WO2018112580A1

WO2018112580A1 - Método de remoção de cloro e de componentes inorgânicos de gramíneas ou poáceas para produção de biocombustivel sóudos na forma oe "pellets" ou outra

Info

Publication number: WO2018112580A1
Application number: PCT/BR2017/000153
Authority: WO
Inventors: Javier ESCOBAR FARAGO; José GOLDEMBERG; lido SAUER
Original assignee: Escobar Farago Javier
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2018-06-28
Also published as: BR102016029943A2; BR102016029943B1

Abstract

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 Enpíus e semelhantes, para produção de biocombustíveis sólidos. A presente invenção trata da remoção de cloro e outros inorgânicos, utilizando processos de pré-tratamenío mecânico e químico, compreendendo picagem, moagem e lixiviação, prévios a produção dos biocombustíveis na forma de peílets 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 GRAMÍNEAS OU POÁCEAS PARA PRODUÇÃO. DE BIOTOMBUSTIVEL SÓLIDO, NA FORMA DE "PELLETS" OU OUTRA".

[001] A presente invenção diz respeito a um método para a remoção de substâncias inorgânicas constituintes, principalmente cioro, sódio, potássio, cálcio e magnésio, a partir de biomassa proveniente da família Gramíneae ou Poaceae, das quais se destacam peio seu potencial económico, principalmente, palha, pontas e bagaço do género Saccharum ssp., palha, pontas e bagaço do género Sorghum ssp., biomassa dos géneros Bambusa ssp., Penisetum ssp. e Brachíaria ssp. assim como biomassa residual dos géneros zea ssp., cryza ssp., avena ssp., secaíe ssp., triticum ssp., hordeum ssp., para produção de biocombustíveí sólido na forma de peliets ou outra com baixo teor de cinzas e cloro, de forma a poder cumprir as exigências da norma "ENpius", ou outra semelhante, permitindo assim o acesso do produto ao mercado internacional de pe!Sets 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 peia faiha 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 organocíoradas que podem prejudicar a saúde humana, fato r limita nte 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 peletízada que pode ser queimada para uso doméstico, principalmente para o aquecimento residencial ou para a substituição de carvão em outros combustíveis fosseis em termoeSétricas.

[003] Na União Europeia - (EU) encont.ra-se o maior mercado mundial de peliets de madeira, e a produção destes concentra-se principalmente em países Europeus, seguidos dos EUA, Canada e Rússia; nestas regiões onde se produz peliets de biomassa, a precipitação pluvial é majoritariamente proveniente de agua doce de geleiras. Nestas condições, as espécies de madeira e as demais bíomassas 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 peilets.

[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 peilets 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 peilets 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 poderiam fornecer uma parcela importante dessa demanda. [0053 Regiões emergentes dos quais revelam potencia! 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, diferentemente 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 aftas 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 natura!, formam -se gases poluentes tóxicos que causam problemas ambientais, de saúde e também causam perdas económicas por corrosão dos equipamentos, fatos que impedem a certificação de atendimento as exigências das normas Enpius e semelhantes aplicáveis, que definem requisitos de qualidade e sustentabilidade para os peliets 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 peias normas Enpius para peliets de biomassa para uso residencial, e também a presença de outros inorgânicos resuita 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 potenciai para o aproveitamento produtivo da biomassa sólida vegetal, e em regiões edafoclimatícamente semelhantes, mediante a produção de biomassa para a produção de peliets que possa atender as normas internacionais, permitindo o suprimento da crescente demanda residencial e industriai deste biocombustívei em países da União Europeia e outros, propiciando benefícios económicos e ambientais para o Brasil e o mundo.

[008] Aíuafmente não está disponível para utilização técnicas para extração de inorgânicos da biomassa solida vegetai, fato que implica na dificuldade para a produção económica 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-tratameoto da biomassa com processas 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 anatómica 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, cora a finalidade de permitir a produção de bíocombustíveis sólidos na forma de pellets de madeira e outras que atendam as normas Enp!us e semelhantes permitindo assim a sua comercialização no mercado Europeu e internacional.

