A palha de cana resultante da colheita da cana-de-açúcar, usada na produção de etanol no Brasil, pode ser utilizada como fonte de biomassa. Uma das maneiras de utilização deste e de outros resíduos agro-industriais é a sua transformação por pirólise. Durante este processo, gera-se uma fração aquosa que é oriunda da umidade inicial da matéria prima e de reações que ocorrem durante a pirólise, e contém na sua composição uma variedade de compostos oxigenados de alto valor. O desenvolvimento de métodos de extração do material orgânico presente nesta fração aquosa assume um importante papel na caracterização e aproveitamento deste material. No presente trabalho foram aplicadas a extração em fase sólida (SPE) com cartucho comercial C18 e a extração líquido-líquido (LLE), para o isolamento dos analitos presentes na fração aquosa da pirólise da palha de cana, usando três solventes de diferentes polaridades (hexano, diclorometano e clorofórmio). A caracterização dos extratos orgânicos obtidos foi realizada por GC/qMS e GC×GC/TOFMS. Os dois métodos de extração mostraram-se satisfatórios e os solventes usados foram complementares. Os extratos apresentaram em sua composição compostos oxigenados tais como fenóis, ácidos, cetonas, aldeídos e éteres, com sensível predomínio dos fenóis. A técnica de GC×GC/TOFMS apresentou maior sensibilidade e permitiu a identificação de um maior número de compostos. / The sugar cane straw, resulting from the harvesting of sugar cane, used in ethanol production in Brazil, can be used as a source of biomass. Pyrolysis is one of the way to transform and aggregate value to this and other agro-industrial wastes. During this process, it is generated an aqueous fraction originated from the initial moisture of raw material, which contains a variety of oxygenated compounds of high industrial importance. The application of techniques for extraction of organic material from this aqueous fraction plays an important role in the characterization and use of this material. In the present study solid phase extraction (SPE), using C18 commercial cartridges, and liquid-liquid extraction (LLE) was applied the for the isolation of the analytes present in the aqueous fraction of pyrolysis of sugarcane straw, using three solvents of different polarities (hexane, dichloromethane and chloroform). Characterization of organic extracts was performed by GC/qMS and GC×GC/TOFMS. Both extraction methods were satisfactory and the solvents used were complementary. The extracts showed several oxygenated compounds in their composition, such as phenols, acids, ketones, aldehydes and ethers, with significant predominance of phenols. The technique of GC×GC/TOFMS showed higher sensitivity and allowed the identification of a greater number of compounds.

Este trabalho investigou o processo de spray-pirólise para a obtenção de filmes de óxido de cério dopado com óxido de gadolínio (CGO) e de óxido de zircônio estabilizado com ítria (YSZ) para aplicação como eletrólito de célula a combustível de óxido sólido (SOFC) sem a necessidade do processo de sinterização em altas temperaturas (>900°C). Os filmes de YSZ foram depositados com o objetivo de formar uma fina barreira entre o anodo e o eletrólito de CGO, protegendo o cério da sua redução em ambientes redutores. Para uma célula de óxido sólido de temperatura intermediária (ITSOFC) é de fundamental importância que o filme não necessite de altas temperaturas de sinterização, pois isso permitiria a utilização de interconectores metálicos, diminuindo consideravelmente o custo final da célula. Ar comprimido foi usado como agente atomizador na obtenção dos filmes elaborados nesse trabalho. Para os filmes de CGO, foi usada uma mistura de etanol e butil carbitol como solvente. O nitrato de cério e amônio e o acetilacetonato de gadolínio foram usados como agentes precursores. Os filmes foram depositados em diversos substratos como lamínula de vidro, anodo poroso (NiO/YSZ), alumina densa e silício monocristalino. Os sais de oxi-nitrato de zircônio e cloreto de ítrio foram usados como agente precursores do íon de zircônio e ítrio para a obtenção dos filmes de YSZ. Os filmes foram depositados em diversos substratos como lamínula de vidro, anodo poroso (NiO/YSZ), alumina densa e silício monocristalino. Os parâmetros de deposição como temperatura, pressão de ar, concentração dos sais precursores, volume de solução depositado e solvente empregado, foram investigados e associados à qualidade dos filmes. Os filmes depositados em etapas apresentaram melhores propriedades do que aqueles depositados continuamente: sem fissuras, cristalinos e não romperam quando a temperatura foi elevada. Os filmes de CGO ficaram com boa qualidade e reprodutibilidade, independente da natureza do substrato, enquanto os filmes de YSZ variaram a sua morfologia em função do substrato; desde densos em cima de substrato de vidro até a formação de partículas que não contribuíram para a formação do filme em substrato poroso (anodo). Ambos os filmes apresentaram-se cristalinos após a deposição sem a necessidade de um tratamento térmico posterior. A tensão de circuito aberto da célula usando o eletrólito misto alcançou um valor mais elevado do que as usando somente o eletrólito de CGO. Porém, a performance em uma célula de teste quando usado em eletrólito misto (filme de YSZ com