Made available in DSpace on 2016-08-29T15:39:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_6749_Icaro Marques.pdf: 2856445 bytes, checksum: 17453856c050fda58fa4334fc882ea8a (MD5) Previous issue date: 2013-08-16 / Atualmente, a pirólise vem recebendo atenção especial em função do seu potencial de aplicação em áreas que constituem desafios do mundo contemporâneo, dentre as quais se destacam a necessidade de produção de energia renovável e a questão do gerenciamento dos resíduos sólidos. Dentre os resíduos sólidos urbanos, as embalagens cartonadas destacam-se pelos produtos primários com alto valor agregado obtidos a partir de sua pirólise. Por apresentar bom contato gás-sólido, altas taxas de transferência de calor e massa e baixa segregação de partículas, o leito de jorro cônico surge como uma alternativa eficiente para a pirólise de embalagens cartonadas. Neste contexto, com o intuito de contribuir para a aplicação do leito de jorro cônico como reator de pirólise, o presente trabalho tem como objetivo estudar a fluidodinâmica de partículas cartonadas em leito de jorro. Para atingir tal meta, o comportamento fluidodinâmico de misturas de discos cartonados com partículas de diferentes massas específicas, a saber, polietileno e areia, foi investigado. Dados experimentais dessas misturas de queda de pressão em função da velocidade do ar no leito foram obtidos e analisados. As condições operacionais empregadas no leito de jorro cônico foram simuladas por meio da técnica de CFD. Para os leitos compostos por polietileno e discos cartonados com uma proporção mássica de 5 a 50% de cartonadas, a análise dos dados experimentais mostraram que o regime de jorro foi atingido. Para as misturas de areia e discos cartonados em leito de jorro, o regime de jorro foi atingido para os leitos contendo 5 e 10% em massa de cartonadas. Nas condições operacionais empregadas nesta pesquisa, as simulações CFD mostraram que o modelo Euleriano Granular Multifásico aplicado com o modelo de arraste de Syamlal-OBrien é capaz de predizer qualitativamente o comportamento fluidodinâmico característico de um leito de jorro cônico operando com misturas de partículas não esféricas. Uma análise do reaproveitamento das embalagens cartonadas por meio da pirólise, sob os pontos de vista energético e ambiental, mostra que uma grande quantidade de energia e bauxita pode ser economizada em função do alumínio que é recuperado no processo.

No presente trabalho, investigou-se a síntese por meio da técnica de spray-pirólise de filmes finos de YSZ, com o objetivo de relacionar a influência dos parâmetros processuais como o tipo de solvente, temperatura de deposição do filme, temperatura de tratamento térmico e quantidade de ítrio adicionado na zircônia com a qualidade do filme obtido, o tipo de fase da zircônia estabilizada e o tamanho de cristalito. Para tanto, foram utilizados como reagentes precursores o acetilacetonato de zircônio (Zr(C6H7O2)4) e cloreto de ítrio hexahidratado (YCl3.6H2O). Variou-se o tipo de solvente, a quantidade de ítrio usada como dopante e a temperatura de deposição e de tratamento térmico. As soluções foram depositadas sobre um substrato de aço austenítico 316L previamente aquecido à 280°C. O filme formado apresentou-se inicialmente amorfo, necessitando de um tratamento térmico para promover a cristalização e a estabilização da fase cúbica da zircônia, que é a fase desejada para o uso em células a combustível. A partir das análises termogravimétricas (ATG) e Single Análise Termo Diferencial (SATD), foram observadas várias reações até que o acetilacetonato de zircônio fosse convertido em óxido de zircônio. A morfologia dos filmes obtidos foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). As análises de difração de Raios X revelaram que os filmes obtidos apresentaram-se amorfos, cristalizando-se após tratamento térmico. De modo geral, os filmes obtidos apresentaram-se densos e, após o tratamento térmico, cristalizados com tamanho de cristalito variando entre 3nm e 70nm. Constatou-se também que o filme quando depositado sem o dopante apresentou-se com uma mistura da fase monoclínica e tetragonal, o que foi imputado ao tamanho de cristalito reduzido. Já com 3, e 8% de ítria, o filme cristalizado apresentou as fases de alta temperatura da zircônia. Com 