Investigação das condições operacionais para produção de bio-óleo e biochar a partir de bagaço de cana-de-açúcar por meio de simulação e aplicação em planta piloto

Autor(es)

Nahieh Toscano Miranda

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Química
• Data de defesa: 2018-07-31

Membros da banca

Maria Regina Wolf Maciel; Adriano Pinto Mariano; Eduardo Augusto Caldas Batista

• Orientador: Maria Regina Wolf Maciel; Rubens Maciel Filho

Resumo

Há uma incessante busca por alternativas aos combustíveis fósseis associados aos impactos ambientais, que sejam seguras, renováveis e limpas. Dentre os vários processos que têm sido estudados e alguns já desenvolvidos em escala piloto, a pirólise da biomassa, visando à produção de combustíveis líquidos (bio-óleo) e sólidos (biochar), tem recebido especial atenção pelos produtos que são formados e pela importância de mercado. Ressalta-se que o biochar possui ainda aplicações na área de compósitos e materiais. Dentro desse contexto, essa dissertação teve por objetivo investigar as condições operacionais para produção de bio-óleo e biochar, a partir de bagaço de cana-de-açúcar, por meio de simulações computacionais, comissionamento e estudos experimentais em planta piloto de processos termoquímicos. Para realizar todas essas etapas, o bagaço de cana-de-açúcar foi inicialmente caracterizado para identificação de seus componentes pelas análises elementar, imediata e bioquímica, além da análise termoquímica pela técnica de calorimetria exploratória diferencial (DSC). Esses dados e informações foram utilizados para realizar a simulação do processo pelo simulador comercial Aspen Plus® V8.6, para identificar as condições operacionais (temperaturas, pressão e teor de água) e seus impactos nas conversões dos produtos desejados. Após a simulação do processo, com a identificação das condições operacionais mais adequadas, foram realizados procedimentos de reinstalação e adaptação de uma planta piloto de gaseificação, localizada no LOPCA (Laboratório de Otimização de Processos e Controle Avançado)/FEQ/UNICAMP, contendo um reator de leito fluidizado, para possibilitar a ocorrência do processo de pirólise. A produção de bio-óleo foi comprovada pela análise elementar e FT-IR (Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier) e o teor de água foi determinado por Karl Fischer. O biochar, outro produto de grande importância, muito conhecido como negro de fumo, também foi caracterizado por meio de análise elementar, assim como análises por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) com Espectroscopia por Dispersão de Energia de Raios X (EDS), Difração de Raios X (DRX), Adsorção Física (ASAP/BET), para avaliação do tipo de material formado, correlacionando-o com as condições operacionais. Portanto, a adaptação proposta nessa dissertação foi realizada de forma eficiente. A intenção desse trabalho foi contribuir com a área de busca por combustíveis alternativos e renováveis, principalmente fazendo uso da matéria-prima bagaço de cana-de-açúcar, que é importante para o Brasil, mas que não tem sido considerado em pesquisas internacionais com a necessária intensidade por não ser matéria-prima abundante em países do Bloco Europeu, Estados Unidos e Japão, países com tradição em pesquisa neste assunto. Esta pesquisa permitiu identificar as condições operacionais mais favoráveis para desenvolver o processo de produção de bio-óleo e biochar em escala piloto: 500 - 600 °C, 3,1 a 3,5 kg/h de alimentação de bagaço de cana-de-açúcar e 25 - 28 L/min de vazão de ar para fluidização do leito. Já na simulação do processo de pirólise, conseguiu-se verificar que temperaturas mais amenas e pressões mais altas favorecem a produção de líquidos, e o contrário favorece a produção de gases. Como a planta piloto não dispõe de dispositivos para alterar a sua pressão, a temperatura foi considerada a variável mais significativa na distribuição dos produtos, além do tamanho de partículas da biomassa alimentada e seu teor de umidade, e a vazão de ar alimentado. Pesquisas como estas auxiliam no desenvolvimento de projetos de unidades com capacidades de produção maiores, com maiores produtividades e seletividade nos produtos desejados (AU)

• Processo FAPESP: 16/18546-8 - Investigação das condições operacionais para produção de bio-óleo e biochar a partir de bagaço de cana-de-açúcar através de simulação e aplicação em planta piloto
• Beneficiário: Nahieh Toscano Miranda
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado