Desenvolvimento de um reator de carbonização pressurizada para resíduos agroindustriais

Abstract

Esse trabalho de mestrado teve o objetivo de estudar o efeito do uso de altas pressões aplicadas ao processo de carbonização de biomassa em reator de leito fixo. Foram realizados testes a pressão atmosférica para comparação. Foram processados serragem de eucalipto, casca de pinhão-manso e casa de arroz. A variação mássica foi medida e registrada ao longo do tempo de reação com o aumento da temperatura de aquecimento. Os experimentos foram realizados em um reator especialmente modificado para operar pressurizado. As modificações consistiram da adaptação de uma entrada para a resistência elétrica em cartucho como fonte de aquecimento, acoplamento de uma bóia salva-vidas que possibilitasse a flutuação do reator em um banho d’água e foi construindo um vaso com tampa para a contenção da biomassa e melhor distribuição do calor. Antes dos experimentos com cargas de biomassa foi realizado um teste de aquecimento para verificar se o reator suportaria as temperaturas propostas nos ensaios. Também foi realizado um ensaio de flutuação para que, através do Principio de Arquimedes, o equipamento flutuasse diminuindo o seu peso e tornando possível observar a variação mássica da biomassa durante o processo. As três biomassas processadas foram processadas em testes em pressão atmosférica e com taxa de aquecimento de 15 e 20ºC/min e tempo de residência de 55 minutos e três testes com serragem de eucalipto submetido a pressões de 2, 5 e 7 bar, taxa de aquecimento de 15 e 20ºC/min e tempo de residência de 95 minutos. Nos ensaios encontraram-se as médias das variações mássicas, de 300 g a 129 g, da serragem de eucalipto, 300 g a 123 g, da casca de pinhão-manso e, 300 g a 114 g, da casca de arroz, esses resultados foram em pressão atmosférica. Os experimentos realizados com serragem de eucalipto, em regimes de alta pr essão, obtiveram-se as médias das variações mássicas de 300g a 150g com pressão de 2 bar, 350g a 164,85g com pressão de 5 bar e 400g a 181,20g com pressão de 7 bar. Os rendimentos a pressão atmosférica ficaram na faixa de 38 a 43% de carvão vegetal e as carbonizações em regimes de alta pressão aumentaram o rendimento em 7% com pressão de 2 bar, de 4,1% com pressão 5 bar e de 2,3% com pressão de 7 bar. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This master research aimed to study the high pressure effect applied to biomass carbonization in a fixed bed reactor. Eucalyptus sawdust, jatropha and rice husks were processed. Mass change was measured and logged during reaction time with heating temperature increasing. Experiments were carried out in a specially modified reactor to operate with pressure. It was adapted an electrical heating system, an air container to keep the reactor up in the water, and a crucible with cover to keep the biomass sample with better heat distribution. Before starting the experiments with biomass samples a heating test was performed to check the reactor behavior at different temperatures. Also, a floating assay was done to apply the Archimedes Principle. The reactor with lower weight in water became possible to measure the mass variation during processing. The three biomass samples resulted in tests at normal pressure and 15 and 20ºC/min as a heating rate with residence time of 55 minutes. Another three tests with sawdust under pressure of 2, 5, and 7 bar, heating rate of 15 and 20ºC/min and residence time of 95 minutes. During atmospheric experiments the mass changed from 300 g to 129 g, for sawdust; from 300 g to 123 g, for jatropha rusks, and from 300 g to 114 g, for rice rusks. The experiments at higher pressures with sawdust presented the following mass changes; from 300 g to 150 g at 2 bar; from 350 g to 164,85 g at 5 bar; and from 400 g to 181,20 g at 7 bar. The charcoal yields at atmospheric pressure were in the range of 38 to 43%, and high pressure carbonization raised the yield in 7% at 2 bar; 4,1% at 5 bar; and 2,3% at 7 bar. ______________________________________________________________________________ RÉSUMÉ

Cette thèse de Master a eu le but d'étudier l'effet des hautes pressions appliquées au processus de carbonisation de la biomasse dans le réacteur à lit fixe. Les essais ont été effectués à la pression atmosphérique pour la comparaison. Pours les essais ont été traitées les sciures de bois d’eucalyptus, l'écorce du jatropha curcas et du riz. La variation de la masse a été mesuré et enregistré tout au long du temps de réaction avec l’augmentaion de la température de chauffage. Les expériences ont été effectuées dans un réacteur spécialement modifiés pour fonctionner sous pression du réacteur. Les modifications consistait de l'adaptation d'une entrée à la résistance électrique de la cartouche comme source de chaleur, accouplage d’une bouée de sauvetage pour permettre à la flottaison du réacteur dans un bain d'eau et pendant ce temps a été mis une casserole avec un couvercle pour contenir la biomasse et une meilleure répartition de la chaleur. Avant les expériences avec des charges de la biomasse a été effectué un essai de chauffage pour vérifier si le réacteur résistérait à des températures proposées dans les tests. Un test de flottaison a été également fait à travers le principe d'Archimède, avec l'équipement flottant tout en diminuant son poids et permettant d'observer la variation du contenu de la biomasse au cours du processus. Les trois traités de la biomasse ont été traitées dans les essais à la pression atmosphérique et avec une vitesse de chauffage de 15 et 20 º C / min et le temps de séjour de 55 minutes et trois essais avec de la sciure d’eucalyptus sous la pression de 2, 5 et 7 bar, vitesse de chauffage 15 et 20 ° C / min et le temps de séjour de 95 minutes. Dans les tests, ont été constaté les moyennes des variations de la masse de 300 g 129 g de sciure de bois d’eucalyptus, 300 g à 123 g, l'écorce de Jatropha, et 300 g à 114 g de l’écorce du riz, ces résultats ont été sous pression atmosphérique. Les expériences avec la sciure d’eucalyptus, dans les régimes à haute pression, on a obtenu les moyennes de variations de la masse de 300g à 150g avec une pression de 2 bars, l'350g 164,85 g avec une pression de 5 bars et 400g de 181,20 g à la pression 7 bar. Les résultats à la pression atmosphérique était de l'ordre de 38 à 43% de charbon de bois et les carbonisations dans les régimes à haute pression a augmenté le résultats de 7% avec une pression de 2 bar, 4,1% avec 5 bars de pression et de 2,3 % avec une pression de 7 bar.