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REALIZAÇÃO: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul – PUCRS Centro de Excelência em Pesquisa sobre Armazenamento de Carbono - CEPAC APOIO:

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1 REALIZAÇÃO: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul – PUCRS Centro de Excelência em Pesquisa sobre Armazenamento de Carbono - CEPAC APOIO: Petrobras Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis - ANP Rede Carvão Projeto de Gaseificação in-situ UCG (Underground Coal Gasification)

2 Definição de Gaseificação; Dados históricos; Gaseificação in-situ (UCG): Aplicações; Métodos de injeção; Reações químicas; Eficiência; Conclusões; Projetos Mundiais. Conteúdo

3 A gaseificação do carvão consiste em converter carvão sólido num gás que pode ser usado para gerar energia, produzir combustíveis líquidos e produtos químicos; A gaseificação expõe o carvão a temperaturas que normalmente provocariam a sua combustão mas regulando a quantidade de oxigênio fornecida e adicionando vapor de água, o carvão origina gás de síntese (syngas: Monóxido de Carbono, Hidrogênio, Dióxido de Carbono e Metano). Definição de Gaseificação:

4 Na produção de energia elétrica, o carvão pode ser utilizado em queima direta que é a forma mais corrente. No entanto, atualmente desenvolvem-se outras formas mais limpas do ponto de vista ambiental: é o caso da gaseificação do carvão, que permite a produção de energia elétrica em centrais de ciclo combinado e da sua liquefação que permite a produção de combustíveis líquidos sintéticos. Conversão de Carvão

5 Dados Históricos 1888 – D.I. Mendeleev expressou pela primeira vez a ideia sobre UCG – Químico inglês William Ramsay ofereceu a tecnologia sobre UCG – V.I. Lenin publicou o artigo One of the great victory in technics – teste piloto em condições naturais para geração de gás (bacia de Moscow – brown coals, bacia de Donetzk – black coals) – o método Flow foi proposto para gaseificar em canais de carvão – 9 experiências em UCG foram levadas a cabo pelo método Flow na bacia de Moscow, bacia de Donetzk e bacia de Kuznetzk. Todos deram resultados positivos – realizados 5 testes comerciais e 2 testes piloto de UCG na antiga USSR (4 – com gaseificação de brown coals e 3 – com gaseificação de black coals). Foram obtidos 50 biliões de m3 de gás e foram gaseificadas 15 milliões de tons de carvão.

6 Dados Históricos Local de gaseificação na ex-URSS

7 Esquema de gaseificação in-situ (Fonte: CEPAC, 2008) Gaseificação in-situ (UCG):

8 Aplicações Possíveis aplicações para os produtos resultantes da gaseificação in-situ (Fonte: CEPAC, 2008)

9 Gaseificação in-situ (UCG): Mapa de testes Gaseificação de carvão in-situ (UCG) no mundo (Fonte:

10 Gaseificação in-situ (UCG): Etapas de pesquisa em projetos de UCG: Composição e maturação do carvão; Geologia local e estrutural; Modelagem 3D da camada de carvão; Hidrogeologia local; Layout de sondagem – métodos de injeção (CRIP, Vertical,…); Controle operacional; Rocha-selo (Mecânica de rochas); Subsidência. A escolha do método de injeção depende de parâmetros tais como: circulação de gás na camada; ponto onde ocorre a ignição.

11 Gaseificação in-situ (UCG): Métodos de injeção Fonte: Carbon Energy

12 Gaseificação in-situ (UCG): Métodos de injeção Fonte: Carbon Energy

13 Gaseificação in-situ (UCG): Fonte: CARBON ENERGY e CSIRO, 2006

14 Gaseificação in-situ (UCG): Reações químicasReação ΔH (kJ/mol) Nota Gaseificação (geração do gás de síntese) C (s) + H2O (g) H2 (g) + CO (g) +118,5Endotérmica Conversão CO(g) + H2O (g) H2(g) + CO2 (g) -42,3Exotérmica Formação de metano CO (g) + 3H2 (g) CH4 (g) + H2O (g) -206,0Exotérmica Gaseificação com hidrogénio C(s) + 2H2 (g) CH4 (g) -87,5Exotérmica Oxidação Parcial C(s) + ½ O2 (g) CO (g) -123,1Exotérmica Oxidação C(s) + O2 (g) CO2 (g) -406,0Exotérmica Boudouard C(s) + CO2 (g) 2CO (g) +159,9Endotérmica

15 Gaseificação in-situ (UCG): Eficiência Fonte: Clean Coal Technologies for Power Generation, a South African perspective, 2007)

16 Gaseificação in-situ (UCG):

17 Eficiência Descrição do processo Eficiência na geração de electricidade (% poder calorífico de carvão consumido) UCG com ar UCG com O UCG com O2 + CCS Carvão convencional ~ 37 IGCC~ 45 Fonte: Optimisation of underground coal gasification for improved performance and reduced environmental impact CSIRO Exploration and mining Sustainable Mining Research group.

