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Title: Resíduos culturais de algodão naturalmente colorido para produção de biocombustíveis e aromáticos renováveis
Other Titles: Cultural waste from naturally colored cotton for the production of biofuels and renewable aromatics
Authors: Silva, Janduir Egito da
Keywords: Algodão naturalmente colorido;Pirólise rápida;Aromáticos renováveis;ZSM-5;Briquetes
Issue Date: 21-Jan-2019
Citation: SILVA, Janduir Egito da. Resíduos culturais de algodão naturalmente colorido para produção de biocombustíveis e aromáticos renováveis. 2019. 102f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019.
Portuguese Abstract: Os resíduos culturais de algodões coloridos possuem potencial para produção de energia distribuída, pois são resistentes às secas e sua produção é considerada significativa e crescente. São biomassas lignocelulósicas com elevada produção de matéria seca/ha/ano. Diante da necessidade de avaliar o potencial energético destes resíduos, o presente trabalho tem como objetivo analisar diferentes cultivares de algodão colorido, produzido pela EMBRAPA algodão, através da caracterização energética e conversão das biomassas em energia através dos processos de pirólise rápida e briquetagem, utilizando-se o algodão branco (BRS 286) como teste controle para efeito comparativo. A caracterização das biomassas foi realizada através de análise imediata, composição elementar, teor de hemicelulose, celulose e lignina, densidade aparente, poder calorífico, análise termogravimétrica e espectroscopia na região do infravermelho. Os resultados indicaram potencial energético para aplicação em processos termoquímicos, com poder calorífico de aproximadamente 17 MJ/kg e baixo teor de cinzas (6 %), entre outros. A pirólise analítica foi realizada a 500 °C em um micro pirolisador CDS 5200 HP-R da CDS Analytical, conectado a um cromatografo a gás com detecção por espectrometria de massas. Os resultados da composição dos vapores condensáveis da pirólise convencional indicaram a presença de compostos oxigenados de diferentes grupos orgânicos, tais como aldeídos, cetonas, fenóis, furanos e éteres, característicos da decomposição de materiais lignocelulósicos. O melhoramento do bio-óleo (upgrading) para viabilizar as propriedades físico-químicas dos vapores condensáveis como combustível e/ou produtos químicos foi realizado através da utilização dos catalisadores ZSM-5 e HZSM-5 em diferentes temperaturas no leito catalítico. Todos os catalisadores utilizados promoveram a formação de monoaromáticos como benzeno e tolueno, especialmente a 500 °C, cujas quantidades destes compostos foram mais expressivas nesta temperatura, com destaque para HZSM-5. As biomassas estudadas apresentaram características energéticas favoráveis para aplicação em processos termoquímicos, sendo aplicadas também no processo de briquetagem utilizando uma máquina piloto para confecção de briquetes em escala laboratorial, marca O&C do Brasil – Automation Hydraulics. Os resultados indicaram uma alta densidade energética e boa resistência mecânica (9 kN/mm2 ) dos briquetes produzidos, com destaque para aqueles formados a partir da mistura de cascas e hastes de algodão. Por fim, concluiu-se que os restos culturais de algodão colorido podem ser utilizados no processo de pirólise rápida, especialmente, na pirólise rápida catalítica, podendo ser uma ótima fonte de matéria prima renovável para a indústria química, bem como, para subsidiar a geração de energia distribuída na matriz energética nacional.
Abstract: The crop residues of colored cottons is agricultural waste with the potential for distributed energy production. They are very resistant to drought cultivars, with national production which can be considered significant and growing, being lignocellulosic biomasses with high dry matter/ha/year production. Given the need to evaluate the energy potential of these residues, the present work has the objective of analyzing different cotton cultivars produced by EMBRAPA cotton through energy characterization and conversion of biomass to energy through the processes of rapid pyrolysis and briquetting. Biomass characterization was performed through an immediate analysis, elemental composition, hemicellulose content, cellulose and lignin, apparent density, calorific value, thermogravimetric analysis and spectroscopy in the infrared region. The results indicated significant energy potential such as high calorific value of 17 MJ/kg and low ash content (6 %), among others. Analytical pyrolysis was performed at 500 °C in a CDS 5200 HP-R CDS Analytical micro pyrolyzer, connected to a gas chromatography with mass spectrometric detection. The results of the condensable vapors composition of conventional pyrolysis indicated the presence of many oxygenated compounds of different organic groups, with aldehydes, ketones, phenols, furans and ethers, being characteristic of the decomposition of lignocellulosic materials. The enhancement of the biooil (upgrading) to enable the physico-chemical properties of the condensable vapors as fuel and/or the isolation of certain chemical compounds of these vapors was carried out through the use of three catalysts: commercial ZSM-5 and HZSM-5 at different temperatures of the catalytic bed. All the catalysts used promoted forming monoaromatics such as benzene and toluene, especially at 500 °C, with the quantities of these compounds being most expressive at this temperature, especially HZSM-5. The analyzed biomass presented favorable energy characteristics for application in thermochemical processes, while also being applied in the briquetting process using a pilot machine used to make laboratory-grade briquettes by O & C do Brasil - Automation Hydraulics. The results indicated high energy density and good mechanical resistance (9 kN/mm2 ) of the produced briquettes, especially those formed from the mixture of bark and cotton rods. Finally, it can be concluded that crop residues of colored cotton can be used in the pyrolysis process, especially in the catalytic pyrolysis process, and can be an excellent source of renewable raw material for the chemical industry, as well as to subsidize the national energy matrix.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/27068
Appears in Collections:PPGEQ - Doutorado em Engenharia Química

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