3.6 Caract´erisations ´electriques des dispositifs
3.6.4 D´etection d’une particule unique en solution
Os resultados deste trabalho mostraram que é possível contribuir para a redução de resíduos que podem se tornar poluentes na natureza, utilizando-os como matéria- prima no processo de pirólise.
Na análise elementar da biomassa fibra do coco utilizada para o processo de pirólise, foi encontrado um teor de carbono da ordem de 44,18 % o que lhe dar uma boa característica para ser transformada em biocombustíveis. O teor de cinzas (álcalis) pequeno, da ordem de 1,76 % atribui à biomassa uma qualidade superior em relação a outras utilizadas, tendo em vista problemas causados por esses elementos presentes no bio-óleo quando das suas aplicações.
O estudo cinético da degradação térmica das fibras do coco em regime não isotérmico desenvolvido pela Análise Termogravimétrica – ATG, na zona de temperatura entre 440 – 570 oC, e taxa de aquecimento de 5 e 10 oC/min, permitiu encontrar uma energia de ativação da reação na faixa de 130,88 – 70,05 KJ/mol. O maior valor da energia de ativação deve-se provavelmente a uma possível influencia da lignina presente na estrutura da biomassa retardando a degradação da celulose. Pode-se imaginar a necessidade de em outros ensaios de pirólise, desenvolver um estudo de fracionamento da biomassa para extração total ou parcial da lignina.
Pode-se também afirmar que o rendimento dos produtos obtidos da pirólise da fibra do coco em reator de cilindro rotativo foi influenciado pelos parâmetros estudados no processo: temperatura, vazão de gás de arraste e velocidade de centrifugação para condensação dos vapores do bio-óleo. Diante dos resultados obtidos foi possível constatar que o parâmetro que apresentou maior influência no rendimento em bio-óleo foi a temperatura, seguido pela vazão do gás de arraste.
O melhor rendimento de bio-óleo (18,1%) foi obtido para a temperatura da pirólise de 500 °C, vazão de gás de arraste de 100 cm³/min e velocidade de centrifugação de 20 Hz. Nestas condições o rendimento em carvão foi de 21,7%, o de gases não condensáveis de 37,6 % e perdas da ordem de 22,6 %.
O bio-óleo obtido no processo de pirólise da fibra do coco apresenta características de um bio-óleo uma vez que suas propriedades físico-químicas bem como a composição química se encontram dentro das especificações dos bio-óleos obtidos na literatura com diferentes biomassas. No bio-óleo foi identificado pelas
Aneliése Lunguinho Figueiredo Julho de 2011
análises cromatográficas aproximadamente 29 produtos sendo o fenol o de maior composição, seguido pelo sirigol, aceto vanilona e vinil guaicol.
Em relação às propriedades físicas do bio-óleo, o mesmo, nas condições ótimas obtidas, apresenta baixa viscosidade o que pode torná-lo atrativo para determinadas aplicações. Por outro lado, o seu poder calorífico superior foi inferior em relação aos outros bio-óleos obtidos, porém, mesmo assim, não se pode descartar um provável uso como aditivo em combustíveis líquidos. O espectro do IVTF para o bio-óleo, indica a presença de compostos aromáticos e uma variedade de grupos funcionais, o que pode reforçar suas características de um combustível ou aditivo.
Foi constatado que o tempo de armazenamento do bio-óleo influencia a sua viscosidade, em razão da ocorrência de reações dos tipos polimerização, condensação e reações secundárias das moléculas.
Os finos de carvão indicaram uma quantidade significativa de material volátil, assim como o valor do poder calorífico superior foi apreciável quando comparado a outros carvões obtidos por pirólise de biomassa vegetal e combustíveis sólidos de origem fóssil. O espectro do IVTF dos finos de carvão mostra a presença de grupos funcionais e de compostos aromáticos, assim como no bio-óleo originados da estrutura química da lignina, celulose e hemicelulose existente na biomassa.
