Author(s): Bairres, Hugo Alexandre Cabral Martins de
Date: 2016
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.22/10982
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
Subject(s): Bioóleo; Borra de café; Liquefação; Reator descontínuo; Batch reactor; Crude Bio-oil; Liquefaction; Spent coffee grounds; Energia
A energia é um bem de consumo indispensável a todas as atividades e a sua disponibilidade condiciona o desenvolvimento da população e a segurança e independência das nações. Nesse sentido, a utilização dos combustíveis de origem fóssil, cuja ocorrência natural não está distribuída uniformemente por todo o mundo, e cujas reservas são limitadas, veio permitir um desenvolvimento tecnológico e científico impressionante, nos últimos dois séculos. Este desenvolvimento trouxe consigo alguns problemas, de entre os quais se destaca a subida do preço da energia e combustíveis, associadas ao aumento da sua procura, e um aumento dramático das emissões de gases com efeito de estufa, que em muito têm contribuído para as alterações climáticas. Ora tendo em vista mitigar estes problemas, as nações têm promovido políticas de aumento da utilização de energia proveniente de fontes renováveis, e de aumento da eficiência energética. A biomassa pode ser usada diretamente como fonte de energia (por combustão), ou ainda como matéria-prima para a obtenção de combustíveis sólidos, líquidos e/ou gasosos alternativos aos combustíveis de origem fóssil usados correntemente. Quando a biomassa é de origem residual, os benefícios atingidos ainda podem ser mais significativos, pelo facto de se dar um destino ambientalmente mais adequado a este resíduo. A liquefação é um processo que, por ser realizado a uma pressão e temperatura relativamente elevadas, permite obter um combustível líquido (o liquefeito) com propriedades semelhantes às de outros combustíveis líquidos derivados do petróleo. Deste modo, é possível continuar a operar os equipamentos existentes com um combustível semelhante, apenas que de origem renovável e com menores emissões de CO2. Nesta dissertação foi projetado um reator em escala piloto (com capacidade de 20 L) para liquefação de borra de café, em modo descontínuo. A produção estimada é de 20 L de liquefeito por dia. Foi proposto o seu funcionamento a uma temperatura máxima de 275 °C e que o sistema alcance uma pressão máxima de 70 bar. Para que o projeto seja funcional, foi necessário incluir um sistema de aquecimento, arrefecimento, agitação e vedação que vão de encontro ao projeto em escala laboratorial de referência. O reator inclui válvulas de alimentação de gás de pressurização, de alimentação e descarga de matérias-primas e produtos, de segurança, transdutor de pressão, termopar para monitorização de pressão e temperatura, respetivamente, banho termostático com óleo térmico, sistema de agitação, permitindo a abertura do compartimento de reação para inspeção e limpeza por intermédio de flange. O material escolhido para a construção do reator e acessórios foi o aço inoxidável 316. No projeto deste reator foram tomados em consideração os aspetos relacionados com a segurança, nomeadamente pelo facto de se estar a planear um recipiente a operar a pressão e temperaturas relativamente elevadas. Este sistema tem um custo total estimado de 9843 €.
Energy is an essential consumption supply to all activities and its availability affects the development of the population and the security and independence of nations. In this sense, the use of fossil fuels, whose natural occurrence is not evenly distributed throughout the world, and whose reserves are limited, has allowed an impressive technological and scientific development in the last two centuries. This development has brought with it some problems, among which stands out the rising price of energy and fuel, coupled with the increase in its demand, and a dramatic increase in emissions of greenhouse effect, which have contributed greatly to the climatic change. Now in order to mitigate these problems, nations have promoted policies increase the use of energy from renewable sources and increase energy efficiency. The biomass can be used directly as the energy source (combustion), or as raw materials for obtaining solid, liquid and / or gaseous alternative to fossil fuels currently used. When the biomass is from residual origin, the benefits achieved can be even more significant, for the fact that it gives a more environmentally fit manner to deal with this residue. Liquefaction is a process which, being carried out at a relatively high pressure and temperature, yields a liquid fuel (liquefied) with properties similar to other liquid fuels derived from petroleum. Thus, it is possible to continue to operate the existing equipment with a similar fuel, just from renewable sources and lower CO2 emissions. In this work it was designed a reactor on a pilot scale (20 L capacity) for coffee grounds liquefaction in batch mode. The daily output is estimated to be 20L liquefied product. It has been proposed to functioning at a maximum temperature of 275 ° C and the system reaching a maximum pressure of 70 bar. For the project to be functional, it was necessary to include a heating system, cooling, agitation and seals that meet the project in laboratory scale reference. The reactor includes pressurizing gas supply valves, supply and discharge of raw materials and products, safety, pressure transducer, thermocouple for monitoring temperature and pressure, respectively, thermostatic bath with termal oil agitation system, allowing opening the reaction chamber for inspection and cleaning through the flange. The material chosen for construction of the reactor and its accessories was 316 stainless steel. In the design of this reactor were taken into account aspects related to security, in particular for the fact that it is planned an high operating pressure and relatively high temperatures. This system has a total estimated cost of € 9,843.