filme de CGO) foi de 90 mW.cm-2 a 600°C, indicando que as resistências ôhmicas de eletrólito misto são muito maiores do que quando usado só o eletrólito de CGO. / In this work, the synthesis of gadolinia-doped ceria (CGO) and yttria stabilized zirconia (YSZ) films by spray pyrolysis was investigated to be applied as a solid oxide fuel cell (SOFC) electrolyte without having a heat treatment at high temperatures (<900°C). Yttria-stabilized zirconia (YSZ) was deposited to form a thin barrier between the anode and CGO electrolyte protecting the cerium ion to be reduced in a reducing environment. In a solid oxide fuel cell operating at intermediary temperatures (ITSOFC, below 800°C) it is fundamental that all the components are made without high temperature or sintering allowing the use of metallic interconnectors well decreasing the overall cost. In this work, the solution was atomized by air-blast. In CGO film used was a mixture of ethanol and butyl carbytol as solvent. Cerium ammonium nitrate and gadolinium acetylacetonate were used as a CGO coating precursors. Zirconium oxi-nitrate and yttrium nitrate were used as YSZ films precursors. The films were deposited onto several substrates such as a glass slide, porous anode (NiO/YSZ), dense alumina and silicon monocrystal. Deposition parameters such as deposition temperature, air flow, concentration of precursor salts, volume of solution and type of solvent were investigated and associated to coating quality. Films deposited in multi layers presented better properties than films deposited in a single layer: crack-free and crystalline. CGO coatings had good reproducibility, irrespective of the nature of the substrate, while YSZ coating obtained better results as on a glass slide then to a porous substrate (anode) where formation of particles became visible well not contributing to the formation of a coating. Both films were crystalline after deposition without the need for a subsequent heat treatment. Open circuit voltage was higher when the electrolyte was composed by films of YSZ and CGO. However, the performance using this kind of electrolyte was low (90mW.cm-2 at 600°C), indicating that ohmic resistances of the mixed electrolyte (YSZ and CGO) are much higher than using only CGO film as electrolyte.

A indústria de celulose do Brasil progrediu muito nas últimas décadas no que tange ao gerenciamento ambiental de seus resíduos. Entretanto, existem perspectivas para usos mais nobres destes resíduos, objetivando-se um gerenciamento ambiental ainda melhor e, eventualmente, economicamente vantajoso. Neste trabalho, a serragem, o resíduo do digestor e o lodo da ETE foram submetidos a condições de pirólise. O processo de pirólise foi desenvolvido para o resíduo do digestor, e após, foi aplicado para as demais biomassas, a fim de avaliar o potencial de todos os resíduos para a produção de bio-óleos. As cromatografias gasosas monodimensional (1D-GC/qMS) e bidimensional abrangente (GC×GC/TOFMS) foram utilizadas para análise qualitativa e semiquantitativa dos bio-óleos. A maior eficiência da GC×GC/TOFMS proporcionou um estudo detalhado da composição dos bio-óleos, indicando a presença de um maior número de compostos detectados e tentativamente identificados e de coeluições que ocorreram na 1D-GC/qMS, aprimorando a investigação de caracterização dos bio-óleos. Por outro lado, a 1D-GC implica em uma análise mais simples e de menor custo, que forneceu uma visão geral dos componentes majoritários dos bio-óleos. Produtos de importância industrial, como fenóis, foram identificados como componentes majoritários nos bio-óleos, da serragem e do resíduo do digestor, indicando seu uso potencial como fontes destas matérias-primas para a indústria, e a semelhança química entre eles abre perspectivas para a pirólise conjunta destas biomassas. / Brazilian pulp industry has greatly improved in the last decades regarding environmental residues management. However, there is still perspective for a better use of its residues, having in mind an improved environmental management and a potential economic advantage. This study, sawdust, digester residue and the wastewater treatment sludge underwent pyrolysis conditions. The pyrolysis process was developed for digester residue, and than, was applied to the others biomasses, in order to investigate the potential of resulting bio-oils for further applications. One-dimension (1D-GC/qMS) and comprehensive two-dimension gas chromatography (GC×GC/TOFMS) have been employed for qualitative and semi-quantitative analysis of these bio-oils. The higher chromatographic efficiency of GC×GC provided a detailed study of the composition of bio-oils, resulting in a higher number of compounds detected and tentatively identified, and it also unveiled co-elutions that happened in 1D-GC, providing a higher quality characterization of these matrices. On the other hand, 1D-GC resulted in a simpler and cheaper analysis that has provided a general view of the major components of the bio-oils. Products of industrial importance, such as phenols, were identified as major components in the bio-oils of sawdust and digester residue, indicating the potential use of these bio-oils as sources of raw material for the industry, and chemical similarity between them opens prospects for the combination of these biomasses pyrolysis.

