Modelagem e simulação da produção de biogás a partir da vinhaça e estimativa de produção de gás de síntese no setor sucroenergético

Abstract

Resumo: A indústria sucroenergética apresenta na sua cadeia produtiva, etapas do processo que, se não adequadamente gerenciadas podem desencadear no meio ambiente impactos indesejáveis, principalmente associados ao solo e à água. A vinhaça, por exemplo é o principal resíduo gerado do processo de destilação do etanol hidratado, estima-se que para cada litro de etanol produzido são gerados entre 10 a 13 litros de vinhaça. Assim, seu aproveitamento na produção do biogás se torna relevante ambientalmente por evitar o lançamento inadequado no meio ambiente e por promover um destino mais nobre para esse resíduo, em vista que, geralmente são utilizados apenas na fertirrigação dos canaviais. Na unidade industrial, há também a possibilidade da aplicação do biogás no processo de reforma a seco. Este consiste, na conversão do CH4 e CO2 em H2 e CO (gás de síntese). Assim, as usinas sucroenergéticas tradicionais que, normalmente, produzem etanol, açúcar e geram eletricidade, passariam a produzir outro vetor energético, o hidrogênio, de maior valor agregado. A partir da modelagem e simulação computacional foi possível estimar a quantidade de vinhaça produzida em uma usina sucroenergética, localizada no Norte do Paraná, e, posteriormente, estimar a produção diária de biogás produzido em reator contínuo de fluxo ascendente. A partir da quantidade de biogás gerado, foi estimado o potencial em gerar o gás de síntese. Os resultados demostraram uma produção diária de vinhaça de 87.183 Kg/h. Os resultados da produção de biogás geraram um total de 183.989 litros (P = 1 bar, T = 308 K) de biogás em 30 dias. Os resultados da produção de gás de síntese apresentaram os melhores rendimentos do gás hidrogênio, correspondentes a faixas de entrada do biogás em 44% metano e 56% de dióxido de carbono, com uma produção de 1,740 litros/hora e de CO em 1,907 litros/hora de H2. (P= 1 bar ,T =1073 K). Palavras-chave: energia alternativa, reforma a seco do biogás, hidrogênio.

Abstract: The sugar-energy industry presents on its productive chain, steps of the process in which, without appropriate managing can trigger unwanted environmental impacts, mostly related to soil and water. Stillage, for example, is the main waste generated from the hydrous ethanol distillation process, estimating the production of 10 to 13 liters of stillage from each ethanol liter produced. Therefore, its better-use on biogas manufacturing becomes environmentally relevant for avoiding improper disposal into the environment, and for fostering a better destination for this waste, as they are generally used only for sugarcane crop field fertilization. In the industrial unit, there is also the possibility of the biogas application on the dry reforming process. It consists of the CH4 and CO2 conversion into H2 and CO (synthesis gas). Thereby, the traditional sugar-energy plants that normally produce ethanol, sugar, and electricity, would start producing another energetic vector, the hydrogen, with greater added value. From the modeling and computational simulation it was possible to estimate the stillage amount produced in one sugar-energy plant, located in the north of Paraná State, and, afterward, estimate the daily biogas output, produced in a continuous ascending flow reactor. From the biogas output amount, it was estimated the potential to generate the synthesis gas. Results have shown a daily stillage production of 87.183 Kg/h. The biogas production results generated an amount of 183.989 liters (P = 1 bar, T = 308 K) of biogas in 30 days. The synthesis gas production showed better income for hydrogen gas, corresponding to the biogas input of 44% methane and 56% carbon dioxide, with a 1,740 liters/hour production of H2 and a CO 1,907 liters/hour (P= 1 bar, T= 1073K). Keywords: renewable energy, dry reforming, biogas, hydrogen