Avaliação da influência do catalisador ferrita de magnésio (MgFe2O4), suportado em estruturas porosa a base de alumina, no craqueamento catalítico dos vapores de pirólise de biomassa para produção de bio-óleo

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Hauschild, Tailane
• Orientador(a): Bergmann, Carlos Perez
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Catalisadores; Ferritas; Pirólise; Biomassa
• Palavras-chave em Inglês: Catalyst; Magnesium ferrite; Combustion in solution; Pyrolysis; Bio-oil
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/231556

Este trabalho objetivou desenvolver catalisadores de ferrita de magnésio (MgFe2O4), visando o aumento da eficiência energética no craqueamento termoquímico de biomassa para produção de bio-óleo. Procedeu-se a concepção, montagem e operacionalização de um sistema termoquímico para estudo de pirólise térmica e catalítica, constituído por forno/reator de pirólise e forno/reator de catálise acoplado, ambos de leito fixo horizontal. A MgFe2O4 foi suportada em cilindros porosos comerciais a base de Al2O3 por síntese de combustão em solução. Os suportes de Al2O3 foram mantidos em banho na formulação (2 moles de nitrato de ferro para 1 mole de nitrato de magnésio com 7/3 de anidrido maleico) e submetidos a combustão em forno elétrico a 500°C. O catalisador desenvolvido foi caracterizado por Difração de Raios X, Microscopia Eletrônica de Varredura com Detector de Energia Dispersiva, espectroscopia Raman, Método Brunauer-Emmet-Teller, Porosidade Aparente, Absorção de Água e Densidade Aparente. As amostras do catalisador (MgFe2O4) em pó apresentaram escala nanométrica (28nm), uma área superficial específica de 15,04 m2/g, os modos Raman ativos identificados em 217, 319, 468, 537 e 681 cm-1. Os catalisadores suportados apresentaram uma área superficial específica entre 5,34 e 5,68 m2/g. A predominância da concentração de Fe, em detrimento do Al, na superfície dos catalisadores suportados e o aumento de concentração de Mg, relativamente ao observado para o suporte de alumina, mostrou que foi possível suportar o material catalítico. Nos experimentos de pirólise foi utilizada uma taxa de aquecimento de 30 °C/min, uma temperatura de 550 °C e patamar de 30 minutos. Foram realizados ensaios de pirólise térmica, e ensaios com o suporte de alumina, como condição de referência na avaliação do efeito do catalisador sobre os produtos de pirólise, e ensaios de pirólise catalítica (ex-situ). Foi realizada a análise gravimétrica dos produtos de pirólise (carbonizado, óleo, gás). Realizou-se a separação das frações aquosa e pesada do bio-óleo e a sua caracterização quanto ao conteúdo de água. A fração pesada do bio-óleo foi caracterizada quanto a composição elementar e poder calorífico. A produção média de bio-óleo foi de 60 e 58,5 wt.% para pirólise térmica e pirólise catalítica, respectivamente. A concentração de H2O no bio-óleo da pirólise catalítica foi mais elevada face ao bio-óleo da pirólise térmica, passando de 13,04 a 13,58 wt.% e de 49,18 a 51,27 wt.% na fração pesada e fração aquosa do bio- óleo, respectivamente. A fração pesada do bio-óleo (em base seca) produzido por pirólise térmica apresentou 77,29 wt.% de carbono (C), 2,17 wt.% de nitrogênio (N), 8,64 wt.% de hidrogênio (H), e 11,90 wt.% de oxigênio (O), e a fração pesada produzida por pirólise catalítica apresentou uma variação entre 68,32 a 77,79 wt.% de C, 1,37 a 2,40 wt.% de N, 9,18 a 9,25 wt.% de H e 11,57 a 21,07 wt.% de O. Para a fração pesada do bio-óleo da pirólise catalítica, o poder calorífico superior (PCS) (37,75 MJ/kg bio-óleo(bs)) e o poder calorífico inferior (PCI) (30,06 MJ/kg bio-óleo(btq)), são ligeiramente superiores aos observados na pirólise térmica, PCS (36,90 MJ/kg bio-óleo(bs)) e PCI (29,93 MJ/kg bio-óleo(btq)).