Maiores temperaturas promovem a formação de finos de carvão e provavelmente favoreçam tambám os produtos gasosos. A fração gasosa demonstrou ter como principais componentes o CO, CO2 e H2 que podem ser utilizados para fornecer energia ao próprio processo de pirólise.
Para uma continuidade do presente trabalho sugere-se:
1- No estudo cinético desenvolvido por Análise Termogravimétrica, empregar taxas de aquecimento superiores a 15 oC/min (desde que o equipamento permita), a fim de se obter no mínimo três pontos para uma melhor estimativa da energia de ativação e reduzir o tempo de aquecimento no período do regime não isotérmico;
2- Eliminar a alimentação secundária da biomassa e alimentá-la diretamente no reator;
3- Utilizar um sistema de aquecimento do reator que contenha pelo menos 03 zonas de aquecimento redistribuindo o perfil de temperatura uniforme ao longo do reator;
Aneliése Lunguinho Figueiredo Julho de 2011
4- Isolar e aquecer o sistema de separadores de finos de carvão para que seja mantida a mesma temperatura de saída dos vapores do reator;
5- Desde que sejam realizadas as modificações necessárias visando minimizar problemas de entupimento desde alimentação da biomassa após certo tempo de reação, recomenda-se estudar o processo de pirólise das fibras de coco estendendo-se o tempo de reação em período superior a 30 min de reação;
6- Estudar a influencia ou ampliar a faixa de outros parâmetros na reação de pirólise:
a. Rotação do sistema de centrifugação para condensação dos vapores de bio-óleo;
b. Velocidade de rotação do reator de cilindro rotativo com valores superiores a 33,7 rpm;
c. Vazão volumétrica do gás de arraste; d. Tamanho de partículas da biomassa;
7- Desenvolver o processo de pirólise com acionamento do sistema de bombeamento de água do reservatório de extrato ácido o que poderá reduzir ou controlar a viscosidade do bio-óleo obtido;
8- Melhorar e aperfeiçoar o sistema de condensação secundária dos vapores pirolíticos tendo em vista a condensação parcial promovida pelo atual sistema de centrifugação;
9- Analisar on-line os gases não condensáveis oriundos do processo da pirólise; 10- Desenvolver uma metodologia de fracionamento e análise do bio-óleo para fins
de injeções nos cromatógrafos;
11- Estudar o melhor tipo de regime em função da velocidade de rotação a ser adotado no reator de cilindro rotativo e averiguar a influencia deste no rendimento do bio-óleo obtido a partir da reação de pirólise;
12- Avaliar através de um estudo com traçadores sólidos o tempo de residência de vapores produzidos na unidade nas mesmas condições do processo de pirólise; 13- Desde que seja possível ampliar o tempo de reação, sugere-se quantificar a
massa de bio-óleo, finos de carvão e fase gasosa não condensável no tempo, a fim de desenvolver um modelo cinético macroscópico.
Referências
ADÃO, D.C. Avaliação físico-química de bio-óleo e biocombustível como aditivo para
combustíveis fósseis. 2006. [s.n]. Dissertação (Mestrado em Química dos Recursos
Naturais). Universidade Estadual de Londrina, Londrina.
AGENCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS. Resolução ANP Nº 42, de 16.12.2009 – DOU 17.12.2009. Disponivel em: http://www.recap.com.br/pdfs/portarias/anp42.pdf. Acessado em: março de 2011.
ANDRADE, A.M. et al. Pirólise de resíduos do coco-da-baía (Cocos nucifera Linn) e análise do carvão vegetal. Revista Árvore, v. 28, n. 5, p. 707-714, 2004.
BANDYOPADHYAY, S.; CHOWDHURY, R.; BISWAS, G.K. Transient behavior of a coconut shell pyrolyzer: a mathematical analysis. Ind. Eng. Chem. Res, n. 35, p. 3347- 3355, 1996. American Chemical Society.
BARBOSA, L.C.A. Espectroscopia no Infravermelho na caracterização de compostos
orgânicos. Viçosa: Ed. UFV, 2007.
BERNDES, G.B.; HOOGWIJK, M.; BROEK, R.V.D. The contribution of biogamass in the future global energy supply: a review of 17 studies. Biomass and Bioenergy, n. 25, p. 1-28, 2003.