3% de dopante, foi constatada somente a fase tetragonal, enquanto que com 8% de dopante, o filme estabilizou ou a fase cúbica. / In this work, the synthesis of thin films of YSZ by spray pyrolysis was investigated, with the aim of relating the influence of the procedural parameters such as solvent, film deposition temperature, thermal treatment temperature and added amount of yttrium in zirconia with the quality of the film obtained, the type of the stabilized zirconia phase and the crystallite size. Therefore, zirconium acetylacetonate (Zr(C6H7O2)4) and yttrium chloride hexahydrate (YCl3.6H2O) were used as precursor reagents. The type of solvent, the amount of dopant added, the deposition temperature and the thermal treatment temperature were varied. The solutions were deposited on 316 L austenitic steel substrate previously heated at 280°C. The film obtained was initially amorphous, requiring a thermal treatment to promote the crystallization and stabilization of the cubic zirconia, which is the desirable phase for solid oxide fuel cell (SOFC). From thermal analysis (TGA and DTA) several reactions were observed until the zirconium acetylacetonate was converted to zirconium oxide. The morphology of the films obtained was characterized by scanning electron microscopy (SEM). X-ray diffraction analysis showed that the initially amorphous films were crystallized after thermal treatment. In general, the films obtained were dense and, after thermal treatment, crystalline, with crystallite size ranging between 3 nm and 70 nm. It was also observed that the film deposited without dopant showed a mixture of monoclinic and tetragonal phases and this was attributed to the reduced crystallite size. With 3 and 8% of yttria, the crystallized film presented the high temperature zirconia phases. With 3% of dopant, only tetragonal phase was found, while with 8% of dopant, the cubic phase was present.

Este trabalho de pesquisa teve por objetivo desenvolver uma metodologia para a obtenção de filmes finos de YSZ, utilizando a técnica de spray pirólise sobre substrato poroso de LSM, mapeando os parâmetros operacionais da técnica, em especial a temperatura do substrato, com o intuito de avaliar as diferentes morfologias obtidas. Sabe-se que a técnica de spray pirólise possibilita a obtenção de filmes com características bastante diversas, desde filmes quebradiços até filmes pulverulentos, passando por filmes densos, os quais são almejados neste trabalho. Para tanto foram testadas três soluções precursoras, compostas de sais de zircônio e ítrio dissolvidos em três diferentes solventes. Variando os parâmetros operacionais e os protocolos de deposição, para cada solução precursora, foi possível definir um sistema de deposição no qual os filmes obtidos mostravam-se densos e homogêneos, possibilitando sua aplicação como eletrólito de células a combustível do tipo óxido sólido. Além disso, a caracterização microestrutural do material obtido, através de difração de raio X e espectroscopia de infravermelho, mostrou a composição de ZrO2 – 8% Y2O3, estabilizada na fase cúbica, sendo esta a fase de interesse na aplicação proposta para os filmes obtidos. / The aim of this work was develop a methodology to obtain thin YSZ films, using the spray pyrolysis technique on porous LSM substrate, mapping the operational parameters of the technique, especially the substrate temperature, in order to evaluate the different morphologies obtained. It is known that the spray pyrolysis technique allows obtaining films with different characteristics, from brittle film to powdery films, passing through dense films, which are desired in this work. Therefore, ware tested three precursor solutions composed of zirconium and yttrium salts dissolved in three different solvents. By varying the operating parameters and protocols of deposition for each precursor solution, it was possible to define a deposition in which the films are showed dense and homogeneous, thus allowing its application as electrolyte in solid oxide fuel cell. Moreover, the microstructural characterization of the material obtained through x-ray diffraction and infrared spectroscopy showed the composition of ZrO2 – 8% Y2O3, stabilized in the cubic phase, this phase is interest in the application proposed for the films obtained.

