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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Techno-economic investigation of first-generation sugarcane biorefinery integrated with second-generation thermochemical route to produce biojet fuel : Investigação técnico-econômica da biorrefinaria de cana-de-açúcar de primeira geração integrada com rota termoquímica de segunda geração para produzir combustível de aviação
Title Alternative: Investigação técnico-econômica da biorrefinaria de cana-de-açúcar de primeira geração integrada com rota termoquímica de segunda geração para produzir combustível de aviação
Author: Neves, Renato Cruz, 1987-
Advisor: Maciel Filho, Rubens, 1958-
Abstract: Resumo: A partir da cana-de-açúcar e seus resíduos podem ser produzidos açúcar, produtos químicos, energia elétrica e etanol de Primeira Geração (1G), além de etanol e produtos químicos da Segunda Geração (2G). No entanto, ainda é necessário estudar possíveis rotas para o uso de bagaço e palha de cana-de-açúcar para a produção de combustíveis líquidos, nesse caso via rota termoquímica para produção de gás de síntese e sua conversão em combustível líquido por processos químicos. Dentro deste propósito, o objetivo principal desta tese foi realizar a investigação técnico-econômica da Biorrefinaria 1G de Cana-de-Açúcar integrada à rota 2G Termoquímica para produzir biocombustível de aviação. Uma revisão abrangente da rota termoquímica serviu de base para o desenvolvimento deste trabalho. Após isso, a simulação e os dados experimentais do processo de pirólise rápida da biomassa lignocelulósica, mistura de bagaço de cana e palha de cana-de-açúcar, da biorrefinaria de cana-de-açúcar 1G permitiram entender o comportamento do processo e a compreensão geral da integração 1G2G fornecida. Além disso, a investigação técnico-econômica foi realizada considerando conceitos de cenários centralizados e decentralizados de pirólise rápida. Esta investigação foi realizada no ambiente de simulação de Aspen Plus® e parte do trabalho da Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar do Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE) do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). O balanço de massa do biocombustível de aviação considerando o bagaço e a palha da cana-de-açúcar entrando na hierarquia da pirólise rápida foi de cerca de 1,64% para ambos os cenários, valor similar se comparado com os dados da literatura, além de estar de acordo com requisitos aprovados pelas agências reguladoras. Essa quantidade de biocombustível de aviação aliada aos outros materiais produzidos a partir da integração 1G2G, a saber, açúcar, etanol anidro, nafta verde e eletricidade, apresentou Taxa Interna de Retorno de 6,80% no caso do cenário centralizado. Para atingir a Taxa Mínima de Retorno Aceitável igual a 12%, o preço de venda do biocombustíveil de aviação deve ser multiplicado por um fator de 4,2 para o cenário centralizado, e por um fator de 16,0 no cenário descentralizado. A avaliação completa da integração de 1G2G é discutida nesta tese. Com os resultados obtidos neste trabalho, espera-se que esta investigação possa contribuir para a avaliação das rotas termoquímicas BTL para a produção de biocombustível de aviação com operação de cogeração de energia elétrica em um ambiente de integração com a Biorrefinaria 1G de cana-de-açúcar

Abstract: From the sugarcane and its residues can be produced sugar, chemical products, electrical energy and ethanol from First Generation (1G), besides ethanol and chemical products from Second-Generation (2G). Nevertheless, it is still a need to perform possible routes for the use of sugarcane bagasse and straw to produce liquid fuels via thermochemical production of syngas and its conversion into liquid fuel through chemical process. Within this purpose, the main goal of this thesis was to perform the techno-economic investigation of 1G Sugarcane Biorefinery integrated with the 2G Thermochemical route to produce biojet fuel. A comprehensive review covering thermochemical route served as basis for the development of this work where experimental data of fast pyrolysis process and the complete simulation of 1G2G integration were investigated. The simulation and experimental data of fast pyrolysis process of lignocellulosic biomass, a mixture of sugarcane bagasse and sugarcane straw, from 1G sugarcane biorefinery allowed the understanding of the process behavior and the overall understanding of 1G2G integration provided. Also, the techno-economic investigation was carried out considering different centralized and decentralized pyrolysis scenarios. This investigation was held in the Aspen Plus® simulation environment and some work from the Virtual Sugarcane Biorefinery from Brazilian Bioethanol Science and Technology Laboratory (CTBE) of the National Center for Research in Energy and Materials (CNPEM). The biojet fuel mass conversion considering sugarcane bagasse and straw entering the fast pyrolysis hierarchy was around 1.64% for both scenarios, good agreement with literature data, besides being in accordance with regulatory agencies. This amount of biojet fuel allied with other materials produced from the 1G2G integration, namely sugar, anhydrous ethanol, green naphtha and electricity, showed Internal Rate of Return of 6.80% in the case of centralized scenario. In order to achieve the Minimum Acceptable Rate of Return equal to 12%, the selling biojet fuel price should be raised by a factor of 4.2 for centralized scenario, and by a factor of 16.0 in decentralized scenario. The complete evaluation of 1G2G integration is discussed in this thesis. With the results from this work, it is expected that this investigation can contribute to evaluate the BTL thermochemical routes to produce biojet fuel with electricity cogeneration operation in an integration environment with First Generation Sugarcane Biorefinery
Subject: Biomassa - Aproveitamento energético
Pirólise
Gaseificação
Fischer-Tropsch, Processo de
Biorrefinaria
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: NEVES, Renato Cruz. Techno-economic investigation of first-generation sugarcane biorefinery integrated with second-generation thermochemical route to produce biojet fuel: Investigação técnico-econômica da biorrefinaria de cana-de-açúcar de primeira geração integrada com rota termoquímica de segunda geração para produzir combustível de aviação. 2019. 1 recurso online (178 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

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