BERRUECO, C. et al. Pyrolysis of waste tyres in na atmospheric static-bed batch reactor: Analysis of the gases obtained. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, n. 74, p. 245 – 253, 2005.
BRASIL. Empresa de Pesquisa Energética. Balanço Energético Nacional 2008: Ano base 2007: Resultados Preliminares. Rio de Janeiro: EPE, p. 44: 17 il.; 14,8 cm, 2008.
Disponível em:
<http://www.worldenergy.org/documents/resultados_pre_ben_2008.pdf>. Acesso em: 10 de janeiro 2010.
BRIDGWATER, A.V. Review of Thermochemical Biomass Conversion. Energy
Research Group, Aston University, Birmingham, Crown Copyright, p. 76, 1991.
BRIDGWATER, A.V; PEACOCKE, G.V.C. Fast pyrolysis processes for biomass.
Renew. Sust. Energy Rev. n. 4, p. 1 – 73, 2000.
BRIGWATER, T. Biomass Fats Pyrolysis. Bioenergy Research Group, Aston University. Birmingham, UK, 2007.
BRÍGIDA, A.I.S. et al. Effect of chemical treatments on properties of Green coconut fiber. Carbohydrate Polymers, n. 79, p. 832 - 838, 2010.
BROWN, G. et al. Biomass Applications. Centre for Energy Policy and Technology. Imperial College London, UK.
CAMARGO, F. L. Estudo da pirólise rápida de bagaço de cana em reator de leito
fluidizado borbulante. 2006. [s.n]. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) –
Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica. Campinas, SP.
CORTEZ, L.A.B. et al. Processamento de casca e fibra de coco verde por carbonização para agregação de valor. Brazilian Journal of Biosystems Engineering, 2009.
DINIZ, J. Conversão Térmica de casca de arroz à baixa temperatura: produção de
bioóleo e resíduo sílico-carbonoso adsorvente. 2005. [s.n]. Tese (Doutorado em
Química) – Universidade Federal de Santa Maria. Santa Maria, RS.
ERHARDT, T. et al. Curso Técnico Têxtil – Física e Química Aplicada – Fibras Têxteis – Tecnologia. São Paulo: Pedagógica e Universitária Ltda / EDUSP; Universidade de
São Paulo, p. 88, v. 1, 1976.
FERREIRA, J.M.S.; WARWINCK, D.R.N.; SIQUEIRA, L.A. A cultura do coqueiro no Brasil. EMBRAPA-SPI, 2. ed. - Brasília, DF, p. 292, 1998.
FIGUEIREDO, J.L.; ALVES, S.S. Wood Pyrolysis in encyclopedia of environmental control technology. Houston: Gulf, v.1, Thermal Treatment of Hazardous Wastes, p. 282-286, 1989.
FONTES, L.A.O. Desenvolvimento de um pirolisador de cilindro rotativo para
obtenção de bio-óleo. Qualificação de Doutorado (Doutorado em Ciência e Engenharia
do Petróleo). Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN, Natal – RN, 2011. FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE UNITED NATIONS – FAO (2008). Disponivel em: http://faostat.fao.org/. Acessado em: julho de 2010.
GÓMEZ, E.O. et al. Projeto de pirólise rápida contínua de biomassa com ar em reator de leito fluidizado atmosférico. Scielo Poceedings, An.3.Enc.Energ. Meio Rural 2003.
GÓMEZ, E.O. A tecnologia de pirólise no contexto da produção moderna de biocombustívies: Uma visão perspectiva. Março de 2009. Disponível em: www.biopetroleo.com.br. Acesso em: abril de 2009.
HUMBER, G.W.; IBORRA, S.; COMA, A. Synthesis of transportation fuels from biomass: chemistry, catalysis, and engineering. Chemical Reviews, n. 106, p. 4044 – 4098, 2006.
