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Jun 04, 2023

Avaliação da eficiência térmica e do potencial de redução de emissões do álcool

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13301 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Até agora, o carvão, o petróleo e o gás natural ainda são os combustíveis mais utilizados e as emissões de SO2, NOX e partículas produzidas a partir da sua combustão têm uma séria influência no ar. Portanto, é necessário desenvolver um combustível limpo. Neste estudo, os galpões de cura a granel foram equipados com diferentes equipamentos de combustível, o Celeiro A utilizou equipamento tradicional de aquecimento a carvão; O Celeiro B usou equipamento de aquecimento integrado de combustível de briquetes de biomassa (BBF); Celeiro C equipado com equipamento de aquecimento a combustível de base alcoólica (ABF). Foram analisadas a temperatura da superfície externa do equipamento de aquecimento, os gases de exaustão da chaminé, a eficiência térmica de cura e o consumo de energia. Comparado com o celeiro BBF e o carvão de celeiro, o celeiro ABF pode atender aos requisitos de temperatura mais altos de cura de tabaco curado por combustão de 68 ° C, a precisão da curva alvo da temperatura de bulbo seco (DBT) durante a cura do tabaco curado por combustão foi de 93,4 %. Ao mesmo tempo, durante a combustão do ABF, as emissões de CO2 e CO foram de 40,82% e 0,19%, respectivamente. No entanto, não foram detectadas emissões de NOX, SO2 e H2S na exaustão da chaminé. Em comparação com o celeiro BBF e o carvão de celeiro, a eficiência térmica do equipamento de aquecimento do celeiro ABF no celeiro aumentou 44,78% e 86,28%, respectivamente. Além disso, o custo por quilograma de fumo seco foi reduzido em 19,44% e 45,28%, respectivamente. Portanto, em comparação com o carvão de celeiro e o BBF de celeiro, o ABF de celeiro pode controlar as mudanças de temperatura com mais precisão e mostra uma vantagem óbvia na proteção ambiental e na eficiência da utilização de calor.

O tabaco curado (FT) é um dos tipos de tabaco mais amplamente plantados na China. No processo de produção do FT, a cura do tabaco (TC) ainda é o elo que mais consome energia, respondendo por mais de 80% da energia utilizada no processo produtivo do TC1,2,3. Ao mesmo tempo, o carvão ainda é o combustível de cura preferido na maioria das áreas de produção de FT, e mais de 95% dos celeiros de cura a granel utilizam carvão para TC. O consumo anual de carvão é grande, com a cura de 1 kg de tabaco seco consome 1,5–2,0 kg de carvão. Na China, são necessários cerca de 3 a 4 milhões de toneladas de carvão para CT todos os anos4,5. No entanto, as emissões, incluindo CO2, SO2, NOX e material particulado, são grandemente descarregadas durante a combustão do carvão, causando grave poluição ao meio ambiente6,7. Cerca de 4–5 t de fumaça e poeira, 160–220 t de CO2, 3,4–5,6 t de SO2 e 1,6–2,8 t de NOX serão emitidos em um grupo de 20 celeiros de cura em grande escala durante a temporada de TC8. O TC anual dura de julho a setembro. Durante o período de cura, há grande quantidade de fumaça e fuligem ao redor do celeiro de cura a granel, o que causa grandes efeitos negativos no crescimento e na qualidade das culturas próximas, e prejudica a saúde de humanos e animais, resultando em perigos crônicos, agudos perigos e perigos invisíveis9. Dentre eles, a fumaça e a fuligem com características de longa permanência na atmosfera e longa distância de transporte podem causar neblina10. Além disso, o carvão é um recurso não renovável e há muitos problemas durante a queima do carvão, como combustão insuficiente, exaustão de alta temperatura da chaminé e aumento lento da temperatura que leva a um declínio na qualidade das folhas FT. Portanto, é de grande importância introduzir uma energia limpa para conservação de energia, proteção ambiental e CT.

O combustível à base de álcool (ABF), um tipo de combustível líquido à base de álcoois (metanol CH3OH, etanol C2H5OH, butanol C4H9OH), é derivado da fermentação de biomassa e de combustíveis fósseis, como carvão, petróleo e gás natural. É reconhecido como um novo tipo de combustível renovável por muitos países11,12,13,14. Devido ao esgotamento gradual da energia petroquímica, a ABF é a nova alternativa de energia com maior potencial. No processo de produção agrícola, os recursos de biomassa, incluindo milho, palha e beterraba sacarina, são abundantes. Com o desenvolvimento da tecnologia de síntese de ABF utilizando biomassa não-grãos como matéria-prima (incluindo fermentação ou gaseificação com posterior processamento do gás de síntese), o desenvolvimento da biomassa ABF foi significativamente melhorado15,16,17,18. Portanto, espera-se que o ABF com as vantagens de alto valor calorífico de combustão, baixo preço, limpo e ecologicamente correto, ampla gama de aplicações, segurança e confiabilidade se torne um novo tipo de energia para substituir o combustível fóssil19. Como o ABF tem um efeito de auto-fornecimento de oxigênio durante o processo de combustão, em comparação com carvão, alcatrão de carvão, óleo pesado, diesel, gasolina e outros combustíveis, o ABF é o combustível queimado mais completamente. As emissões de combustão do ABF são principalmente H2O e CO2, e as emissões de gases de escape são mais de 80% inferiores às do gás liquefeito de petróleo. É o combustível mais limpo, mais ecológico e mais promissor no futuro. Atualmente, o ABF é amplamente utilizado em combustíveis para motores, geração de energia industrial e aquecimento20,21. Em particular, os combustíveis à base de álcool podem ser misturados com diesel e biodiesel em excelentes combustíveis mistos para indústria e transporte, entre os quais o butanol pode melhorar significativamente o estado de combustão do combustível misto formado com diesel e tem bons efeitos na melhoria da capacidade de controle de temperatura e reduzindo as emissões de CO e NOx22. Kilic et al.23 mostraram que quando baixo teor de butanol (até 30%) é transformado em combustível com diesel em caldeiras flamotubulares, a eficiência da combustão pode ser melhorada, o que tem uma perspectiva positiva de redução de emissões e melhoria da eficiência da combustão.

 0.9, while the coefficient of fitting model of coal was less than 0.9. It is clear that the temperature control accuracy of barn ABF and barn BBF is generally similar, while the temperature control ability of barn coal is far away from that of barn ABF, and the performance of heat supply and temperature control is relatively poor, which may be related to the intermittent addition of coal, which leads to large temperature fluctuation./p> BBF > Coal, and the fitting deviation of ABF in each curing stage is small and stable. In the yellowing stage (Fig. 6a), BBF and Coal showed a trend of first increasing and then decreasing fitting deviations with the increase of temperature, among which Coal showed the highest fluctuation. In the color fixing stage (Fig. 6b), BBF showed a trend of first decreasing and then increasing fitting deviation with the increase of temperature, while Coal always had a large fluctuation. In the stem drying stage (Fig. 6c), with the increase of temperature, the fitting deviations of BBF and Coal showed a trend of first increasing, then decreasing and then increasing, among which Coal showed the highest fluctuation./p>

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