Resíduos de fibra de média densidade (MDF) são gerados diariamente por diversos setores, dentre eles destaca-se o setor moveleiro. O aproveitamento do resíduo de MDF por meio da conversão térmica pode ser uma alternativa para sua disposição final. A pirólise é uma das mais promissoras tecnologias de conversão térmica, gerando produtos de valor agregado, destacando-se de outras fontes de energias renováveis. Os produtos oriundos do processo de pirólise são: o char, bio-óleo e gases combustíveis, que possuem bom poder calorífico, tendo várias aplicações, tanto na indústria química, quanto na geração de energia. O conhecimento de cinética foi fundamental para a implementação do processo de pirólise em um reator de escala piloto de operação semi-contínua. A cinética da degradação térmica do MDF foi avaliada em condições não-isotérmicas através de análises termogravimétricas (TGA/DTG) em atmosfera inerte (N2) e com ar artificial (mistura de N2 e O2). Essas análises foram realizadas com amostras de diâmetro de partícula inferior a 0,21 mm e massa inicial de 10 mg. Para as análises termogravimétricas com N2 foram utilizadas as seguintes taxas de aquecimento: 5, 10, 15, 25, 50, 75 e 100 °Cmin-1, enquanto os ensaios com ar artificial foram conduzidos a uma taxa de aquecimento de 25 °Cmin-1. Os experimentos em atmosfera inerte mostraram que a região onde ocorre a principal perda de massa do MDF acontece entre 200 °C e 500 °C, a energia de ativação variou de 137 a 152 kJmol-1 e o fator pré-exponencial de 21010 a 51011 min-1. Os experimentos com ar artificial indicaram que a degradação do MDF ocorreu em três regiões distintas: a primeira variando da temperatura ambiente até 200 ºC, a segunda de 200 à 330 ºC e a terceira entre 350 e 500 ºC. Entretanto, foi na segunda região que ocorreu a principal perda de massa, sendo a energia de ativação variável entre 149 a 179 kJmol-1 e o fator pré-exponencial de 2,71015 a 3,81016 min-1. Na terceira região a energia de ativação variou de 144,9 a 155,9 kJmol-1 e o fator pré-exponencial de 1,3109 a 2,61011 min-1. Os parâmetros cinéticos foram determinados através dos métodos não-isoconversionais: Coats-Redfern; MacCallum-Tanner; e Van Krevelen. O MDF foi caracterizado quanto à concentração de metais, minerais, celulose, hemicelulose, lignina, teor de fenóis, Microscopia Eletrônica por Varredura (MEV), análise elementar, análise imediata e poder calorífico. A pirólise do MDF foi avaliada em um reator de escala piloto de operação semi-contínua com rosca transportadora visando caracterizar e quantificar os produtos gerados no processo de pirólise em diferentes taxas de aquecimento. O rendimento do char variou entre 18,6 e 34,3 (% massa), o rendimento do bio-óleo variou entre 22,9 e 30,2 (% massa) e o rendimento do gás combustível 37,3 e 58,6 (% massa). A caracterização dos produtos gerados no processo de pirólise foi realizada através de MEV, FTIR, análise elementar, análise imediata, poder calorífico e cromatografia gasosa. Uma estimativa do rendimento energético global do sistema de pirólise empregado operando a 600 ºC indicou um valor de 21,8%. Também foram estimados o rendimento energético de cada produto da reação comparativamente ao conteúdo energético do resíduo de MDF pirolisado: 44,8% no gás combustível produzido; 33,5% no char; e 24,2% no bio-óleo produzido. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-07-10T13:17:33Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Suelem Daiane Ferreira.pdf: 4328616 bytes, checksum: 48adadb396fe7c6f43c72847c10c8642 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-07-10T13:17:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Suelem Daiane Ferreira.pdf: 4328616 bytes, checksum: 48adadb396fe7c6f43c72847c10c8642 (MD5) / Universidade de Caxias do Sul / Waste Medium density fiberboard (MDF) are generated daily by various sectors, among them stands the furniture sector. Utilization of the MDF waste through thermal conversion can be an alternative to its final disposition. Pyrolysis is one of the most promising technologies for thermal conversion, generating value added products, differentiates it from other renewable energy sources. The products from the pyrolysis process are: char, bio-oil and combustible gases, which have good heating value, with many applications in both chemical industry and in power generation. Knowledge of kinetics was very important in the implementation of the pyrolysis process on a pilot scale reactor by batch. The kinetics of thermal degradation of MDF was evaluated in non- isothermal conditions by means of thermogravimetric analysis (TGA/DTG) in an inert atmosphere (N2), and artificial air (a mixture of N2 and O2). These analyzes were performed with samples of particle diameter less than 0.21 mm and initial mass of 10 mg. For N2 