Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-11-07T19:13:18Z
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Previous issue date: 2017-11-23 / A recuperação de energia utilizando a biomassa proveniente de resíduos florestais e industriais tem sido amplamente pesquisada. Das tecnologias de conversão, a pirólise e a gaseificação constituem importantes processos termoquímicos na produção de carvão, bio-óleo e gases, que além de agregar valor ao subproduto, diversificam as aplicações energéticas. Apesar do estudo destas tecnologias de conversão não ser recente, ainda existem problemas encontrados nos diversos tipos de reatores existentes, como por exemplo, o alcatrão gerado que proporciona altos custos com a limpeza dos gases. Diante do contexto, o objetivo geral deste trabalho é estudar as biomassas do cerrado - casca da árvore de jatobá, casca do fruto do baru e caroço de pequi como potenciais no uso da tecnologia de pirólise com foco na gaseificação estagiada. Para isto, as biomassas de estudo foram previamente caracterizadas a fim de compreender e prever as características de influência nos produtos finais, além de entender os mecanismos de reação da pirólise através do cálculo da energia cinética. Os resultados da caracterização dos materiais, mostraram que o alto teor de lignina da casca da árvore de jatobá pode influenciar num maior rendimento de carvão quando comparado com as outras biomassas. A energia de ativação do caroço de pequi calculada pelos métodos de Osawa, K-A-S e Starink é menor (75,666 kJ/mol a 80,084 kJ/mol) indicando que a energia necessária deste combustível para iniciar uma reação é menor. Os experimentos de degradação térmica foram realizados num reator de pirólise lenta, com dois tamanhos de partícula (>40 mesh e 38,11%), enquanto a pirólise da casca do fruto do baru obteve rendimentos maiores de bio-óleo (>44,89%). Na caracterização dos carvões, observouse que altas temperaturas relativas de pirólise, reduzem o teor de voláteis e a densidade e elevam o PCS e o teor de cinzas do carvão. Na caracterização do bio-óleo, observou-se que o obtido pela casca do fruto do baru possui maiores valores de acidez (184,72 a 193,54 mgKOH/g) se comparado as outras duas biomassas (jatobá e pequi), tornando este bio-óleo mais corrosivo. O bio-óleo proveniente da pirólise do caroço de pequi obteve resultados maiores de viscosidade (24,33 a 14,52 mm2/s), já que a biomassa in natura é muito oleaginosa. Em relação ao enxofre, o bio-óleo do caroço de pequi obteve também resultados maiores variando de 682,9 a 953,7 ppm, podendo aumentar as emissões de poluentes. A densidade dos bio-óleos do baru e do jatobá tiveram resultados bem semelhantes (1,02 a 1,05 g/cm3) ao utilizar a temperatura mais baixa de 430°C e o bio-óleo do caroço de pequi apresentou resultados de densidades menores (0,86 a 0,95 g/cm3). Já na gaseificação estagiada, comparou-se o rendimento do bio-óleo da casca do fruto do baru na pirólise que foi de 44,89%, enquanto que no bio-óleo do carvão da casca do fruto do baru obtido na gaseificação foi de 6,52%, mostrando uma redução de 85,48% da quantidade de alcatrão. / The energy recovery using biomass steaming from forestry and industrial sludges has been widely searched. Regarding conversion technologies, pyrolysis and gasification form important thermochemical processes on coal, bio-oil, and gas production, which in addition to adding value to the by-product, diversify the energetic applications. Although the study of these conversion technologies is not recent, there are still problems found in the various types of existing reactors, for example, the tar generated that provides high costs with the cleaning of gases. In view of the context, the general objective of this work is to study the biomass of the Cerrado – the bark of the jatobá (Hymenaea stigonocarpa Mart.) tree, the bark of the baru (Dipteryx alata Vog.) fruit and the pequi (Caryocar brasiliense Camb.) stone as potential in the use of pyrolysis technology focused on staged gaseification. For this, the biomasses studied were previously characterized in order to understand and predict the influence characteristics in the final products, besides understanding the reaction mechanisms of the pyrolysis by calculating the kinetic energy. The results of the characterization of the materials showed that the high lignin content of the bark of the jatobá (Hymenaea stigonocarpa Mart.) tree can influence a higher yield of coal when compared to the other biomasses. The activation energy of the pequi (Caryocar brasiliense Camb.) stone calculated by the Osawa, K-A-S and Starink methods is lower (75.666 kJ/mol to 80.084 kJ/mol) indicating that the energy required of this fuel to initiate a reaction is lower. The thermal degradation experiments were performed in a slow pyrolysis reactor with two particle sizes (> 40 mesh and 38.11%), while pyrolysis of the bark of the baru (Dipteryx alata Vog.) fruit obtained higher yields of bio-oil (>44.89%). In the characterization of the coals, it was observed that high relative pyrolysis temperatures reduce the volatile content and the density and increase the HHV (Higher Heating Value) and the ash content of the coal. In the characterization of the bio-oil, it was observed that the bark of the baru (Dipteryx alata Vog.) fruit had higher acidity values (184.72 to 193.54mgKOH/g) when compared to the other two biomasses (jatobá and pequi), making this bio-oil more corrosive. Bio-oil from pequi (Caryocar brasiliense Camb.) pyrolysis obtained higher viscosity results (24.33 to 14.52mm2/s), since the in natura biomass is very oleaginous. In relation to sulfur, pequi (Caryocar brasiliense Camb.) bio-oil also obtained higher results ranging from 682.9 to 953.7ppm, which could increase pollutant emissions. The density of the baru (Dipteryx alata Vog.) and jatobá (Hymenaea stigonocarpa Mart.) bio-oils had very similar results (1.02 to 1.05g/cm3), using the lowest temperature of 430°C and the pequi (Caryocar brasiliense Camb.) stone bio-oil showed results of lower densities (0.86 to 0.95g/cm3). In the staged gasification, the yield of the bio-oil of the bark of the baru (Dipteryx alata Vog.) fruit in the pyrolysis was 44.89%, whereas the bio-oil of the coal of the bark of the baru (Dipteryx alata Vog.) fruit obtained 6.52% in the gasification, showing a reduction of 85.48% of the amount of tar.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.unb.br:10482/25263 |
| Date | 17 August 2017 |
| Creators | Miranda, Mara Rúbia da Silva |
| Contributors | Veras, Carlos Alberto Gurgel |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UnB, instname:Universidade de Brasília, instacron:UNB |
| Rights | A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data., info:eu-repo/semantics/openAccess |
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