CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção está relacionada a plantas de produção de ferro gusa. Em particular, a presente invenção está relacionada a um complexo agroindustrial sustentável de produção de ferro gusa e coprodutos.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Nos dias atuais, faz-se cada vez mais necessária a busca por processos produtivos mais sustentáveis. Na indústria de processamento de minério de ferro para produção de ferro gusa, por exemplo, o cenário não é diferente.

[003] O documento PI9403502-4A descreve um equipamento para produção de metais ferrosos ou não a partir de minérios ou aglomerados autorredutores e autofundentes constituído por um forno de cuba que permite, de forma pioneira, a utilização de briquetes proveniente dos mais variados tipos de biomassa.

[004] Em vista da grande oferta de biomassa residual dos cultivos agrícolas no Brasil, todo tipo de tecnologia que viabilize técnica e economicamente o aproveitamento como insumo químico ou energético dessa matéria prima para produção industrial, tal como o equipamento descrito no documento PI9403502-4A, deve ser fomentado.

[005] Nesse sentido, são conhecidos no estado da técnica projetos de plantas industriais que integram diversos sistemas de forma que os resíduos gerados em cada um dos sistemas integrados, sejam eles na forma de produto ou energia, possam ser reaproveitados como insumo em um outro sistema. Além da diminuição de custos, as integrações desses sistemas promovem mais sustentabilidade na medida em que emissões gasosas e líquidas e resíduos sólidos são reduzidos.

[006] No entanto, observa-se que na indústria de produção de ferro gusa ainda existe uma lacuna considerável a ser preenchida com tecnologias de integração de sistemas e plantas industriais que permita uma maior sustentabilidade do processo produtivo como um todo.

[007] A presente invenção visa a solução dos problemas acima citados de forma prática e eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[008] A presente invenção tem como objetivo principal prover um complexo agroindustrial sustentável de produção de ferro gusa e coprodutos, capaz de integrar diversas unidades autônomas através de uma rede de conexão lógica, sinergética e sustentável.

[009] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um complexo sustentável de produção de ferro gusa e coprodutos compreendendo (i) uma planta de produção de ferro gusa e coprodutos, (ii) uma planta termoelétrica adaptada para geração de energia elétrica e vapor de água pressurizado, (iii) uma planta de produção de etanol e (iv) uma planta de carbonização de biomassa, em que a planta de produção de ferro gusa recebe pelo menos um de (i-a) líquidos de pirólise ou produtos derivados destes líquido, gás de síntese e biocarvão da planta de carbonização de biomassa, (i-b) energia elétrica da planta termoelétrica (i-c) amido em gel da planta de produção de etanol, em que a planta termoelétrica recebe pelo menos um de (ii-a) biogás da planta de produção de etanol e (ii-b) gás combustível da planta de produção de ferro gusa e fornece vapor para a planta de produção de etanol, em que a planta de produção de etanol fornece pelo menos um de bagaço de cana-de-açúcar, palha de cana-de-açúcar e bagaço de cana energia para a planta de carbonização de biomassa.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0010] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.

[0011] A figura 1 ilustra um diagrama de fluxo de insumos, produtos e energia dentro do complexo agroindustrial sustentável de produção de ferro gusa e coprodutos de acordo com a concretização preferencial da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0012] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de concretizações preferenciais da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essas concretizações particulares.

[0013] A presente invenção provê um complexo agroindustrial sustentável de produção de ferro gusa e coprodutos. Conforme mostrado no fluxograma da figura 1, o complexo agroindustrial sustentável da presente invenção compreende em sua forma mais enxuta (i) uma planta de produção de ferro gusa e coprodutos, (ii) uma planta termoelétrica adaptada para geração de energia elétrica (EE) e vapor de água pressurizado, (iii) uma planta de produção de etanol e (iv) uma planta de carbonização de biomassa. Opcionalmente, a presente invenção provê ainda (v) uma fazenda de produção de cana de açúcar ou cana energia, (vi) uma fazenda de produção de eucalipto ou outra fonte de biomassa lignocelulósica ou oleoginosa (como a palma ou a macaúba) que opera preferencialmente no regime agrossilvipastoril e (vii) uma fazenda de produção de milho.

[0014] A planta de produção de ferro gusa opera com matérias primas externas e internas ao complexo agroindustrial. Como matéria prima externa, a planta de produção de gusa utiliza, entre outros, minério de ferro e calcário, extraídos da natureza. Altemativamente, a planta de produção de gusa pode utilizar como agente redutor e combustível carvão mineral, caso a produção de biocarvão seja insuficiente para abastecê-la integralmente. Como matéria prima interna, a planta de produção de gusa utiliza biocarvão e, opcionalmente, gás de síntese syngas') e resinas fenólicas provenientes da planta de carbonização de biomassa e amido gel proveniente da planta de etanol.

[0015] Além de ferro gusa, na linha de materiais de aplicação industrial, a planta de produção de ferro gusa gera outros produtos comerciais, como a escória, que pode ter aplicação na indústria de construção civil, cimenteira ou como aditivo para pavimentação de estradas rurais. A uma planta de produção de ferro gusa também pode comercializar os excedentes de resina fenólica e de amido gel.