thermogravimetric analysis were used the following heating rate: 5, 10 , 15, 25, 50 , 75 and 100 °Cmin-1, while the artificial tests were conducted with air at a heating rate of 25 °Cmin-1. The experiments on inert atmosphere showed that themain MDF weight loss region occurred between 200 °C and 500 °C, the activation energy ranging from 137 to 152 kJmol-1 , and the pre-exponential factor from 21010 to 51011 min-1. The experiments on artificial air indicated that MDF degradation occurred in three distinct regions: the first ranging from room temperature to 200 °C , the second 200 to 330 °C and finally the third between 350 and 500 °C. However, was in the second region that there was the main mass loss, and the activation energy ranging from 149 to 179 kJ mol-1 and pre-exponential factor of 2.71015 to 3.81016 min- 1. In the third region the activation energy ranged from 144.9 to 155.9 kJmol-1 and pre-exponential factor from 1.3109 to 2.61011 min- 1. The kinetic parameters were determined by non- isoconversionals methods: Coats - Redfern, MacCallum - Tanner, and Van Krevelen. The MDF was characterized by the concentration of metals, minerals, cellulose, hemicellulose, lignin, phenol content, by Scanning Electron Microscopy (SEM), elemental analysis, proximate analysis and heating value . The pyrolysis of MDF was evaluated in a pilot scale reactor by batch with screw conveyor at different heating rates in order to characterize and quantify the products from the pyrolysis process. The char yield ranged between 18.6 and 34.3 (% mass), the of bio-oil yield ranged between 22.9 and 30.2 (% mass ) and of fuel gas yield from 37.3 to 58.6 (% mass). The characterization of the products generated in the pyrolysis process was performed by SEM, FTIR, elemental analysis, proximate analysis, heating value and gas chromatography. An estimate of the overall energy yield of the pyrolysis system used operating at 600 °C indicated a value of 21.8. The energy yield of each one of the reaction products compared to the heating value of the MDF wastes pyrolysed were also estimated: 44.8% in the fuel gas produced; 33.5% in the char produced.

O café é um produto agrícola importante sendo uma das bebidas mais consumidas no mundo todo. Os resíduos obtidos durante o seu preparo (borra) são nutricionalmente ricos contendo muitos compostos bioativos com propriedades antioxidantes e, devido a seu uso em grande escala, são produzidos em toneladas e não têm até o momento um uso nobre, sendo considerado um produto residual. Neste trabalho, realizou-se o estudo da borra residual do café (Coffea arabica L.) através da pirólise, como alternativa para utilizar a borra residual de café como biomassa, fonte renovável de energia ou matéria prima para a indústria. O bio-óleo produzido (rico em ácidos, ésteres graxos, hidrocarbonetos, fenóis, cetonas, e compostos nitrogenados) foi submetido a um fracionamento com solventes pressurizados, como forma de isolar os componentes principais e de maior valor agregado. Usou-se a cromatografia gasosa mono dimensional e bidimensional abrangente, com clara vantagem para a segunda técnica, como forma de caracterização deste material. Concluiu-se que o processo de fracionamento facilitou a identificação dos constituintes, em especial isolando os componentes graxos (ácidos e ésteres) das frações de maior interesse como hidrocarbonetos, fenóis e cetonas, indicando a possibilidade de uso deste resíduo com vistas à aplicação industrial de seus subprodutos. / Coffee is the most important agricultural product being one of the most consumed beverages in the world. The residues obtained during its preparation (coffee grounds) are nutritionally rich containing many bioactive compounds with antioxidant properties and, due to its use on a large scale, are produced in tons and do not have a noble use, being considered a waste product. The goal of this work was to study the coffee grounds (Coffea arabica L.) by pyrolysis as an alternative to using this biomass as a renewable energy source or raw material for industry. The bio - oil produced (rich in fatty acids, fatty esters, hydrocarbons, phenols, ketones and nitrogen compounds) was subjected to fractionation with pressurized solvents as a way to isolate the main and the higher value-added components. It was used mono dimensional and comprehensive two-dimensional gas chromatography, with a clear advantage for the second technique, in order to characterize this material. It was concluded that the fractionation process facilitated the identification of the constituents, in particular aftere the isolation of tge fatty compounds (acid and esters), producing fractions of greater interest as hydrocarbons, phenols, ketones, indicating the potential use of this residue with a view to industrial application byproducts.

