Physical/chemical assessment of the ashes from residues of cassava harvest during the formation of agglomerations with inert material

Orientador: Waldir Antonio BizzoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: A tecnologia do leito fluidizado é considerada uma das alternativas que oferece maior eficiência e flexibilidade para o aproveitamento energético de combustíveis sólidos. O material de leito geralmente usado é a areia devido aos seus baixos custos e facilidade de obtenção. Porém, o aproveitamento energético de resíduos agrícolas, que possuem alto teor de álcalis, em reatores de leito fluidizado apresenta um problema relacionado às interações entre o material do leito e as cinzas da biomassa. Este problema é caraterizado pela aglomeração do material contido no interior do leito, o que pode conduzir à perda do estado de fluidização ocasionando paradas não programadas do reator para troca do material. Entre os diversos mecanismos propostos para contra-arrestar a formação de aglomerações, durante a combustão de biomassa, o uso de matérias de leito de baixo conteúdo de sílica e a lavagem prévia da biomassa tornam-se alternativas economicamente viáveis. Através das técnicas de Análise Térmica Simultânea (TG/DTA) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) buscou-se avaliar a tendência das cinzas dos ramos grossos da planta de mandioca à formação de aglomerações, como consequência das interações físico-químicas quando estão misturadas com areia a altas temperaturas. Misturas das cinzas com alumina e com dolomita foram testadas a fim de comprovar que reduzem a formação de aglomerações. Também foi estudado o efeito da lavagem simples da biomassa com água. Os resultados obtidos mostraram que ao redor de 770 °C o potássio contido nas cinzas reagiu com a sílica da areia formando eutéticos de baixo ponto de fusão compostos pelo sistema K2O-SiO2, que se depositaram sobre os grãos de quartzo e aderiram as partículas de inerte ao redor, promovendo a formação de aglomerações. Aproximadamente a 900 °C aconteceu a difusão de Mg, Ca e Fe que reagiram com o material depositado formando uma camada adicional de recobrimento, composta pelos sistemas K2O-SiO2-MgO e/ou K2O-SiO2-CaO-Fe2O3, que fortaleceu as uniões formadas entre as partículas de areia aglomeradas. Estes resultados concordam com os mecanismos de formação de aglomerações propostos na literaturaAbstract: The fluidized bed technology is considered one of the alternatives that offer greater efficiency and flexibility for the energetic use of solid fuels. The bed material commonly used is silica sand due to its low cost and ease of production. However, the energetic use of agricultural residues in fluidized bed reactors, often present a problem related to the interactions between the bed material and biomass ashes, which generally have high alkali content. This problem is characterized by the agglomeration of the material contained within the bed, which can lead to defluidization and unscheduled shutdowns of the reactor to change the bed material. Among the different mechanisms proposed to counteract the formation of agglomerations during the biomass combustion, the use of alternative bed materials of low content of silica and water leaching of the biomass, become economically viable alternatives. Simultaneous Thermal Analysis (TG/DTA) and Scanning Electron Microscopy (SEM) techniques were used to evaluate the trends of the ashes produced from cassava branches to agglomerations, as a result of physicochemical interactions when mixed with sand at high temperatures. Different mixtures between ashes with alumina and with dolomite were tested in order to reduce the formation of agglomerations. The effect of leaching the biomass with water was also studied. The results showed that about 770°C, the potassium contained in the ashes reacted with the silica sand particles surface, forming low melting point eutectics governed by the K2O-SiO2 system, which were deposited and adhered to quartz particles around, promoting the formation of agglomerations. Around 900°C took place the diffusion of Mg, Ca and Fe which reacted with the deposited material, forming an additional coating layer composed of K2O-SiO2-MgO and/or K2O-SiO2-CaO-Fe2O3 systems, that strengthened the joints formed between the agglomerated sand particles. These results agreed with the agglomerations formation mechanisms, proposed in the literatureMestradoTermica e FluidosMestre em Engenharia Mecânic