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Tese

Integrated production of chemicals and fuels in the pulp industry: techno-economic and environmental analysis of black liquor gasification-based processes (2022)

  • Authors:
  • Autor USP: DOMINGOS, MEIRE ELLEN GORETE RIBEIRO - EP
  • Unidade: EP
  • Sigla do Departamento: PQI
  • Subjects: GASEIFICAÇÃO; OTIMIZAÇÃO MATEMÁTICA; PROCESSO
  • Agências de fomento:
  • Language: Inglês
  • Abstract: O setor de celulose e papel é classificado como uma atividade intensiva em energia e vários esforços estão sendo feitos para mitigar as emissões atmosféricas, melhorar a recuperação do calor residual e capitalizar os seus subprodutos. O licor negro (LN) é um subproduto do processo de polpação kraft, que contém mais da metade da energia total da madeira alimentada no processo, representando assim uma importante fonte de energia renovável. O LN pode ser gaseificado e o gás de síntese pode ser usado para gerar eletricidade ou produzir produtos químicos e biocombustíveis, através do conceito de biorrefinaria. Neste trabalho, o cenário convencional do uso do LN (concentração e combustão) é comparado com o processo de gaseificação do LN para a produção de diferentes produtos (hidrogênio, gás natural sintético, metanol, dimetil éter, amônia, uréia e ácido nítrico), em termos de indicadores econômicos, eficiência exergética e impacto ambiental. Além disso, a integração energética combinada à análise exergética é usada para identificar as potenciais melhorias que poderiam permanecer ocultas se apenas a análise energética fosse feita, como a determinação e mitigação das irreversibilidades do processo. A síntese, modelagem e simulação dos processos químicos são realizadas no software Aspen Plus®. A determinação dos requisitos mínimos de energia e a solução do problema de integração energética são tratadas na plataforma OSMOSE Lua. Uma análise de sensibilidade da variação do INPV em função da taxa de carbono (0-100 EUR/tCO2) e da taxa de juros (0-21%) também é feita. Inicialmente, assume-se que os preços da matéria-prima e dos produtos são constantes. Em seguida, a análise financeira incremental incorpora a incerteza relacionada aos custos de aquisição e venda das matérias-primas ecombustíveis produzidos, quando inseridos em um mercado volátil, através do método de Monte Carlo. Como resultado, as eficiências exergéticas do cenário convencional e das plantas integradas são em média 40% e 43%, respectivamente; enquanto o balanço geral de emissões varia de 1.97 a -0.79 tCO2/tPulp, respectivamente. Antecipando cenários futuros de taxação de carbono, a análise econômica incremental mostrou que a rota de produção de combustíveis e produtos químicos com importação parcial de eletricidade pode ter melhor performance econômica do que a planta de celulose kraft convencional para taxas de carbono moderadas (30-100 EUR/tCO2), dependendo da taxa de juros adotada. Esses resultados reforçam a relevância da importação de eletricidade da matriz energética brasileira para aumentar a participação de recursos energéticos renováveis na produção de produtos químicos e combustíveis tradicionalmente de base fóssil, o que pode ser um importante fator a favor da exploração de biorrefinarias integradas.
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 16.12.2022
  • Premiações recebidas: Prêmio Tese Destaque USP de 2023 - Menção Honrosa - grande área Sustentabilidade Ambiental
    • Acesso à fonte
    How to cite
    A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas

    • ABNT

      DOMINGOS, Meire Ellen Gorete Ribeiro. Integrated production of chemicals and fuels in the pulp industry: techno-economic and environmental analysis of black liquor gasification-based processes. 2022. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2022. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-23032023-082412/. Acesso em: 04 out. 2024.

    • APA

      Domingos, M. E. G. R. (2022). Integrated production of chemicals and fuels in the pulp industry: techno-economic and environmental analysis of black liquor gasification-based processes (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-23032023-082412/

    • NLM

      Domingos MEGR. Integrated production of chemicals and fuels in the pulp industry: techno-economic and environmental analysis of black liquor gasification-based processes [Internet]. 2022 ;[citado 2024 out. 04 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-23032023-082412/

    • Vancouver

      Domingos MEGR. Integrated production of chemicals and fuels in the pulp industry: techno-economic and environmental analysis of black liquor gasification-based processes [Internet]. 2022 ;[citado 2024 out. 04 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-23032023-082412/

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