Arbeidsoppgaver og prioriteringer

Os gaseificadores de leito fluidizado estão a ser alvo de grande interesse, pois têm vantagens em relação aos gaseificadores de leito fixo, como a temperatura uniforme no leito. Neste tipo de gaseificadores, o ar é injectado através do leito de partículas sólidas com uma velocidade suficiente para que estas se mantenham suspensas. Nestas condições o leito comporta-se como se estivesse em ebulição e apresenta uma excelente uniformidade de temperatura e permite um contacto muito grande entre o combustível sólido, biomassa, e o agente de gaseificação. Normalmente, este tipo de sistema realiza a transferência de calor recorrendo a um leito composto por areia (areia que apresenta algumas especificidades de acordo com o tipo de biomassa, granulometria, caudal mássico e temperaturas de funcionamento). A biomassa, sobre a forma de partículas, é introduzida na base do reactor sendo rapidamente misturada com o leito e aquecida quase instantaneamente até à temperatura do mesmo. Devido à rapidez deste processo a pirólise ocorre muito rapidamente, resultando numa mistura entre os gases gerados e os componentes sólidos. O processo de conversão de carvões ocorre na fase gasosa. [5,16]

Este tipo de ea to esàope a,àtipi a e te,àe t eàasàte pe atu asàdeà ⁰Càeà ⁰C,à pois encontram-se limitados pelas temperaturas de fusão do leito. Devido a estas características não é muito adequado à gaseificação de carvão, uma vez que apresenta um baixa reactividade comparando com a biomassa, pois são necessárias temperaturas superiores a 1300⁰C. Para biomassas com alto conteúdo de cinzas e que apresentem um baixo ponto de fusão, este tipo de

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reactor apresenta grande capacidade de realizar a gaseificação. Possui ainda uma grande versatilidade quanto à composição e ao caudal de biomassa. Neste tipo de gaseificadores é necessário recorrer a sistemas de limpeza do gás uma vez que as cinzas são arrastadas pelo sistema. Exemplos de sistemas de gaseificação com leito fluidizado são: gaseificadores de leito fluidizado borbulhante, gaseificador de fluxo de arraste e gaseificador de leito fluidizado de circulação. A figura 12 apresenta os tipos de gaseificadores mencionados anteriormente. [5,16]

Figura 12-Tipos de gaseificadores de leito fluidizado: (a) borbulhante; (b) de circulação; (c) de fluxo de arraste. [16, adaptado]

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1.5.4.2.1 Gaseificador de leito fluidizado borbulhante

O gaseificador de leito fluidizado borbulhante é flexível quanto ao tipo de biomassa utilizada como ao diâmetro da mesma, incluindo biomassa pulverizada. Este tipo de gaseificador permite uma grande transferência de calor entre o leito e o combustível a gaseificar, sendo criada uma temperatura quase uniforme em toda a extensão do leito. É também capaz de gerar um gás uniforme com um baixo conteúdo em alcatrões e carbono não convertido. São bastante utilizados na gaseificação de biomassa e são alvo de muita investigação. Este tipo de gaseificador apresenta um baixo rácio de difusão de oxigénio, levando à criação de uma zona oxidante em todo o leito reduzindo a eficiência da gaseificação. Apresenta também uma baixa taxa de conversão de sólidos em gás devido ao baixo tempo de residência do material no leito. A Figura 13 apresenta o princípio de funcionamento de um gaseificador de leito fluidizado borbulhante. [25]

Figura 13- Gaseificador de leito fluidizado borbulhante [26]

1.5.4.2.2 Gaseificador de leito fluidizado circulante

Na gaseificação de leito fluidizado circulante, a elevada velocidade de fluidização gera um regime de turbulento que leva as partículas do leito e o carvão a entrarem na corrente gasosa e a serem arrastadas. Como resultado, é criada uma corrente que arrasta as partículas para fora do reactor entrando num ciclone. No ciclone as partículas sólidas são capturadas e reenviandas para o gaseificador purificando o gás. Este processo permite aumentar o tempo de residência das partículas que não foram convertidas de forma repetida e continua. [25]

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Existe, no entanto, uma variante deste tipo de gaseificador, designado por gaseificador de leito circulante interno, que consiste num gaseificador composto por duas câmaras: uma funciona como um gaseificador de leito fluidizado borbulhante em regime turbulento e a outra como combustor. As câmaras contêm um material como leito que circula entre as duas e cria um fluxo circulante que arrastam alcatrões e outros constituintes para a câmara de combustão. É fornecido ar à câmara de combustão, como agente oxidante, para realizar a combustão do alcatrão. A combustão deste alcatrão fornece calor que é aproveitado pelo leito. O leito quente que é transferido da câmara de combustão para a de gaseificação funciona como aquecimento externo, fornecendo assim energia para que as reacções de gaseificação possam ocorrer. Este tipo de gaseificador é também designado por leito fluidizado duplo. A Figura 14 apresenta o gaseificador de leito circulante. [25]

Figura 14- Gaseificador de leito fluidizado circulante [27]

1.5.4.2.3 Gaseificador de fluxo arrastado

O gaseificador de leito de fluxo arrastado tem como característica principal o arrastar das partículas de combustível em conjunto com o agente oxidante. Neste tipo de gaseificador o agente oxidante é injectado pelo topo do reactor bem como o combustível, formando assim um leito que é arrastado e degradado em simultâneo. Devido a este processo de arrasto ocorrer, o tempo de residência é bastante curto, na ordem de 1 segundo, sendo que o processo ocorre a alta temperatura, tipicamente entre os 1300 e os 1500ºC, e elevada pressão, entre os 20 e 50bar. As partículas de combustível devem ser de reduzida dimensão. [28] Na Figura seguinte é possível

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verificar que o reactor realiza um pré aquecimento do gás para que este consiga aquecer a biomassa e facilitar as reacções, de seguida é adicionada a biomassa de modo a criar o respectivo leito. No final da zona de reacção e devido às elevadas temperaturas obtém-se um gás de síntese gerado a alta pressão. O gaseificador de fluxo de arrasto é apresentado na Figura 15.

Figura 15-Gaseificador de fluxo arrastado [29]