Este trabalho de pesquisa teve por objetivo desenvolver uma metodologia para a obtenção de filmes finos de YSZ, utilizando a técnica de spray pirólise sobre substrato poroso de LSM, mapeando os parâmetros operacionais da técnica, em especial a temperatura do substrato, com o intuito de avaliar as diferentes morfologias obtidas. Sabe-se que a técnica de spray pirólise possibilita a obtenção de filmes com características bastante diversas, desde filmes quebradiços até filmes pulverulentos, passando por filmes densos, os quais são almejados neste trabalho. Para tanto foram testadas três soluções precursoras, compostas de sais de zircônio e ítrio dissolvidos em três diferentes solventes. Variando os parâmetros operacionais e os protocolos de deposição, para cada solução precursora, foi possível definir um sistema de deposição no qual os filmes obtidos mostravam-se densos e homogêneos, possibilitando sua aplicação como eletrólito de células a combustível do tipo óxido sólido. Além disso, a caracterização microestrutural do material obtido, através de difração de raio X e espectroscopia de infravermelho, mostrou a composição de ZrO2 – 8% Y2O3, estabilizada na fase cúbica, sendo esta a fase de interesse na aplicação proposta para os filmes obtidos. / The aim of this work was develop a methodology to obtain thin YSZ films, using the spray pyrolysis technique on porous LSM substrate, mapping the operational parameters of the technique, especially the substrate temperature, in order to evaluate the different morphologies obtained. It is known that the spray pyrolysis technique allows obtaining films with different characteristics, from brittle film to powdery films, passing through dense films, which are desired in this work. Therefore, ware tested three precursor solutions composed of zirconium and yttrium salts dissolved in three different solvents. By varying the operating parameters and protocols of deposition for each precursor solution, it was possible to define a deposition in which the films are showed dense and homogeneous, thus allowing its application as electrolyte in solid oxide fuel cell. Moreover, the microstructural characterization of the material obtained through x-ray diffraction and infrared spectroscopy showed the composition of ZrO2 – 8% Y2O3, stabilized in the cubic phase, this phase is interest in the application proposed for the films obtained.

No presente trabalho, investigou-se a síntese por meio da técnica de spray-pirólise de filmes finos de YSZ, com o objetivo de relacionar a influência dos parâmetros processuais como o tipo de solvente, temperatura de deposição do filme, temperatura de tratamento térmico e quantidade de ítrio adicionado na zircônia com a qualidade do filme obtido, o tipo de fase da zircônia estabilizada e o tamanho de cristalito. Para tanto, foram utilizados como reagentes precursores o acetilacetonato de zircônio (Zr(C6H7O2)4) e cloreto de ítrio hexahidratado (YCl3.6H2O). Variou-se o tipo de solvente, a quantidade de ítrio usada como dopante e a temperatura de deposição e de tratamento térmico. As soluções foram depositadas sobre um substrato de aço austenítico 316L previamente aquecido à 280°C. O filme formado apresentou-se inicialmente amorfo, necessitando de um tratamento térmico para promover a cristalização e a estabilização da fase cúbica da zircônia, que é a fase desejada para o uso em células a combustível. A partir das análises termogravimétricas (ATG) e Single Análise Termo Diferencial (SATD), foram observadas várias reações até que o acetilacetonato de zircônio fosse convertido em óxido de zircônio. A morfologia dos filmes obtidos foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). As análises de difração de Raios X revelaram que os filmes obtidos apresentaram-se amorfos, cristalizando-se após tratamento térmico. De modo geral, os filmes obtidos apresentaram-se densos e, após o tratamento térmico, cristalizados com tamanho de cristalito variando entre 3nm e 70nm. Constatou-se também que o filme quando depositado sem o dopante apresentou-se com uma mistura da fase monoclínica e tetragonal, o que foi imputado ao tamanho de cristalito reduzido. Já com 3, e 8% de ítria, o filme cristalizado apresentou as fases de alta temperatura da zircônia. Com 3% de dopante, foi constatada somente a fase tetragonal, enquanto que com 8% de dopante, o filme estabilizou ou a fase cúbica. / In this work, the synthesis of thin films of YSZ by spray pyrolysis was investigated, with the aim of relating the influence of the procedural parameters such as solvent, film deposition temperature, thermal treatment temperature and added amount of yttrium in zirconia with the quality of the film obtained, the type of the stabilized zirconia phase and the crystallite size. Therefore, zirconium acetylacetonate (Zr(C6H7O2)4) and yttrium chloride hexahydrate (YCl3.6H2O) were used as precursor reagents. The type of solvent, the amount of dopant added, the deposition temperature and the thermal treatment temperature were varied. The solutions were deposited on 316 L austenitic steel substrate previously heated at 280°C. The film obtained was initially amorphous, requiring a thermal treatment to promote the crystallization and stabilization of the cubic zirconia, which is the desirable phase for solid oxide fuel cell (SOFC). From thermal analysis (TGA and DTA) several reactions were observed until the zirconium acetylacetonate was converted to zirconium oxide. The morphology of the films obtained was characterized by scanning electron microscopy (SEM). X-ray diffraction analysis showed that the initially amorphous films were crystallized after thermal treatment. In general, the films obtained were dense and, after thermal treatment, crystalline, with crystallite size ranging between 3 nm and 70 nm. It was also observed that the film deposited without dopant showed a mixture of monoclinic and tetragonal phases and this was attributed to the reduced crystallite size. With 3 and 8% of yttria, the crystallized film presented the high temperature zirconia phases. With 3% of dopant, only tetragonal phase was found, while with 8% of dopant, the cubic phase was present.