GUERRERO, Jorge Recarte Henriquez, também é conhecido em citações bibliográficas por: HENRIQUEZ, Jorge Recarte / Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-08-21T18:37:12Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Daniel Alejandro Torres Villablanca.pdf: 1891575 bytes, checksum: 1a05e7810bc21a00f6ceb7b7bfe63aa1 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-08-29T18:21:02Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Daniel Alejandro Torres Villablanca.pdf: 1891575 bytes, checksum: 1a05e7810bc21a00f6ceb7b7bfe63aa1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-29T18:21:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Daniel Alejandro Torres Villablanca.pdf: 1891575 bytes, checksum: 1a05e7810bc21a00f6ceb7b7bfe63aa1 (MD5) Previous issue date: 2016-09-08 / FACEPE / Devido à importância de diversificar a matriz energética do Brasil e do mundo é importante a utilização de novas fontes de energia que substituam os combustíveis fósseis, como é o caso da biomassa procedente do bagaço de cana-de-açúcar que está presente no Brasil de maneira abundante. As vantagens da utilização dessa biomassa é a diversificação da matriz energética nacional bem como diminuir a poluição resultante da utilização de combustíveis fósseis. Este trabalho tem como objetivo estabelecer os parâmetros básicos para a modelagem computacional do processo de conversão termoquímica de biomassa sólida em gás combustível em um reator de leito fluidizado e a construção de um algoritmo numérico que permita realizar estudos futuros sobre quais e como os principais parâmetros envolvidos afetam o processo de conversão. Para estabelecer os parâmetros e desenvolver o modelo foi utilizado o software Matlab 2011.a. Primeiramente foram determinados os parâmetros fixos e as variáveis. Em seguida, foram calculadas as condições de operação do reator em função das características da biomassa e da vazão de gás que entra no reator. Finalmente, foram estabelecidas as equações diferenciais que modelam o comportamento das espécies em função da altura do reator. O modelo desenvolvido foi de três fases; unidimensional e com taxas de reação. A pirólise é instantânea. A transferência de calor entre as fases foi considerada e a variação da distribuição do tamanho de partícula não foi considerado.A modelagem mostrou que as reações pertencentes à pirolise do alcatrão atingem sua conversão total num período de tempo pequeno (10⁻⁵s) , o que comprova que as espécies gasosas, produto da pirolise, podem ser consideradas no inicio do modelo sem ter que realizar sua modelagem. O modelo desenvolvido pode ser aplicado para qualquer tipo de biomassa que seja do tipo A dentro da classificação de Geldart para partículas. / Due to the importance of diversifying the energy matrix of Brazil and the world, it is important to use new energy sources to replace fossil fuels, such as the biomass derived of bagasse sugarcane that is abundantly present in Brazil. The advantages of using this biomass is the diversification of the national energy matrix and reduce pollution resulting from the use of fossil fuels. This study aims to establish the basic parameters for the computational modeling of thermochemical conversion process of solid biomass in fuel gas in a fluidized bed reactor and, also, the construction of a numerical algorithm to enable further studies on what and how the main parameters involved affect the conversion process. To establish the parameters and develop the model, the Matlab software 2011.a was used. First, the parameters fix and variables were established. Then, we calculated the reactor operating conditions according to the characteristics of biomass and gas flow entering in the reactor. Finally, we established the differential equations that shape the behavior of the species in function of the reactor’s height. The developed model has three phases; one dimension and reaction rates. The pyrolysis is instantaneous. The heat transfer between masses was considered and the variation of the particle size distribution was not considered. The freeboard was not included in the modeling. The model showed that the reactions belonging to the tar pyrolysis reach their full conversion within a short period of time (10⁻⁵s), which proves that the gas species, pyrolysis products, may be considered in the begin of the model without having to make their modeling. The developed model can be applied to any type of biomass that is of type A (Geldart classification for particles).

