ENERGIA
Permanent URI for this community
Browse
Browsing ENERGIA by Author "Abelha, Pedro"
Now showing 1 - 6 of 6
Results Per Page
Sort Options
- Effects of experimental conditions and of addition of natural minerals on syngas production from lignin by oxy-gasification: comparison of bench- and pilot scale gasificationPublication . Pinto, Filomena; Andre, Rui N.; Carolino, Carlos; Miranda, Miguel; Abelha, Pedro; Direito, Daniel; Dohrup, Jesper; Sorensen, Hanne Risbjerg; Gírio, FranciscoGasification of spent lignin pellets was used to obtain a gas suitable for energy production. Spent lignin was obtained from second-generation cellulosic ethanol demo plant using wheat straw as feedstock. Gasification of lignin did not give rise to any feeding problems, thus no significant changes were needed in the existing gasification installation. The rise of temperature and steam flow rate favoured the formation of H2, while hydrocarbons (CnHm) and tar contents decreased. The increase of equivalent ratio (ER) also decreased hydrocarbons and tar contents, but syngas higher heating value (HHV) was reduced. The use of natural minerals improved lignin gasification. The presence of dolomite led to the highest H2 and to the lowest CnHm and tar contents. Results obtained at bench-scale were confirmed at pilot-scale, as similar trends were obtained. However, as the residence time in pilot gasifier was higher, greater gas yields with higher H2 and CH4 concentrations were obtained, while tar contents decreased. After syngas hot cleaning and upgrading, the final syngas composition showed to be suitable for a wide range of applications (e.g. energy production and synthesis of chemicals), since it was substantially enriched in hydrogen, whereas tar and heavier gaseous hydrocarbons were completely destroyed.
- Emissões gasosas durante a co-combustão de carvão com resíduosPublication . Abelha, PedroA biomassa e os resíduos não tóxicos poderão desempenhar um papel importante no âmbito do programa comunitário para encorajar o uso de energias renováveis. No entanto, a experiência mostra que a disponibilidade destes materiais poderá ser um sério obstáculo para uma utilização energética em grande escala. Deste modo, poderão ser utilizados como combustíveis auxiliares para a co-combustão em instalações a carvão. A sua utilização para produção de energia é prometedora, desde que se integrem bem com os outros combustíveis durante o processo de conversão energética e que não apresentem efeitos negativos no ambiente. Portanto, é imperativo que exista uma sinergia positiva entre o carvão e a biomassa, ou os resíduos, para que o impacte da co-combustão dos vários materiais minimize qualquer característica negativa de um combustível isolado. O presente estudo visou a determinação das condições de operação que poderiam trazer efeitos benéficos na eliminação dos resíduos e na utilização de biomassa para geração de energia, de uma forma ambientalmente aceitável, utilizando a tecnologia de leito fluidizado. Os sistemas de combustão em leito fluidizado são particularmente apropriados para a cocombustão devido à sua versatilidade quanto ao combustível utilizado. Este trabalho tinha como objectivo a determinação das condições de sinergia para minimização das emissões de alguns dos principais poluentes gasosos, nomeadamente CO, NOX, N2O, SO2, HCl e mercúrio. Foram cinco os resíduos estudados passando por um combustível derivado de resíduos sólidos urbanos (daqui em diante designado por CDR) por um resíduo resultante dos desperdícios da linhas de triagem da recolha selectiva de papel e de plástico (designado por RPP), por duas lamas pré-secas e granuladas resultante de dois lotes diferentes de um processo de tratamento de águas residuais urbanas (designadas por BG1 e BG2) e por um resíduo resultante da actividade de serração de madeira de pinho habitualmente chamado serrim pelo que se adoptou a designação de SR. O princípio de escolha residiu na disponibilidade de quantidades de resíduos existentes no departamento no âmbito de contratos comunitários e pela importância relativa crescente que este tipo de resíduos assume, hoje em dia, no desenvolvimento urbano e na qualidade de vida das populações (CDR e LRU). A utilização de SR prendeu-se mais com a preocupação de utilizar um recurso endógeno que constitui uma das riquezas do país – a floresta – de modo