Resíduos de fibra de média densidade (MDF) são gerados diariamente por diversos setores, dentre eles destaca-se o setor moveleiro. O aproveitamento do resíduo de MDF por meio da conversão térmica pode ser uma alternativa para sua disposição final. A pirólise é uma das mais promissoras tecnologias de conversão térmica, gerando produtos de valor agregado, destacando-se de outras fontes de energias renováveis. Os produtos oriundos do processo de pirólise são: o char, bio-óleo e gases combustíveis, que possuem bom poder calorífico, tendo várias aplicações, tanto na indústria química, quanto na geração de energia. O conhecimento de cinética foi fundamental para a implementação do processo de pirólise em um reator de escala piloto de operação semi-contínua. A cinética da degradação térmica do MDF foi avaliada em condições não-isotérmicas através de análises termogravimétricas (TGA/DTG) em atmosfera inerte (N2) e com ar artificial (mistura de N2 e O2). Essas análises foram realizadas com amostras de diâmetro de partícula inferior a 0,21 mm e massa inicial de 10 mg. Para as análises termogravimétricas com N2 foram utilizadas as seguintes taxas de aquecimento: 5, 10, 15, 25, 50, 75 e 100 °Cmin-1, enquanto os ensaios com ar artificial foram conduzidos a uma taxa de aquecimento de 25 °Cmin-1. Os experimentos em atmosfera inerte mostraram que a região onde ocorre a principal perda de massa do MDF acontece entre 200 °C e 500 °C, a energia de ativação variou de 137 a 152 kJmol-1 e o fator pré-exponencial de 21010 a 51011 min-1. Os experimentos com ar artificial indicaram que a degradação do MDF ocorreu em três regiões distintas: a primeira variando da temperatura ambiente até 200 ºC, a segunda de 200 à 330 ºC e a terceira entre 350 e 500 ºC. Entretanto, foi na segunda região que ocorreu a principal perda de massa, sendo a energia de ativação variável entre 149 a 179 kJmol-1 e o fator pré-exponencial de 2,71015 a 3,81016 min-1. Na terceira região a energia de ativação variou de 144,9 a 155,9 kJmol-1 e o fator pré-exponencial de 1,3109 a 2,61011 min-1. Os parâmetros cinéticos foram determinados através dos métodos não-isoconversionais: Coats-Redfern; MacCallum-Tanner; e Van Krevelen. O MDF foi caracterizado quanto à concentração de metais, minerais, celulose, hemicelulose, lignina, teor de fenóis, Microscopia Eletrônica por Varredura (MEV), análise elementar, análise imediata e poder calorífico. A pirólise do MDF foi avaliada em um reator de escala piloto de operação semi-contínua com rosca transportadora visando caracterizar e quantificar os produtos gerados no processo de pirólise em diferentes taxas de aquecimento. O rendimento do char variou entre 18,6 e 34,3 (% massa), o rendimento do bio-óleo variou entre 22,9 e 30,2 (% massa) e o rendimento do gás combustível 37,3 e 58,6 (% massa). A caracterização dos produtos gerados no processo de pirólise foi realizada através de MEV, FTIR, análise elementar, análise imediata, poder calorífico e cromatografia gasosa. Uma estimativa do rendimento energético global do sistema de pirólise empregado operando a 600 ºC indicou um valor de 21,8%. Também foram estimados o rendimento energético de cada produto da reação comparativamente ao conteúdo energético do resíduo de MDF pirolisado: 44,8% no gás combustível produzido; 33,5% no char; e 24,2% no bio-óleo produzido. / Universidade de Caxias do Sul / Waste Medium density fiberboard (MDF) are generated daily by various sectors, among them stands the furniture sector. Utilization of the MDF waste through thermal conversion can be an alternative to its final disposition. Pyrolysis is one of the most promising technologies for thermal conversion, generating value added products, differentiates it from other renewable energy sources. The products from the pyrolysis process are: char, bio-oil and combustible gases, which have good heating value, with many applications in both chemical industry and in power generation. Knowledge of kinetics was very important in the implementation of the pyrolysis process on a pilot scale reactor by batch. The kinetics of thermal degradation of MDF was evaluated in non- isothermal conditions by means of thermogravimetric analysis (TGA/DTG) in an inert atmosphere (N2), and artificial air (a mixture of N2 and O2). These analyzes were performed with samples of particle diameter less than 0.21 mm and initial mass of 10 mg. For N2 thermogravimetric analysis were used the following heating rate: 5, 10 , 15, 25, 50 , 75 and 100 °Cmin-1, while the artificial tests were conducted with air at a heating rate of 25 °Cmin-1. The experiments