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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Contribuição ao estudo cinético e balanço energético da pirólise autotérmica da palha de cana-de-açúcar através de análises termogravimétricas e calorimetria
metadata.dc.creator: Ferreira, Rondinele Alberto dos Reis
metadata.dc.contributor.advisor1: Soares, Ricardo Reis
metadata.dc.contributor.referee1: Assunção, Rosana Maria Nascimento de
metadata.dc.contributor.referee2: Cardoso, Dilson
metadata.dc.description.resumo: Neste trabalho estudou-se a cinética da pirólise da palha de cana-de-açúcar e o calor requerido para a decomposição térmica da biomassa através de Análise Termogravimétrica (TGA) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) em atmosfera inerte e oxidante. Foi realizada a caracterização da biomassa (análise imediata, elementar, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier - FTIR, quantificação da lignina, obtenção da holocelulose e celulose. O cálculo da energia de ativação (Ea), calor requerido para o processo de pirólise da biomassa e porcentagem de resíduo remanescente após a degradação da palha de cana foram estudados com base em um estudo preliminiar da influência de porcentagem de oxigênio utilizando uma taxa de aquecimento de 5, 10 e 20 ºC/min (50 mL/min) no processo de termoconversão. Em vista dos resultados preliminares obtidos, foi elaborado um planejamento de experimentos (Planejamento Composto Central - PCC) com o objetivo de otimizar o processo de pirólise da biomassa (palha de cana-de-açúcar). O processo de decomposição da biomassa ocorreu entre 250 e 515°C para a atmosfera 3% O2 (95% de perda de massa após o processo de pirólise), 250 e 501ºC para atmosfera 20% O2 (93% de perda de massa) e entre 250 e 600ºC para atmosfera inerte (92% de perda de massa). Através do modelo de Flynn-Ozawa-Wall (FOW) foram obtidos os valores da Ea para pirólise da palha, onde a atmosfera 3% O2 apresentou a menor faixa (101-130 kJ/mol) em comparação com atmosfera de inerte e 20% O2. Entretanto, para o calor requerido, a atmosfera 20% O2 e taxa de aquecimento de 20ºC/min (50 ml/min) apresentou um menor valor de calor requerido, 161 kJ/kg, indicando que maiores taxas de aquecimento e % de oxigênio resultam em menor exigência energética para o processo. Com as faixas estudadas não foi possível obter um ponto ótimo para as respostas calor requerido e porcentagem de resíduo remanescente após a termoconversão. Portanto, de acordo com a análise das superfícies ajustadas, a menor exigência de fornecimento de energia para o processo de pirólise (calor requerido) sucedeu-se quando a porcentagem de oxigênio na mistura dos gases encontrou-se bem próximo do nível central (10% O2) e a taxa de aquecimento aumentou dentro das faixas estudadas, independentemente dos valores de fluxo total de gás. Em relação à porcentagem de resíduo remanescente, esta diminui conforme a taxa de aquecimento diminui e a porcentagem de oxigênio na mistura dos gases aumenta. Na análise conjunta das duas respostas observou-se que as variáveis nos níveis centrais (X1, X2 e X3 iguais a 0) resultou na otimização do processo de pirólise, com calor requerido e % resíduo remanescente de aproximadamente 181,74 kJ/kg e 9,89% respectivamente. Concluiu-se então que, dentro das faixas estudadas, a pirólise oxidativa apresentou-se como um dos meios mais viáveis para a produção de bio-óleo através de biomassas lignocelulósicas, visto que, atualmente, as condições investigadas demonstraram que os melhores valores para realização do processo em escala de bancada são: concentrações de oxigênio e taxas de aquecimento em torno do nível central, 10% e 25ºC/min, respectivamente, independente do fluxo total de gás, para a tecnologia de pirólise, gerando um regime autotérmico, otimizando e viabilizando todo o processo.
Abstract: In this work, it was studied the kinetics of sugarcane straw pyrolysis and the required heat for the biomass degradation using thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) under oxidative and inert atmosphere.The biomass characterization was performed using ultimate and elemental analyses, infrared spectroscopy (FTIR), lignine, holocellulose and cellulose quantification. The activation energy (Ea), required heat for biomass pyrolysis and percentage of remnant residues after biomass degradation were evaluated in base of a preliminary study using different oxygen percentages at increasing temperature using three heating rate 5, 10 and 20 ºC/min (50 mL/min). Moreover, in the base of the obtained results, it was performed an experiment planning (Central Compound Planning CCP) in order to optimize the biomass pyrolysis process (sugarcane straw). The biomass decomposition process occurred between 250 and 515ºC using 3% O2 (95% weight loss after pyrolysis process), between 250 and 501ºC using 20% O2 (93% weight loss) and between 250 and 600ºC under inert atmosphere (92% weight loss). The Ea values for the sugarcane straw pyrolysis were obtained in the base of Flynn-Ozawa-Wall (FOW) model. In this context, the lowest Ea value for sugarcane straw pyrolysis was 101-130 kJ/mol when 3% O2 was used. On the other hand, using 20% O2 in a heating rate of 20ºC/min (50 ml/min) for the sugarcane straw pyrolysis, the required heat was the lowest, 161 kJ/kg. In this case, the pyrolysis process needed less energy for the entire process. So, according with the adjusted surface analyses showed that, under the evaluated conditions, the lowest required heat occurred when the percentage of O2 was around 10% and the heating rate increased independently of the used total gas flow. Nevertheless, in the case of remnant residues percentage, this value was the lowest when the heating rate decreased and the oxygen percentage increased. In the analysis of two results showed that the variables in the central level (X1, X2 and X3 equal 0) resulted in optimizing the pyrolysis process to heat required and % remaining residue from about 181.74 kJ/kg and 9, 89%, respectively. It was concluded then that, within the ranges studied, the oxidative pyrolysis was presented as one of the best practicable means for the production of bio-oil through lignocellulosic biomass, as currently investigated conditions showed that the best values for achieving the process bench scale are: oxygen concentrations and rates of heat around the central 10% and 25°C/min, respectively, regardless of the total flow of gas to the technology of pyrolysis, generating a system autothermal, optimizing and enabling the process.
Keywords: Biomassa
Pirólise
Palha de cana-de-açúcar
Análise térmica
Análise térmica
Autotérmico
Palha de cana-de-açúcar
Thermal analysis
Biomass
Autothermal
Sugarcane straw
Pyrolysis
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Citation: FERREIRA, Rondinele Alberto dos Reis. Contribuição ao estudo cinético e balanço energético da pirólise autotérmica da palha de cana-de-açúcar através de análises termogravimétricas e calorimetria. 2012. 81 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2012.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15194
Issue Date: 30-Jul-2012
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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