biogas desde o inÍcio - embrapa.br · do processamento de alimentos e capim cortado) ou substratos...
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Folie 1
BIOGAS DESDE O INÍCIO
ANÁLISE DE GÁS,
DESSULFURIZAÇÃO
E SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE
PARA PLANTAS DE BIOGÁS
CHRISTIAN ETZKORN
CONCÓRDIA – 03.10.2017
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Folie 2
AGENDA
EMPRESA / INTRODUÇÃO
PROJETO DEVELOPPP.DE
BIOGAS EM GERAL
CONTROLE DE PROCESSO
DESSULFURIZAÇÃO
AUTOMAÇÃO
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Folie 3
HISTÓRIA DA EMPRESA
Fundação
1ª análisador de gás
para medição
de H2S no biogás
1000
análisadores de gás
Certificação
de acordo com
NRTL TÜV SÜD
(UL / CSA)
InfraFRED
próprio sensor multigás
NDIR
Novos produtos:
sensores e eletrônicos
Produção sustentável
Expansão –
novo edifício com
escritórios
e fábrica própria
AwiFLEX Cool+
desenvolvimento
resfriador de gás
1500 analisadores
de gás
100 sistemas
de automação
2000
análisadores de gás
expansão do edifício/
escritórios e fábrica
2017
Awite
Bioenergia Assis - SP
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Folie 4
LANGENBACH – MATRIZ
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Folie 5
BIOGAS EM ALEMANHA
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Folie 6
PRODUTOS
ANÁLISE DE GÁS
SERVIÇO
DESSULFURIZAÇÃO
AUTOMAÇÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO
SENSORES E ELECTRÓNICA
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Folie 7
AGENDA
EMPRESA / INTRODUÇÃO
PROJETO DEVELOPPP.DE
BIOGAS EM GERAL
CONTROLE DE PROCESSO
DESSULFURIZAÇÃO
AUTOMAÇÃO
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Folie 8
DEVELOPPP.DE - BILAGAB
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Folie 9
CONCEITO DO PROJETO
1. ) Transferência de tecnologia
Sistema de Análise de gás totalmente automatizado para o
Laboratório de Biogas da Embrapa Suínos e Aves
Análise de gás e Desulfurisação „Granja São Roque“ em Videira
Sistema de automação na AUMA / Minas Gerais
Sistema móvel para treinamento instalado em VW Kombi
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Folie 10
CONCEITO DO PROJETO
2. ) „Transferência de conhecimento“
Desenvolvimento de um conceito para um curso de Biogas
modular
Conceito e Material de curso deve ser validado em cursos com
participantes externos
Fornecimento de uma plataforma virtual com os Materiais para as
parceiros e outros instituições interessadas
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Folie 11
AGENDA
EMPRESA / INTRODUÇÃO
PROJETO DEVELOPPP.DE
BIOGAS EM GERAL
CONTROLE DE PROCESSO
DESSULFURIZAÇÃO
AUTOMAÇÃO
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Folie 12
BIOGAS EM GERAL
O biogás é produzido durante a degradação biológica
anaeróbica de material orgânico.
As bactérias anaeróbicas iniciam um processo de fermentação
pelo qual o biogás é produzido em digestores em condições
anaeróbicas.
As bactérias são as mesmas encontradas no trato digestivo das
vacas (obviamente, a melhor planta de biogás).
Os insumos mais importantes são os resíduos orgânicos (por
exemplo, água de esgoto, resíduos de alimentos, subprodutos
do processamento de alimentos e capim cortado) ou substratos
agrícolas, como esterco líquido ou sólido ou culturas energéticas
(milho, centeio, cana de açúcar , etc.).
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Folie 13
BIOGAS: PLANTAS
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Folie 14
BIOGAS: PLANTAS
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Folie 15
BIOGAS EM GERAL
Conclusão: as bactérias fazem todo o
trabalho.
ENTÃO, POR QUE CONTROLAR O PROCESSO?
Picture Source: www.bioenergie-bassen.de
Picture Source: www.schmack-biogas.de
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Folie 16
AGENDA
EMPRESA / INTRODUÇÃO
PROJETO DEVELOPPP.DE
BIOGAS EM GERAL
CONTROLE DE PROCESSO
DESSULFURIZAÇÃO
AUTOMAÇÃO
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Folie 17
AWIECO
COMPACTO ECONÔMICO PATRONIZADO
SISTEMAS DE ANÁLISE DE GASES
ANÁLISE DE GÁS COM AWIECO E AWIFLEX
UMA ANÁLISE ADEQUADA - PARA CADA PROCESSO
AWIFLEX
PERSONALIZADO MULTIFUNCTIONAL EXPANSÍVEL
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Folie 18
temperatura
substrato
nível de pH
ácidos
orgânicos
agitação
volume do
digestor
teor de
enxofre alimentação
carga do
digestor
inibidores
teor de
matéria seca
modo de
operação oligo-elementos teor de
oxigênio
teor de
nitrogênio
CONTROLE DE PROCESSO
em geral:
evitar distúrbios do processo para garantir uma operação econômica
parece fácil ... mas há muitos fatores de influência para o processo
de biogás (caixa preta!?)
