%, regulação de emissões, melhoria do poder calorífico e do processo de produção;

- Produção de pellets.

Nesta forma de realização, a secagem pode ser efetuada de forma forçada a uma temperatura de 30°C e velocidade do ar de 1,0 m/s.

O passo de estilhagem/homogeneização da matéria seca é efetuado até que se efetue uma redução do tamanho das partículas até 3 mm.

O poder calorífico médio do produto resultante está compreendido entre os 19 MJ/kg e os 21 MJ/kg.

Procedimento para produção baseada em dejeto animal:

- Determinação do teor de água;

- Determinação da energia necessária para a secagem por forma a obter uma redução do teor em água em 50 a 55%;

- Estilhagem/homogeneização da matéria seca;

- Análise elementar;

- Determinação do poder calorífico;

- Incorporação de podas da vinha, tendo em vista a melhoria do processo de produção em cerca de 15%;

- Incorporação de outras biomassas, tendo em vista a diminuição de cinzas, tipicamente na ordem dos 10%, regulação de emissões, melhoria do poder calorífico e do processo de produção;

- Produção de pellets.

Nesta forma de realização, a secagem pode ser efetuada de forma forçada a uma temperatura de 30°C e velocidade do ar de 1,0 m/s.

O passo de estilhagem/homogeneização da matéria seca é efetuado até que se efetue uma redução do tamanho das partículas até 3 mm. Nesta etapa são ainda misturadas outras biomassas como serrim, pó de cortiça, pó de carvão e biomassas resultantes da produção de vinho.

O poder calorífico médio do produto resultante está compreendido entre os 20 MJ/kg e os 23 MJ/kg.

Todas as formas de realização acima descritas são obviamente combináveis entre si. As seguintes reivindicações definem adicionalmente formas de realização preferenciais.

Lisboa, 12 de maio de 2020

Claims (3)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Método de produção de pellets combustíveis caracterizado por ser fisicamente preparado a partir de matéria orgânica que inclui dejetos animais, compreendendo os seguintes passos:

   a) Determinação do teor de água da matéria orgânica;

   b) Desidratação da matéria orgânica que possua um teor de humidade superior a 15% de forma a ficar com um teor de humidade abaixo de 15%;

   c) Determinação da granulometria da matéria orgânica;

   d) Redução granulométrica da matéria orgânica até obter matéria com um tamanho igual ou inferior a 3 mm;

   e) Estilhagem, homogeneização e compactação da matéria orgânica até obter uma densidade entre 600 a 1300 kg/m^{2 3};

   f) Incorporação de matéria orgânica adicional selecionada de entre dejetos de animais, serrim, pó de cortiça, pó de carvão, grainha, engaço e bagaço de uva, podas de vinha e olival até que a matéria orgânica homogeneizada tenha um poder calorífico entre 20 e 23 MJ/kg, um teor de cinzas pós-combustão inferior a 6%, mantendo a densidade entre 600 a 1300 kg/m³;

   g) Produção de pellets.
2. 2. Método de produção de pellets combustíveis de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a secagem ser efetuada de forma forçada a uma temperatura de 30°C e velocidade do ar de 1,0 m/s.

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3. 3. Granulado combustível com dejetos animais ou seus resíduos, obtido pelo método das reivindicações 1 a 2, caracterizado por compreender dejetos animais, serrim, pó de cortiça, pó de carvão, grainha, engaço e bagaço de uva, podas de vinha e olival, um poder calorífico entre 20 e 23 MJ/kg, um teor de cinzas pós-combustão inferior a 6%, e uma densidade entre 600 a 1300 kg/m³.

   Lisboa, 6 de agosto de 2020

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