Simulação da produção de gás de síntese a partir da vinhaça para uma indústria sucroalcooleira

Abstract

Resumo: O aumento da demanda energética por fontes renováveis, em substituição aos combustíveis de origens fósseis tem incentivado pesquisas que visam o desenvolvimento de processos sustentáveis para o reaproveitamento energético de biomassas na produção de biocombustíveis. Com base nisso, o presente estudo teve como finalidade a simulação do processo de produção do gás de síntese a partir da vinhaça, subproduto da usina sucroalcooleira, bem como uma análise de redução de custos operacionais por meio da aplicação da técnica de integração energética, a partir da utilização dos softwares Aspen Hysys® e Aspen Energy Analyzer®. A realização dessa simulação decorreu em quatro etapas distintas, iniciando-se com o processo de obtenção do etanol hidratado a partir do caldo de cana, seguido da biodigestão anaeróbica da vinhaça para produção do biogás e sua purificação em biometano e por fim, a simulação da reforma a vapor gerando gás de síntese. Posteriormente, realizou-se a integração energética do processo como um todo, seguindo a metodologia Pinch. Os resultados obtidos pela simulação demonstram a viabilidade do processo, produzindo biogás e biometano que satisfazem as normas regulamentadoras nacionais, bem como, na obtenção do gás de síntese com razão molar H2/CO igual a três. A implementação da integração energética, por sua vez, resultou numa economia de aproximadamente 47% nos custos operacionais do processo, por meio de uma rede de trocadores de calor, contendo 12 unidades de trocas térmicas entre as correntes do processo. Conclui-se, ainda, que o processo pode contribuir com a minimização do lançamento de poluentes ao meio ambiente, uma vez que aproximadamente 212 Nm³ de vinhaça, que poderia ser descartada, é capaz de gerar um valor aproximado de 9794 Nm³ de gás de síntese, tornando-o um processo atrativo em quesitos ambientais e econômicos.

Abstract: The increase of energy demand about renewable sources to replace fuels from fossil sources has encouraged research aimed at developing sustainable processes for the energy reuse of biomass in the production of biofuels. Based on this, the present study aimed to simulate the process of syngas production from vinasse, a by-product of the sugar and alcohol plant, as well as an analysis of operating costs reduction through the application of the energy integration (heat integration) technique, using the Aspen Hysys® and Aspen Energy Analyzer® software. This simulation occurred in four distinct stages, starting with the process of obtaining hydrated ethanol from sugarcane juice, followed by anaerobic biodigestion of vinasse to produce biogas and its purification to biomethane and, finally, the simulation of steam reform generating synthesis gas (syngas). Subsequently, the heat integration of the process, as a whole, was carried out, following the Pinch methodology. The results obtained by the simulation demonstrate the feasibility of the process, producing biogas and biomethane that comply with national regulatory standards, as well as obtaining syngas with a molar ratio H2/CO equal to three. The implementation of energy integration resulted in savings about 47% of the operational costs of the process, through a heat exchangers network, containing 12 units of thermal exchanges between the process currents. It is also concluded that the process can contribute to minimizing the release of pollutants to the environment, because approximately 212 Nm³ of vinasse, which could be discarded, is able to generate a value approximated of 9795 Nm³ of syngas, it makes this process attractive in environmental and economic aspects.