Análise do processo de gaseificação hidrotérmica supercrítica para a recuperação energética da vinhaça na produção de etanol

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Molina, Felipe Braggio
• Orientador(a): Ensinas, Adriano Viana
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do ABC
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Energia
• Link de acesso: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=110474&midiaext=76133; http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=110474&midiaext=76133/index.php?codigo_sophia=110474&midiaext=76134

A indústria brasileira de bioetanol estima uma produção de vinhaça de 339,5 bilhões de litros na safra de 2017/2018. Devido a presença de compostos orgânicos e inorgânicos, há grande interesse em seu reaproveitamento como fertilizante nas lavouras de cana-de-açúcar. Porém, é observado que ao utilizá-la em grande quantidade, sem respeitar a saturação do solo pela Capacidade de Troca Catiônica (CTC), este efluente é lixiviado poluindo o lençol freático. De maneira a aproveitar a água em excesso contida nesse efluente, diferente dos processos termoquímicos convencionais os quais necessitam uma etapa de concentração, este trabalho propõe uma rota que aplica a tecnologia da Gaseificação Hidrotérmica Supercrítica (SCWG) para beneficiamento da vinhaça com o objetivo de produzir gás de síntese com alto teor de CH4 ou H2, o qual pode ser comercializado para produção de outros compostos com maior valor agregado, como a amônia ou o metanol, ou ainda, utilizado como combustível para conversão a energia elétrica. Para isso foi elaborado um diagrama de processo e desenvolvida uma metodologia para representação das propriedades físico-químicas da vinhaça visando sua modelagem/simulação por meio do software Aspen Plus®. Além disso, foi realizado um estudo para otimização do consumo de energia do processo utilizando técnicas de integração energética pelo Método Pinch. A modelagem do efluente indicou que a equação de estado de SoaveRedlich-Kulong (SRK) é a que melhor se adequa a definição das propriedades físicas e químicas em condição de equilíbrio Vapor-Liquido-Liquido (VLL) ao serem comparadas com dados experimentais. Ao tratar 582.75 m³/h de vinhaça, a rota possui uma capacidade de produção equivalente a 17 kg de CH4 ou 8,6 kg de H2 por kg de cana-de-açúcar. O gás de síntese produzido apresenta poder calorífico inferior (PCI) igual a 49 MJ/kg para o gás rico em CH4 e 64 MJ/kg para o H2. Além disso, ao ser utilizado na conversão em energia elétrica em uma turbina a gás foi capaz de produzir excedentes de eletricidade de 19 e 31 MW para o CH4 e o H2 respectivamente. A conversão total da vinhaça produzida no Brasil por meio desta tecnologia tem um potencial para atender a demanda de eletricidade de 7,5 milhões de residências. As eficiências energéticas do processo independente dos compostos produzidos são equivalentes, o que não estabelece um critério para favorecimento da produção. Este direcionamento deve considerar o valor agregado e o comportamento do mercado para sua comercialização, desta maneira, o emprego da SCWG seja em alta ou baixa escala, pode afetar positivamente a receita da usina além de contribuir na diversificação da matriz energética nacional e diminuição dos impactos ambientais locais proporcionados pelo uso inapropriado da vinhaça.