Fracionamento de bio-óleo da pirólise de biomassa - Aprile, Lucas Archivaldo (2025)
O presente trabalho apresenta um estudo do fracionamento de bio-óleo oriundo da pirólise de biomassa para a obtenção de frações combustíveis, por meio de simulações computacionais utilizando o software Aspen Plus. O estudo fundamenta-se no equilíbrio de fases multicomponentes, considerando a separação de componentes por diferença de solubilidade e volatilidade. O modelo proposto envolve dois processos principais: Equilíbrio Líquido-Líquido (ELL), com aplicação do modelo termodinâmico UNIFAC, e Equilíbrio Líquido-Vapor (ELV), utilizando a Equação de estado cúbica de Peng-Robinson. A análise da extração líquido-líquido foi baseada no parâmetro de solubilidade de Hansen. Os resultados das simulações permitiram analisar o comportamento de separação dos compostos sob diferentes condições operacionais, realizando testes variando o número de estágios e a temperatura da extratora. A etapa subsequente de Extração Líquido-Vapor possibilitou, através de análises de sensibilidade, a determinação de temperaturas ideais nos vasos flash, favorecendo a obtenção de frações com características potencialmente combustíveis. As simulações da etapa de Extração Líquido-Líquido foram conduzidas sob condições operacionais de 10 °C e 1 bar, utilizando uma coluna com 10 estágios de equilíbrio. A alimentação do bio-óleo foi realizada no primeiro estágio e os solventes foram adicionados no décimo estágio. Foram avaliados quatro solventes distintos: isopropanol (IPA), água, etanol e dimetilsulfóxido (DMSO), com foco na extração de compostos de elevado valor agregado, tais como furfural, eugenol, guaiacol, vanilina, levoglucosano e 5-hidroximetilfurfural. Os resultados, expressos pela razão entre as concentrações na fase extrato e na alimentação (Razão E/A), indicaram os seguintes valores para o furfural: 0,35 (IPA), 0,33 (água), 0,33 (etanol) e 0,21 (DMSO); para o eugenol: 0,43 (IPA), 0,40 (água), 0,48 (etanol) e 0,30 (DMSO); para o guaiacol: 0,40 (IPA), 0,36 (água), 0,44 (etanol) e 0,27 (DMSO); para a vanilina: 0,44 (IPA), 0,43 (água), 0,51 (etanol) e 0,31 (DMSO); e para o levoglucosano: 0,45 (IPA), 0,45 (água), 0,51 (etanol) e 0,31 (DMSO). O etanol apresentou o melhor desempenho na extração dos compostos de interesse, enquanto o DMSO foi o solvente menos eficiente, com a água e o isopropanol apresentando desempenhos intermediários. Na etapa de Extração Líquido-Vapor, realizada em um vaso flash operando a 200 °C e 1 bar, a análise de sensibilidade indicou que temperaturas superiores a 200 °C provocam perdas significativas na fase líquida de alguns compostos, como furfural, eugenol e guaiacol, que apresentaram razões de 0,015, 0,037 e 0,047 respectivamente, quando utilizado etanol como solvente. Por outro lado, o levoglucosano exibiu comportamento oposto, com aumento na concentração da fase líquida, alcançando razão de 0,20 sob as mesmas condições. Os resultados indicam que, mesmo diante da complexidade composicional do bio-óleo, a modelagem computacional do equilíbrio de fases pode ser uma ferramenta útil para descrever processos de extração que permitam explorar cenários de fracionamento para obtenção de frações combustíveis com potencial aplicação energética