Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Environmental problems and climate changes due to global heating have happened by the
emission of carbon dioxide, the gradual decrease of fossil fuels and the energy increasing
demand have generated some interest by the development of a fuel safe source; thus the interest
by sustainable and renewable energy sources has been growing. The main purpose of this
present project has been a fluidized bed reactor conception and development to the fast
pyrolysis of lignocellulosic biomass. In this project it has been presented and discussed the
projects construction concepts, in addition to experimental tests conducted at the experimental
unit aiming the fluidized bed reactor stable operation. The tests have enabled to identify the
main problems, to analyze the causes and to propose solutions related to the reactor operation.
These experiments have provided a better comprehension about the pyrolysis process, since the
operational parameters control, equipment projects with considerable effectiveness until the
overcoming of some important challenges to the conception of a new elaborated unit. The
second unit has been in an initial tests phase and with some important parameters adjustments
to the obtainment of bio-oil larger yield and improvement of the vapor condensing system. The
experiments at the two prototypes have been conducted to 550 °C, to investigate the products
composition obtained at the process, however only the bio-oil from the first prototype has been
analyzed. The specific goals of this project have been to compare the composition of the vapor
generated at the soybean hull analytic pyrolysis, using a commercial micropyrolyzer, with the
bio-oil composition produced by an experimental unit in a fast pyrolysis fluidized bed reactor.
The analytical pyrolysis experimental tests have been performed to the soybean hull at 450,
500, 650 and 750 °C. The pyrolytic vapors have presented more expressive contents of acetic
acid, carbonic acid, limonene and hexadecane (450 °C); acetic acid, cyclohexane and
tetradecane (550 °C); 1,3-pentadiene, limonene, hexadecane, tetradecane and oleanitrile (650
°C); 1,3-pentadiene, toluene, tetradecane and ethanedial (750 °C). The performance of acetic
acid has decreased with the temperature increase. This fact is understood by the reaction of the
acetic acid formation, which is less competitive under high temperature. The main bio-oil
components have been analyzed at GC/MS and the results have indicated that this bio-oil may
be used as an alternative source of chemical products with added value, because it is abounding
in phenolic composts, which are used in the resin synthesis and in the pharmaceutical industry.
Considering the products of prime pyrolysis reactions obtained at the analytical pyrolysis and
the bio-oil which involves the vapor condensation and long length stays, an investigation about
the extension of minor reactions may be held. The fast pyrolysis in bed reactors is subject to
the occurrence of minor reactions. These reactions mainly occur due to important factors in the
operation of these reactors, as the time of vapor retention, partial pressure, presence of minerals
in the biomass and reaction temperature. Different temperature gradients in the fluidized bed
reactor may also have contributed to the minor reactions events. / Problemas ambientais e alterações climáticas decorrentes do aquecimento global ocasionados
pelas emissões de dióxido de carbono, a redução gradativa dos combustíveis fósseis e a
demanda crescente de energia, despertou um interesse pelo desenvolvimento de uma fonte
segura de combustíveis; com isso o interesse por fontes renováveis e sustentáveis de energia é
crescente. O objetivo principal do presente trabalho foi à concepção e o desenvolvimento de
um reator de leito fluidizado para a pirólise rápida de biomassas lignocelulósicas. Neste trabalho
são apresentados e discutidos conceitos de construção e projetos, além de testes experimentais
conduzidos na unidade experimental visando a operação estável do reator de leito fluidizado.
Os testes permitiram identificar os principais problemas, analisar as causas e propor soluções
associadas à operação do reator. Estas experiências proporcionaram uma melhor compreensão
sobre o processo de pirólise, desde o controle de parâmetros operacionais, projetos de
equipamentos com considerável eficiência até a superação de alguns desafios importantes para
a concepção de uma nova unidade mais elaborada. A segunda unidade encontra-se em fase de
testes iniciais e ajustes de alguns parâmetros importantes para a obtenção de rendimentos
maiores de bio-óleo e melhoria do sistema de condensação dos vapores. Os experimentos nos
dois protótipos foram conduzidos a 550 °C, de modo a investigar a composição dos produtos
obtidos no processo, porém apenas o bio-óleo do 1° protótipo foi analisado. Os objetivos
específicos deste trabalho foram comparar a composição dos vapores gerados na pirólise
analítica da casca de soja, utilizando um micropirolisador comercial, com a composição do bioóleo
produzido em uma unidade experimental, em um reator de leito fluidizado de pirólise
rápida. Os testes experimentais de pirólise analítica foram realizados para a casca de soja a 450,
550, 650 e 750 °C. Os vapores pirolíticos apresentaram conteúdos mais expressivos de ácido
acético, ácido carbônico, limoneno e hexadecano (450 °C); ácido acético, ciclohexano e
tetradecano (550 °C); 1,3-pentadieno, limoneno, hexadecano, tetradecano e a oleonitrila
(650°C); 1,3-pentadieno, tolueno, tetradecano e etanodial (750 °C). O rendimento de ácido
acético diminuiu com o aumento da temperatura. Este fato é compreendido pela reação de
formação do ácido acético, que é menos competitiva sob alta temperatura. Os principais
componentes do bio-óleo foram analisados no GC/MS e, os resultados indicaram que esse bioóleo
pode ser usado como uma fonte alternativa de produtos químicos de valor agregado, pois
é rico em compostos fenólicos, que são utilizados na síntese de resinas e na indústria
farmacêutica. Considerando-se os produtos das reações de pirólise primários obtidos na pirólise
analítica e o bio-óleo que envolve a condensação do vapor e tempos de permanência mais
longos, uma investigação sobre a extensão das reações secundárias pode ser realizada. A
pirólise rápida em reatores de leito fluidizados está sujeita a ocorrência de reações secundárias.
Essas reações ocorrem principalmente devido a fatores importantes na operação destes reatores,
como tempo de retenção dos vapores, pressão parcial, presença de minerais na biomassa e
temperatura de reação. Diferentes gradientes de temperatura no reator de leito fluidizado pode
também ter contribuído para a ocorrência de reações secundárias. / Doutor em Engenharia Química
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/15088 |
| Date | 18 September 2015 |
| Creators | Oliveira, Tiago José Pires de |
| Contributors | Ataide, Carlos Henrique, Duarte, Claudio Roberto, Vieira, Luiz Gustavo Martins, Cardoso, Cássia Regina, Pighinelli, Anna Letícia Montenegro Turtelli |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFU, BR, Engenharias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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