Os postes de madeira da rede de distribuição de energia elétrica são tratados com preservantes para aumentar sua vida útil. Dentre os diversos tipos de preservantes de madeira disponíveis no mercado, o mais utilizado é o arseniato de cobre cromatado (CCA), tendo em vista a sua elevada eficiência para preservar a madeira. A presença de metais nestes preservantes exige uma destinação adequada ao fim da vida útil do poste. O presente estudo propõe a utilização do processo de pirólise como uma alternativa para a destinação final dos postes de madeira removidos da rede de distribuição de energia elétrica. A pirólise da madeira tratada com CCA promove a liberação de compostos voláteis perigosos devido à presença dos metais (Cr/Cu/As) em sua composição. Com o intuito de minimizar estas emissões, reagentes de baixo custo (a base de cálcio) podem ser utilizados durante o processo pirolítico. Neste trabalho, foram avaliados os efeitos de diferentes parâmetros de operação (temperatura, tempo de isoterma, taxa de aquecimento, razão madeira/CaO e velocidade superficial) sobre a retenção dos metais no char da madeira tratada com CCA, bem como a influência dos compostos de cálcio sobre o poder calorífico do gás combustível gerado no processo de pirólise. A caracterização da madeira tratada com CCA indicou diferenças na composição química das frações testadas (C1-alburno externo, C2-alburno interno e C3-cerne), especialmente no teor de metais. As análises para a determinação da distribuição de metais indicaram que a concentração de compostos metálicos tende à zero na linha central do poste, de forma que a elevada concentração de metais está localizada na fração externa do poste. Na análise imediata, foi observado um teor mais elevado de cinzas na fração externa da madeira. Na Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) a madeira com CCA apresentou bandas similares a de uma biomassa convencional. Na Análise Termogravimétrica (TGA), observaram-se picos próximos a 276 e 354 ºC, referentes à degradação térmica das hemiceluloses e da celulose, respectivamente. A energia de ativação determinada pelo método de Kissinger foi próxima a 156 kJ·mol-1. A Ea média calculada no método de Flynn-Wall-Ozama foi de aproximadamente 153 kJ·mol-1 para C1, 182 kJ·mol-1 para C2 e 170 kJ·mol-1 para C3. Os mecanismos de reação no estado sólido verificados no método de Criado foram comandados, em sua maioria, por processos de difusão. Sob condições controladas de operação, (temperatura, tempo de residência e vazão de ar) o carbonato de cálcio (CaCO3) foi calcinado visando a obtenção de óxido de cálcio (CaO) com elevada área superficial. Os ensaios preliminares de calcinação indicaram que o CaO com maior área superficial foi obtido a 850 ºC com um tempo de residência de 5 min. Na primeira série de ensaios de pirólise verificou-se que à medida que CaO foi adicionado ao sistema, a emissão de metais e a produção de óleo foram inferiores. No segundo lote dos ensaios de pirólise, os efeitos preponderantes para a retenção dos metais no char foram a granulometria elevada das partículas, a adição de CaO e a taxa de aquecimento. Devido à adição de CaO, obteve-se menor concentração de CO2 e foi produzido um gás combustível com poder calorífico próximo a 25 MJ·Nm-3. / Companhia Paulista de Força e Luz, CPFL / Wooden poles of the electricity distribution network are treated with preservatives to increase their shelf life. Among the various types of wood preservatives available on the market, the most used is the chromated copper arsenate (CCA), due to its high efficiency for preserving wood. The presence of metals in these preservatives requires proper disposal at the end of pole life. This study proposes the use of pyrolysis process (under controlled conditions) as an alternative to wooden poles disposal after removed from the electricity distribution network. The pyrolysis of CCA treated wood promotes the release of dangerous volatile compounds due to the presence of metals (Cr/Cu/As) in its composition. In order to minimize these emissions, low cost reagents (based on calcium) can be used during the pyrolytic process. In this work, the effect of different operating parameters (temperature, residence time, heating rate, wood/CaO ratio and superficial velocity) on the retention of metals in the char was evaluated, as well as the influence of calcium compounds on the calorific value of the fuel gas generated in the pyrolysis process. The characterization of CCA treated wood indicated differences in the chemical composition of the tested fractions (C1-sapwood, C2- outer core and C3-cord), especially in the metal content. The metals distribution analysis indicated that the concentration of metallic compounds tend to zero at the center of the pole, so the high concentration of metal is located on the outer portion. In the proximate analysis, a higher ash content on the outer portion was observed. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) showed bands very similar to a conventional biomass. In Thermogravimetric Analysis (TGA) peaks centered at 276 and 354 ºC were observed, relating to thermal degradation of hemicellulose and cellulose respectively. The activation energy determined by the Kissinger method was approximately 156 kJ·mol-1. The mean activation energy by the Flynn-Wall-Ozama method was 153 kJ·mol-1 for C1, 182 kJ·mol-1 for C2 and 170 kJ·mol-1 for C3. The degradation reaction mechanism determined by using the Criado is mostly controlled by diffusion processes. Under controlled operating conditions (temperature, residence time and air flow) calcium carbonate (CaCO3) was heated in order to obtain calcium oxide (CaO) with a higher surface area. Preliminary tests indicated that the calcination of CaO with greater surface area was obtained at 850 ºC with a residence time of 5 min. In the first series of pyrolysis tests, as CaO was added to the system, lesser metals emission and oil yield were observed. In the second set of pyrolysis tests, the relevant effects identified on the retention of metals was the high particle size of the wood, the addition of CaO and the heating rate. Due to the addition of CaO, the CO2 concentration was reduced and it was produced a combustible gas with a calorific value close to 25 MJ·Nm-3.

