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Title: Liquefação térmica de resíduos do processamento do fruto da macaúba para fins energéticos.
Authors: Ribeiro, Kelly Lopes de Souza
metadata.dc.contributor.advisor: Assis, Paulo Santos
Pasa, Vanya Marcia Duarte
Keywords: Liquefação térmica
Macaúba
Biomassa - biocrude
Biomassa - biocarvão
Issue Date: 2022
metadata.dc.contributor.referee: Assis, Paulo Santos
Pasa, Vanya Marcia Duarte
Leite, Breno dos Santos
Araújo, Renata Costa Silva
Gameiro, Danton Heleno
Murta, Jorge Luiz Brescia
Citation: RIBEIRO, Kelly Lopes de Souza. Liquefação térmica de resíduos do processamento do fruto da macaúba para fins energéticos. 2022. 113 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.
Abstract: Investir em combustíveis provenientes de biomassa, em um país com reconhecido desenvolvimento agrícola e florestal, significa trabalhar um recurso de forma inteligente e viável, principalmente, considerando o compromisso firmado pelo Brasil no Acordo de Paris. A macaúba vem despertando um grande interesse de pesquisadores e setores industriais voltados para a produção de biocombustíveis por apresentar o dobro da produtividade agrícola da soja na geração de óleo. E, para cada quilo de óleo extraído da macaúba, tem-se aproximadamente 4kg de resíduos com potencial energético. Ressalta-se que a matéria-prima representa de 60 a 80% dos custos de produção, logo o uso de resíduos significa ganhos econômicos e ambientais. Esta tese investiga o uso da liquefação com etanol para conversão de resíduos sólidos da macaúba em líquidos e biocarvão, favorecendo assim seu uso como biocombustíveis. A liquefação é um tratamento termoquímico realizado na presença de um solvente, em temperaturas moderadas e alta pressão capaz de promover o adensamento energético dos resíduos de forma eficiente ao se obter um biocrude com grande potencial para uso como biocombustível. O objetivo desse trabalho é estudar a conversão térmica de resíduos do processamento do fruto da macaúba a partir do processo de liquefação, utilizando-se etanol anidro e hidratado como solventes com o intuito de obter um líquido combustível que possa ser utilizado em blendas com combustíveis fósseis e a produção de biocarvões. Para tanto, a liquefação térmica das tortas da polpa, amêndoa e endocarpo foram processadas em reator Parr com capacidade de 600mL, alimentado na proporção biomassa/solvente de 1:10 (m/v) e 1:5 (m/v); e com 11bar de nitrogênio. As reações ocorreram com agitação de 200rpm e por 30min após o reator atingir 300°C, obtiveram-se produtos em estado sólido (biocarvão), líquido (biocrude) e gasoso. As matérias-primas, biocrudes e biocarvões foram caracterizados para avaliar a eficiência do processo. A partir das liquefações com etanol obtiveram-se conversões médias de 82,4%; 81,4%; e 59,4% para as liquefações da torta da polpa- TP, torta da amêndoa-TA e endocarpo-ENDO, respectivamente. O rendimento em biocrude foi de 38%; 59% e 18% para TP, TA e ENDO, apresentando PCS médio de (36; 33 e 27,5) MJ/kg e, portanto, significando uma recuperação energética de 61,6%; 73,9% e 23,3% para TP, TA e ENDO, respectivamente. O resultado de GC-MS dos biocrudes produzidos apresentou mais de 90% de ésteres para TP e TA. Já para os biocrudes de ENDO houve predominância de fenóis e aromáticos ou cetonas a depender do solvente utilizado. Os biocarvões produzidos apresentaram alto conteúdo em voláteis. A porcentagem em carbono fixo foi de 40%; 33 a 37% e 50% para TP, TA e ENDO, respectivamente. E o PCS dos biocarvões foi de (27; 23,8 e 27) MJ/kg. Estes resultados demonstram o alto potencial dos biocrudes da TP e TA em aplicações em blendas com combustíveis fósseis e o potencial do endocarpo na produção de biocarvões.
metadata.dc.description.abstracten: Invest in fuels that comes from biomass sources, in a country known for its aqricultural and forestry development, means working a resource in an intelligent and viable way, especially considering the commitment signed by Brazil in the Paris Agreement. Macauba has been attracting great interest from researches and industrial sectors focused on the production of biofuels since it has twice the potential of soybeans in oil generation. For each kilo of oil extracted from macauba, there is 4kg of waste with energy potential. It is noteworthy that raw material represents 60 to 80% of production costs, so the use of waste means economic and environmental gains. Liquefaction is a thermochemical treatment in the presence of a solvent, at moderate temperatures and high pressure capable to promote the energy densification of waste by obtaining a biocrude with a great potential for biofuel. It is important to understand the process nuances, in terms of the conditions applied and the solvents characteristics, in the composition and quality of the biocrude generated. Therefore, the main objective of this work is to study the macauba residues thermal conversion through a liquefaction process using ethanol as solvents in order to obtain a liquid product that can be used in blends with fossil fuels. Following this purpose, the thermal liquefaction of the pulp and kernel cake, as well as the endocarp was processed in a Parr reactor with 600mL capacity, fed with 10g of biomass to 100mL of solvent (1:10) or 20g of biomass to 100Ml of solvent (1:5) and 11bar of nitrogen. The reaction occurs with agitation of 200rpm and for 30min after the reactor reaches 300°C. Raw material, biocrude and charcoal were characterized to better evaluate the process. From the liquefactions with ethanol, average conversions of 82.4%; 81.4%; and 59.4% were obtained for pulp cake – TP, kernel cake – TA and endocarp- ENDO, respectively. The biocrude yield were 38%; 59% and 18% for TP, TA and ENDO, with an average HHV of (36; 33 and27.5) MJ/kg, meaning an energy recovery of 61.6%; 73.9% and 23.3% for TP, TA and ENDO, respectively. The GC-MS results of the produced biocrudes showed more than 90% of esters for TP and TA. ENDO biocrudes exhibit predominance of phenols and aromatics or ketones depending on the solvent used. The biochars produced had a high content of volatiles. The percentage of fixed carbon was 40%; 33-37% and 50% for TP, TA and ENDO, respectively. The biochars HHV were (27; 23.8 and 27) MJ/kg. These results demonstrate the TP and TA biocrudes high potential to be applied in blends with fossil fuels, as well as the endocarp potential to biochars production.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/15935
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 11/11/2022 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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