JOSÉ, H.J. Combustão e combustíveis. 2004. Apostila Química Tecnológica Geral - Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, Centro Tecnológico – CTC, Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos – EQA, Laboratório de Energia e Meio Ambiente – LEMA, Florianópolis. Disponível em: <http//www.lema.enq.ufsc.br/Arquivos/Apostilacombustaocombustiveis.pdf>. Acesso em: 20 novembro 2009.
LACLAIRE, C.E.; BARRET, C.J. Technical, Environmental and Economic Feasibility
of Bio-oil in New Hampshire’s North Country. Chemical Engineering Department.
LEIVA, C.R.M. O emprego da termogravimetria na determinação da energia de
ativação no processo de combustão de oleos combustíveis. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Mecânica) – Universidade de São Carlos, Escola de Engenharia de São Carlos. São Carlos, 2005.
LI, A. M. et al. Experimental studies on municipal solid waste pyrolysis in a laboratory- scale rotary kiln. Energy, n. 24, p. 209-218, 1999.
MARTINI, P.R.R. Conversão Pirolítica de bagaço residual da indústria de suco de
laranja e caracterização química dos produtos. 2009. [s.n]. Dissertação (Mestrado em
Química) - Universidade Federal de Santa Maria. Santa Maria, RS.
MARTINS, A.F.et al. Caracterização dos produtos líquidos e do carvão da pirólise de serragem de eucalipto. Quimica Nova. Vol. 30, n. 4, p. 873-878, 2007.
MATOZZO, V. Principais problemas ambientais ligados às fontes de energia, 2001. Disponível em: <http://www.guiafloripa.com.br/ energia/ambiente/
problemas_ligados_energia.php>. Acesso em: 2 janeiro 2010.
MELLMANN, J. The transverse motion of solids in rotating cylinders – forms of motion and transition behavior. Powder Technology, n. 118, p. 251-270, 2001.
MESA PÉREZ, J. M. Testes em uma planta de pirólise rápida de biomassa em leito
fluidizado: critérios para sua otimização. 2004. [s.n]. Tese (Doutorado em Engenharia
Agrícola) — Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola. Campinas, SP.
MOTHÉ, C.G; MIRANDA, I.C. de. Characterization of sugarcane and coconut fibers by thermal analysis and FTIR. J Therm Anal Calorim, n. 97, p. 661-665, 2009.
MULLEN, C.A. et al. Bio-oil and bio-char production from corn cobs and stover by fast pyrolysis. Biomass and Bioenergy, n. 34, p. 67 – 74, 2010.
NUNES, M.U.C.; SANTOS, J.R.; SANTOS, T.C. Tecnologia para Biodegradação da Casca de Coco Seco e de outros Resíduos do Coqueiro. Circular Técnica, n. 46, Embrapa. Aracaju, SE. Novembro, 2007.
OASMAA, A; PEACOCKE, C. Properties and fuel use of biomass-derived fast
pyrolysis liquids. A guide. Conversion and Resource Evaluation Ltd. VTT Publications
731, 2010.
ÖZBAY, N. et al. Characterization of bio-oil obtained from fruit pulp pyrolysis. Energy, n. 33, p. 1233 - 1240, 2008.
PANNIRSELVAM, P.V. et al. Desenvolvimento de projeto para a produção de fibra de coco com inovação de tecnologia limpa e geração de energia. Revista Analytica, n. 15, p. 56-62, Fevereiro/Março 2005.
PENEDO, M. Separación y caracterización de fracciones de bio-óleo por pirolisis al
vacío. 2003. Dissertação (Mestrado) – Universidade de Oriente, Santiago de Cuba. Cuba
PEREIRA, A.S. Mudança climática e energias renováveis, 2002. Disponível em: <http//www.comciencia.br>. Acesso em: 15 janeiro 2010.
PINILLA, J. L. et al. A novel rotary reactor configuration for simultaneous production of hydrogen and carbon nanofibers. International Journal of Hydrogen Energy, n. 34, p. 8016-8022, 2009.
PEREIRA, J.C.D. et al. Características da Madeira de algumas espécies de eucalipto plantadas no Brasil. Colombo: Embrapa Florestas, 38, p. 113, 2000.
