O presente trabalho se insere no Programa de Biomassa - Energia - Materiais - PROBEM?, cuja Refinaria de Biomassa desenvolve tecnologias para o aproveitamento integral de biomassas lignocelulósicas e oleosas, objetivando sua exploração autossustentada. Os principais produtos obtidos são combustíveis para geração de energia termoelétrica, produtos químicos, materiais inorgânicos e reciclagem de fertilizantes. Neste trabalho explorou-se a celulignina, que é um combustível obtido pela pré-hidrólise ácida da biomassa, visando à obtenção de gás de síntese (singás) da celulignina para geração de energia termoelétrica com turbinas a gás, como substituto do gás natural. Para essa aplicação, e também para aplicações em síntese de produtos químicos e combustíveis pelo processo Fischer Tropsch, teores de metais alcalinos, enxofre e cloretos são críticos. A biomassa considerada foi a madeira de Eucalyptus grandis. O trabalho propõe a lixiviação aquosa daqueles contaminantes por pré-hidrólise ácida da biomassa, seguida da moagem a úmido da celulignina para razões líquido/sólido (L/S) otimizadas em relação ao consumo de água e aos teores finais dos contaminantes na biomassa tratada. A eficiência da sequência de tratamentos foi verificada medindo os teores de potássio, sódio, cloreto e enxofre total após cada etapa de lixiviação da celulignina. A pré-hidrólise ácida do E. grandis foi realizada na presença de ácido sulfúrico como catalisador, com produção de cerca de 67% de celulignina e 34% de solução de açúcares, em relação à quantidade de biomassa seca inicial. Os resultados desta etapa do processamento mostraram uma redução no teor de potássio de 3,3 vezes e no teor de sódio de 1,9 vez na celulignina em relação ao E. grandis in natura. A celulignina assim obtida foi submetida a uma sequência de moagem a úmido em moinho de martelos. Resultados apontaram a razão L/S = 12 como mais eficiente. O singás obtido da celulignina apresentou teores estimados de K+ + Na+= 600 ppb, Cl-=1,4 mg/Nm³ e enxofre total = 4 mg/Nm³. Isso significa uma redução de 1000 vezes em K+ + Na+ em relação à biomassa bruta. Nessas condições, o gás de síntese obtido já seria similar ao singás do gás natural, podendo ser usado em turbinas a gás. As aplicações com o gás de síntese no processo Fischer Tropsch não estão descartadas já que as especificações do gás natural para essa mesma aplicação permitem um máximo de enxofre de 70 mg/Nm³. Melhoramentos nos procedimentos de análise química em todas as etapas do processo são necessários para levar a resultados mais acurados. Melhoramentos nos equipamentos de controle das emissões gasosas na geração do singás tendem a diminuir os teores de enxofre para os níveis previstos em norma (< 1mg/Nm³). / This work is part of the Program Biomass - Energy - Materials - PROBEM?, whose Biomass Refinery develops technologies for a self-sustaining exploration of lignocellulosic and oily biomass. The main products are fuels for thermal and electricity energy generation, chemicals, materials and recycled inorganic fertilizers. This work explores the cellulignin, which is a fuel obtained by acidic prehydrolysis of biomass aiming to produce synthesis gas (syngas) as a substitute for natural gas for themoelectrical energy generation with gas turbines. This application, and also for the Fischer Tropsch process, of alkali metals, sulfur and chlorine concentrations in the syngas must be very low. The selected biomass is Eucalyptus grandis. The main objectives are to promote the aqueous leaching of those contaminants from cellulignin by a sequence of treatments, and to obtain the syngas by gasification of the cleaned cellulignin. The aqueous leaching of contaminants is carried out by acidic prehydrolysis of the wood, followed by the wet grinding of cellulignin at different liquid / solid (L/S) rations optimized with respect to water consumption and the final concentration of contaminants in the treated biomass. The efficiency of the sequence of treatments was checked by measuring potassium, sodium, chloride and sulfur contents in the cellulignin after each leaching step. Prehydrolysis of E. grandis was carried out using sulfuric acid as a catalyst, producing 67% of cellulignin and 34% of hydrolysate in relation to the initial dry biomass mass. Results after prehydrolysis showed a reduction of 3.3 times in the potassium content and of 1.6 times for sodium in the unwashed cellulignin in relation to the E. grandis \'in natura\'. The cellulignin so obtained was wet-ground in hammer mill. Results showed the L/S = 12 as the more efficient ratio in the grinding step. After gasification of the cellulignin the estimated values of the contaminants in the syngas were K++Na+ = 600 ppb, Cl- =1,4 mg/Nm³, and total S = 4 mg/Nm³, similar to the syngas from natural gas specifications for those elements. This means that the syngas from the cellulignin can be used as a fuel in gas turbines, replacing the syngas obtained from natural gas. Yet, its application in the Fischer Tropsch process is not discarded because maximum sulfur content allowed in the natural gas for that application is 70 mg/Nm³. Improvements have to made on the analytical procedures to ensure more accurate results, and is also necessary to improve the efficiency of the equipments for gas emission control in the syngas generation process. The last improvement should lower the S content to the specification values for the syngas (< 1mg/Nm³).

