PROCESSO DE CONVERSÃO À BAIXA TEMPERATURA - CBT

Transcrição

1 7º SIMPÓSIO NACIONAL DE BIOCOMBUSTÍVEIS PROCESSO DE CONVERSÃO À BAIXA TEMPERATURA - CBT Prof. Dr. Francisco Ferreira Dantas Filho Universidade Estadual da Paraíba - UEPB 2014

2 Pirólise Definição: Degradação térmica de qualquer material orgânico na ausência parcial ou total de oxigênio. Características: Reação endotérmica. Processo energeticamente auto-sustentável. Faixa de temperatura: 300 a 1000 C Reação em fase gasosa (reações radicalares, reações de hidrogenação e de condensação). Produtos: sólido, líquido e gás.

3 Tabela 1 Classificação dos processos pirolíticos Parâmetros Pirólise lenta Pirólise rápida Pirólise flash Temperatura da pirólise ( C) Taxa de aquecimento ( C.s 1 ) 0, >1000 Tamanho de partícula (mm) 5 50 <1 <0,2 Tempo de residência do sólido (s) ,5 10 <0,5 Fonte: DERMIBAS; ARIN (2009)

4 Conversão à Baixa Temperatura A Conversão à Baixa Temperatura (CBT): é um processo termoquímico que ocorre entre ºC, em atmosfera inerte. Ou seja, uma pirólise a baixa temperatura, com taxa de aquecimento de 15ºC/min, em um período de 2 horas. Produtos da CBT: Óleo (Óleo de Pirólise); Carvão pirolítico; Água de Pirólise; Gases (material não condensável).

5 BIOMASSAS GRUPOS GRUPO 1 Biomassas agrícolas GRUPO 2 Lodos de ET GRUPO 3 Borras GRUPO 4 Resíduos industriais GRUPO 5 Outros

6 LES Energia renovável Processo de Conversão à Baixa Temperatura - CBT

7 LES

8 Tabela 2 Caracterização físico-química do LES Parâmetros LES Umidade (%) 80 Tabela 4.1 Caracterização físico-química do LES ph 7,5 Cinzas (%) 56 Poder calorífico (MJ/Kg) 20,97

9 Análise elementar (C,N e H) presentes no LES Tabela 3 Dados obtidos da análise elementar do LES Amostra C (%) N (%) H (%) O (%) LES 18,84 2,41 3,53 75,22

10 Análise química do LES por fuorescência de raios X por energia dispersiva (EDX) Tabela 4 Composição elementar da fração inorgânica do LES obtido pela análise de EDX Compostos Concentração decompostos inorgânicos no LES (% em peso) SiO 2 33,729 Al 2 O 3 15,690 SO 3 14,774 Fe 2 O 3 13,703 CaO 10,791 P 2 O 5 6,239 K 2 O 2,387 TiO 2 1,418 BaO 0,599 ZnO 0,392 MnO 0,122 CuO 0,098 Cr 2 O 3 0,044 MoO 3 0,013

11 LODO SECO

12 OBTENÇÃO DO BIO-ÓLEO Heraeus R/O Forno 2 Biomassa / LES 3 Lã de vidro 4 Controlador de Temperatura 5 Suprimento de N 2 6 Condensador 7 Funil de Separação 8 Lavagem de Gases 9 Proveta de Recolhimento Fonte: Romeiro (2009)

13 Procedimentos utilizados para obtenção do bio-óleo através do Processo - CBT Biomassa/LES Secagem (80º C em estufa) Conversão à Baixa Temperatura CBT ( ºC) Fração Orgânica (Bio-óleo) Fração Sólida (Carvão) Fração Aquosa (Água de Pirólise) Fração Gasosa (Gás de Pirólise)

14 Separação do bio-óleo da fração aquosa

15 Produtos obtidos através do processo de Conversão à Baixa Temperatura (CBT) (a) (b) Bio-óleo (a) e carvão (b) obtidos através da Conversão à Baixa Temperatura do LES

