Orientador: Katia Tannous

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Este trabalho tem como objetivo avaliar o potencial de biomassas amazônicas (ouriço de castanha-do-brasil, ouriço da sapucaia e caroço do fruto do tucumã) visando sua utilização como insumo energético em processos de termoconversão. As caracterizações das propriedades estabelecidas foram:...

Resumo: Este trabalho tem como objetivo avaliar o potencial de biomassas amazônicas (ouriço de castanha-do-brasil, ouriço da sapucaia e caroço do fruto do tucumã) visando sua utilização como insumo energético em processos de termoconversão. As caracterizações das propriedades estabelecidas foram: física (diâmetro médio, esfericidade, massa específica real e aparente, e morfologia), química (analises química, elementar e imediata), térmica (Poder Calorífico Superior, Poder Calorífico Inferior e termogravimetria) e um estudo cinético (energia de ativação e fator pré-exponencial) a partir da análise termogravimétrica. As biomassas foram moídas em um moinho de martelo e separadas por peneiramento, onde o intervalo granulométrico escolhido foi de 497-2019 ?m. As partículas foram definidas como irregulares e suas esfericidades foram calculadas mediante as equações de Massarani e Peçanha (1986) e Riley (1941), obtendo as faixas de 0,3-0,8 e 0,6-0,9, respectivamente. As massas específicas, real e aparente, foram determinadas através de picnômetro a gás de Hélio e porosímetro de mercúrio, tendo como resultado valores entre 1424-1479 kg/m3 e entre 678-1115 kg/m3, respectivamente. Na análise morfológica foram encontradas duas estruturas celulares principais relacionadas à rigidez das biomassas, sendo estas: fibras e esclereídes. A análise da composição química apresentou teores de hemicelulose entre 2-3%, de celulose entre 31-58%, e de lignina 36-38%. A composição elementar foi determinada mediante analisador elementar CHN-S, onde se constatou a predominância dos teores de carbono e oxigênio (máx. 48%-47%, respectivamente). A composição imediata foi determinada mediante normas técnicas, obtendo-se: teor de umidade entre 7%-8% (ASTM E871-82), materiais voláteis 79%-86% (ASTM E872-82), cinzas 0,4%-2,0% (ASTM E1755-01) e carbono fixo 13-20% (por diferença). O Poder Calorífico Superior foi determinado pela norma ASTM D240-09 (Sanchez, 2010) e situou-se entre 19-20 MJ/kg. O Poder Calorífico Inferior foi determinado pela equação de Mendeleev resultando em 16 MJ/kg-17 MJ/kg. A partir da análise termogravimétrica das biomassas foram identificadas três regiões de perda de massa: 25-150ºC, atribuída à eliminação de água; 200-420ºC e 430-900ºC, atribuídas à degradação térmica das biomassas. Os principais componentes associados foram hemicelulose e celulose, e lignina, respectivamente. Na análise cinética da reação, a energia de ativação e fator pré-exponencial foram determinados através de dois métodos dinâmicos (Kissinger e Ozawa). A variação destes parâmetros foi mais significativa para o caroço do fruto do tucumã em relação os diâmetros médios, bem como entre as conversões das reações de degradação

Abstract: This study aims to evaluate the potential of Amazonian biomass (woody shell of the Brazil nut, woody shell of the sapucaia and tucumã endocarp) for their use as energy input into thermoconversion processes. The characterizations of the properties were established: physical (mean particle...

Abstract: This study aims to evaluate the potential of Amazonian biomass (woody shell of the Brazil nut, woody shell of the sapucaia and tucumã endocarp) for their use as energy input into thermoconversion processes. The characterizations of the properties were established: physical (mean particle diameter, sphericity, real and apparent density, and morphology), chemical (chemical, ultimate and proximate analysis), thermal (Higher Heating Value, Lower Heating Value, thermogravimetry) and a kinetic study (activation energy, pre-exponential factor) from the thermogravimetric analysis. The biomasses were ground in a hammer mill and separated by sieving, where the particle sizes range 497-2019 microns was chosen. The particles were defined as irregular and its sphericities were calculated by Massarani and Peçanha (1986) and Riley (1941) equations obtaining ranges from 0.3 to 0.8 and 0.6 to 0.9 respectively. The densities (apparent and true) were determined by gas Helium pycnometer and mercury porosimeter resulting 1424-1479 kg/m3 and between 678-1115 kg/m3, respectively. In the morphological analysis, two major cellular structures related to the rigidity of biomass were found: fibers and sclereids. The chemical composition analysis showed that: 2-3% of hemicelluloses content, 31-58% of cellulose content and 36-38% of lignin content. The ultimate analysis was determined by CHN-S elemental analyzer, which it is noticed the predominance of carbon and oxygen (máx.48%-47%, respectively). The proximate analysis was determined by testing standards according: 7%-8% of moisture content (ASTM E871-82), 79%-86% of volatile materials (ASTM E872-82), 0.4%-2.0% of ash (ASTM E1755-01) and 13-20% of fixed carbon (by difference). The Higher Heating Value was determined by ASTM D240-09 (Sanchez, 2010) and obtaining between 19 MJ/kg -20 MJ/kg. The Lower Heating Value was determined by the Mendeleev formula resulting in 16 MJ/kg-17 MJ/kg. From the thermogravimetric analysis of biomass three regions of mass loss were identified: 25°C-150°C attributed to the elimination of water; 200°C-420°C and 430°C-900°C attributed to thermal degradation of biomass corresponded to hemicelluloses and cellulose, and lignin, respectively. In analyzing the reaction kinetics, the activation energy and pre-exponential factor were determined through two dynamic methods (Kissinger and Ozawa). The variation of these parameters was more significant for the tucumã endocarp relating to mean particle diameters as well as conversion of thermal degradation reactions