[0016] Intemamente, a uma planta de produção de ferro gusa também gera uma corrente de gases combustíveis, ricos em monóxido de carbono, que podem ser energeticamente aproveitados, sendo direcionados para queima na caldeira da planta termoelétrica.

[0017] Adicionalmente, a planta de produção de ferro gusa pode utilizar energia elétrica (EE) proveniente da planta termoelétrica.

[0018] Preferencialmente, a planta de produção de ferro gusa utiliza fomos de autorredução que empregam como agente redutor e combustível biocarvão produzido pela planta de carbonização de biomassa com amplo espectro de granulometrias. Assim, a granulometria do biocarvão empregado na planta de produção de ferro gusa pode variar desde biocarvão fino, tal como o proveniente de carbonização de bagaço de cana-de-açúcar (BG), cana energia, palha de cana ou palha de milho (MH), até biocarvão grosso, como o proveniente de carbonização de cavacos de eucalipto (CV). Preferencialmente, o biocarvão é convertido em peletes ou briquetes para utilização nos fomos da planta de produção de ferro gusa. A planta de carbonização também pode comercializar extemamente excedentes de briquetes e peletes de biomassa carbonizada. Nesse cenário, a planta de produção de ferro gusa pode empregar um forno metalúrgico tal como descrito em qualquer um dos documentos BR102013033702B1, BR102015005373A2, W02019110748A1, PI0208170B1, PI0208174B1 e PI9403502-4A, cujos conteúdos são integralmente incorporados na presente descrição como referência.

[0019] Preferencialmente, a planta termoelétrica que recebe gases combustíveis da planta de produção de ferro gusa e biogás da planta de produção de etanol e gera energia elétrica (EE) e vapor de água pressurizado. Preferencialmente, a planta termoelétrica opera segundo o ciclo Rankine com turbina a vapor de contrapressão.

[0020] A energia elétrica gerada na planta termoelétrica pode ser distribuída intemamente ao complexo agroindustrial, para as plantas de produção de gusa e de etanol e de carbonização de biomassa e paras as fazendas de cana, eucalipto e milho. Ainda, o excedente ser comercializado extemamente.

[0021] Preferencialmente, o vapor de água pressurizado gerado na planta termoelétrica abastece a planta de produção de etanol.

[0022] Preferencialmente, a planta de produção de etanol recebe pelo menos um de cana-de-açúcar, cana energia e milho (MH) das plantações adjacentes; energia elétrica (EE) e vapor de água pressurizado (para os processos fermentativos e de destilação) da planta termoelétrica para produzir etanol, bagaço de cana-de-açúcar (BG) e grão seco de destilaria ou DDG (do inglês, destillery dry grain). O etanol pode ser consumido em qualquer processo interno do complexo agroindustrial ou vendido como coproduto. O bagaço de cana-de-açúcar (BG) é direcionado à planta de carbonização para produção de biocarvão, enquanto que DDG, resultante do processamento de milho, pode ser empregado como alimento de gado na fazenda do complexo agroindustrial que operam preferencialmente em regime agrossilvipastoril, tendo a pecuária bovina como atividade produtiva, ou nas fazendas adjacentes ao complexo agroindustrial.

[0023] O milho pode, por exemplo, suprir a matéria-prima para fermentação para a planta de etanol na entres safra da cana-de-açúcar.

[0024] Na planta de etanol, a vinhaça e a torta de filtro podem passar pelo processo de biodigestão, realizado num reator anaerólbico, que gera biogás, mistura gasosa rica em metano, e o biogás ser dirigido para a planta termoelétrica, ou a vinhaça e a torta de filtro podem ser retornados aos campos produtores de cana, para reciclagem de fertilizantes e matéria orgânica no solo. No caso da vinhaça pode ser distribuída por fertirrigação. Na fazenda, a cana de açúcar é, preferencialmente, produzida com irrigação subterrânea por gotejamento e o sistema permite distribuir a vinhaça de forma controlada.

[0025] A planta de carbonização de biomassa recebe bagaço de cana- de-açúcar (BG) ou cana energia da planta de etanol e cavaco de eucalipto (CV) e resíduos de reflorestamento de eucalipto picados de plantações de eucalipto da fazenda com prática agros silvipastoril do complexo agroindustrial ou de fazendas adjacentes. O bagaço de cana é subproduto da produção de etanol. O cavaco de eucalipto corresponde a uma biomassa que pode ser plantada exclusivamente para abastecimento da planta de carbonização, por ser uma biomassa de alta produtividade, ou ser subproduto de outra atividade industrial como a produção de madeira e a indústria de papel e celulose, neste caso, permitindo o aproveitamento de madeira fora de padrão e resíduos do reflorestamento como galhos, cascas, a ponteira da árvore e o seu “toco” (raiz). Esta característica de poder receber diferentes fontes de biomassa confere flexibilidade operacional à planta de carbonização do complexo agroindustrial resolvendo o problema da sazonalidade da cana, garantindo o suprimento de biomassa ao longo de todo o ano, sem necessidade de se estocar bagaço de cana.

