Varredura completa dos caminhos de inovação tecnológica em dispositivos de gaseificação de carvão

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Panorâmica dos caminhos de inovação tecnológica em equipamentos de gaseificação de carvão Autor/Fonte: Data: 11/08/2016 Número de cliques: 10 Os equipamentos para gaseificação de carvão são uma base importante para a conversão e utilização eficiente do carvão. Graças às inovações contínuas e ao aprimoramento tecnológico nos últimos anos, os fornos de gaseificação no país têm se desenvolvido de maneira bastante dinâmica. Compreender as tendências de desenvolvimento da tecnologia de gaseificação do carvão e escolher equipamentos que sejam adequados ao tipo de carvão utilizado, que atendam às necessidades dos produtos finais, que tenham baixo consumo energético, baixos custos de investimento, sejam confiáveis e seguros do ponto de vista ambiental, é uma direção importante para o desenvolvimento saudável da indústria química baseada no carvão. Na Conferência de Desenvolvimento Tecnológico em Novas Técnicas de Gaseificação de Gás e Tecnologias Associadas da China, realizada em Pequim no dia 29 de julho de 2016, os especialistas presentes apresentaram essas opiniões e sugestões. Existem inúmeros tipos de fornos de gaseificação. “Os vários tipos de fornos de gaseificação são os meios essenciais e equipamentos fundamentais para a gaseificação do carvão. Eles são amplamente utilizados em nosso país, com alto nível de desenvolvimento industrial e uma grande variedade de tecnologias disponíveis. Há muitos fornos de gaseificação em uso.” O número de fornos de gaseificação a pressão com leito de fluxo de ar avançados em operação no país já ultrapassou 300 unidades. ”Disse Han Hongmei, vice-chefe do departamento de energia e química do Instituto de Planejamento da Indústria Petrolífera e Química. 　　Segundo se sabe, os fornos de gaseificação são classificados, de acordo com o modo de contato dos materiais, em três categorias: leito fixo (leito móvel), leito fluidizado (leito em ebulição) e leito a jato de ar. As principais tecnologias para fornos de gaseificação com leito fixo e pressurizado de carvão moído (com descarte de resíduos sólidos/líquidos) incluem os fornos Lurgi, Svedala, BGL e Yun Ding YM. As tecnologias de gaseificação de pó com leito fluidizado, amplamente utilizadas, incluem o forno ICC da China, o forno End, o forno Koda (Newpower), entre outros. As principais tecnologias de gaseificação a seco de carvão sob pressão, que utilizam leitos de fluxo de ar, incluem o forno Shell, o forno GSP, o forno Corning, o forno de dois estágios (TPRI), o forno HT-L, o forno Dongfang, o forno Huali, o forno Wuhuan, o forno Ningmei, o forno Liuhua-Qiyao, o forno Shengyu, o forno Jinzhong, entre outros. Os principais tipos de fornos para a gasificação por método úmido em leitos de gaseificação incluem o GE-TCGP, o modelo com quatro bocas de injeção opostas, o forno da Tsinghua, e o forno de múltiplos materiais do Northwest Institute, utilizado para a gasificação de slurries feitas a partir de vários materiais. 　　Atualmente, nosso país alcançou resultados notáveis em termos de inovação em fornos de gaseificação. Zhu Yuying, assistente do gerente-geral da Aerospace Changzheng Chemical Engineering Co., Ltd., afirmou que o forno HT-L desenvolvido pela empresa já passou por testes de funcionamento em longo prazo. Os equipamentos essenciais, como fornos de gasificação, bocais de queima, máquinas de remoção de resíduos, fornos de ar quente, válvulas de segurança, válvulas especiais (válvulas de oxigênio, válvulas de pó de carvão, válvulas de bloqueio de resíduos, válvulas de regulação de pó de carvão, válvulas de direção, válvulas de regulação de água negra), bombas resistentes a alta pressão e bombas de alta velocidade, foram todos produzidos no país, permitindo assim que a empresa possua direitos de propriedade intelectual próprios. 　　Liu Haifeng, professor da Universidade de Ciência e Tecnologia do Leste da China, explicou que a tecnologia de gaseificação de carvão com parede fria e único bico, desenvolvida em parceria pela Sinopec Ningbo Engineering Company, pelo Ningbo Institute of Technology e pela Universidade de Ciência e Tecnologia do Leste da China (SE Dongfang Furnace), já está em operação em uma unidade piloto de 1.000 toneladas por dia na Yangzi Petrochemical, em Nanjing, Jiangsu. Já o projeto da Zhongan United para a produção de olefinas a partir de carvão, com capacidade de 1,7 milhão de toneladas por ano, utiliza 7 fornos de gaseificação com capacidade de 1.500 toneladas por dia; esses fornos estão atualmente em fase de projeto. Este tipo de forno utiliza uma parede de resfriamento a água em formato de tubos, além de um queimador integrado que permite o acendimento, o aquecimento e o processo de combustão. A unidade de purificação é composta por um misturador, um separador ciclônico e uma torre de lavagem com água. A torre de evaporação da água quente tem tanto a função de flash evaporação quanto a de troca de calor, o que resolve problemas como o entupimento dos trocadores de calor devido à água suja, o que afeta a eficiência da troca de calor. 　　