a reduzir a nossa dependência externa em termos energéticos. O estudo envolveu um levantamento de quantidades de resíduos existentes, a preparação adequada do combustível para alimentação, e a avaliação do seu desempenho durante a combustão. Actualmente, devido às alterações climáticas atribuídas em grande parte à libertação de gases de efeito de estufa, uma questão de grande preocupação é a emissão de grandes quantidades de CO2 para a atmosfera pelas centrais termoeléctricas a carvão. As suas emissões poderiam ser reduzidas substituindo parte dos combustíveis fósseis por combustíveis considerados como sendo neutros na emissão efectiva de CO2, como a biomassa e alguns resíduos. As quantidades de biomassa e resíduos disponíveis não são suficientes para satisfazer as necessidades energéticas do país, pelo que, o seu uso em co-combustão poderá diminuir o fluxo líquido de CO2 para a atmosfera, numa prespectiva de substituição parcial do carvão. Como a combustão de carvão origina níveis elevados de NOX e de SO2, devido à presença de azoto e de enxofre no combustível, são necessárias medidas para minimizar a sua formação e consequente emissão. Utilizando combustíveis auxiliares com menores teores em azoto e em enxofre em co-combustão, as quantidades de poluentes formados poderão decrescer. Mais ainda, dependendo da natureza do azoto no combustível, a formação de NOX pode ser reduzida durante a co-combustão. A adição de calcário é utilizada para remoção do SO2, no entanto, isto poderá favorecer o aumento do NOX pelo que terão de ser tomadas medidas para evitar este fenómeno. Por outro lado, a queima de resíduos minimiza os problemas físicos, em termos de espaço, associados à sua deposição em aterro. Por combustão pode-se diminuir em cerca de 60 a 80 % a sua massa e até cerca de 90 % do seu volume (no caso dos CDR). O carvão poderá desempenhar um efeito estabilizador em termos do processo de queima e em termos de garantia de disponibilidade contínua de combustível. Relativamente às emissões de outros poluentes como o mercúrio e outros metais pesados, e cloro, a utilização da co-combustão com o carvão poderá diminuir a sua emissão especialmente quando utilizado juntamente com os resíduos do tipo do CDR e da LRU. A opção pela co-combustão introduz algumas vantagens que poderão ser maximizadas jogando com as percentagens relativas dos combustíveis envolvidos. Este trabalho mostrou que é possível alcançar uma sinergia positiva na redução dos níveis de CO, NOX, N2O, SO2, HCl e mercúrio durante a co-combustão de carvão com cinco diferentes combustíveis auxiliares. Mais ainda, ficou demonstrada a redução nas quantidades de CO2 libertadas o que enaltece e reforça a opção pela co-combustão. O âmbito deste trabalho poderá ser estendido a outros poluentes e a outros tipos de biomassa e resíduos para optimizar as emissões.
- Evaluation of slagging and fouling tendency during biomass co-firing with coal in a fluidized bedPublication . Teixeira, P. Alexandra; Lopes, Helena; Gulyurtlu, Ibrahim; Lapa, Nuno; Abelha, PedroOver the last decades, several indices based on ash chemistry and ash fusibility have been used to predict the ash behaviour during coal combustion, namely, its tendency for slagging and fouling. However, due to the physicalechemical differences between coals and biomass, in this work only the applicability of an ash fusibility index (AFI) to the combustion and co-combustion of three types of biomass (straw pellets, olive cake and wood pellets) with coals was evaluated. The AFI values were compared with the behaviour of ash during combustion in a pilot fluidized bed and a close agreement was observed between them. For a better understanding of the mechanisms associated with bed ash sintering, they were evaluated by SEM/EDS and the elements present on the melted ash were identified. Evidences of different sintering mechanisms were found out for the fruit biomass and herbaceous biomass tested, depending on the relative proportions of problematic elements. The particles deposited on a fouling probe inserted in the FBC were analyzed by XRD and the differences between the compounds identified allowed concluding that the studied biomasses present different tendencies for fouling. Identification of KCl and K2SO4 in the deposits confirmed the higher tendency for fouling of fruit biomass tested rather than wood pellets.