O presente trabalho se insere no Programa de Biomassa - Energia - Materiais - PROBEM?, cuja Refinaria de Biomassa desenvolve tecnologias para o aproveitamento integral de biomassas lignocelulósicas e oleosas, objetivando sua exploração autossustentada. Os principais produtos obtidos são combustíveis para geração de energia termoelétrica, produtos químicos, materiais inorgânicos e reciclagem de fertilizantes. Neste trabalho explorou-se a celulignina, que é um combustível obtido pela pré-hidrólise ácida da biomassa, visando à obtenção de gás de síntese (singás) da celulignina para geração de energia termoelétrica com turbinas a gás, como substituto do gás natural. Para essa aplicação, e também para aplicações em síntese de produtos químicos e combustíveis pelo processo Fischer Tropsch, teores de metais alcalinos, enxofre e cloretos são críticos. A biomassa considerada foi a madeira de Eucalyptus grandis. O trabalho propõe a lixiviação aquosa daqueles contaminantes por pré-hidrólise ácida da biomassa, seguida da moagem a úmido da celulignina para razões líquido/sólido (L/S) otimizadas em relação ao consumo de água e aos teores finais dos contaminantes na biomassa tratada. A eficiência da sequência de tratamentos foi verificada medindo os teores de potássio, sódio, cloreto e enxofre total após cada etapa de lixiviação da celulignina. A pré-hidrólise ácida do E. grandis foi realizada na presença de ácido sulfúrico como catalisador, com produção de cerca de 67% de celulignina e 34% de solução de açúcares, em relação à quantidade de biomassa seca inicial. Os resultados desta etapa do processamento mostraram uma redução no teor de potássio de 3,3 vezes e no teor de sódio de 1,9 vez na celulignina em relação ao E. grandis in natura. A celulignina assim obtida foi submetida a uma sequência de moagem a úmido em moinho de martelos. Resultados apontaram a razão L/S = 12 como mais eficiente. O singás obtido da celulignina apresentou teores estimados de K+ + Na+= 600 ppb, Cl-=1,4 mg/Nm³ e enxofre total = 4 mg/Nm³. Isso significa uma redução de 1000 vezes em K+ + Na+ em relação à biomassa bruta. Nessas condições, o gás de síntese obtido já seria similar ao singás do gás natural, podendo ser usado em turbinas a gás. As aplicações com o gás de síntese no processo Fischer Tropsch não estão descartadas já que as especificações do gás natural para essa mesma aplicação permitem um máximo de enxofre de 70 mg/Nm³. Melhoramentos nos procedimentos de análise química em todas as etapas do processo são necessários para levar a resultados mais acurados. Melhoramentos nos equipamentos de controle das emissões gasosas na geração do singás tendem a diminuir os teores de enxofre para os níveis previstos em norma (< 1mg/Nm³). / This work is part of the Program Biomass - Energy - Materials - PROBEM?, whose Biomass Refinery develops technologies for a self-sustaining exploration of lignocellulosic and oily biomass. The main products are fuels for thermal and electricity energy generation, chemicals, materials and recycled inorganic fertilizers. This work explores the cellulignin, which is a fuel obtained by acidic prehydrolysis of biomass aiming to produce synthesis gas (syngas) as a substitute for natural gas for themoelectrical energy generation with gas turbines. This application, and also for the Fischer Tropsch process, of alkali metals, sulfur and chlorine concentrations in the syngas must be very low. The selected biomass is Eucalyptus grandis. The main objectives are to promote the aqueous leaching of those contaminants from cellulignin by a sequence of treatments, and to obtain the syngas by gasification of the cleaned cellulignin. The aqueous leaching of contaminants is carried out by acidic prehydrolysis of the wood, followed by the wet grinding of cellulignin at different liquid / solid (L/S) rations optimized with respect to water consumption and the final concentration of contaminants in the treated biomass. The efficiency of the sequence of