PLANO NACIONAL DE AGROENERGIA 2006-2011 / Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, Secretaria de Produção e Agroenergia. 2 ed. rev. – Brasília, DF: Embrapa Informação Tecnológica, p. 110, 2006.
QIANG, L.; XU-LAI, Y.; XI-FENG, Z. Analysis on chemical and physical properties of bio-oil pyrolyzed from rice husk. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, n. 82, p. 191 – 198, 2008.
RAAD, T.J.; PINHEIRO, P.C.C.; YOSHIDA, M.I. Equação geral de mecanismos cinéticos da carbonização do Eucalyptus spp. Cerne, Lavras, n.2, p. 93 – 106, 2006. RAMOS, L.P. Aproveitamento Integral de Resíduos Agrícolas e Agroindustriais. 2000.
Disponível em:
http://www.cca.ufscar.br/lamam/disciplinas_arquivos/res/artigo_pretratamento.pdf. Acesso em : 14 de outubro de 2009.
RAVEN, P. H; EVERT, R. F.; EICHHORN, S. E. Biologia Vegetal. 7. ed. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara Koogan, 2007.
RESENDE, F.L.P. de. Comparação entre as técnicas de análise termogravimétrica e
leito fluidizado para pirólise de biomassa. 2003. p. 135. Dissertação (Mestrado em
engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas. Campinas, SP.
RIEGEL, I. et al. Análise termogravimétrica da pirólise da acácia-negra (Acacia
mearnsii de Wild.) cultivada no Rio Grande do Sul, Brasil. Revista Árvore, v. 32, n.3, p.
533 – 543, Viçosa – MG, 2008.
ROCHA, J.D; MESA PÉREZ, J.M; CORTEZ, L.A.B. Aspectos teóricos e práticos do
processo de pirólise de biomassa. Curso ―Energia na Industria de açúcar e álcool‖. Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI. Itajubá, 2004.
ROCHA, J.D. et al. The demonstration fast pyrolysis plant to biomass conversion en Brazil. Proceedings of the VII World Renewable Energy Congress, Germany, p. 5, 2002.
ROCHA, J.D. Pré-tratamento da biomassa. EMBRAPA-AGROENERGIA, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. São Paulo-SP, 26 de fevereiro de 2008.
ROSA, M.F. et al. Processo agroindustrial: obtenção de pó de casca de coco verde. Fortaleza: EMBRAPA, 2001.
SÁNCHEZ, M.E. et al. Effect of Pyrolysis temparature on the composition of the oils obtained from sewoge sludge. Biomass and Bioenergy, n. 33, p. 933-940, 2009.
SENSOZ, S.; ANGIN, D.; YORGUN, S. Influence of particle size on the pyrolysis of rapeseed (Brassica napus L.): fuel properties of bio-oil. Biomass and Bioenergy, n. 19, p. 271-279, 2000.
SILVA, D.J.; QUEIROZ, A.C. Análises de alimentos (métodos químicos e biológicos). Viçosa: Universidade Federal de Viçosa, 2002, 253 p.
SILVEIRA, M. S. Aproveitamento das cascas de coco verde para produção de
briquetes em Salvador – BA. 2008. Dissertação (Mestrado em Gerenciamento e
Tecnologias Ambientais no Processo Produtivo). – Universidade Federal da Bahia. Escola Politécnica. Bahia, BA.
SPECHT, E. et al. Experimental investigation of solid bed depth at the discharge end of rotary kilns. Powder Technology, n. 197, p. 17-24, 2010.
SWITHENBANK, J.; SHARIFI, V.N.; RYU, C. Waste Pyrolysis and Generation of Storable Fuel. The ONYX Environmental Trust. RES/C/6019, 2005.
THE ENERGY EFFICIENCY AND CONSERVATION AUTHORITY. FIDA Engineering Solutions: Remote Bio energy, Reporte Bio-oil Option. Alternative Energy
Solutions. 2007.
TSAI, W.T. et al. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in bio-crudes from induction-heating pyrolysis of biomass wastes. Bioresource Technology, n. 98, p. 1133- 1137, 2007.
