Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44551
ORCID:  http://orcid.org/0009-0009-7288-7134
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Projeto conceitual de uma planta de produção de metanol a partir da gaseificação de biomassa
Alternate title (s): Conceptual design of a methanol production plant from biomass gasification
Author: Pereira, Geisiane Rodrigues
First Advisor: Neiro, Sergio Mauro da Silva
First coorientator: Vieira, Luiz Gustavo Martins
First member of the Committee: Silva, Carlos Alexandre Moreira da
Second member of the Committee: Watanabe, Érika Ohta
Summary: Diante da crescente demanda energética e dos problemas ambientais, fontes renováveis de energia tornam-se cada vez mais necessárias. A biomassa desponta como uma alternativa viável, e a gaseificação, como um dos métodos de aproveitamento energético com grande potencial. É um processo de conversão térmica, no qual os compostos oxidam-se parcialmente, gerando o gás de síntese, composto, majoritariamente, por: CH4, CO, CO2 e H2. A aplicação do gás de síntese depende da sua composição, que, por sua vez, sofre influência de variáveis como: temperatura, razão de equivalência, agente de gaseificação e outros parâmetros de operação. Por ser um processo complexo, pode ser estudado preliminarmente através da modelagem, uma ferramenta que auxilia na predição do comportamento do gaseificador. O objetivo desse trabalho foi construir um bloco reacional de gaseificação no simulador de processos AVEVATM Process Simulation. Na modelagem do processo foi utilizada a abordagem de equilíbrio termodinâmico estequiométrico, e foram utilizados dados experimentais extraídos da literatura para validação do resultado. As biomassas estudadas foram: madeira de seringueira, madeira de lei, dois tipos de cavacos de madeira e pellets de pó de serra. Foram desenvolvidos três modelos de gaseificadores, empregando as equações das constantes de equilíbrio das reações que ocorrem na zona de redução. Em um dos modelos foram utilizados modelos empíricos para prever a composição do gás de síntese. As variáveis de processo estudadas foram a temperatura de gaseificação e a razão de equivalência (ER). A composição do gás de síntese obtida através do Modelo 1, para gaseificação da madeira de seringueira, com ER=0,33 e Umidade= 18,5 foi de: 17,72% de CO, 18,88% de H2, 11,93% de CO2, 0,55% de CH4 e 50,91% de N2, sendo o valor do erro quadrático médio igual a 1,56, evidenciando a aplicabilidade do modelo para descrição do processo. Foram desenvolvidos dois fluxogramas (Planta 1 e Planta 2) para produção de metanol utilizando o produto da gaseificação. A planta é projetada conceitualmente para processar biomassa a uma taxa de 100 kmol/h (aproximadamente 59,6 toneladas por dia) e o gaseificador opera isotermicamente a 900°C e 1 atm. A simulação da Planta 1 utilizando cavacos de madeira indicou um prejuízo de U$$ 635.820, enquanto a Planta 2, processando a mesma biomassa indica um lucro de U$$1.460.907,7.
Abstract: In the face of growing energy demand and environmental issues, renewable energy sources are becoming increasingly necessary. Biomass stands out as a viable alternative, with gasification being one of the energy utilization methods with great potential. It is a thermal conversion process in which compounds are partially oxidized, generating syngas, which is primarily composed of: CH4, CO, CO2, and H2. The application of syngas depends on its composition, which in turn is influenced by variables such as temperature, equivalence ratio, gasification agent, and other operational parameters. Due to its complexity, it can be preliminarily studied through modeling, a tool that helps predict the behavior of the gasifier. The objective of this work was to construct a gasification reaction block in the AVEVATM Process Simulation. The process modeling used a thermodynamic stoichiometric equilibrium approach, and experimental data extracted from the literature were used to validate the results. The biomasses studied were rubber tree wood, hardwood, two types of wood chips, and sawdust pellets. Three gasifier models were developed, employing the equilibrium constant equations for the reactions that occur in the reduction zone. One of the models used empirical models to predict the composition of the syngas. The process variables studied were gasification temperature and equivalence ratio (ER). The syngas composition obtained through Model 1 for rubber tree wood gasification, with ER=0.33 and Moisture=18.5, was: 17.72% CO, 18.88% H2, 11.93% CO2, 0.55% CH4, and 50.91% N2, with a mean squared error of 1.56, demonstrating the applicability of the model for process description. Two flow diagrams (Plant 1 and Plant 2) were developed for methanol production using the gasification product. The plant is conceptually designed to process biomass at a rate of 100 kmol/h (approximately 59.6 tons per day), and the gasifier operates isothermally at 900°C and 1 atm. The simulation of Plant 1 using wood chips showed a loss of USD 635,820, while Plant 2, processing the same biomass, showed a profit of USD 1,460,907.7.
Keywords: gaseificação
biomassa
simulação
metanol
gás de síntese
Aveva Process Simulation
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Subject: Engenharia química
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: PEREIRA, Geisiane Rodrigues. Projeto conceitual de uma planta de produção de metanol a partir da gaseificação de biomassa. 2025. 108 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.796.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.796
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44551
Date of defense: 17-Dec-2024
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 13. Ação contra a mudança global do clima - Tomar medidas urgentes para combater a mudança climática e seus impactos.
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

Files in This Item:
File SizeFormat 
ProjetoConceitualPlanta.pdf3.81 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.