treatments was checked by measuring potassium, sodium, chloride and sulfur contents in the cellulignin after each leaching step. Prehydrolysis of E. grandis was carried out using sulfuric acid as a catalyst, producing 67% of cellulignin and 34% of hydrolysate in relation to the initial dry biomass mass. Results after prehydrolysis showed a reduction of 3.3 times in the potassium content and of 1.6 times for sodium in the unwashed cellulignin in relation to the E. grandis \'in natura\'. The cellulignin so obtained was wet-ground in hammer mill. Results showed the L/S = 12 as the more efficient ratio in the grinding step. After gasification of the cellulignin the estimated values of the contaminants in the syngas were K++Na+ = 600 ppb, Cl- =1,4 mg/Nm³, and total S = 4 mg/Nm³, similar to the syngas from natural gas specifications for those elements. This means that the syngas from the cellulignin can be used as a fuel in gas turbines, replacing the syngas obtained from natural gas. Yet, its application in the Fischer Tropsch process is not discarded because maximum sulfur content allowed in the natural gas for that application is 70 mg/Nm³. Improvements have to made on the analytical procedures to ensure more accurate results, and is also necessary to improve the efficiency of the equipments for gas emission control in the syngas generation process. The last improvement should lower the S content to the specification values for the syngas (< 1mg/Nm³).

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-10-16T17:10:00Z No. of bitstreams: 1 ALBERTO BRANDÃO TORRES NETO - DISSERTAÇÃO PPGEA 2009..pdf: 8942773 bytes, checksum: 5e58ef74c4a8c8c72d4700726c6be397 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-16T17:10:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ALBERTO BRANDÃO TORRES NETO - DISSERTAÇÃO PPGEA 2009..pdf: 8942773 bytes, checksum: 5e58ef74c4a8c8c72d4700726c6be397 (MD5) Previous issue date: 2009-09 / Desde a primeira crise do petróleo, em 1973, o álcool etílico vem despertando um crescente interesse do Governo Federal do Brasil e dos pesquisadores do mundo, e atualmente dos governos dos países desenvolvidos, como os Estados Unidos, Alemanha, França e países em desenvolvimento, como a índia e a China. Este fato se deve às pressões do esgotamento das fontes não-renováveis de combustíveis fósseis, como também à geopolítica do mundo (maiores reservas de petróleo em países com problemas de conflitos e instabilidade política). Surge, também, a busca por novas fontes de obtenção do álcool, os materiais lignocelulósicos. A palma forrageira foi introduzida no Brasil para dar suporte à criação de um inseto conhecido como cochonilha, este responsável pela produção de um corante de alto valor comercial na época. Com o passar dos anos o uso da palma passou a ser bastante diversificado pois, além de servir como forragem, ela produz frutas e verduras para consumo humano, biomassa para fins energéticos (combustível e biogás) e inúmeros produtos como bebidas, queijo vegetariano, remédios e cosméticos; elas servem, ainda, para abrigar e alimentar diversas espécies selvagens que vivem em ambientes áridos. A palma forrageira vem despertando interesse de muitos pesquisadores por se tratar de uma cultura bastante difundida e apresentar, em sua composição, celulose e hemicelulose, substâncias que podem ser utilizadas para obtenção de açúcares fermentescíveis; ela é, também, uma cultura bastante resistente à seca e produzida o ano inteiro. O objetivo deste trabalho foi estudar o processo de pré-hidrólise ácida da palma para obtenção de um licor pré-hidrolisado rico em pentoses diminuindo, assim, suas concentrações na matéria-prima, sendo esta o cladódio da palma forrageira do tipo gigante. O cladódio da palma foi recepcionado no Laboratório de Engenharia Bioquímica, onde se determinou sua umidade e se obteve a matéria seca. Fez-se a caracterização desta matéria (pH, açúcares redutores totais, sólidos solúveis, cinzas, hemicelulose, celulose, lignina