TSAI, W.T.; LEE, M.K.; CHANG, Y.M. Fast pyrolysis of rice straw, sugarcane bagasse and coconut shell in an induction-heating reactor. Journal of Analytical and Applied
Pyrolysis, n. 76, p. 230-237, 2006.
TSAMBA, A.J.; YANG, W.; BLASIAK, W. Pyrolysis characteristics and global kinetics of coconut and cashew nut shells. Fuel Processing Technology, n. 87, p. 523- 530, 2006.
UNFCCC. http://unfccc.int/kyoto_protocol/items/2830.php. Acesso em: 18 de outubro de 2009.
VALE, A.T.; BARROSO, R.A.; QUIRINO, W.F. Caracterização da Biomassa e do Carvão Vegetal do Coco-da-Baía (cocos nucifera L.) para Uso Energético. Biomassa &
Energia, v.1, n.4, p. 365-370, 2004.
VELÁZQUEZ, S.M.S.G. A cogeração de energia no segmento de papel e celulose:
contribuição à matriz energética do Brasil. 2000. p. 205. Dissertação (Mestrado em
Energia) – Escola Politécnica, Faculdade de Economia e Administração, Universidade de São Paulo. São Paulo, SP.
VIANNA, A.; VIEIRA, L.S.R.; NASCIMENTO, M.V.G. Manual de aplicação de
sistemas descentralizados de geração de energia elétrica para projetos de eletrificação rural – Energia Biomassa – versão 1. Relatório Técnico ADG-A / PER – 789/00.
Anexo
Procedimentos de análise FDA / FDN (ANKOM) REAGENTES Água destilada PROCEDIMENTO1. Deve-se confeccionar um saco de TNT, e identificá-lo. 2. Colocar na estufa a 105°C por 20 a 30 min.
3. Após retirar o saco da estufa deve ser colocado em um dessecador, por 30 min. 4. Passado o tempo deve se pesar a tara do saco e anotar na tabela.
5. Na balança deve se pesar + 0,550g ASA (0,450 a 0,550) da amostra e colocar no saco de FDN.
6. O saco será selado e levado para o ANKOM.
7. Em seguida deve ser colocada a solução de FDN, ate cobrir as amostras (ATENÇÃO: VERIFIQUE SE A MÁQUINA ESTÁ FECHADA).
8. Deve se ligar à máquina, apertar o botão de agitar e em seguida o de esquentar. 9. Observar quando a temperatura alcançar os 100°C e marcar 1hora.
10. Decorrido este tempo deve recolher a solução (caso seja a primeira vez utilizada).
11. É necessário lavar as amostras, com 3 banhos de água destilada fervida (a lavagem é realizada por 5 min, só com a agitação ligada).
12. Depois de lavar as amostras, elas são levadas para a estufa e deverão ficar por 3 a 4 horas a 105°C, caso não seja aberta a estufa.
13. Em seguida os sacos são colocadas em um dessecador por 30 min e depois pesadas.
CÁLCULOS:
Procedimentos de análise
LIGNINA
Determinação de Lignina pelo método de ―KLASON‖ REAGENTES Água destilada Acetona Solução Klason PROCEDIMENTO 1. Fazer o FDA.
2. Após o FDA, colocar os sacos de TNT na estufa de 2 à 3 horas.
3. Saindo da estufa colocar de molho na solução de Klason (Ácido Sulfúrico a 72%) numa temperatura de 15°C por 3 horas.
4. A cada hora mexer a solução.
5. Desprezar a solução de Klason e retira os sacos de TNT. 6. Lavar os sacos 3 vezes com Água destilada.
7. Colocar os sacos de molho na Acetona por 2 a 3 minutos.
8. Após tirar do molho na acetona, colocá-los em uma bandeja para secar a acetona. ATENÇÃO: Secar a acetona antes de ir a estufa, pois é inflamável.
9. Colocar os sacos na estufa de 2 a 3 horas.
10. Retira da estufa e deixar meia hora no dissecador e após isso pesa os sacos, por balanço de massa encontra-se o percentual de lignina.