Desenvolvimento do processamento por pirólise rápida de resíduos ligno-celulósicos para melhoria do bio-óleo

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Raymundo, Lucas Manique
• Orientador(a): Trierweiler, Jorge Otávio, Trierweiler, Luciane Ferreira
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Pirólise; Biomassa lignocelulósica; Bio-óleo
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/255321

A agroindústria do Brasil gera anualmente cerca de 330 milhões de toneladas de biomassas residuais, materiais que por vezes não possuemaplicação. A Pirólise é um processopropostopara o tratamento e agregação de valoraos resíduos agrícolas. Setrata da degradaçãotérmica da biomassa na ausência adição de oxigêniona atmosferareativa,onde a biomassaé desvolatilizadae convertida em carvão (biochar), produtos líquidos e gases combustíveis. A geração de líquido(bio-óleo) é o quediferencia a pirólise dastecnologias de carbonização e gaseificação, é um produto economicamente interessanteporque pode ser armazenado etem potencial para seraplicado como precursor de combustíveisou comofontede químicose outrosprodutosde maior valor agregado. Omaior desafio para autilizaçãodatecnologiadepirólisena conversãode resíduosestájustamente emencontrar a aplicação de seus produtos líquidos,uma vez que são uma misturacomplexa e instável. No presente trabalho, foram propostase estudadas técnicas demelhoria dosprodutos de pirólise rápida em reator de leito fluidizadoatravés de modificações do processo. Nos primeiros quatroestudos se objetivou aprimorara estabilidadeda fração orgânica do bio-óleo através da redução de seu teor de oxigênio, pensando em suaaplicação posterior como precursor de combustíveis renováveis. Noúltimo estudo foi demonstradaumatécnica de aprimoramento do bio-óleo através da sua separação emfrações,para as quaissão previstas outras aplicações. Nos doisprimeiros estudos foi desenvolvido o processo de craqueamento térmico dos vapores depirólise de capim e casca de arroz em temperaturasentre 500°Ce 750°C, utilizando ainda o carvão produzido comoum catalisador. Chegou-se a umaredução doteor de oxigêniodo bio-óleodecerca de 40% em massa para 20%em massa, porém aocustode uma redução de rendimento de bio-óleo de 20% a 30% da massa de biomassa para cerca de 10%. No terceiro estudo foi experimentada a co-alimentação de compostos de cálcio (CaO, Ca(OH)2 e Ca(COOH)2) com biomassa, com a ideia de modificar a atmosfera reativa de pirólise com a sorção de CO2 e liberação de H2O, H2 e CO pela reação dos compostos co-alimentados. Novamente foram gerados bio-óleos com cerca de 20% em massa de oxigênio e com rendimentos da ordem de 10% da massa de biomassa, o que foi possível em temperaturas menores do que no craqueamento térmico, mas com uma adição de complexidade ao processo devido à adição dos compostos à biomassa e a mistura do biochar com outros produtos sólidos. No quarto estudo apresentado foi realizado o craqueamento catalítico ex-situ dos vapores de biomassa, ou seja, em um reator secundário situado após a separação de biochar. Nesse caso foi possível produzir bio-óleo rico em hidrocarbonetos aromáticos, principalmente benzeno, tolueno e xilenos que compõem até 80% do bio-óleo, sendo que seu teor de oxigênio foi estimado como inferior a 4% em massa e o rendimento de 5% a 8%. As tecnologias estudadas atingiram o objetivo de desoxigenação do bio-óleo, entretanto o rendimento de bio-óleo foi reduzido e sabe-se que é fator crítico para a viabilidade econômica do processamento por pirólise. Sendo assim, no último estudo foi demonstrada uma separação em linha de frações de bio-óleos oxigenados, obtidos em maior rendimento. Utilizando uma coluna para condensação fracionada, a técnica permitiu demonstrar a separação de frações de bio-óleo com menores perdas de compostos orgânicos com a formação de coque, com apenas 5% de perdas em comparação aos 50% observados na destilação fracionada de bio-óleo. Ainda, o processo demonstrado é interessante, pois abre a possibilidade de aproveitamento do calor do processo de pirólise como recurso de aprimoramento dos produtos, onde, com maior desenvolvimento, as frações geradas podem ser fontes de açúcares, compostos para resinas, ácidos orgânicos etc. Como próximos passos estão previstas as avaliações técnicas e econômicas dos processos estudados nesta tese, além de outros estudados pelo grupo de pesquisa, para definição de quais tecnologias serão desenvolvidas mais intensamente e, ou, em escala piloto.