e concentração de pentoses e hexoses). Foram realizados dois planejamentos experimentais 23 da pré-hidrólise para verificar a influência das variáveis temperatura, concentração de ácido e razão matéria seca/ácido sobre as respostas soma de pentoses e percentual de aumento de pentoses e, em seguida, foi realizada uma hidrólise preliminar acompanhada de uma fermentação. Com os resultados do planejamento fatorial experimental 23 verificou-se que apenas o segundo planejamento foi estatisticamente significativo ao nível de 95% de confiança para a média e a variável razão. Operando-se com razão abaixo de 1/10, para quaisquer valores de temperatura e concentração de ácido, obtém-se soma e percentual de aumento de pentoses acima de 8 g/L e 8000%, respectivamente. Durante a fermentação não houve produção de álcool etílico, devido, provavelmente, à formação de inibidores no processo de hidrólise, que se demonstrou através da forte coloração no licor hidrolisado. / Since the first petroleum crisis in 1973, ethylic alcohol has been arousing a growing interest by the Federal Government in Brazil and by researchers worldwide, and nowadays by governments of developed countries, such as the United States, Germany, and France, and by developing countries, such as índia and China. This is due to the pressure caused by the depletion of non-renewable sources of fóssil fuels, as well as to world geopolitics (greater reserves of petroleum in countries with problems of conflicts and politicai instability). The search for new sources for obtaining alcohol, such as lignocelluloses materiais, is also arising. Forage cactus was introduced in Brazil to support the raising of an insect known as cochonilha, which is responsible for the production of a dye that was of high commercial value at that time. Throughout the years, the use of this cactus has become very diversified, because aside from being used as forage, it produces fruit and greens for human consumption, biomass for energy reasons (fuels and biogas) and countless other products, such and beverages, vegetarian cheese, medicines and cosmetics. Furthermore, it is useful to shelter and feed various wild species that live in arid environments. Forage cactus has been arousing interest among many researchers because it is not only a greatly diffused culture and presents cellulose and hemicelluloses in its composition, and these substances can be used for obtaining fermentable sugars, but it is also a culture which is resistant to drought and can be produced ali year long. The purpose of this paper was to study the process of acid pre-hydrolysis of the cactus to obtain a prehydrolyzed liquor, high in pentose, thus diminishing the concentration in this raw material, which is the cladode of the giant forage cactus. The cactus cladode was received at the Biochemistry Engineering Laboratory, where its moisture content was determined and a dry matter was obtained. This matter was characterized (pH, total reducing sugars, soluble solids, ashes, hemicelluloses, cellulose, lignin, and the concentration of pentose and hexoses). Two factorial designs 23 of pre-hydrolysis were performed to verify the influence of the variables of temperature, acid concentration and dry matter/acid ratio over the responses to the sum of pentose and the percentile of pentose increase, and then a preliminary hydrolysis followed by fermentation was performed. With the results to the factorial design 23, it was verified that only the second design was statistically significant to a 95% levei of confidence for the mean and the variable ratio. Operating with the ratio below 1/10, for any value of temperature and acid concentration the sum and percentile increase in pentose is obtained above 8 g/L and 8000%, respectively. During fermentation, there wasn't production of ethylic acid, probably due to the formation of inhibitors in the hydrolysis process that was demonstrated through the strong color of the hydrolyzed liquor.