Desenvolvimento experimental de um reator em batelada para torrefação de biomassa

Abstract

A constante busca por combustíveis e tecnologias mais limpas vem tomando a cada dia mais espaço nas discussões científicas e econômicas, com isso as energias renováveis e o desenvolvimento tecnológico do uso da biomassa avançam como soluções viáveis para suprir essa demanda desejada. O processo de torrefação é uma tecnologia que vem sendo estudada para o tratamento térmico da biomassa com fins energéticos já que a biomassa in natura apresenta algumas características indesejáveis, tais como a baixa densidade energética, alto teor de umidade e natureza higroscópica, o que dificulta o seu uso direto. O processo de torrefação é uma alternativa para converter a biomassa em um combustível de maior valor energético, melhorando as propriedades físico-químicas e energéticas da biomassa. Neste contexto, este trabalho foi desenvolvido a partir das seguintes etapas: 1) levantamento bibliográfico a partir de pesquisas e análises científicas; 2) concepção e desenvolvimento do reator laboratorial de torrefação; 3) ensaios de torrefação, e; 4) caracterização e análise das biomassas in natura e torrefeita a partir da análise imediata, análise elementar e poder calorífico. As biomassas residuais utilizadas foram o Eucalyptus grandis e a Prosopis juliflora. Assim, para a definição do reator de torrefação foram realizadas considerações baseadas nos principais fatores que influenciam o processo de torrefação, no tipo de aquecimento e no volume de biomassa a ser utilizado, utilizando o processo em batelada. Nos testes de validação do sistema, composto pelo reator de leito convectivo e equipamentos auxiliares, foi utilizado a insuflação de ar comprimido e temperaturas de 150°C, 250°C e 350°C, com vazão de 10 litros/minuto, durante 150 minutos, obtendo variação nas temperaturas de setup em torno de ± 10 °C e taxa de aquecimento médio de 5°C por minuto. Para a padronização dos ensaios físico-químicos e de termoconversão, todas as amostras foram inicialmente secas a 105°C durante 24 horas, conforme norma ASTM E 871-82. A partir disso, os ensaios de torrefação foram conduzidos nas temperaturas de 190°C, 230°C, 270°C e 310°C, em ambiente inerte, tempo de reação 30 minutos, utilizando cerca de 50 gramas de eucalipto ou algaroba, na forma de cavacos ou chips. Foi verificado a melhoria das propriedades físico-químicas e energéticas do eucalipto e algaroba, sendo que o teor de voláteis diminuiu gradativamente com o aumento da temperatura e o teor de cinzas foi comparativamente baixo, o carbono fixo residual tendeu a aumentar no produto torrificado em comparação com a madeira in natura. O poder calorífico superior após a torrefação apresentou incrementos de 40,5% e 64,4% para o eucalipto e a algaroba, respectivamente, variando de 18,13 MJ.kg-1 a 25,48 MJ.kg-1 para o eucalipto e de 16,30 MJ.kg-1 a 26,85 MJ.kg-1 para a algaroba. No entanto, vale lembrar que o produto final é também influenciado por efeitos de diferentes tipos e diâmetros dos reatores, diferentes temperaturas e tempos de residência utilizados, assim como a sua qualidade depende das propriedades físicas da biomassa utilizada, como o tamanho, forma, densidade e orientação das fibras