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Folie 19
metano CH4 45-65 %
dióxido de carbono CO2 35-55 %
vapor de água H2O 0-7 %
nitrogênio N2 0-4 %
oxigênio O2 0-1 %
sulfureto de hidrogénio H2S 0-5000 ppm
hidrogênio (hidrólise) H2 0-500/50.000 ppm
amônia NH3 0-50 ppm
BIOGÁS: A COMPOSIÇÃO
Oxigênio
Temperatura.
Substrato
Tempo
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Folie 20
dióxido de carbono acetato, hidrogênio
metano
ácidos graxos voláteis (acetato, propionato,
butirato), aldeídos, álcoois, cetonas, sulfetos de
hidrogênio, amônia, dióxido de carbono,
hidrogênio
monossacarídeos, dissacáridos, aminoácidos,
péptidos de cadeia curta, ácidos graxos de
cadeia longa, glicerina
inerte carboidratos, gorduras, proteínas
material orgânico degradável, em partículas
BIOGÁS: A DEGRADAÇÃO ANAERÓBICA
DESINTEGRATION
HYDROLYSE
ACIDOGENES
E
ACETOGENES
E
METHANOGENESE
CO2
CO2 CO2
H2
H2
H2
H2S
NH3
CO2 CO2
CO2
H2
H2
H2
CO2
CO2
CO2
CH4 CH4
CH4
CH4
H2
DESINTEGRAÇÃO
HIDRÓLISE
ACIDOGÊNESE
ACETOGÊNESE
METANOGENESIS
dióxido de carbono
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Folie 21
COMPOSIÇÃO DE GÁS - BIOGÁS
DESINTEGRATION
Por que a composição do biogás varia?
(a) biogás de carboidratos
(b) biogás de gorduras
(c) biogás de proteínas
(d) acidificação (hidrólise)
(e) Ar para desulfurização
microbiológica
(f) água (umidade do gás)
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Folie 22
dióxido de carbono acetato, hidrogênio
metano
ácidos graxos voláteis (acetato, propionato,
butirato), aldeídos, álcoois, cetonas, sulfetos de
hidrogênio, amônia, dióxido de carbono,
hidrogênio
monossacarídeos, dissacáridos, aminoácidos,
péptidos de cadeia curta, ácidos graxos de
cadeia longa, glicerina
inerte carboidratos, gorduras, proteínas
material orgânico degradável, em partículas
BIOGÁS: A DEGRADAÇÃO ANAERÓBICA
DESINTEGRATION
HYDROLYSE
ACIDOGENES
E
ACETOGENES
E
METHANOGENESE
CO2
CO2 CO2
H2
H2
H2
H2S
NH3
CO2 CO2
CO2
H2
H2
H2
CO2
CO2
CO2
CH4 CH4
CH4
CH4
H2
DESINTEGRAÇÃO
HIDRÓLISE
ACIDOGÊNESE
ACETOGÊNESE
METANOGENESIS
dióxido de carbono
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Folie 23
BIOGÁS: A METANOGENESIS
CH4
HIDROGÊNIO
ÁCIDO ACÉTICO
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Folie 24
EXEMPLO PRÁTICO: CONTROLE DE PROCESSO -
H2
0 ppm
50 ppm
100 ppm
150 ppm
200 ppm
250 ppm
300 ppm
350 ppm
400 ppm
450 ppm
500 ppmFermentador / H2
Abril a julho de 2013
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Folie 25
EXEMPLO PRÁTICO : CONTROLE DE PROCESSO -
CH4
40 %
42 %
44 %
46 %
48 %
50 %
52 %
54 %
Fermentador / CH4
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Folie 26
CONTROLE DE PROCESSO H2 / CH4
Fermentador
CH4
H2
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Folie 27
order Bioenergie Lohhuber
sample receipt 14/05/2013
sampling 14/05/2013
sampler not specified
client sample identifier digester
sampling location digester
product ferment residue liquid
plant Bioenergie Lohhuber
CONTROLE DE PROCESSO H2 / CH4
biological parameters
acetic acid g/kg 5.2
propionic acid g/kg 1.1
butyric acid g/kg 0.14
iso-butyric acid g/kg 0.26
valeric acid g/kg <0.05
iso-valeric acid g/kg 0.21
n-caproic acid g/kg <0.05
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Folie 28
order Bioenergie Lohhuber
sample receipt 01/07/2013
sampling 01/07/2013
sampler not specified
client sample identifier digester
sampling location digester
product ferment residue liquid
plant Bioenergie Lohhuber
CONTROLE DE PROCESSO H2 / CH4
biological parameters
acetic acid g/kg 1.6
propionic acid g/kg 0.12
butyric acid g/kg <0.05
iso-butyric acid g/kg <0.05
valeric acid g/kg <0.05
iso-valeric acid g/kg <0.05
n-caproic acid g/kg <0.05
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Folie 29
CONTROLE DE PROCESSO - H2
indicador antecedente de acidificação do fermentador
a detecção cedo evita um distúrbio do processo e evita um "colapso
do digestor“
fornece informações sobre o estado do digestor e ajuda com
incertezas de alimentação
pode ser automatizado e pode substituir métodos manuais
elaborados como medidas do FOS / TAC, do potencial redox e da
medição do nível de pH
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Folie 30
APLICAÇÕES
GÁ
S D
E A
TE
RR
O
BIO
GÁ
S
GÀ
S D
E E
SG
OT
O
SY
NG
AS
BIO
ME
TA
NO
PO
WE
R T
O G
AS
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Folie 31
AGENDA
EMPRESA / INTRODUÇÃO
PROJETO DEVELOPPP.DE
BIOGAS EM GERAL
CONTROLE DE PROCESSO
DESSULFURIZAÇÃO
AUTOMAÇÃO
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Folie 32
DESULFURIZAÇÃO - PORQUE?
