Propriedades da fração sólida gerada na pirólise

A análise imediata e de poder calorífico foram realizadas para a fração sólida, conforme Tabela 4.7.

Tabela 21: Propriedades das frações sólidas geradas nos ensaios de pirólise do reator mecanicamente agitado (R2)

Teste XB TR Umidade Carbonofixo Voláteis Cinzas PCS

(% em

massa) (oC) (% b.u.) (kJ/kg)

t1,R2 15 345 0,84 34,80 25,01 39,36 21449

t2,R2 85 345 2,68 51,58 23,98 21,76 24703

t4,R2 85 555 2,20 60,17 17,48 20,14 25103 t5,R2 0 450 1,19 36,89 15,32 46,60 16565 t6,R2 100 450 3,03 73,77 19,98 3,22 33221 t7,R2 50 300 1,67 35,63 34,87 27,82 21711 t8,R2 50 600 1,94 49,14 11,68 37,24 20707 t9,R2 50 450 1,73 44,25 18,48 35,54 19698 t10,R2 50 450 1,58 42,11 14,68 41,63 19620 t11,R2 50 450 1,42 43,81 18,52 36,24 19320

b.u. = base úmida

A relação de biomassa na mistura combustível constituiu o principal fator na variação do PCS da fração sólida, conforme análise da Figura 4.17.

O PCS da fração sólida está diretamente relacionado com o teor de carbono fixo e hidrogênio. Para frações do sólido de maior poder calorífico, obteve-se maiores teores de carbono fixo em sua composição (Fig. 4.23). Cordero et al. 2004, a partir da análise imediata do produto sólido da pirólise de carvão mineral e de serragem pinus até 900 °C, mediram valores de 72 % e 87 % de carbono fixo, respectivamente. Considerando-se a co-pirólise da mistura 50:50, obteve-se 77 % de carbono fixo. Maiores teores de carbono fixo apresentaram também os maiores valores de PCS, 26263 kJ/kg para o char proveniente do carvão mineral, 34288 kJ/kg do sólido pirolítico da serragem de pinus e 29845 kJ/kg do char da co-pirólise da mistura 50:50. Os autores concluíram que os carvões volatilizados gerados apresentaram elevado poder calorífico superior em virtude das reações em que foram produzidos compostos oxigenados. Essa produção de compostos oxigenados é proveniente da biomassa que possui maior teor de oxigênio em sua composição, e, portanto, para maior teor de biomassa no combustível, maior foi a produção de oxigenados.

Com o aumento do teor de biomassa no combustível ocorreu o aumento no poder calorífico do sólido gerado, porém o efeito da temperatura sobre essa resposta não foi evidente, segundo os testes de t7,R2 a t11,R2, em que o PCS permaneceu entre 19500 e 21700 kJ/

Figura 36: Superfície de resposta para PCS do sólido gerado no reator de pirólise lenta de leito mecanicamente agitado (R2)

Verifica-se que o valor de PCS da fração sólida está principalmente ligado ao seu teor de carbono fixo, determinado na análise imediata. Comparando-se o PCS da amostra sólida para a condição do teste t8,R2 (~20 MJ/kg) com a de Cordero et al. (2004) (~30 MJ/kg),

este apresenta maior PCS e maior teor de Cfixo e voláteis. O carvão utilizado por Cordero

apresentava menor teor de cinzas, portanto, melhor qualidade, o que explica esse resultado. A Figura 4.19 ilustra a superfície de resposta para o teor de carbono fixo presente nos sólidos de pirólise.

Figura 37: Superfície de resposta para o teor de carbono fixo no sólido gerado no reator de pirólise lenta de leito mecanicamente

agitado (R2)

A concentração de carbono fixo nos sólidos de pirólise aumentou com o aumento do teor de biomassa. Teores reduzidos de carbono fixo podem afetar a estabilidade em processos de combustão em caldeiras (Sanchez, 2010).

Cordero et al. (2004) encontrou valores de 72 e 87 % de carbono fixo para os sólidos provenientes da pirólise de carvão mineral e serragem pinus, respectivamente e para a composição binária, valor de 78 % em base seca, enquanto que o teste t8,R2 apresentou o valor

de 49 % de carbono fixo. A essa diferença se sugere explicações com base na diferença dos teores de carbono, carbono fixo e cinzas entre os carvões minerais utilizados. Apesar dos sólidos gerados no R2 apresentarem baixo teor de umidade (< 3%), os valores para a pirólise

apenas de serragem apresentaram valores semelhantes e, como esperado, diferenças maiores para o teor Cfixo entre os testes com misturas binárias, devido a diferenças na composição entre

os carvões minerais utilizados, no qual o teor de biomassa no combustível constituiu o fator de maior influência.

A Figura 4.20 mostra o efeito do teor de biomassa no combustível e da temperatura sobre o teor de voláteis presentes nos sólidos de pirólise.

Figura 38: Superfície de resposta para o teor de voláteis no sólido gerado no reator de pirólise lenta de leito mecanicamente agitado

(R2)

A temperatura é o fator que mais afetou o resultado obtido para o teor de voláteis na fração de sólido gerada no R2, uma vez que para temperaturas acima dos 400 °C na análise

TGA/DTA ocorre maior taxa de perda de massa e aumento do rendimento de líquido (Park et

al., 2010), também observado por Sánchez (1994) cujo aumento do teor de biomassa no

combustível diminuiu o teor de voláteis no sólido juntamente com o aumento da temperatura. A Figura 4.21 mostra a curva de resposta para o teor de cinzas que foi influenciado em maior grau pela devolatilização dos combustíveis à temperaturas superiores à

300 ºC e principalmente pela composição da mistura combustível, obtendo-se maior teor de cinzas para uma mistura composta majoritariamente por carvão mineral. Observa-se que para maiores teores de biomassa, diminuiu-se a concentração de cinzas nos sólidos.

A biomassa possa ter contribuído na formação destas cinzas a partir de reações com o metal presente significativamente em maior quantidade no carvão mineral e mesmo para temperaturas elevadas não foi possível atingir a fusão destas cinzas, de forma a diminuir sua concentração, o que de fato não ocorreu.

Figura 39: Superfície de resposta para teor de cinzas no sólido gerado no reator de pirólise lenta de leito mecanicamente agitado (R2)

O teor de cinzas presente no carvão mineral utilizado nos testes do R2 (37,95 %

b.s) é quase 4 vezes superior ao teor presente no carvão mineral utilizado por Cordero et al. (2004) (10,92 % b.s). O aumento do teor de biomassa no combustível provocou a redução do

teor de cinzas no produto sólido o que torna esse produto com características mais vantajosas para aplicações energéticas.