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.