16 Tabela 5 Rendimento médio dos produtos obtidos da pirólise do LES em base úmida e seca Base Fração Rendimento (%) Carvão 33,6 Úmida Bio-óleo 3,8 Gás 7,6 Água de pirólise 55,2 Carvão 57 Seca Bio-óleo 9 Gás 14,22 Água de pirólise 19,55

17 Composição dos óleos de Pirólise São misturas de moléculas de tamanhos diferentes; são derivados da despolimerização e fragmentação da celulose, hemicelulose e lignina; Varia de acordo com os parâmetros utilizados durante a pirólise; De uma forma geral pode se dizer que o bio-óleo é uma mistura complexa, altamente oxigenada com uma grande quantidade de moléculas de alta massa molecular, que são quase todas compostos orgânicos oxigenados, como ésteres, éteres, aldeídos, cetonas, fenóis, ácidos carboxílicos e álcoois.

18 Tabela 6 Solubilidade do bio-óleo Solvente Hexano Benzeno Clorofórmio Diclorometano Etanol Metanol Acetato de etila Solubilidade Parcialmente solúvel solúvel solúvel solúvel solúvel solúvel solúvel

19 Cromatografia com espectrometria de massa (CG/MS) do bio-óleo Tabela 7 Substâncias identificadas no bio-óleo por Cromatografia com Espectrometria de massa CG/EM no bio-óleo T.R. # Tempo de Retenção Pico % Fórmula molecular T.R.* (min) 1 12,95 C 10 H 22 3, ,91 C 11 H 24 4,96 3 9,26 C 6 H 12 O 10, ,69 C 15 H 26 O 11, ,41 C 10 H 14 13,90 6 4,18 C 16 H 24 14, ,26 C 18 H 35 N 15, ,09 C 10 H 21 N 15, ,35 C 12 H 22 O 17, ,75 C 24 H 38 O 4 21, ,46 C 29 H 52 S 23, ,67 C 29 H 52 S 23,617 T.R.# Tempo de Retenção

20 Tabela 8 Análises físico-químicas e elementar CHNS do bio-óleo Propriedades Físico-Químicas Unidades Bio-óleo de pirólise Diesel de petróleo Método de ensaio ph - 7,1 potenciométrico Viscosidade cinemática a 40ºC cst (mm 2 /s) 15,6 mm 2 /s 2,5-5,5 ASTM D445 Ponto de Nevoa ºC Não detectado - ASTM D6371 Ponto de Fluidez ºC 4,0ºC ASTM D4809 C %massa 71 H %massa 8,1 N %massa 5,6 S %massa 0 Estabilidade à Oxidação a 110 C PetroOXY, h:min:s 15,6 ABNT NBR 10441

21 Utilização dos óleos de Pirólise As propriedades observadas no óleo de pirólise como os altos teores de oxigenados e água, a alta viscosidade, a instabilidade térmica e a corrosividade, inviabilizam a utilização direta desse óleo como um biocombustível; Otimização desses processos redução da quantidade de subprodutos indesejáveis. ASTM D O óleo de pirólise produzidos a partir de biomassa pode ser utilizado em fornos industriais. Este tipo de biocombustível não é destinado ao uso em aplicações de aquecedores residenciais, pequenas caldeiras comerciais, motores, ou aplicações marítimas.

22 CARVÃO DE PIRÓLISE

23 Tabela 9 Parâmetros físico-químicos e análise elementar do carvão Outros Trabalhos Parâmetros Analíticos (%) Pedroza (2011) Hossain et al.; (2009) Pokorna et al.; (2009) Umidade 7,9 9,2 1,0 - Cinzas 70,1 68,7 81,8 - Material volátil 16,8 18,1 15,3 - Carbono fixo 4,2 4,0 1,9 - C 28,00-16,20 24,50 H 3,30-0,54 12,10 N 3,70-1,84 19,80 S 4, O 60,

24 Obrigado!