Cinética da gaseificação do bagaço de laranja e serragem de madeira com CO2

Abstract

A valorização de resíduos agroindustriais por meio de processos de conversão termoquímica para a produção de energia apresenta vantagens econômicas e ambientais. Dada suas propriedades físico-químicas e disponibilidade, o bagaço de laranja é um resíduo com grande potencial para seu uso como fonte de energia. A gaseificação deste tipo de resíduo apresenta vantagens devido ao seu alto teor de minerais que atuam como catalisadores da reação, convertendo a matéria orgânica em temperaturas menores em comparação com outras biomassas. Neste trabalho, amostras de bagaço de laranja (BL), serragem de madeira (SM), e suas misturas foram gaseificadas a fim de comparar suas reatividades com CO2. Inicialmente, os resíduos carbonosos da pirólise (char) do BL, SM, e misturas foram obtidos por meio da pirólise das amostras em um reator de quartzo de leito fixo à temperatura de 1173 K e tempo de residência de 15 minutos em atmosfera de N2. As biomassas e char de biomassas foram caracterizadas quanto às suas propriedades físico-químicas. Após a pirólise foram obtidos sólidos com maiores área superficiais e teor de carbono. A análise do teor de potássio nas cinzas do char do BL permitiu determinar que este mineral não foi volatilizado durante a pirólise e teria influência sobre sua reatividade. A reação de gaseificação com CO2 puro foi realizada em um analisador termogravimétrico sob condições isotérmicas e não isotérmicas. No caso isotérmico, as reações químicas foram realizadas na faixa de temperatura entre 1003-1123K para o BL e 1123-1223 K para a SM. No caso dos testes não isotérmicos a amostra foi aquecida desde temperatura ambiente até 1253 K e taxas de aquecimento de 10, 20, e 30 K/min. As reações foram realizadas em um reator diferencial e em condições que os efeitos de transferência de massa e calor foram desprezíveis. Os resultados obtidos demonstraram uma maior reatividade para o BL com CO2 em comparação à SM isto devido à influência dos minerais alcalinos, em particular o teor de potássio presente em alta concentração nas amostras do BL. Foi estudado o efeito da inibição do CO sobre a taxa da reação de gaseificação do BL pelo método isotérmico. Os dados experimentais ajustaram-se bem ao modelo de Langmuir Hinshelwood mostrando boa representatividade. Estudou-se o efeito da adição do BL sobre a reatividade da SM com CO2 puro, verificando-se uma diminuição da taxa de reação de gaseificação.<br>

Abstract : Agriculture waste valorization through thermochemical conversion processes for energy production has economic and environmental advantages. Given its physicochemical properties and availability, orange bagasse is a residue with great potential for its use as an energy source. Gasification of these wastes has advantages because they have a high content of minerals which act as catalysts of reactions, converting organic matter at lower temperatures compared to other biomass. In this work, samples of orange bagasse (BL) and sawdust (SM) were gasificated in order to compare their reactivity with CO2. Initially, the pyrolysis carbon residue (char) from the BL and SM were obtained through the pyrolysis of samples in a quartz reactor fixed bed at temperature of 1173 K and residence time of 15 minutes under N2. The biomass char and biomass were characterized according to their physicochemical properties. Solids with higher surface area and carbon content were obtained. The analysis of the potassium content in the ashes of the char BL determined that this mineral was not volatilized during pyrolysis and would have influence on its reactivity. The gasification reaction with pure CO2 was performed in a thermogravimetric analyzer under isothermal and non isothermal conditions. In the isothermal case the chemical reactions were performed in the temperature range of 1003-1123K for the BL and 1123-1223 K for SM. In the case of non-isothermal tests, samples were heated from room temperature to 1253 K and heating rates of 10, 20, and 30 K/min. The reactions were performed in a differential reactor conditions and the effects of heat and mass transfer were negligible. The results showed greater reactivity to the BL with CO2 as compared to SM this due to the influence of alkaline minerals, particularly the potassium content present in high concentration in the samples of BL. It was determined the effect of inhibition by CO of BL gasification reaction using the isothermal method. Experimental data have fit well to the Langmuir Hinshelwood model. It was studied the effect of adding BL on the reactivity of SM with pure CO2 verifying a decrease of the reaction rate of gasification.