Investigação do processo de pirólise e reforma a vapor catalítica em série de resíduos sólidos urbanos (RSU) para a produção de um gás rico em hidrogênio (H2)

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Machado, Ivan Pedro Lazzarotto
• Orientador(a): Godinho, Marcelo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng; por
• Palavras-chave em Português: Pirólise; Resíduos sólidos; Sustentabilidade; Hidrogênio; Engenharia de produção
• Palavras-chave em Inglês: Pyrolysis; Solid waste; Sustainability; Hydrogen; Production engineering
• Link de acesso: https://repositorio.ucs.br/11338/14833

Os resíduos sólidos urbanos (RSU) são matérias-primas em potencial para processos de conversão termoquímica e, dentre tais processos, destaca-se a Pirólise e Reforma Catalítica a vapor em série (PRVCat). A PRVCat envolve a integração de dois reatores na mesma unidade de processo, ou seja, uma etapa inicial de pirólise seguida por uma etapa de reforma a vapor dos vapores condensáveis (óleo de pirólise), tendo como produtos principais o char e um gás rico em hidrogênio. O desenvolvimento de tecnologias para produção de hidrogênio (H2) a partir de RSU pode auxiliar na redução de problemas associados ao aquecimento global e às mudanças climáticas, promovendo o desenvolvimento sustentável e ajudando a reduzir as emissões de CO2. Este estudo visa avaliar o potencial do processo de pirólise e reforma a vapor catalítica em série (PRVCat) de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) para a produção de char e de um gás rico em hidrogênio (H2). As amostras de RSU foram coletadas a partir de um grupo de 32 (trinta e dois) municípios, localizados na Região Nordeste do estado do Rio Grande do Sul. O grupo de municípios compreende uma população de 959.709 habitantes, com uma geração média de RSU de 643,61 t·dia-1. As amostras foram separadas com base na sua composição, sendo identificadas como A (fração orgânica), B (fração polimérica) e C (fração orgânica mais fração polimérica). A composição gravimétrica demonstrou que 88% da amostra coletada é composta por resíduos orgânicos, 10% por resíduos de materiais poliméricos e 2% por metais e vidros . Os experimentos de pirólise foram conduzidos com uma temperatura de 500 °C e uma taxa de aquecimento de 10 °C min-1 na etapa de pirólise, bem como a uma temperatura de 900 °C na etapa de reforma a vapor catalítica. Um catalisador comercial (Ni/Alumina) foi utilizado nos experimentos do PRVCat. O char gerado foi quantificado, obtendo-se rendimentos entre 22-30%. Os vapores condensáveis obtidos na etapa de pirólise do RSU foram avaliados (fração oleosa), tendo sido identificada a presença de olefinas, parafinas, naftenos e compostos aromáticos. Para a amostra C, a qual se refere ao que estava presente nos caminhões de coleta (retiradas as frações de metal e vidros), se observa que o rendimento em gás aumenta de 0,35+0,16 Nm³-kgRSU-1 para 0,97+0,11 Nm³-kgRSU-1, com a reforma a vapor dos voláteis produzidos no processo de pirólise. Ao final do processo se verifica a produção de um gás rico em hidrogênio, assumindo fração volumétrica superior a 50% da composição do gás produzido. Os resultados obtidos neste estudo demonstram o potencial adequado da PRVCat como uma tecnologia promissora para a valorização energética dos RSU. A produção de um gás rico em hidrogênio a partir de resíduos, que seriam destinados a aterros sanitários, representa um avanço significativo na busca por soluções sustentáveis para o gerenciamento de resíduos sólidos. [resumo fornecido pelo autor]