Produção de gás redutor através da gaseificação do biochar produzido a partir da conversão termoquímica de biomassa para fins siderúrgicos

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Ferreira, Suelem Daiane
• Orientador(a): Osorio, Eduardo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Pirólise; Gaseificação; Biomassa; Capim elefante; Siderurgia
• Palavras-chave em Inglês: Pyrolysis; Steam gasification; Biochar; Reducing gas
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/205855

Nos últimos anos, a energia renovável tem recebido maior importância devido ao aumento das emissões antropogênicas de gases de efeito estufa para a atmosfera, sendo que o setor siderúrgico é responsável por emitir aproximadamente 7% do total das emissões antropogênicas de CO2. A gaseificação a vapor de biochar é uma potencial tecnologia para a produção de um gás rico em H2 e CO, com potencial para aplicação como agente redutor na indústria siderúrgica. No presente estudo, duas biomassas (capim elefante e aparas de couro) foram utilizadas para a produção de biochar. A tese foi dividida em três etapas distintas visando investigar a produção de gás redutor a partir da gaseificação com vapor d’água do biochar. Na primeira etapa, a pirólise da biomassa capim elefante foi conduzida em um reator piloto de rosca transportadora em diferentes temperaturas (400, 500 e 600 °C). Os produtos da pirólise (biochar/bio-óleo/gás não-condensável) foram quantificados e os biochars foram caracterizados quanto as suas propriedades químicas e texturais. Para avaliar a influência da temperatura de gaseificação foram conduzidos experimentos de gaseificação com vapor d’água do biochar produzido a partir da pirólise do capim elefante a 500 °C em um reator vertical de leito fixo a 800, 850, 900 e 950 °C. O rendimento de H2 variou de 52,00 a 82,02 mmol·gbiochar-1, bem como o rendimento de gás seco variou de 1,54 a 2,67 Nm3·kgbiochar-1 com o aumento da temperatura de gaseificação. A influência da temperatura de pirólise (400, 500 e 600 °C) sobre o desempenho da gaseificação a vapor dos biochars também foi investigada. Os experimentos de gaseificação dos biochars com vapor d’água foram conduzidos a 900 °C. Os rendimentos de gás seco foram de 2,29, 2,26 e 2,06 Nm3·kgbiochar-1, para B400, B500 e B600, respectivamente. O maior rendimento de H2 foi de 73,93 mmol·gbiochar-1 para o B500. Na segunda etapa da tese, foi realizada uma avaliação das propriedades morfológicas e químicas do biochar ao longo do processo de gaseificação. O biochar foi obtido a partir da pirólise da biomassa capim elefante em um reator de leito fixo vertical a 900 °C, com taxa de aquecimento de 5 C·min-1 e 180 minutos de isoterma. O biochar foi submetido ao processo de gaseificação com vapor d’água a 900 °C. Amostras do biochar foram coletadas em diferentes tempos de reação (6, 12, 15, 30 e 60 min). Os resultados indicaram mudanças drásticas na estrutura morfológica do biochar ao longo da reação de gaseificação, especialmente para baixos níveis de conversão. O rendimento de gás seco foi de 4,0 Nm3·kgbiochar-1, bem como, o rendimento de H2 foi de aproximadamente 120 mmol·gbiochar-1. Na terceira etapa da tese, resíduos da indústria do couro (aparas de couro provenientes da etapa de rebaixamento) foram pirolisados a 450 °C em um reator de rosca transportadora. O biochar obtido na pirólise foi submetido a gaseificação com vapor d’água em um reator vertical de leito fixo a diferentes temperaturas (800, 850, 900 e 950 °C). Na gaseificação do biochar obtido a partir de aparas de couro o rendimento de gás seco foi de 2,26 Nm3·kgbiochar-1 a 950 °C, e foi produzida uma cinza rica em cromo (57,1 % como Cr2O3), com potencial para aplicação na indústria siderúrgica.