Tese
Efeito da temperatura e da adição de sais inorgânicos na pirólise analítica de resíduo de tabaco
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Autor
Cardoso, Cássia Regina
Institución
Resumen
Biomass is an energetic alternative to provide fuels originated from renewable sources
and with less pollutant characteristics. Currently, about 4000t/year of tobacco residue
are generated in Brazil and fast pyrolysis is an option to convert biomass into fuels, like
bio-oil, which can also be a source of high added value compounds. The present work
aimed at characterizing tobacco residue, identifying the pyrolysis kinetic parameters of
the material decomposition and studying the in
uence of temperature and additives in
the distribution of products generated in the pyrolytic reaction of this biomass. Thermogravimetric
tests were performed with slow heating rates (5-25oC/min) and nitrogen
inert atmosphere. Single reaction step and independent parallel reaction models were
used to estimate the kinetic parameters of biomass decomposition. The single reaction
step models presented activation energy values between 70,8 and 143,1kJ/mol; independent
parallel reaction model indicated that the tobacco residue decomposition consists of
six dierent reactions, with activation energies varying between 39,4 and 276,3kJ/mol.
Next, analytical pyrolysis was applied to study the vapors produced in reactions of tobacco
residue, either pure or added of 10% ZnCl2 and 10% MgCl2; at 400, 500, 600 and
700oC (20oC/ms) and helium inert atmosphere. Vapors with higher contents of acetic
acid and furfural were identied for tobacco residue added of 10% MgCl2; and of nicotine
and 4-penten-1-ol for pure residue; the pyrolysis of tobacco residue added of 10% MgCl2
provided vapors with the higher percentages of oxygenated compounds, ketones and aldehydes;
vapors resulted from pyrolysis of residue added of 10% ZnCl2 presented the most
expressive contents of hexadecane. Results indicated that the pyrolysis of tobacco residue,
either pure or added of 10% of MgCl2 will generate bio-oils that could be considered
source of compounds, and the pyrolytic reaction of the residue added of 10% of ZnCl2
a fuel oil with ignition quality. Finally, in order to evaluate the additive content eect
in pyrolytic reactions at 500oC, analyses were performed for 5% and 20% of ZnCl2 and
MgCl2 (20oC/ms, helium inert atmosphere). Higher ZnCl2 contents reduced nicotine and
phenolic compounds percentages; while higher MgCl2 concentration reduced acetic acid,
nicotine and phenolic compound contents, and increased furfural content; the percentages
of oxygenated compounds and carboxylic acids were reduced and contents of ketones and
aldehydes were increased when using higher MgCl2 concentration. Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Doutor em Engenharia Química Combustíveis menos poluentes e originados de fontes renováveis, como a biomassa, são
alternativas energéticas. Atualmente cerca de 4000t/ano de resíduo de tabaco são geradas
no Brasil e a pirólise rápida _e uma opção para se converter biomassa em combustíveis, no
caso o bio-óleo, que pode ser também fonte de compostos com valor agregado. O presente
trabalho objetivou caracterizar o resíduo de tabaco, identificar os parâmetros cinéticos
Da degradação térmica desse material e estudar o efeito da temperatura e de aditivos na
pirólise dessa biomassa. Testes termogravimétricos foram realizados utilizando-se taxas
de aquecimento entre 5 e 25oC/min e atmosfera inerte de nitrogênio. Para se estimar os
parâmetros cinéticos, modelos de reação global e reações paralelas e independentes foram
empregados. Os modelos de reação global apresentaram valores de energia de ativação
entre 70,8 e 143,1kJ/mol; o modelo de reações paralelas e independentes indicou que a
decomposição do resíduo de tabaco consiste de seis reações distintas; com energias de
ativação entre 39,4 e 276,3kJ/mol. Na etapa seguinte do trabalho, análises de pirólise
analítica foram realizadas para o resíduo de tabaco puro, adicionado de 10% de ZnCl2
e de 10% de MgCl2; a 400, 500, 600 e 700oC (20oC/ms) e atmosfera inerte de hélio.
Vapores com conteúdos mais expressivos de ácido acético e furfural foram identificados
para o resíduo adicionado de MgCl2 10%; e de nicotina e 4-penten-1-ol para o resíduo
puro; a pirólise de resíduo de tabaco adicionado de 10% de MgCl2 gerou vapores com
teores mais elevados de compostos oxigenados, cetonas e aldeídos; os conteúdos mais
expressivos de hexadecano foram identificados para o resíduo adicionado de ZnCl2 10%.
Os resultados indicaram que a pirólise de resíduo de tabaco puro ou adicionado de 10% de
MgCl2 gerará bio-óleos fonte de compostos, e a reação pirolítica do resíduo acrescido de
10% de ZnCl2 um óleo combustível com qualidade de ignição. Por _m, visando avaliar o
efeito da concentração dos aditivos na reação pirolítica a 500oC, foram realizadas análises
para concentrações mássicas de 5 e 20% de ZnCl2 e MgCl2 (20oC/ms e atmosfera inerte de
hélio). Foram observadas reduções nos conteúdos de nicotina e compostos fenólicos com o
incremento da concentração de ZnCl2; o acréscimo da concentração de MgCl2 ocasionou
redução nos teores de ácido acético, nicotina e compostos fenólicos, e incrementos nos
teores de furfural; os teores de compostos oxigenados e ácidos carboxílicos foram reduzidos
e os de cetonas e aldeídos foram incrementados com o aumento da concentração de MgCl2.