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http://hdl.handle.net/1843/59740| Type: | Tese |
| Title: | Tratamento térmico de resíduos sólidos urbanos para produção de combustível derivado de resíduo |
| Other Titles: | Thermal treatment of municipal solid waste for refuse derived fuel production |
| Authors: | Vítor Alvarenga Tôrres |
| First Advisor: | Lisete Celina Lange |
| First Referee: | Eduardo Coutinho de Paula |
| Second Referee: | Marcelo Cardoso |
| Third Referee: | Rogério José da Silva |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Fernando Fernandes |
| Abstract: | A questão dos resíduos sólidos urbanos (RSU) no Brasil representa um grande desafio à sociedade. A recuperação energética por meio de tratamentos térmicos representa uma possível rota para a gestão adequada desses resíduos. Entretanto, desafios relacionados ao baixo poder calorífico inferior (PCI), à composição e à heterogeneidade dos RSU dificultam a aplicação de tratamentos tradicionais. Esta tese teve como objetivo a avaliação de uma tecnologia de tratamento térmico de RSU a temperaturas entre 150 e 250°C, sem triagem prévia, para a produção de combustível derivado de resíduo urbano (CDRU). Foi desenvolvida uma planta piloto com capacidade de processamento de até 1,0 t de RSU por batelada, para a produção de 3,2 t de CDRU. Durante a operação da planta, foram avaliadas as emissões atmosféricas de MP, CO, SOx, NOx, HCl e cloro livre, fluoreto, dioxinas e furanos. O CDRU produzido foi avaliado quanto aos parâmetros de qualidade da legislação nacional e normas internacionais. Parte do CDRU produzido passou por uma etapa de densificação e briquetagem e foi destinada à gaseificação. O gás de síntese obtido foi caracterizado por meio de cromatografia gasosa para avaliação de sua composição e estimativa de seu PCI, e os resultados foram comparados com o gás de madeira produzido sob as mesmas condições operacionais. Também foi realizada uma investigação exploratória de COVs e organoclorados presentes no gás de CDRU. As 3,0 t restantes de CDRU foiram encaminhadas a uma usina de cimento para um teste de queima em escala plena. O processo de tratamento de RSU apresentou adequação à maioria dos limites normativos atuais para emissões atmosféricas, destacando-se as concentrações de 0,021 ngTEQ/Nm³ de dioxinas e furanos. O PCI médio das amostras de CDRU foi de 4.450 kcal/kg, com umidade de 11%, teor de cloro de 0,22% e concentração de mercúrio abaixo de 0,01 mg/kg, indicando assim bom potencial para uso como combustível e compatibilidade com as normas nacionais e internacionais aplicadas no estudo. O processo de briquetagem apresentou viabilidade para umidade ótima de 18% e resistência final à compressão de 15,3 MPa. O PCI do gás de síntese produzido foi de 6,61 MJ/m³, o que indica potencial para aproveitamento térmico em processos industriais. A metodologia utilizada na exploração por cromatografia não identificou substâncias organocloradas no gás, sendo detectada a presença principal de BTEX e acetonitrila em concentrações relevantes. A avaliação pelo método estatístico de Mann-Whitney não detectou diferenças significativas de composição entre o gás de madeira e o gás de CDRU para uma significância de 5%. No teste de queima em escala plena, não foram observadas variações expressivas nas condições de operação, no desempenho ambiental ou no clínquer produzido, em comparação à operação de rotina do empreendimento, para uma razão de substituição térmica de até 45% no pré-calcinador. As emissões de SOx apresentaram redução média de 81,2% em relação à operação padrão da cimenteira. De forma geral, o tratamento proposto apresentou viabilidade técnica e ambiental, sendo que o CDRU produzido apresentou características adequadas para uso como matéria-prima de gás de síntese, produção de briquetes ou coprocessamento em escala plena, sem prejuízo em relação às operações padrão. |
| Abstract: | Municipal solid waste (MSW) management in Brazil poses a substantial challenge to society. Energy recovery by means of thermal treatment can be a viable route to properly manage these wastes. However, challenges related to the poor lower heating value (LHV), composition, heterogeinity and high moisture of these wastes pose difficulties to the use of traditional treatment processes. This thesis aimed to assess a new thermal treatment technology for MSW, with temperatures ranging from 150°C to 250°C, without prior screening, for refuse derived fuel (RDF) production. A pilot plant with the capacity to treat up to 1.0 t/day of MSW was developed in order to manufacture 3.2 tonnes of RDF. During the operation of the plant, atmospheric emission levels for PM, CO, SOx, NOx, HCl and chlorine, fluorides and PCDD/Fs were evaluated. RDF samples were characterized and compared with national and international normative. Part of the RDF was pelletized and used as source material for a gasification process. The resulting syngas was characterized by chromatographic analyses to determine its compostion and estimate its LHV, and the results were compared to syngas produced from wood chips in the same operational conditions. An exploratory investigation of VOCs and organochlorine substances in the syngas was also conducted using gas chromatography coupled to mass spectrometry. The remaining RDF was destined to a cement factory for an industrial scale coprocessing test. The MSW treatment process was shown to be adequate to most current brazilian normative emission standards, with PCDD/Fs emissions of 0.021 ngTEQ/Nm³. The average LHV of the RDF samples was of 4450 kcal/kg, with average moisture content of 11%, 0.22% chlorine and less than 0.01 mg/kg mercury, indicando good potential for usage as an industrial solid fuel and compatibility with both national and international standards. The pelletizing process showed technical feasibility, with ideal moisture content of 18% and an average compression strength of 15.3 MPa. The LHV of the RDF syngas was of 6.61 MJ/Nm³, which indicates potential for thermal use in industrial processes. The method used in the cromatography investigation did not identify any organochlorine in the syngas, with the detection of BTEX and acetonitrile in relevant concentration. Comparison between the RDF and wood chip syngases using the Mann-Whitney method for a 5% significance level did not show significant differences in gas composition between the two feeds. In the coprocessing test, no expressive variations of operational conditions, environmental performance or clinker quality were observed, for a thermal substituion ratio of up to 45%. SOx emissions showed an average reduction of 81.2% when compared to standard operation. From a general standpoint, the proposed treatment was shown to be environmentally and technically viable, and the RDF was shown to be an adequate feed for gasification, pelleting or for coprocessing, with no observed drawbacks when compared to standard operation. |
| Subject: | Engenharia sanitária Meio ambiente Sustentabilidade e meio ambiente Resíduos sólidos urbanos Briquetes (Combustível) Carvão - Gaseificação |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos |
| Rights: | Acesso Aberto |
| metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pt/ |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/59740 |
| Issue Date: | 18-May-2023 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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