dissertação
Pirólise de torta de macaúba: influência dos parâmetros experimentais e caracterização dos produtos
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Editor
Universidade Federal de Lavras
Faculdade, Instituto ou Escola
Departamento
Departamento de Química
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Agroquímica
Agência de fomento
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
No processo de extração do óleo de macaúba, são geradas grandes quantidades de resíduos.
Para que a produção de biodiesel a partir do óleo de macaúba seja um processo econômico e
sustentável, é fundamental agregar valor a estes resíduos. A pirólise é uma alternativa que
pode ser utilizada para converter biomassa lignocelulósica em biocombustíveis e compostos
de elevado valor agregado. Neste sentido, o objetivo neste trabalho foi estudar o processo de
pirólise da torta de macaúba por meio da caracterização da biomassa, estudo dos parâmetros
cinéticos da decomposição térmica da torta de macaúba, análise dos vapores produzidos na
pirólise analítica da biomassa, análise dos efeitos dos parâmetros granulometria da biomassa,
temperatura de reação e vazão de N
2
no rendimento dos produtos e caracterização do bio-óleo
e do biocarvão. Modelos de reação global (Friedman, FWO, KAS e Starink) e o modelo de
reações paralelas e independentes foram utilizados para estimar os parâmetros cinéticos. Os
vapores produzidos na pirólise analítica foram analisados nas temperaturas de 400°C, 500°C e
600°C. Os efeitos dos parâmetros granulometria da biomassa, temperatura de reação e vazão
de N
2
no rendimento de bio-óleo, biocarvão e gases (obtido por diferença) foram avaliados
empregando planejamento fatorial completo. Os níveis mínimo, médio e máximo de
temperatura de reação, granulometria da biomassa e vazão de N
2
foram de 400°C, 500°C e
600°C, 0,106 – 0,250 mm, 0,250 – 0,355 mm e 0,355 – 0,425 mm e 500 mL min
-1
, 800 mL
min
-1
e 1100 mL min
-1
, respectivamente. O bio-óleo foi caracterizado por Cromatografia
Gasosa acoplada ao Espectrômetro de Massas (GC/MS) e o biocarvão por espectroscopia no
infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura
(MEV) e análise imediata. A energia de ativação obtida para os modelos de reação global
apresentou valores entre 161,4 kJ mol
-1
e 223,1 kJ mol
-1
. O modelo de reações paralelas e
independentes indicou que a decomposição da torta de macaúba consiste de três reações
distintas correspondentes à decomposição de celulose, hemiceluloses e lignina. Os valores da
energia de ativação e do fator pré-exponencial para a decomposição da celulose foram de
120,600 kJ mol
-1
e 7,960x10
7
s
-1
, respectivamente. Para as hemiceluloses, o valor da energia
de ativação foi de 72,863 kJ mol
-1
e o fator pré-exponencial variou de 8,955x10
3
s
-1
a
16,915x10
3
s
-1
. A energia de ativação para a lignina variou de 28,140 kJ mol
-1
a 44,220 kJ
mol
-1
e o fator pré-exponencial variou de 0,458 mol
-1
L s
-1
a 0,896 mol
-1
L s
-1
. Os compostos
que apresentaram maior pico de área nos cromatogramas da pirólise analítica foram o ácido
acético, 2-propanona-1-hidróxi e ácidos graxos. A melhor condição para a pirólise da torta de
macaúba foi determinada de modo a obter o maior rendimento de bio-óleo. Esta condição foi
obtida no ensaio de temperatura de 400°C, granulometria de 0,106 – 0,250 mm e vazão de N
2
de 500 mL min
-1
. Os compostos identificados no bio-óleo foram, principalmente, cetonas,
furanos e fenóis. A torta de macaúba mostrou-se adequada para o processo de pirólise e os
produtos obtidos apresentam importantes aplicações industriais.
Abstract
In the process of macauba oil extraction, great amounts of waste are generated. In order for
the biodiesel production from macauba oil to be an economical and sustainable process, it is
fundamental to add value to said waste. Pyrolysis is an alternative that can be used to convert
lignocellulosic biomass into biofuels and compounds with high added value. In this sense, the
aim of this work was to study the process of macauba cake pyrolysis through biomass
characterization, investigation of the kinetic parameters of macauba cake thermal
decomposition, analysis of vapors produced from analytical pyrolysis of biomass, analysis of
the effects of parameters such as biomass granulometry, reaction temperature and N
2
flow rate
in the products yield, and bio-oil and biochar characterization. Global reaction models
(Friedman, FWO, KAS and Starink) and the independent parallel reactions model were used
to stimulate the kinetic parameters. The vapors produced from analytical pyrolysis were
analyzed in the temperatures of 400°C, 500°C and 600°C. The effects of the parameters such
as biomass granulometry, reaction temperature and N
2
flow rate in the yield of bio-oil, biochar
and gases (obtained by difference) were assessed using complete factorial planning. The
minimum, medium and maximum reaction temperature, biomass granulometry and N2
flow
rate were 400°C, 500°C and 600°C, 0,106 – 0,250 mm, 0,250 – 0,355 mm and 0,355 – 0,425
mm, and 500 mL min
-1
, 800 mL min
-1
and 1100 mL min
-1
, respectively. The bio-oil was
characterized by Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC/MS) and the biochar by
Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electronic microscopy (SEM) and
proximate analysis. The activation energy obtained for the global reaction models presented
values between 161,4 kJ mol
-1
and 223,1 kJ mol
-1
. The independent parallel reactions model
indicated that the macauba cake decomposition consists of three different reactions
corresponding to the decomposition of cellulose, hemicelluloses and lignin. The activation
energy and pre-exponential factor values for the cellulose decomposition were 120,600 kJ
mol
-1
and 7,960x10
7
s
-1
, respectively. For the hemicelluloses, the activation value was 72,863
kJ mol
-1
and the pre-exponential factor ranged from 8,955x10
3
s
-1
to 16,915x10
3
s
-1
. The
activation energy for the lignin ranged from 28,140 kJ mol
-1
to 44,220 kJ mol
-1
and the preexponential factor from 0,458 mol
-1
L s
-1
to 0,896 mol
-1
L s
-1
. The compounds that presented
greatest peak areas in the analytical pyrolysis chromatograms were acetic acid, 2-propanone-1-hydroxy and fatty acids. The best condition for the macauba cake pyrolysis was determined
in order to obtain the greatest bio-oil yield. Such condition was obtained in the assay with
400°C temperature, 0,106 – 0,250 mm granulometry and 500 mL min
-1
N2
flow rate. The
compounds identified in the bio-oil were, mainly, ketones, furans and phenols. The macauba
cake proved to be adequate for the pyrolysis process and the products obtained present
important industrial applications.
Descrição
Área de concentração
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
ISBN
DOI
Citação
TEÓFILO, C. R. Pirólise de torta de macaúba: influência dos parâmetros experimentais e caracterização dos produtos. 2019. 133 p. Dissertação (Mestrado em Agroquímica) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.