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Título: Pirólise rápida da cianobactéria Spirulina para produção de combustíveis e químicos
Autor(es): Chagas, Bruna Maria Emerenciano das
Palavras-chave: Aromáticos;Pirólise;Bio-óleo;Cianobactéria;Spirulina;Zeólitas;TGRP
Data do documento: 9-Jun-2016
Citação: CHAGAS, Bruna Maria Emerenciano das. Pirólise rápida da cianobactéria Spirulina para produção de combustíveis e químicos. 2016. 150f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016.
Resumo: Recently microalgae and cyanobacteria have been widely studied as a source of biofuels due to its high yield, high oil content and ability to grow on a wide variety of climates and land without competing with food production. Pyrolysis is an effective thermochemical conversion method capable of converting biomass to fuels, including bio-oil, bio-char and gas. Bio-oil is a liquid mixture of organic compounds that can be a source of valuable chemicals and potential to replace diesel oil depending on its quality. It has been shown that bio-oil from microalgae and other proteinaceous biomass are more stable, have a low oxygen content and higher calorific value than those produced from lignocellulosic feedstock, though contains high nitrogen content due to the presence of protein in its constitution. Spirulina is a cyanobacteria that has been studied in the thermal degradation processes due to its high protein and low lipids content. In this thesis, we investigated the potential for production of fuels and chemicals from the fast pyrolysis of Spirulina. Conventional fast pyrolysis experiments in Py-GC/MS were performed to investigate the influence of pyrolysis parameters such as temperature, heating rate and residence time in distribution of products. The pyrolysis yield was maximized at 450 °C and 30 s, regardless of heating rate. H-ZSM5 (23) showed the maximum hydrocarbon yield and the largest phenols reduction when compared to the other zeolites, but the total nitrogenated compounds were not significantly reduced by any catalyst tested although some specific nitrogenous have been reduced or eliminated. H-β (38) was also able to increase aromatics production, although its effect was less significant when compared to H-ZSM5 (23) and (50). Subsequently tests of Spirulina fast pyrolysis were conducted in USDA’s bubbling fluidized bed pyrolysis reactor under different reaction atmospheres. Conventional (N2 atmosphere) and reactive (Tail Gas Reactive Pyrolysis - TGRP) pyrolysis were tested. Biooil, bio-char and gas obtained from TGRP process had their fuel characteristics improved when compared to the products from conventional pyrolysis. TGRP Spirulina pyrolysis oil showed an increased concentration of aromatics hydrocarbon and the presence of nitrogenous compounds with single nitrogen atom (pyridines, pyrroles, indoles, nitriles and amides), low oxygen content and low acidity being thermally stable therefore a good feedstock for distillation process. Distillation successfully allowed concentrating various chemicals into distillate fractions which, in turn, could be individually isolated for processing to fuels or chemical co-products.
metadata.dc.description.resumo: Recentemente as microalgas e cianobactérias vem sendo muito estudadas como fonte de biocombustíveis devido a sua elevada produtividade, elevado teor de óleo e capacidade de crescer em uma grande variedade de climas e terras sem competir com a produção de alimentos. A pirólise é um método de conversão termoquímica eficaz capaz de converter biomassa em bio-óleo, carvão e gases combustíveis. O bio-óleo é uma mistura líquida de compostos orgânicos potencial para substituir o óleo diesel. Tem sido demosntrado que bio-óleos de microalgas e cianobactérias são mais estáveis, apresentam teor de oxigênio mais baixo e poder calorífico mais alto que bio-óleos de biomassa lignocelulósica, embora contenha um alto teor de nitrogênio devido a presença de proteínas na matéria-prima. A Spirulina é uma cianobactéria que vem sendo muito estudada nos processos de degradação térmica por apresentar alto teor de proteínas (74%) e baixo teor de lipídios (< 1%) podendo ser totalmente convertida em biocombustível. Nesta tese, foi investigado o potencial de produção de combustíveis e químicos a partir da pirólise rápida de Spirulina. Os experimentos de pirólise rápida convencional em Py-GC/MS foram conduzidos para investigar a influência dos parâmetros de pirólise, tais como temperatura, taxa de aquecimento e tempo de residência nos rendimentos dos produtos. O rendimento dos produtos da pirólise foi maximizado a 450 °C e 30 s, independente da taxa de aquecimento. Essas condições foram escolhidas para o estudo da pirólise catalítica com 9 zeólitas diferentes para avaliar a produção de hidrocarbonetos específicos, compostos oxigenados e nitrogenados em funcão da razão biomassa/catalisador. O rendimento de hidrocarbonetos aromáticos aumentou à medida que a proporção de catalisador/biomassa aumentou de 1:1 para 10:1. A zeólita H-ZSM5 (23) apresentou o rendimento máximo de hidrocarbonetos e a maior redução de fénois quando comparada as outras zeólitas, porém os compostos nitrogenados totais não foram significativamente reduzidos por nenhum catalisador testado. Posteriormente testes de pirólise rápida de Spirulina foram conduzidos em um reator de leito fluidizado da USDA-ARS sob diferentes atmosferas de reação. Foram testadas a pirólise convencional com atmosfera inerte (N2) e um processo de pirólise com atmosfera reativa compostas por gases reciclados da piólise, denominado “Tail Gas Reactive Pyrolysis” (TGRP). O bio-óleo, carvão e gases produzidos pelo processo TGRP tiveram suas características melhoradas em relação aos produtos obtidos na pirólise convencional, houve um aumento na concentração dos hidrocarbonetos aromáticos e predominaram compostos nitrogenados com um único átomo de nitrogênio (piridinas, pirroles, indoles, nitrilas e amidas). Devido a esta composição, esse bio-óleo apresentou um nível suficientemente elevado de estabilidade térmica para ser destilado. Além disso, o bio-óleo produzido pelo processo TGRP foi mais estável, menos ácido e apresentou um poder calorífico mais alto que bio-óleos de biomassa lignocelulósica.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/21610
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