on inert atmosphere showed that themain MDF weight loss region occurred between 200 °C and 500 °C, the activation energy ranging from 137 to 152 kJmol-1 , and the pre-exponential factor from 21010 to 51011 min-1. The experiments on artificial air indicated that MDF degradation occurred in three distinct regions: the first ranging from room temperature to 200 °C , the second 200 to 330 °C and finally the third between 350 and 500 °C. However, was in the second region that there was the main mass loss, and the activation energy ranging from 149 to 179 kJ mol-1 and pre-exponential factor of 2.71015 to 3.81016 min- 1. In the third region the activation energy ranged from 144.9 to 155.9 kJmol-1 and pre-exponential factor from 1.3109 to 2.61011 min- 1. The kinetic parameters were determined by non- isoconversionals methods: Coats - Redfern, MacCallum - Tanner, and Van Krevelen. The MDF was characterized by the concentration of metals, minerals, cellulose, hemicellulose, lignin, phenol content, by Scanning Electron Microscopy (SEM), elemental analysis, proximate analysis and heating value . The pyrolysis of MDF was evaluated in a pilot scale reactor by batch with screw conveyor at different heating rates in order to characterize and quantify the products from the pyrolysis process. The char yield ranged between 18.6 and 34.3 (% mass), the of bio-oil yield ranged between 22.9 and 30.2 (% mass ) and of fuel gas yield from 37.3 to 58.6 (% mass). The characterization of the products generated in the pyrolysis process was performed by SEM, FTIR, elemental analysis, proximate analysis, heating value and gas chromatography. An estimate of the overall energy yield of the pyrolysis system used operating at 600 °C indicated a value of 21.8. The energy yield of each one of the reaction products compared to the heating value of the MDF wastes pyrolysed were also estimated: 44.8% in the fuel gas produced; 33.5% in the char produced.

Made available in DSpace on 2018-08-01T22:33:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_8995_Cristiane Francisca Barbosa.pdf: 1390114 bytes, checksum: 618f0bde8a50c7e3ee2bedb6b6c10580 (MD5) Previous issue date: 2016-08-31 / Biocarvão é o produto da decomposição térmica de materiais orgânicos sob baixa concentração de oxigênio e em temperaturas controladas. Os benefícios agronômicos e ambientais do seu uso estão associados a temperatura de pirólise e a matéria prima utilizada para o seu processamento. Este estudo teve por objetivo avaliar a influência da matéria prima e da temperatura de pirólise na caracterização final do produto e nas alterações de suas características químicas e físicas. Para isso, os biocarvões foram provenientes de duas temperaturas (350 °C e 600 °C) e dois resíduos (palha de café - PC e casca de eucalipto - CE). O processo de pirólise lenta foi realizado em um reator metálico de leito fixo hermeticamente fechado, com tempo de permanência do material na temperatura final de 60 minutos. Os rendimentos em biocarvão, bio-óleo e gases foram quantificados e nos biocarvões foram determinados: os teores elementares de carbono (C), hidrogênio (H), nitrogênio (N) e oxigênio (O), pH, capacidade de troca catiônica (CTC), teor de cinzas (Cz) e de nutrientes (Ca, Mg, K e P). As mudanças morfológicas decorrentes do processo de pirólise foram investigadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Determinou-se a densidade aparente (Da) pelo método da proveta, e a capacidade de retenção de água dos biocarvões a (- 33kPa) em extrator de placa porosa. Os resultados experimentais mostraram que a pirólise da CE a temperatura de 350 °C proporcionou maior rendimento em biocarvão. O tipo de matéria prima não influenciou os teores de C dos biocarvões, apenas os teores de H, O e N. Biocarvões obtidos da PC apresentaram maiores teores de Mg, P e K, maior CTC e pH mais alcalino. Biocarvões de CE apresentaram maiores teores de Ca e cinzas. A pirólise a 600 °C obteve biocarvões com maior relação C/N, menores teores de H, N e O, menor CTC, maior teor de cinzas e nutrientes, pH mais alcalino e maior aromaticidade. A análise de espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) evidenciou uma diminuição de grupos funcionais e aumento de grupos aromáticos com a elevação da temperatura. As micrografias de MEV demonstraram que os biocarvões obtidos a 600 °C apresentaram poros mais desenvolvidos, com menor espessura da parede e maior desarranjo estrutural. A densidade dos biocarvões variou em função da matéria prima utilizada, os biocarvões de CE apresentaram maior densidade, em relação aos de PC.