[0026] A planta de carbonização do complexo agroindustrial também pode receber resíduos de biomassa de outras atividades agroindustriais, como por exemplo a palha de milho (MH) gerada na fazenda de milho do complexo agroindustrial ou de fazendas adjacentes.

[0027] A planta de carbonização do complexo industrial produz biocarvão, gás de síntese (syngas) e líquidos de pirólise. Os líquidos de pirólise, que consistem basicamente de uma mistura de alcatrão com um extrato pirolenhoso, podem ser aproveitados para produção de coprodutos. O alcatrão é utilizado para produção de resinas fenólicas que podem ser aproveitadas na planta de produção de ferro gusa ou comercializadas extemamente. O extrato pirolenhoso pode ser transformado em fertilizantes organominerais a base de biocarvão e agentes fitoprotetores (FF) (herbicidas, fungicidas, nematicidas, fertilizantes foliares, condicionadores de solos, entre outros), os quais são enviados para a planta de produção de gusa ou para as fazendas do complexo agroindustrial, podendo excedentes terem comercialização externa.

[0028] Opcionalmente, é prevista a aplicação de uma parcela de biocarvão na agricultura das biomassas que abastecem o complexo agroindustrial da presente invenção, a saber, as plantações de cana-de-açúcar e cana energia, e as florestas de eucalipto e também para a fazenda de milho. Neste caso, o biocarvão pode ser aplicado puro ou ser utilizado como produto base para preparação de um fertilizante organomineral, recebendo, então, a adição de fertilizantes minerais antes do processo de granulação. Devido às propriedades recalcitrantes do biocarvão, a aplicação desse produto em solos é uma técnica de sequestro de carbono e de recuperação de solos degradados muito efetiva quando comparada com a aplicação da matéria orgânica precursora.

[0029] Preferencialmente, o cultivo agrícola responsável por abastecer o complexo agroindustrial sustentável da presente invenção é localizado adjacentemente às plantas de carbonização de biomassa e de produção de etanol, reduzindo os deslocamentos para transporte de material das fazendas para as plantas e vice-versa.

[0030] Em termos de localização, a planta de gusa fornece gás para a planta termoelétrica. Portanto, preferencialmente, as duas plantas estão localizadas próximas uma da outra. A planta termoelétrica fornece vapor de água pressurizado para a planta de etanol, e modo que as duas também devem ser localizadas preferencialmente de forma adjacente. A planta de etanol fornece bagaço para a planta de carbonização, portanto as duas plantas também devem ser localizadas preferencialmente próximas para evitar ao mínimo o transporte de bagaço de cana. Assim as plantas de gusa, termoelétrica, etanol e carbonização são localizadas de forma adjacente. Opcionalmente, a carbonização pode ser dividida em várias sub-plantas, umas localizadas adjacente à planta de etanol para processar o bagaço e outras próximas às fazendas de eucalipto, a longas distâncias do complexo agroindustrial, mas dentro do raio econômico de transporte da biomassa.

[0031] Dentre os materiais adicionais que podem ser trocados entre essas unidades, ou serem comercializados extemamente ao complexo agroindustrial, além dos que já foram citados na presente descrição, destacam- se:

(i) Vinhaça e torta de filtro da planta de produção de etanol para as fazendas de cana-de-açúcar;

(ii) DDG da planta de produção de etanol de milho para as fazendas de pecuária;

(iii) Bagaço de cana-de-açúcar (BG) da planta de produção de etanol para a planta de carbonização de biomassa; e

(iv) Fertilizantes organominerais e agentes fitoprotetores (FF) da planta de carbonização de biomassa para fazendas de milho, cana- de-açúcar e eucalipto.

[0032] Todo e qualquer produto não aproveitado no complexo agroindustrial sustentável da presente invenção pode ser comercializado, tal como amido em gel, energia elétrica (EE), etanol, carne das fazendas de pecuária e produtos agrícolas (alimentos) das fazendas de eucalipto que operam em regime agros silvipastoril. Adicionalmente, podem ser comercializados os coprodutos da planta de produção de ferro gusa oriundos da escória, tais como aditivos para cimentos e aditivos para pavimentação rural.

[0033] Destaca-se ainda que muitos dos produtos gerados no complexo agroindustrial ora descrito são oriundos nas fazendas de cana, eucalipto e milho e tem como matérias primas a energia do sol, o gás carbônico do ar atmosférico, a água e os fertilizantes do solo. Dirigidos às plantas industriais do complexo agroindustrial são transformados em novos produtos, utilizados intemamente ou comercializados extemamente, que abrangem a área de materiais, energia e de alimentos. Toda esta rede simbiótica gera benefícios ambientais com impactos muito positivos tais como sequestro de carbono, redução de gases de efeito estufa e recuperação de solos degradados e também benefícios sociais como geração de impostos e de empregos.

[0034] Portanto, conforme exposto acima, a presente invenção provê um complexo agroindustrial sustentável de produção de ferro gusa e coprodutos capazes de integrar diversas unidades autônomas através de uma rede de conexão lógica, sinergética e sustentável sem precedentes no estado da técnica.

[0035] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.