Modelagem e simulação de pirolise e secagem de biomassa em um gaseificador de leito movente contracorrente

Resumo: Trata-se de um trabalho de modelagem e simulação bidimensional das etapas de aquecimento, secagem e pirólise de uma partícula de biomassa, aplicado a um modelo de simulação unidimensional de um gaseificador de leito movente contracorrente, operando em regime permanente, baseado em modelo existente na literatura. Os modelos de aquecimento, secagem, pirólise, gaseificação e combustão empregados são desenvolvidos a partir das equações fundamentais de conservação de massa e energia e os resultados da simulação são comparados com dados experimentais. A partir dos perfis de temperatura e concentração simulados ao longo da altura do leito do gaseificador e da espessura da partícula de biomassa, pode-se identificar e determinar as extensões das diversas regiões existentes no interior do gaseificador. A altura das regiões de pirólise, secagem e aquecimento, normalmente desprezada ou ocupando uma extensão reduzida nos modelos unidimensionais, apresenta uma extensão expressiva no modelo bidimensional, correspondente a cerca de 3/4 da altura do leito. A influência de alguns parâmetros operacionais característicos, como a umidade e o diâmetro das partículas, e de propriedades, como a condutividade térmica do carvão e a entalpia de reação da pirólise, no desempenho do gaseificador, também foi avaliada.Os perfis de temperatura e de concentração dos componentes combustíveis na fase gasosa, bem como o rendimento global a frio obtidos na simulação ficaram abaixo dos valores experimentais correspondentes. Uma análise das possíveis causas das diferenças observadas é apresentadaAbstract: In this work is proposed a two-dimensional model to simulate the heating, drying and pyrolysis stages of a biomass particle, which was applied to a steady-state, one-dimensional simulation program of a countercourrent fixed bed gasifier, available in the literature. The models developed for the heating, drying, pyrolysis, gasification and combustion stages were based on the basic equations of mass and energy conservation. The obtained results were compared with experimental data. From the temperature and concentration profiles simulated along the gasifier bed height and through the particle it was possible to identify and determine the extension of these regions in the gasifier. The height occupied by the heating, drying and pyrolysis stages, which is usually assumed as negligible or with a reduced extension in the one dimensional models, is shown to be much larger in the two-dimensional model, corresponding to about three-fourths of the bed height. The influence on the gasifier performance of some characteristic operational parameters, such as the biomass particle moisture and diameter, and of properties, as the charcoal thermal conductivity and the enthalpy of pyrolysis was evaluated. The temperature and composition profiles, as well as the overall cold efficiency obtained from the simulation, presented results under the avaiabie experimental data. An analysis of these results is presente