Orientador : Antonio Carlos Luz Lisboa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-28T19:08:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pimentel_WagnerRobertodeOliveira_M.pdf: 9257663 bytes, checksum: b33a47184cca41e6d3ced7d38d9adcc3 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O xisto é uma rocha sedimentar que abriga matéria orgânica intimamente disseminada na sua estrutura mineral. A matéria orgânica pode, sob ação do calor, se transformar em petróleo. Este processo chama-se pirólise e ocorre em temperaturas acima de 350°C. A energia contida no xisto é, em termos mundiais, maior que a contida no carvão e muito maior que a contida nas reservas de petróleo convencional, daí o interesse em desenvolver processos de pirólise. Para a modelagem de reatores de desvolatilização de xisto são requeridos adequados valores para os parâmetros relevantes. Entre estes destacam-se os parâmetros cinéticos: a energia de ativação e o fator de freqüência. Um dos mecanismos mais propostos para a cinética de desvolatilização de xisto tem sido o de primeira ordem referente à concentração de material volátil. Trata-se de um mecanismo simples, que pode ser facilmente incorporado à modelagem de reatores. Contudo, a análise dos dados existentes indica uma incoerência de resuhados, que traz incertezas quanto ao uso indiscriminado do mecanismo de primeira ordem. As incertezas podem advir não apenas da origem dos xistos, mas também da forma de obtenção dos resuhados experimentais e da forma de tratamento desses resultados. Neste trabalho foram feitos: 1) Obtenção de dados experimentais de desvolatilização dos xistos da Formação Irati (Brasil) e de New Brunswick (Canadá). 2) Tratamento dos dados utilizando o mecanismo cinético global em uma única etapa de primeira ordem e o mecanismo de duas etapas de primeira ordem. 3) Análises sobre a adequação destes mecanismos para descrever o fenômeno. Foram uti1i7}'1das as equações disponíveis na literatura para obtenção dos parâmetros cinéticos. Os resultados obtidos mostraram que as equações que utilizam os valores de conversão são mais confiáveis que as equações que utilizam valores derivativos na obtenção dos parâmetros cinéticos. Os parâmetros cinéticos obtidos demonstraram ser função da taxa de aquecimento utilizada na análise termogravimétrica O mecanismo cinético que utiliza duas etapas de primeira ordem mostrou ser mais adequado que o de uma etapa / Abstract: Oil shale is a sedimentary roek made up of a eomplex organic matter scattered throughout a mineral matrix. The organie matter produees petroleum upon heating above 350°C. The interest on oil shale derives ftom the fact that the extratable energy ftom shale reserves is greater than ftom eoal and petroleum. The modelling of oil shale devolatilization requires values for the many parameters involved in the proeess. Among them, and by far the most important, are the kinetie parameters, te., the energy of aetivation and the ftequeney faetor. A kinetie mechanism for oil shale devolatilization suggests a first order rate equation in relation to the oil shale volatile matter coneentration. It is simple, and ean be readily ineorporated into reactor modelling. Unfortunately, the existent data indieates a scatter of values. This arises not on1y ftom the different oil shales used, but a1so ftom the experimental way they were generated and subsequently proeessed. This investigation carried out the following: 1) the experimental obtaining of devolatilization data ftom the Irati Formation (Brazil) and ftom New Brunswiek (Canada); 2) the obtaining ofthe kinetie data considering first order reactions, using one and two steps for the devolatilization proeess; 3) assessed the ability ofthe first order reaction to describe the experimental data. Several equations whieh relate the experimental data to the kinetie parameters were employed. The resuhs indieate that those equations whieh use the conversion values are more adequate than the equations whieh need derivative terms. The meehanism with two steps is a1so better than the one with one step. The kinetie parameters for the devolatilization process are a function ofthe heating rate / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química