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https://hdl.handle.net/1822/76722
Título: | Experimental and modeling studies of brewers’ spent grains gasification in batch and continuous reactors. Comparison to the main Portuguese biomasses |
Autor(es): | Ferreira, Sérgio Cláudio Monteiro |
Orientador(es): | Vilarinho, Cândida Monteiro, Eliseu Leandro Magalhães Brito, Paulo Sérgio Duque de |
Palavras-chave: | Allothermal gasification Autothermal gasification Biomass Brewer’s spent grains Modified equilibrium modeling Biomassa Dreche cervejeira Gaseificação alotérmica Gaseificação autotérmica Modelação de equilíbrio termodinâmico modificado |
Data: | 4-Mar-2022 |
Resumo(s): | Lignocellulosic biomass represents one of the most available renewable resources on the planet.
Among the lignocellulosic biomasses, brewer’s spent grains - a byproduct of the brewing industry - has
received increased interest in the last years as a way in which industries become more efficient and
embrace the circular economy concept. Gasification has been cementing a solid position as an important
route to convert biomass and waste materials to useful gas products. Moreover, its environmental
performance is one of the greatest strengths of this technology being identified as a possible solution to
meet the strict environmental regulations applied around the world. This thesis deals with biomass
gasification in the Portuguese scenario, in particular BSG, in order to promote the principles of
sustainability and circular economy. The main goals of the present work are the development of
knowledge on the forestry and agricultural biomass species dominant in Portugal appropriate for
gasification, and to assess the most suitable applications for the synthesis gas obtained from the
gasification of different biomasses through experimental and numerical methods. The current status and
prospects for biomass in Portugal are reviewed highlighting the gasification technology. The gasification
modified equilibrium models are reviewed clarifying the different designations in order to open the
possibilities of novel developments. BSG are characterized and preprocessed prior to the steam
gasification in an allothermal batch gasifier. BSG gasification in a pilot-scale downdraft gasifier coupled to
a motor-generator group is also performed. A modified thermodynamic equilibrium model of the
downdraft gasification is developed in order to assess the potential applications of the main Portuguese
biomasses through produced gas quality indices. The BSG characterization through proximate, ultimate,
and thermogravimetric analysis and van Krevelen diagram reveal similar characteristics of regular
lignocellulosic biomasses. The good quality of produced gas obtained from steam gasification along with
the high process efficiencies attained allow the brewers to embrace the circular economy concept. From
the comparative study of the main Portuguese biomasses through produced gas quality indices, one could
conclude that using air as a gasifying agent in biomass gasification only provides a produced gas with
enough quality to be used for energy production in boilers and turbines. A biomassa lenho-celulósica representa um dos recursos renováveis mais disponíveis no planeta. Entre as biomassas lenho-celulósicas, a dreche - um subproduto da indústria cervejeira – tem-se destacado como um meio para as indústrias cervejeiras se tornarem mais eficientes e abraçarem o conceito da economia circular. A gaseificação tem vindo a consolidar uma posição importante na conversão de biomassa e resíduos em produtos úteis sendo apontada como alternativa para atender aos exigentes regulamentos ambientais devido o seu superior desempenho ambiental. Esta tese trata da gaseificação de biomassa no cenário português, em particular da dreche cervejeira, de forma a promover os princípios da sustentabilidade e da economia circular. Os principais objetivos deste trabalho são o desenvolvimento de conhecimentos sobre as espécies de biomassa dominantes em Portugal mais adequadas à gaseificação e a avaliação das aplicações do gás de síntese obtido através de métodos experimentais e numéricos. Os recursos de biomassa em Portugal são revistos para identificar as biomassas de maior potencial para a gaseificação. Os modelos de equilíbrio termodinâmico da gaseificação são revistos para o esclarecimento das diferentes designações dos modelos e potenciar o desenvolvimento de novos modelos. A dreche cervejeira é caracterizada e pré-processada antes de ser gaseificada com vapor de água num gaseificador alotérmico laboratorial. A gaseificação da dreche cervejeira com ar atmosférico é realizada num gaseificador em co-corrente acoplado a um grupo motorgerador. É desenvolvido um modelo de equilíbrio termodinâmico modificado da gaseificação de forma a avaliar as potenciais aplicações das principais biomassas portuguesas através de índices de qualidade dos gases produzidos. As análises aproximada, elementar e termogravimétrica da dreche cervejeira revelaram características semelhantes às biomassas lenho-celulósicas comuns. A boa qualidade do gás produzido obtido da gaseificação com vapor de água, juntamente com a elevada eficiência do processo, permite aos produtores de cerveja adotarem o conceito de economia circular nas suas empresas. O estudo numérico da gaseificação das principais biomassas portuguesas permite concluir que a utilização do ar atmosférico como agente de gaseificação proporciona um gás produzido com qualidade suficiente para ser utilizado na produção de energia em caldeiras e turbinas. |
Tipo: | Tese de doutoramento |
Descrição: | Tese de doutoramento em Mechanical Engineering |
URI: | https://hdl.handle.net/1822/76722 |
Acesso: | Acesso aberto |
Aparece nas coleções: | DEM - Teses de Doutoramento / PhD Thesis |
Ficheiros deste registo:
Ficheiro | Descrição | Tamanho | Formato | |
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