Made available in DSpace on 2018-08-01T22:33:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_9663_Ronaldo Willian da Silva.pdf: 2346348 bytes, checksum: 0792f0dd1cb8acc0cf9bf62a78801c14 (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / A matéria orgânica do solo (MOS) é de grande importância na formação e manutenção de propriedades químicas, físicas e biológicas dos solos tropicais e, contribui com até 80 % de sua capacidade de troca catiônica. No entanto, em regiões tropicais, a taxa de mineralização da MOS atinge altos níveis devido a altas temperaturas, umidade e a atividade microbiana, reduzindo sua quantidade nos solos. Uma alternativa para a manutenção da MOS é a utilização de biocarvão, produto da decomposição térmica de materiais orgânicos sob baixa concentração de oxigênio e em temperaturas controladas. O biocarvão é mais resistente à degradação biológica é indicado como alternativa promissora para armazenar carbono no solo por longo tempo. Além disso, sua presença no solo pode aumentar o pH, CTC, nutrientes, retenção de água, atividade biológica do solo e o rendimento das culturas. No entanto, as características e benefícios do biocarvão estão associados com a temperatura de pirólise e a matéria prima utilizada para o seu processamento. Neste sentido, com o objetivo de avaliar o potencial de biocarvões de palha de café (PC) e casca de eucalipto (CE) produzidos a 350 e 600 ºC como condicionadores do solo, realizaram-se dois experimentos de incubação em ambiente com temperatura controlada a 25 ºC. O primeiro experimento visou avaliar a influência dos biocarvões associado ao calcário, sobre o pH e cargas negativas do solo. Os tratamentos foram compostos por biocarvões produzidos a partir de PC e CE, duas temperaturas finais de pirólise 350 e 600 ºC, quatro doses de biocarvão 5, 10, 15 e 20 t ha-1, cinco doses de CaCO3 0, 0.55, 1.1, 2.2 e 3.3 t ha-1 e um tratamento adicional sem adição de biocarvão. O segundo experimento teve como objetivo avaliar os efeitos do uso dos biocarvões nas propriedades químicas do solo. Os tratamentos foram compostos por biocarvões produzidos a partir de PC e CE, duas temperaturas finais de pirólise 350 e 600 ºC, quatro doses de biocarvão 5, 10, 15 e 20 t ha-1, um tratamento adicional sem adição de biocarvão e sete épocas de avaliação 0, 7, 15, 30, 60, 90 e 120 dias após a incubação. Os resultados experimentais mostram que biocarvões de PC promovem maior elevação do pH do solo. Biocarvões produzidos a 600 ºC proporcionaram maior elevação do pH do solo em relação à biocarvões produzidos a 300 ºC. O efeito neutralizante da acidez pelos biocarvões se deu na seguinte ordem crescente: CE350; PC350; CE600 e PC600, apresentando elevação no pH do solo quando comparado ao tratamento controle de 1,26; 1,46; 1,61 e 1,71 unidades respectivamente. O pH do solo foi elevado com o aumento da dose de aplicação de biocarvão. A associação de doses de biocarvão com CaCO3 apresentou interação positiva no aumento do pH do solo. No entanto, o uso em conjunto do corretivo e o condicionador, em doses mais altas elevou o pH do solo além da faixa de pH ideal para a maioria das culturas (5,5 6,0). Biocarvões proporcionaram maior carga liquida negativa do solo. Esse efeito foi maior com o uso de biocarvões de PC, e potencializado com elevação da temperatura de pirólise para 600 °C. Os biocarvões de PC proporcionaram maiores teores de P, K, Mg e maior capacidade de troca de cátions (CTC). Os tratamentos com biocarvões de CE se destacaram pela maior concentração de Ca, em média, os teores de Ca no solo foram acrescidos em 5,9 e 19,4 % para as temperaturas de 350 e 600 ºC respectivamente comparando aos biocarvões de PC nas mesmas temperaturas. Tratamentos com biocarvões produzidos em maior temperatura de pirólise (600 ºC) apresentaram maiores valores de Ca e CTC para ambos os biocarvões e, maior concentração de K com uso do biocarvão de PC. O aumento da dose de biocarvão proporcionou maior concentração de nutrientes e CTC independente do material de origem e temperatura de pirólise. Já o aumento do tempo de incubação causou redução, para todos os tratamentos, nas concentrações de nutrientes, exceto o Ca e CTC do solo. PALAVRAS-CHAVE: biochar, pirólise, acidez do solo, fertilidade do solo