10111 O método desta invenção compreende o pré-trata mento hidromecânico, aplicado antes da peietização, a biornassa de característica juvenil, proveniente de diferentes idades e diferentes tipos de tratamento, propiciando além do uso exclusivo a sua combinação com outros géneros de biornassa sólida vegetai, em proporção que permita o atendimento ao disposto das normas aplicáveis quanto ao teor de cloro e de outros inorgânicos presentes no biocombustíveí sólido finai.

[012] No método desta invenção a biornassa é, na primeira etapa, pré-traíada mecanicamente com picadores tradicionais de campo, sendo reduzida na forma de lascas finas com granuiometria 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 granulométrieo de cerca de 0,177 mm -0,297 mm, equivalente a 48 ~ 80 rnesh Tyíer, de forma a propiciar a exposição de maior área de contato do parênquima da biornassa, bem como para propiciar o tamanho ideai para peietização, em seguida é moída, e passa por lavagem simples por lixiviação de agua desionszada Milfi-Q preferencialmente com (condutividade eléctrica <i microsiemens por cm ^"1 ), à temperatura ambiente, podendo variar de 12 ate 36 °C, utilizando uma relação de massa sólida/agua que pode variar de 10g/0.5L até XOGg/O.SL, 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 arlívre, ou em secadores termomecânicos, resultando a aplicação destes procedimentos em material com teor nulo ou baixo de cíoro e com redução do teor de metais alcalinos próximo a 10% do material iniciai propiciando o atendimento do limite definido peias normas Enplus ou semelhantes.

[013] Os procedimentos de tratamento mecânico e lavagem, bem corno 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 géneros avaliados, submetido a teste de cloreto em cromatógrafo seletivo de sons 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 termogravimétríco até S00°C verificou a redução superior a 75% das taxas de cinzas, em comparação com o material não tratado.

[014] O processo desta invenção resulta m redução a níveis aceitáveis peias normas pertinentes das emissões de cloro, evitando assim a formação de dioxinas, gases tóxicos mutagênícos 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 biornassa da família Gramineae ou poaceae, proveniente de diferentes géneros, 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 peietizaçao, propiciando dessa forma a produção de biocombustível sólido na forma de peileís ou outra, utilizando como insumo a biomassa individuai ou combinada entre si, atendendo os limites de teor de cloro e outros inorgânicos definidos peia norma Enplus e semelhantes para comercialização de peSlets de madeira.

Claims

REVINDICAÇÕES

1} "MÉTODO DE REMOÇÃO DE CLORO E DE COMPONENTES INORGÂNICOS DE GRAMÍNEAS OU PQÁCEAS PARA PRODUÇÃO DE BIOCGMBUSTIVEL SÓLiDG, 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 pefiets 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 granuíométrico em torno de 3.0 mm, sequencialmente fracionado e peneirado a um intervalo de tamanho granulamétrico entre 0,177 mm - 0,297 mm fa} lixiviação da madeira pré-tratada mecanicamente usando água com uma relação de massa sólida/agua que varia de 10 gramas de biomassa por 0,5 litros de agua até IDO gramas de biomassa por 0.5 litros de agua, era 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 QU PQÁCEAS PARA PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEL 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 BIOCOMBUSTÍVEL 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 8IOCOMBUSTIVEL 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 BIOCOMBUSTIVELSÓLÍDO, NA FORMA DE "PELLETS" OU OUTRA" de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por material submetido a lixiviação usando agua desionizada Milii-Q, preferencialmente com condutividade eléctrica <1 rnicrosiemens por cm ^_1 .

6} "MÉTODO DE REMOÇÃO DE CLORO E DE COMPONENTES INORGÂNICOS DE GRAMÍNEAS OU POÁCEAS PARA PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTIVEL SÓLÍDO, NA FORMA DE "PELLETS" OU OUTRA" de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por matéria! resultante logo após o pré-íraíamento mecânico e íixiviação é secado ao ar livre atmosférico.

"MÉTODO DE REMOÇÃO- DE CLORO £ DE COMPONENTES INORGÂNICOS DE GRAMÍNEAS OU POÁCEAS PARA PRODUÇÃO DE BtOCOMBUSTIVEL SÓLIDO, NA FORMA DE "PELLETS" OU OUTRA" de acordo cora a reivindicação 1, caracterizado pelo material resultante logo após o pré-trata mento mecânico e íixiviação é secado usando secadores terrnorneel nicos.

"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 propícia o atendimento as normas Enpius ou semelhantes.