O forno Jinhua (forno de gaseificação com produção conjunta de gás sintético/vapor), desenvolvido em conjunto pelo Instituto de Energias Limpas de Shanxi, da Universidade de Tsinghua, pela empresa Yangmei Fengxi e pela Yangmei Chemical Machinery (Group) Co., Ltd., foi colocado em operação com sucesso em 1º de abril de 2016, na filial de Linyi da Yangmei Fengxi. Utilizando o carvão de alta qualidade de Shanxi como matéria-prima, o forno já opera de forma estável há mais de 100 dias. Esse forno de gasificação consegue evitar efetivamente o entupimento por resíduos e a acumulação de cinzas ； O design estrutural único reduziu a proporção de configurações com aquecimento em ambos os lados, diminuindo assim o volume do equipamento e os investimentos necessários ； A recuperação do calor do gás sintético de alta temperatura, gerando vapor de alta temperatura e alta pressão como subproduto, pode aumentar a eficiência de conversão de energia do forno de gasificação. 　　Os dados da pesquisa mostram que, até o final de 2015, excluindo os geradores de gás a pressão com leito fixo, havia no país um total de 392 unidades desse tipo em uso industrial. Dos quais, 120 eram geradores de gás a pressão com leito fixo, o que representa 77,9% do total; 20 eram geradores de gás a partir de pó de carvão em leito fluidizado, representando 55,5%; e 75 eram geradores de gás a partir de slurry de carvão e água em leito de fluxo, representando 37,1%. Inovação tecnológica para superar as deficiências Han Hongmei afirmou que a tecnologia de gaseificação do carvão passou por décadas de pesquisa e prática, sendo constantemente aprimorada. Atualmente, seu nível técnico já é bastante elevado. Mas, à medida que as áreas de aplicação da gaseificação do carvão no país se expandem cada vez mais, tornam-se necessárias exigências mais diversificadas em relação aos componentes do gás produzido. Há uma maior variedade de tipos de carvão, e as características desses carvões se tornam cada vez mais complexas. Além disso, com a crescente demanda por medidas de proteção ambiental e segurança, a tecnologia de gaseificação do carvão ainda precisa ser aprimorada, levando em consideração suas próprias características e os problemas que surgem durante sua operação. 　　De acordo com as informações disponíveis, os problemas que precisam ser resolvidos nos atuais tipos de fornos de gaseificação são: reduzir a necessidade de compra de equipamentos patenteados e de equipamentos críticos, buscando sua produção nacional; otimizar o design dos processos e dos sistemas de controle; diminuir os custos relacionados a softwares (taxas de patentes + taxas PDP + taxas de serviços técnicos); elevar a pressão de gaseificação do coque à água para 6,5–8,7 MPa; aumentar ainda mais o tamanho dos equipamentos para permitir um maior volume de carvão a ser processado; elevar a pressão do vapor gerado como subproduto; otimizar os sistemas de resfriamento e remoção de poeira; recuperar energia; otimizar os métodos de resfriamento do gás sintético; tratar efetivamente as águas residuais nocivas; otimizar os sistemas de tratamento das águas residuais; melhorar os processos de reciclagem dessas águas; aprimorar os métodos de lavagem do gás natural; reduzir a quantidade de poeira emitida; diminuir o teor de carbono nos resíduos; reduzir a quantidade de resíduos finos emitidos; e intensificar as pesquisas sobre o uso desses resíduos finos. 　　“Os pontos de inovação nos equipamentos de gaseificação no futuro são o aumento do nível de produção nacional, a redução dos investimentos, o aumento da pressão de gaseificação, o desenvolvimento de equipamentos de gaseificação de grande porte, além do aprimoramento dos níveis de economia de energia e de recursos, bem como dos padrões ambientais. ”Disse Han Hongmei. Por exemplo, até junho de 2016, o nosso país já havia adquirido 28 geradores de gás por processo de gasificação de resíduos da Shell. Atualmente, dos 10 principais equipamentos do processo Shell, todos, exceto o velocímetro e o densímetro de pó de carvão, possuem fabricantes certificados no país ou estão em processo de certificação. No futuro, será necessário acelerar a produção nacional de equipamentos essenciais. Isso pode **reduzir os custos de investimento e operação das unidades de gaseificação, além de elevar o nível de fabricação de equipamentos no país**. 　　De acordo com as entrevistas realizadas com jornalistas, a inovação em tecnologias de gaseificação de carvão se concentrará, no futuro, em áreas como a gaseificação catalítica e a gaseificação subterrânea de carvão. Han Hongmei afirmou que a gasificação catalítica permite reduzir a temperatura de gasificação em 200°C a 300°C, possibilitando assim uma gasificação mais suave e uma conversão direcionada. Atualmente, é necessário focar os estudos nos tipos de catalisadores, nos mecanismos de reação catalítica e no processo de gasificação catalítica. Atualmente, o foco da tecnologia de gaseificação subterrânea de carvão está no aperfeiçoamento dos detalhes técnicos, incluindo o controle do processo, os dispositivos/equipamentos auxiliares para a gaseificação subterrânea, a tecnologia de acionamento e o design dos fornos de gaseificação ； Também é necessário fortalecer as tecnologias periféricas essenciais, como a recuperação por gasificação e o controle de poluentes. 　　