Pirólise do bagaço de cana-de-açúcar em reator de leito fixo : efeito de parâmetros de processo no rendimento e na qualidade do bio-óleo, do carvão e dos gases gerados

Abstract

RESUMO: O Brasil apresenta-se como líder mundial na produção do rejeito bagaço de cana. Este material tem demonstrado ser fonte viável para aplicação em processos pirolíticos. Desse modo, este trabalho investigou a pirólise do bagaço de cana-de-açúcar em um reator de leito fixo. Foram avaliados os efeitos dos parâmetros temperatura final de processo, taxa de aquecimento, vazão de nitrogênio e tamanho de partículas no rendimento dos produtos da pirólise e nas suas qualidades. A caracterização do bagaço foi fundamental para o desenvolvimento do processo pirolítico. Verificou-se que a degradação térmica deste material só se completa a temperaturas superiores a 400 0C. Os fatores de maior influência no rendimento dos produtos da pirólise foram: a temperatura final de processo e o tamanho de partículas. Os resultados revelaram que a produção de carvão diminuiu com a elevação da temperatura enquanto a geração de gases aumentou e o rendimento do bio-óleo mostrou um perfil parabólico com ponto de máximo em 600 0C. O melhor rendimento do bio-óleo (54 %) ocorreu nas condições de processo de 600 0C, 15 0C/min, 200 mL/min de N2 e tamanho de partículas compreendido entre 0,5 e 1,0 mm. As características físicas deste líquido evidenciaram sua adequabilidade à maioria das especificações técnicas reportadas na literatura para uso em caldeiras e motores a diesel. A caracterização química do bio-óleo mostrou a presença de hidrocarbonetos, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos, alcoóis, éteres, ésteres, fenóis, compostos aromáticos e compostos nitrogenados. O biocarvão se revelou inviável para emprego como adsorvente (devido a sua baixa área específica) e viável para uso em processos de queima. A caracterização dos gases não condensáveis mostrou que o CO2 foi o gás gerado em maior quantidade (38,6 mL/g de bagaço), seguido de H2 e CO (gás de síntese) com valores bastante próximos (28,93 e 30,14 mL/g de bagaço). Os resultados da influência da temperatura no rendimento, na qualidade e nos preços do líquido de pirólise e do carvão permitiram delinear modelos de funções da receita gerada pelos produtos que indicaram 526 0C como melhor opção de temperatura de processo

ABSTRACT: Brazil is the world’s greatest producer of sugarcane bagasse. This material has been shown to be viable source for use in pyrolytic processes. Thus, this study investigated the pyrolysis of sugarcane bagasse in a fixed bed reactor. The effects of process temperature, heating rate, nitrogen flow and particle size on the yield of pyrolysis products and their qualities were evaluated. The characterization of bagasse was very important for the development of the pyrolytic process. The thermal degradation of this material was complete only at temperatures above 400 0C. The factors that most influence the yield of pyrolysis products were temperature process and the particle size. The results revealed that the production of biochar decreased with increasing temperature, the generation of non-condensable gases have increased and the yield of bio-oil showed a parabolic profile with maximum expression occurring at 600 0C. The highest bio-oil yield (54%) occurred in the process conditions of 600 0C, 15 0C/min, 200 ml/min of N2 and particle size between 0.5 and 1.0 mm. The physical characteristics of this liquid show their suitability to most of the technical specifications reported in the literature for use in boilers and diesel engines. The chemical characterization of the bio-oil showed the presence of hydrocarbons, aldehydes, ketones, carboxylic acids, alcohols, ethers, esters, phenols, aromatic compounds and nitrogen compounds. The biochar produced proved unfeasible for use as adsorbent (due to its low specific area) and viable for use in burning processes. The characterization of non-condensable gases showed that CO2 gas was generated in the greatest amount (38.6 mL/g of bagasse), followed by H2 and CO (syngas) which showed very similar results (28,93 and 30,14 mL/g of bagasse). The results of the temperature variable influence on yield, quality and prices of the pyrolysis liquid and of the biochar allowed outlining revenue models of functions generated by the products. It was indicated that 526 0C is the best process temperature option