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TítuloExperimental 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-chaveAllothermal gasification
Autothermal gasification
Biomass
Brewer’s spent grains
Modified equilibrium modeling
Biomassa
Dreche cervejeira
Gaseificação alotérmica
Gaseificação autotérmica
Modelação de equilíbrio termodinâmico modificado
Data4-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.
TipoTese de doutoramento
DescriçãoTese de doutoramento em Mechanical Engineering
URIhttps://hdl.handle.net/1822/76722
AcessoAcesso aberto
Aparece nas coleções:BUM - Teses de Doutoramento
DEM - Teses de Doutoramento / PhD Thesis

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