- Fluidised bed combustion of two species of energy cropsPublication . Abelha, Pedro; Franco, Carlos; Lopes, Helena; Gulyurtlu, Ibrahim; Cabrita, IsabelThe use of biomass fuels for energy production through combustion has a growing application worldwide mainly for two reasons: first, the utilization of biomass for energy contributes to mitigate emission of green house gases; second, its use decreases the dependence of imported fossil fuels in Europe. The objective of this work was to study the combustion behaviour of two endogenous biomass species: cardoon (cynara cardunculus) and arundo (arundo donax), which were specially produced in energy crops plantations. Mixtures of cardoon and a forestry biomass specie (eucalyptus) were also studied to evaluate potential benefits from synergies between both biomass fuel types. The results showed that the utilization of cardoon, in pelletized form, and loose arundo as feedstock, did not give rise to any operational problems related with the feeding system. It was verified that the mono combustion of cardoon could pose problems at industrial scale in fluidised bed systems, considering the high levels of HCl and NOX emissions obtained and tendency to sinter the bed sand material. The addition of the forestry biomass to cardoon appeared to prevent the bed agglomeration problem. Furthermore, both the NOX and SO2 emissions were found to decrease at the same time suggesting potential synergy of blending different types of biomass regarding pollutant emissions and in bed agglomeration problems.
- Gasification improvement of a poor quality solid recovered fuel (SRF): Effect of using natural minerals and biomass wastes blendsPublication . Pinto, Filomena; Andre, Rui N.; Carolino, Carlos; Miranda, Miguel; Abelha, Pedro; Direito, Daniel; Perdikaris, Nikos; Boukis, IoannisThe need to produce energy from poor quality carbonaceous materials has increased, in order to reduce European dependency on imported fuels, diversify the use of new and alternative fuels and to guarantee secure energy production routes. The valorisation of a poor quality solid residual fuel (SRF), with high content of ash and volatile matter, through its conversion into fuel gas was studied. The rise of gasification temperature and equivalent ratio (ER) led to higher gas yields and to lower undesirable gaseous components, though higher ER values led to a gas with lower energetic content. To reduce the negative effect of SRF unfavourable characteristics and to diversify the feedstocks used, SRF blended with three different types of biomass wastes: forestry pine, almond shells and olive bagasse was co-gasified. The use of biomass wastes tested was valuable for SRF gasification, as there was an increase in the overall reactivity and in H2 production and a reduction of about 55% in tar released, without great changes in gas yield and in its HHV. The use of natural minerals mixed with silica sand was also studied with the aim of improving SRF gasification performance and fuel gas quality. The best results were obtained in presence of dolomite, as the lowest tar and H2S contents were obtained, while an increase in gas yield was observed. Co-gasification of this poor quality SRF blended with biomass wastes in presence of dolomite increased gas yield by 25% while tar contents decreased by 55%.
- Slagging and fouling during coal and biomass cofiring: chemical equilibrium model applied to FBCPublication . Teixeira, P. Alexandra; Lopes, Helena; Gulyurtlu, Ibrahim; Lapa, Nuno; Abelha, PedroA thermodynamic model was applied to foresee the occurrence of fouling, slagging, and bed agglomeration phenomena during fluidized bed monocombustion of three different types of biomass, namely straw pellets, olive cake, and wood pellets. The cocombustion effect in reducing the occurrence of deposits and agglomerates of blends of 5, 15, and 25% (wt.) biomass with coal was also assessed. Chemical fractionation was applied to evaluate the reactive and nonreactive fraction of elements in the fuels, which was used to estimate their partition between the freeboard and bottom zone of the boiler. Qualitative and semiquantitative analytical techniques, namely, X-ray diffraction and scanning electronic microscopy – energy dispersive spectroscopy were used to compare the results from the simulation with the mineralogical and morphological composition of ash and deposits formed during combustion. The thermodynamic modeling revealed to be a powerful tool in foreseeing the formation of melt and liquids salts, depending on the temperature and chemical composition of fuels. The main discrepancies observed between the experimental and simulated data were due to particularities of the combustion process, which are not incorporated in the software, namely, kinetic limitations of the reactions, possible occurrence of secondary reactions in the ashes, and elutriation effects of ash and silica sand particles.