Nos últimos anos, a energia renovável tem recebido maior importância devido ao aumento das emissões antropogênicas de gases de efeito estufa para a atmosfera. A biomassa é um recurso renovável promissor para a produção de energia. A pirólise é uma das mais promissoras tecnologias de conversão térmica, gerando produtos de valor agregado, destacando-se de outras fontes de energias renováveis. No presente trabalho, foi abordada a conversão térmica (pirólise) do capim-elefante (Pennisetum purpureum S.) em um reator rotativo a fim de determinar as melhores condições operacionais (temperatura e rotação) para a produção de hidrogênio. O capim-elefante foi submetido a vários ensaios de caracterização, através da análise elementar (CHNS) e imediata, análise química (lignina, celulose, hemicelulose e extrativos) poder calorífico superior, análise granulométrica, análise de metais e não metais e análise termogravimétrica. Os ensaios de pirólise foram conduzidos até a temperatura final de 700 °C, com aplicação de 30 minutos de isoterma, taxa de aquecimento de 10 °C/min, atmosfera inerte com uma vazão de N2 de 1 L/min. O gás combustível produzido no processo de pirólise foi coletado a 500, 600 e 700 °C. Os ensaios foram conduzidos com o reator operando sem rotação, bem como com velocidades de rotação de 2 e 4 rpm. Resultados da análise química e de metais e não metais mostram que o capim-elefante possui maior concentração de lignina em relação a outras gramíneas perenes (Switch grass/Miscanthus), bem como uma elevada concentração de potássio (K) em sua composição. O incremento da velocidade de rotação reduziu o rendimento de gás combustível de 34,6% (0 rpm) para 19,2% (4 rpm), e aumentou o rendimento de bio-óleo 37,2% (0 rpm) para 53,0% (4 rpm). O rendimento de biochar não foi influenciado significativamente pela velocidade de rotação (aproximadamente 27% em todas as condições). A presença de elevadas quantidades de potássio (K) e nitrogênio (N) no biochar, habilitam o seu uso como fonte de nutrientes para o solo, bem como o seu caráter básico (elevado pH) indicam seu uso para ajuste de pH de solos ácidos. A maior concentração de hidrogênio (65% v/v) foi observada nos experimentos sem rotação do reator na temperatura de 700 °C. O poder calorífico máximo (15,128 MJ.Nm-3) foi observado à temperatura de 600 °C para todas as velocidades de rotação investigadas. / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul, FAPERGS. / In recent years, renewable energy has received increased importance due to increased anthropogenic emissions of greenhouse gases to the atmosphere. Biomass is a promising renewable resource for the production of energy. Pyrolysis is one of the most promising thermal conversion technologies, creating value-added products, especially from other sources of renewable energy. In the present study addressed the thermal conversion (pyrolysis) of elephant grass (Pennisetum purpureum S.) in a rotating reactor in order to determine the best operating conditions (temperature and speed) for the production of hydrogen. The elephant grass was subjected to various characterization tests by elemental analysis (CHNS) and immediate, analysis chemical (lignin, cellulose, hemicellulose and extractives) higher heating value, particle size analysis, metal analysis and non-metals and thermal gravimetric analysis. The pyrolysis tests were conducted to a final temperature of 700 °C with application of 30 minute isothermal, heating rate 10 ° C/min, N2 inert atmosphere with a flow rate of 1 L/min. The fuel gas produced in the pyrolysis process was collected at 500, 600 and 700 ° C. The tests were conducted with the reactor operating without rotation, and rotation speeds of 2 and 4 rpm. Results of chemical analysis and metals and nonmetals, show that the elephant grass has a higher concentration of lignin in relation to other perennial grasses (Switch grass/Miscanthus) as well as a high concentration of potassium (K) in its composition. The increase of the rotational speed reduced fuel gas yield fron 34.6% (0 rpm) to 19.2% (4 rpm), and increased the yield of bio-oil 37.2% (0 rpm) to 53,0% (4 rpm). The yield of biochar was not significantly influenced by the rotational speed (approximately 27% in all conditions). The presence of high amounts of potassium (K) and nitrogen (N) biochar enable its use as a source of nutrients for the soil, as well as their basic character (high pH) indicate their use to adjust the pH of acidic soils. The highest concentration of hydrogen (65% v/v) was observed in experiments without rotation of the reactor at a temperature of 700 °C. The maximum calorific value (15.128 MJ.Nm-3) was observed at a temperature of 600 °C for all investigated speed.