Além disso, existem outras áreas de pesquisa científica, como a gaseificação por hidrogênio, a catalise de biomassa, a gaseificação em leitos fluidizados em etapas (acoplada à conversão a alta temperatura), a gaseificação do carvão em escória de alto-forno, a gaseificação com água supercrítica, a gaseificação secundária de cinzas volantes, bem como a integração térmica da gaseificação com outros processos (como a metanização). As ilhas de gaseificação estão se tornando cada vez mais comuns. Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de gaseificação do carvão, o aumento do tamanho dos complexos industriais (empresas de grande porte), bem como a substituição e otimização das indústrias, tornou-se uma tendência a utilização de ilhas de gaseificação especializadas para fornecer aos complexos industriais, especialmente às empresas de grande porte, grandes quantidades de gases industriais de alta qualidade e a baixo custo, como gás sintético, hidrogênio e monóxido de carbono. 　　Han Hongmei afirmou que as ilhas de gaseificação operadas de forma especializada são a melhor solução para lidar com as variações na qualidade do carvão, garantir um fornecimento estável e em grandes quantidades de gases industriais, além de resolver de maneira eficaz os problemas relacionados ao uso do carvão e aos seus impactos ambientais. 　　As ilhas de gaseificação são divididas, de acordo com o tamanho do grupo de clientes atendidos, em nível empresarial e em nível de complexo industrial. Quanto à composição do gás fornecido, elas podem ser classificadas como de tipo gás sintético (CO+H2, H2, CO) ou de tipo gás industrial. Além disso, dependendo do setor a que servem, podem ser divididas em tipo químico (refino de petróleo/química a partir de carvão/outras indústrias químicas) e tipo industrial (cerâmica/materiais de construção/cimento, etc.). O modelo de “ilhas de gaseificação” de grande porte e universal, que fornece gás às empresas que o utilizam, atrai cada vez mais a atenção e o interesse de empresas e complexos industriais, graças às suas vantagens em termos de escala, especialização e flexibilidade. 　　“Em parques industriais com um grande número de empresas e alta demanda por gases industriais, a construção e operação de grandes unidades de gaseificação permitem uma produção mais eficiente e integrada, além de um gerenciamento unificado dos serviços de produção. Isso evita a necessidade de construção repetida de unidades de gaseificação em pequena escala, o que aconteceria se cada empresa construísse sua própria unidade. Isso contribui para uma coordenação eficaz no parque industrial e para seu desenvolvimento a longo prazo. ”Disse Han Hongmei. 　　Segundo consta, atualmente os grandes complexos petroquímicos, tanto no país quanto no exterior, têm adotado progressivamente o modelo de ilha de gaseificação. A grande base de produção de químicos a partir do carvão que nosso país está planejando também incluirá a criação de grandes ilhas de gaseificação. Em julho de 2014, teve início a construção do projeto Central Plains Dahuahua Gasification Island, com um investimento total de 3 bilhões de yuans, na área de desenvolvimento de Puyang. O período de construção está estimado em 36 meses. O projeto utiliza carvão em pó como matéria-prima e emprega tecnologia avançada de gaseificação sob pressão. Além disso, são instalados equipamentos para a purificação do gás sintético e para outras operações relacionadas. Com a conclusão do projeto, espera-se que seja possível gerar uma receita anual de 2,8 bilhões de yuans e um faturamento tributário de 220 milhões de yuans. 　　O projeto de química do carvão da Yuheng, pertencente à empresa Zhongmei Shaanxi Company Yulin Energy Chemical Co., Ltd., utiliza um processo de gasificação com unidades GE900, a uma pressão de 6,5×106 Pa. Existem 5 fornos de gasificação em operação e 2 em reserva. A quantidade total de carvão utilizada por dia é de aproximadamente 8.000 toneladas. O sistema de gasificação foi colocado em operação com sucesso já no final de abril de 2014. Han Hongmei afirmou que, para uma ilha de gaseificação especializada, é necessário escolher o processo adequado de gaseificação, como gaseificação em leito fluidizado, gaseificação em leito de fluxo de ar ou gaseificação com oxigênio suplementar, de acordo com as características da demanda. Além disso, é preciso levar em consideração a disponibilidade da fonte de carvão e realizar uma análise econômica de todo o processo, ou seja, “fonte de carvão + tecnologia de gaseificação + preço do produto”.