18 Gaseificação in-situ (UCG):VantagensDesvantagensUCGPermite retirar energia de camadas de carvão que atualmente são economicamente não viáveis Possibilidade de transmissão de gases da zona de combustão para os estratos adjacentes Consume menos água e gera menos poluição Possibilidade de contaminação de aquíferos Os custos com investimento capital e de produção de gás de síntese são reduzidos pelo menos 25% comparado com gaseificação à superfície Possibilidade de ocorrer subsidência Gaseificação à Superfície Flexibilidade para construção em qualquer lugar sem ter em atenção aspectos geográficos entre outros Requer mineração convencional e transporte até ao gaseificador Permite um maior controlo do processo pois é feita em reator químico – controlo sobre todas as variáveis Custos capital elevados associados a todo o equipamento necessário Perdas de gás são mínimasRequer grandes quantidades de água Fonte: Viability of Underground Coal Gasification in the Deep Coals of the powder river basin,Wyoming, Gás Tech, Inc. June 2007.

19 Gaseificação in-situ (UCG): Comparação de carvão gaseificado em planta à superfície acoplado a IGCC vs UCG acoplado com IGCC. (preço em US$) Gaseificador superfície + IGCC UCG + IGCC% Vantagem UCG Capital/kW Instalado $1,544$1,18024% Custo operacional, $/MW-hr trabalho $21.99$ % Preço para 15% retorno de investimento $80.60$ % Taxa de retorno (descontada) 10.4%18.3%75% Pagamento (anos) % Fonte: Viability of Underground Coal Gasification in the Deep Coals of the powder river basin,Wyoming, Gás Tech, Inc. June 2007.

20 Gaseificação in-situ (UCG): Layout do projeto Fonte: CEPAC, 2008.

21 Gaseificação in-situ (UCG): Impactos ambientais - ar

22 Gaseificação in-situ (UCG): Impactos ambientais - solo Fonte: Groundwater pollution from underground coal gasification, 2007, Journal of China University of Mining & Technology

23 Gaseificação in-situ (UCG): Impactos ambientais - solo Fonte: Groundwater pollution from underground coal gasification, 2007, Journal of China University of Mining & Technology

24 Gaseificação in-situ (UCG): Medidas de controlo ambiental Pós-operacional Para minimizar a geração de contaminantes a partir da pirólise deve-se: acelerar o arrefecimento da cavidade e evitar o aumento da pressão na cavidade; retirar a água da cavidade através de bombeamento, mantendo um gradiente hidrostático; maximizar a remoção de contaminantes, orgânicos e inorgânicos, do sub-solo, com o recurso a bombeamento e realizar tratamento posterior a superfície.

25 Gaseificação in-situ (UCG): Medidas de controlo ambiental Pós-operacional Pode também realizar-se biorremediação do solo para evitar propagação da contaminação para os extratos adjacentes; Pode ser colocada uma barreira permeável á água e que faça a retenção de contaminantes como metais pesados; Fazer injeção de solução aquosa de hidróxido de amônia ou de metais alcalinos para solubilizar os fenóis gerados no processo.

26 Gaseificação in-situ (UCG): Conclusões UCG aparece como uma tecnologia viável e competitiva para a geração de energia; UCG apresenta vários benefícios ambientais como por exemplo: redução de emissão de gases de efeito de estufa; não há necessidade de mineração tradicional; sem necessidade de tratamento das cinzas, drenagem ácida e rejeitos de lavadores; Possibilidade de realizar seqüestro de carbono na cavidade formada através da re-injecção do mesmo como agente oxidante.

27 Projetos Mundiais 1955 – planta comercial de UCG começou a operar na antiga União Soviética. Angren (Uzbekistão) continua a operar hoje (desde 1955); 1958 – 1987 – sites de demonstração nacionais nos EUA, EU e Nova Zelândia; 1990s – Operações de UCG iniciam-se na China para extrair o remanescente do trabalho de mineração; 1997 – teste piloto El Tremedal, Espanha; 1999 – teste piloto com sucesso em Chinchilla, Austrália; – projeto Majuba na África do Sul.

28 Projetos Mundiais África do Sul Foram consumidas 4950 tons de carvão; Gás produzido = Nm 3 ; Não foi observada contaminação do aquífero devido à atividade de UCG; UCG-IGCC promove uma redução de 25% na emissão de gases de efeito de estufa, comparando com plantas convencionais; Até agora não foi observada ocorrência de subsidência;

29 Projetos Mundiais África do Sul O projeto decorre à 22 meses; Não foram notados impactos ambientais significativos; Impacto à superfície foi mínimo na pós-gaseificação; Tem como objetivo criar uma planta IGCC com capacidade de 2100 MW operando com syngas proveniente de UCG.

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31 FIM Obrigado pela atenção Luis Miguel Bordalo Filipe :


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