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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Pirólise rápida de casca de soja: desenvolvimento do reator de leito fluidizado, análise do bio-óleo produzido e do vapor obtido na pirólise analítica
Author: Oliveira, Tiago José Pires de
First Advisor: Ataide, Carlos Henrique
First member of the Committee: Duarte, Claudio Roberto
Second member of the Committee: Vieira, Luiz Gustavo Martins
Third member of the Committee: Cardoso, Cássia Regina
Fourth member of the Committee: Pighinelli, Anna Letícia Montenegro Turtelli
Summary: 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.
Abstract: 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.
Keywords: Pirólise
Casca de soja e biomassa
Pyrolysis
Soybean hulls and biomass
Biomassa
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Language: por
Country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym: UFU
Department: Engenharias
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: OLIVEIRA, Tiago José Pires de. Pirólise rápida de casca de soja: desenvolvimento do reator de leito fluidizado, análise do bio-óleo produzido e do vapor obtido na pirólise analítica. 2015. 212 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15088
Date of defense: 18-Sep-2015
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