Orientador: João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-28T03:41:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Antunes_ArnaldoJoseBannwart_M.pdf: 4079111 bytes, checksum: 9bc842e0349c58820513797cad6355a7 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: A natureza transiente dos processos industriais e erros operacionais exigem atenção especial aos limites inferior e superior de variáveis críticas ao processo. A atividade de verificação se essas variáveis estão dentro de sua faixa normal é chamada de detecção de falhas. A ocorrência de falhas traz conseqüências indesejáveis à eficiência do processo. As falhas podem ser identificadas pela análise de seus sintomas, como trocas térmicas indesejadas, baixos níveis de purificação e reatividade. A ocorrência freqüente de falhas reduz a vida útil dos equipamentos, aumentando os custos de produção. O presente estudo desenvolve uma metodologia de detecção de falhas baseada em redes neurais, que é aplicada num reator de pirólise do etano, um processo muito importante na indústria petroquímica. A conversão do etano e a seletividade do etileno são os parâmetros usados para definir as condições de falha e normalidade. Um simulador do processo foi usado para selecionar as faixas de operação para o treinamento da rede, que é feito com o algoritmo de aprendizado supervisionado backpropagation. Também é mostrada a influência dos parâmetros de aprendizado mais importantes sobre a convergência e o desempenho de detecção de falha, ou seja, a capacidade de reconhecer os vários modos de operação do reator. Diferentes arquiteturas de redes são usadas e os valores de taxa de aprendizado e termo de momentum são variados. Para haver uma maior aproximação com um processo real, os dados processados contém vários níveis de ruído: baixo, médio, alto e muito alto. A partir de simulações, observou-se que o sistema de detecção apresentou desempenho satisfatório para redes com duas camadas ocultas, com vários nódulos. As redes com menos parâmetros livres não apresentaram uma porcentagem de classificação correta aceitável / Abstract: The transient nature of the industrial processes and operational errors demand special attention to the upper and lower critical limits of the process variables. The activity to verify whether the variables are within normal operation range is called fault detection. The fault occurrence brings undesired consequences to process efficiency. Faults may be identified through the analysis of its symptoms, such as undesired thermal exchanges, low purification level or reaction yields. Frequent fault occurrence equipments lifetime, increasing production costs. The present work intends to develop a fault detection methodology based on neural network. It is applied to ethylene production from ethane pyrolysis. This is an important reaction iri the petrochemical.processes. The ethane conversion and ethylene selectivity are the parameters used to define the normal and faul ty operational conditions. A process simulator was used to select the critical variable ranges for the neural network learning procedure. The supervised backpropagation algorithm was used. It is also intended to show the influence of the most important learning parameters over the convergence and fault detection performance, i. e., the capability to recognize the various modes of faults and the normal operation of a pyrolysis reactor. Different neural networks architectures are used and the momentum term and learning rate are varied over a convenient range. In order to get closer to the real industrial operational condition, the patterns sets of low, medium, high and very high noise level are analyzed. It was observed from numerical simulations tests that the developed fault detection presented good performance for some two hidden layers architectures with several hidden nodes. The neural networks with less free parameters did not present acceptable correct classification rate / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T03:15:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peres_AnaPaulaGimenez_M.pdf: 2893498 bytes, checksum: 660e046de1120b97974948724435b696 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Biodiesel (alquil éster) é um combustível limpo derivado de fontes renováveis, óleos vegetais ou gordura animal. Sabe-se que, aproximadamente, 10% em peso do óleo vegetal utilizado como insumo na produção de biodiesel é convertido em glicerina, de forma que existem grandes incentivos para a utilização deste subproduto. A pirólise da glicerina residual por sua vez é um processo com grande potencial para