Juntamente com o vapor de água no biogás, H2S forma uma solução ácida e
corrosiva (sulfato alcalino) que pode causar grandes danos na tubulação,
agitadores ou concreto no fermentador. -> $$$
Durante a combustão no motor, H2S produz ácido sulfúrico. Como resultado,
o óleo do motor escorre mais rapidamente, o que diminui o intervalo de troca
de óleo. -> $$$
Se a carga de enxofre no biogás é muito alta, um filtro de carbono, que
normalmente é projetado como um filtro fino, satura rapidamente. -> $$$
Além disso, o H2S pode interferir com a biologia no fermentador ou consumir
hidrogênio, o que, portanto, não está mais disponível para a formação de
metano.
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Folie 33
DESULFURIZAÇÃO - OPÇÕES
Químico
Biológico
Filtro
Químico
Biológico
Externo Interno
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Folie 34
AWIDESULF 100/200 NM3/H
INDIVIDUAL EXATO ECONÓMICAMENTE VIÁVEL
DESULFURIZAÇÃO MICROBIOLÓGICA
AWIDESULF 300/500/1000 NM3/H
INDIVIDUAL EXATO ECONÓMICAMENTE VIÁVEL
DESULFURIZAÇÃO BIOLÓGICA COM O AWIDESULF
CONTROLE DE O2 NO SISTEMA – COM SEGURANÇA
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Folie 35
DESULFURIZAÇÃO MICROBIOLÓGICA
por bactérias de enxofre autotróficas (energia)
oxidação do H2S para enxofre elementar (S2)
dentro do fermentador / gasômetro ou como unidade externa
nenhuma bactéria especial adicionada
sem tanques adicionais, construções etc.
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Folie 36
DESULFURIZAÇÃO MICROBIOLÓGICA
dependendo de:
tempo de retenção
superfície
temperatura
nutrientes
distribuição, mistura
eficiência até >95%
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Folie 37
DESULFURIZAÇÃO MICROBIOLÓGICA
aplicações:
digestor redondo tipo CSTR com depósito de gás
digestor tipo lagoa cuberta com depósito de gás
Unidades externas de desulfurização
(filtro de carbono ativado)
(filtro de material orgânico / biofiltro)
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Folie 38
AWIDESULF
AwiDESULF mede H2S e O2
AwiDESULF controla o set-point de O2
Set-point de O2 dependendo dos valores de H2S!
Limitação de O2 para evitar corrosão (H2SO4)
AwiDESULF controla o fornecimento de ar de acordo com a produção atual de gás
AwiDESULF evita a dependência da operação e supervisão manual
AwiDESULF Oxygen puro para plantas de purificação
... Sempre em combinação com AwiFLEX
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Folie 39
AWIDESULF
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Folie 40
AWIDESULF
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Folie 41
AGENDA
EMPRESA / INTRODUÇÃO
PROJETO DEVELOPPP.DE
BIOGAS EM GERAL
CONTROLE DE PROCESSO
DESSULFURIZAÇÃO
AUTOMAÇÃO
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Folie 42
AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS COM O AWICONTROL
SUPORTE INTEGRAL – O TEMPO TODO
AWICONTROL
MODULAR EXPANSÍVEL ORIENTADA PARA O FUTURO
AUTOMAÇÃO
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Folie 43
AUTOMAÇÃO
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Folie 44
AwiCHARTS
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Folie 45
SERVIÇO REMOTO
Manutenção remota com AwiRemote – suporte no mundo
inteiro, fácil acesso de qualquer lugar
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Folie 46
MUITO OBRIGADO!
Christian Etzkorn
AWITE BIOENERGIA
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TEL. +55 (18) 4101.0016
CEL. +55 (18) 99777.0926