Pirólise rápida catalítica de sabugo de milho: seletividade dos catalisadores HZSM-5 e Hβ para a produção de hidrocarbonetos aromáticos

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Silva, Amanda Carla Ribeiro da
• Orientador(a): Ataíde, Carlos Henrique
• Banca de defesa: Magriotis, Zuy Maria, Cardoso, Cássia Regina, Carvalho, Wender Santana
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Uberlândia
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Sabugo de milho; Corn cob; Resíduo agroindustrial; Agro-industrial waste; Pirólise analítica; Analytical pyrolysis; Pirólise rápida; Fast pyrolysis; Leito fluidizado borbulhante; Fluidized bed reactor; Pirólise catalítica; Catalytic pyrolysis; Zeólitas; Zeolites
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29935; http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.293

O gradual esgotamento dos combustíveis fósseis e a crescente preocupação com o aquecimento global motivaram a busca por fontes de energia renováveis e tecnologias alternativas para a sua geração. Processos de conversão termoquímica de biomassas, como a pirólise, constituem uma estratégia promissora e atraente para o aproveitamento de resíduos agroindustriais e geração de produtos de alto valor agregado. Assim, o objetivo principal deste trabalho foi estudar a pirólise rápida de sabugo de milho, um resíduo abundante e pouco aproveitado. Para avaliar o potencial da aplicação desta biomassa na produção de bio-óleo, foram realizadas as análises de caracterização físico-química. Os teores de materiais voláteis, cinzas e umidade, além do conteúdo de celulose e hemiceluloses, foram similares aos de outras biomassas já utilizadas na pirólise rápida, e apontaram o sabugo de milho como um possível candidato a ser utilizado neste processo. A cinética de decomposição desta biomassa foi investigada a partir dos dados termogravimétricos obtidos experimentalmente nas taxas de aquecimento de 5, 10, 15, 20 e 25 °C/min. Para a estimativa dos parâmetros cinéticos foram empregados os modelos de reação global e de energia de ativação distribuída, que apresentaram valores médios de energia de ativação aparente variando entre 148,80 e 166,23 kJ/mol, e o modelo de reações paralelas e independentes (RPI), que indicou a ocorrência de três reações cinéticas distintas que correspondem à degradação dos seus principais componentes. Pelo modelo RPI, os valores de energia de ativação estimados para cada componente foram: celulose (156,78-160,80 kJ/mol), hemiceluloses (98,49-101,74 kJ/mol) e lignina (50,25-57,29 kJ/mol). Ensaios de pirólise analítica do sabugo de milho a 450, 550 e 650°C conduziram à formação predominante de compostos oxigenados, incluindo ácidos, cetonas, fenóis, álcoois e furanos, e revelaram a pouca influência da temperatura na sua conversão térmica. O planejamento fatorial 3k foi empregado em conjunto com a metodologia da superfície de resposta (RSM) para investigar o efeito da temperatura de reação (450, 550 e 650°C) e da concentração mássica de catalisador (1, 3 e 5 mg de catalisador/mg de biomassa) nas variáveis de resposta, teor de hidrocarbonetos e teor de compostos oxigenados, na pirólise analítica do sabugo de milho. Foram utilizadas duas zeólitas ácidas, HZSM-5 e Hβ. Para ambos catalisadores, os níveis mais altos da temperatura de reação e da concentração mássica de catalisador proporcionaram o aumento da seletividade para hidrocarbonetos ao mesmo tempo em que foram eficazes no processo de desoxigenação dos vapores, resultando no maior teor de hidrocarbonetos e menor teor de compostos oxigenados. A operação da unidade experimental de pirólise rápida em leito fluidizado borbulhante proporcionou os rendimentos de bio-óleo (16,96%), carvão (22,43%) e gases não condensáveis (60,61%). O bio-óleo de sabugo de milho foi caracterizado como uma mistura complexa de compostos orgânicos, rica em fenóis, que são usados na produção de resinas, adesivos, polímeros e na indústria farmacêutica.