a produção de biocombustíveis como hidrogênio (H2) e gás de síntese (matéria prima para produção de combustíveis sintéticos via reação de Fischer-Tropsch) gerando portanto, produtos de alto valor agregado. Assim, neste trabalho, a pirólise foi realizada em um reator de leito fixo utilizando-se glicerina comercial e glicerina residual da produção de biodiesel dos Laboratórios de Otimização, Projeto e Controle Avançado (LOPCA) e de Desenvolvimento de Processos de Separação (LDPS). Primeiramente, foram realizados planejamentos fatoriais fracionários para a determinação das variáveis independentes (temperatura e tempo de reação, vazão de gás de arraste e volume de glicerina) mais significativos no processo. Sendo que o volume de glicerina foi a variável com menor significância, portanto foi excluída do processo. Posteriormente, realizaram-se os experimentos de acordo com o planejamento fatorial completo 23 (com mais três pontos centrais). Foram obtidos dois modelos codificados de primeira ordem que descrevem a conversão de glicerina residual em hidrogênio e gás de síntese em função da temperatura de reação, tempo e vazão de gás de arraste. De acordo com as condições advindas da aplicação da metodologia de superfície de resposta, altas conversões de glicerina em H2 e em gás de síntese, em torno de 45% mol/mol e 80% mol/mol, respectivamente, foram experimentalmente obtidas em: 850ºC, 30min e vazão do gás de arraste 50mL/min. No processo de pirólise da glicerina foram obtidos produtos líquidos, gasosos e cinzas. Em média, obtiveram-se conversões superiores a 85% v/v de glicerina para produtos gasosos, entre eles H2 e CO (gás de síntese) em maior quantidade. Além desses gases, foram encontrados CO2, metano, etileno, etano e propano. Já os produtos líquidos foram basicamente acetaldeído, acetona, metanol e etanol. Através dos cálculos de energia ficou claro que a produção de H2 a partir desse processo é viável energeticamente. Sendo que para um mol de glicerina processada a energia líquida da reação foi 293kJ. / Abstract : Biodiesel (alkyls esters) is a clean burning fuel derived from renewable lipid feedstock such as vegetable oil or animal fat. Glycerin is a by-product from the biodiesel production which represents nearly 10% of product total mass. As the biodiesel production is increasing there exist incentives to use the glycerin as raw material for other processes. The glycerin pyrolysis is a promising way to produce biofuels such as hydrogen and syngas (feedstock used in synthetic fuels production via Fisher-Tropsch reaction) and at same time avoids its accumulation in the environment. Glycerin pyrolysis was carried out in a fixed bed reactor filled with silica-quartz and/or alumina oxide. The raw material considered in this work was pure glycerin and crude glycerin from biodiesel production. Experimental designs were carried out in specific conditions to identify the impact of the main process variables. At first, a fractional factorial experimental design was chosen to analyze the most significant factors (reaction temperature, reaction time, glycerin quantity and flow rate of carrier gas) on the conversion glycerin to hydrogen and syngas. The glycerin quantity was the least significant factor, so it was excluded from further investigation. Afterwards, the experiments were carried out according to a 23 complete factorial design plus three central points. Two first-order models were obtained to predict the crude glycerin conversion in hydrogen and syngas as a function of reaction temperature, reaction time and flow rate of carrier gas. From the surface methodology analysis, high conversions of glycerin into hydrogen and syngas, around 45% mol/mol and 85% mol/mol, respectively, can be obtained under the following conditions 850 º C, 30 min and flow carrier gas, 50ml/min. The best glycerin conversion to gas products was 80% v/v of glycerin. The main gás products were H2 and CO. Besides these gases, CO2, CH4, C2H4 and C3H8 were also obtained in smaller proportions. The liquid product compositions were methanol, ethanol, acetone and acetaldehyde. Through the energy calculations, it becomes clear that production of H2 from this process is energetically feasible. For one mole of glycerol, computed net energy of the reaction was around 293kJ. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Inez Valeria Pagotto Yoshida / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T12:10:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Schiavon_MarcoAntonio_D.pdf: 4981766 bytes, checksum: 51310456b293a2887ba0d13a19ef723e (MD5) Previous issue date: 2002 / Doutorado