2.6.2.1 – Pirólise Rápida
A pirólise rápida torna-se bastante atrativa para a produção de líquido, de maior densidade, que pode ser transportado, estocado e manuseado com maior facilidade e menor custo. Logo, os principais requisitos do processo de pirólise rápida são: taxas elevadas de aquecimento e de transferência de calor; temperatura de reação controlada em torno de 500°C; baixo tempo de residência dos vapores, menor que 2s e resfriamento rápido dos vapores (FRENCH & CZERNIK, 2010). A pirólise rápida tem como produto principal o bioóleo, que compõe até 80% em peso, além de carvão e gás como subprodutos (ALMEIDA, 2008).
2.4.2.2 – Pirólise Lenta
O processo de pirólise lenta ocorre a uma temperatura até 200°C, a qual há uma liberação de vapor d’água e gases, e a ocorrência de algumas reações exotérmicas de oxidação, além do material apresentar uma mudança de cor (IMRAN
favorecem a produção de sólido, como por exemplo, carvão vegetal. Temperaturas mais altas e baixo tempo de residência dos gases envolvidos favorecem a produção de líquidos, como bio-óleo (ALMEIDA, 2008).
2.6.2.3 – Pirólise Flash
A pirólise flash é um processo simples para a conversão de resíduos em óleo, gás e produto sólido (carvão), exigindo uma instalação menos complexa e de baixo custo. O processo é centrado, principalmente, na maximização do rendimento do bio-óleo (GÓMEZ et al, 2000). As velocidades de aquecimento conseguem ser ainda mais elevadas, superiores a 1000 ºC/s e os tempos de residência são menores (VIEIRA et al, 2014).
2.6.2.4 – Gaseificação Pirolítica
Esse processo baseia-se na conversão termoquímica de um material sólido ou líquido em gás denominado gás de síntese, através da oxidação parcial a temperaturas que chegam a 1200°C e pressões atmosféricas superiores (~33 bar), dando origem a gases como CO, H2 e CH4. Logo, a gaseificação pirolítica visa maximizar a produção de gases (LORA et al, 2012).
2.6.2.5 – Pirólise a vácuo
A pirólise a vácuo emprega taxas de aquecimento menores, entretanto o tempo de residência dos vapores condensáveis compara-se ao de uma pirólise rápida. O vácuo favorece uma separação rápida dos condensáveis, seguida de resfriamento, resultando em uma produção maior de óleo. As vantagens do processo giram em torno da possibilidade de usar material com partícula maior e não haver necessidade da utilização de gás de arraste (TORRI, 2013).
2.6.2.6 – Pirólise Catalítica
A pirólise catalítica consiste em um processo em que há participação de um catalisador, resultando em reações de craqueamento aos produtos da
pirólise. O tipo de catalisador e a configuração do reator são cruciais no desempenho da geração de produtos primários durante todo o processo. Os gases produzidos também podem ser craqueados, a fim de se obter bio-óleo e carvão. Compostos oxigenados, que diminuem a energia específica do bio-óleo, também são minimizados nos processos catalíticos (SHARMA; PAREEK & ZHANG. 2015).
O produto líquido obtido no processo de pirólise apresenta a desvantagem por conter alto teor de água e oxigênio, aumentando sua acidez, e baixa estabilidade química e térmica, limitando a aplicação (CHEN et al, 2014). O produto gasoso obtido na pirólise é tido como gás não condensável, com baixo rendimento, entretanto um alto valor de aquecimento, podendo ser usado como fonte de energia renovável para a geração de calor e energia (KOVÁCS & MEGGYES, 2009). O produto sólido, denominado biocarvão, é um material rico em carbono, que pode ser utilizado na preparação de fertilizante ou pode servir de base para carvão ativado (QIAN et al, 2015). Porém, todos esses produtos podem ser melhorados para uma aplicação mais otimizada no processo de pirólise catalítica, uma vez que os catalisadores contribuem significativamente no rendimento dos produtos finais (CHEN et al, 2016).
O processo pirolítico ocorre em temperaturas entre 150 – 1600 °C, dessa forma os resíduos quando submetidos ao processo de pirólise catalítica são convertidos em três grupos: gases, constituídos majoritariamente de hidrogênio, metano e monóxido de carbono, combustível líquido, composto por hidrocarbonetos em sua maioria, álcoois e ácidos orgânicos e resíduos, constituídos por carbono praticamente puro, metais e outros materiais inertes, denominados de escória (LIMA, 2012).
A pirólise catalítica é um processo de duas etapas, nos quais a primeira envolve a decomposição térmica, ou craqueamento, da biomassa em gases de pirólise, tornando os compostos disponíveis, e a segunda etapa envolve reações secundárias dos vapores gerados sobre o catalisador (FERREIRA, 2014).
2.7
–Catalisadores
A catálise é definida como um conjunto de processos para aumentar a velocidade das reações químicas ou simplesmente modificar o caminho das mesmas, sem a necessidade de usar radiações ou mudar parâmetros reacionais como temperatura, pressão e concentração (FAJARDO, 2004). A catálise também pode ser definida como o fenômeno em que uma quantidade pequena de um material, estranho à estequiometria, que participa da reação denominado catalisador, o qual aumenta a velocidade de uma reação química (MORAIS, 2014).
Um catalisador acelera uma reação química, através da formação de ligações com as moléculas envolvidas na reação, permitindo que estas reajam entrem si para formar, o produto que por sua vez separa-se do catalisador deixando- o disponível para a reação seguinte (CHORKENDORFF & NIEMANTSVERDRIET, 2006). A Figura 2.11 a seguir mostra de um processo básico de catálise numa reação.
Figura 2.11 – Reação catalítica em que A e B são quaisquer moléculas e P um
produto formado pela ligação de ambas. Adaptado de Morais (2014).
O ciclo se inicia com a ligação das moléculas A e B para resultar em um produto P. As moléculas A e B unem-se ao catalisador, reagindo dento do complexo para se obter o produto (P), que também está ligado ao catalisador.
Depois, no estado final, P se separa do catalisador, deixando-o disponível para que o ciclo seja repetido, favorecendo as demais reações.
O catalisador não é capaz de mudar a termodinâmica no equilíbrio da reação; logo, apenas as reações espontâneas podem ser catalisadas (DESTRO, 2012). O catalisador promove um novo caminho reacional, diminui a energia de ativação (Ea), a qual é a energia mínima necessária para que os reagentes formem os produtos. Por isso a reação ocorre de maneira mais rápida do que quando não é catalisada (RUSSEL, 1994), como mostrado na Figura 2.12.
A catálise pode ser classificada em catálise homogênea, onde o catalisador e os reagentes participam de uma única fase (OLIVEIRA, 2008), ou catálise heterogênea, em que os reagentes e o catalisador encontram-se em diferentes fases. Em geral, o catalisador é um sólido e os reagentes estão na fase gasosa, que são reutilizáveis, podendo levar menos custo de produção, além de serem facilmente separados do produto final e apresentar a grande vantagem de gerar produtos de maior qualidade (MARTINELLI, 2007).
Figura 2.12 – Efeito do uso de catalisadores na velocidade da reação química.
Fonte: De Almeida (2008).
As principais propriedades dos catalisadores são atividade, seletividade, estabilidade, resistência mecânica e condutividade térmica. Tais
propriedades estão intimamente ligadas a sua composição e tecnologia de preparação (MARTINELLI, 2007).