Estudo dos parâmetros cinéticos da pirólise do bagaço de cana-de-açúcar

Environmental concerns, generated by the use of fossil fuels, has made countries look for energy-efficient alternatives in order to supply the energy demand in a sustainable way. In this context, wastes generated by agricultural and industrial sectors, which generally do not have economic value, can represent an important energy source. The recovery of these residues can be performed through a thermochemical conversion process such as pyrolysis. The pyrolysis products are gas, liquid and/or solid compounds that it can be used as an energy source or Raw material for chemical industry. However, to obtain a higher efficiency of pyrolytic conversion reactors, it is necessary to know the physicochemical characteristics, the thermal behavior and the kinetic parameters of the chemical reactions. Thus, the main aim of this work is to evaluate the kinetic parameters (activation energy, pre-exponential factor and reaction model) of the pyrolysis process of sugarcane bagasse, besides observing the physicochemical properties and thermal behavior of this residue. The physicochemical characterization was performed through proximate analysis, ultimate analysis, high heating value calculation, X-ray fluorescence (XRF) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The thermogravimetric behavior of the sugarcane bagasse pyrolysis process was observed through thermogravimetric analysis based on variation of parameters of mass, particle diameter, chemical composition and atmosphere. For kinetic parameters evaluate of sugarcane bagasse pyrolysis were used weight loss data at five different heating rates (2, 5, 10, 20 and 30 ºC min-1) under gas flow of nitrogen (99.997%), where the isoconversional methods of Friedman Flynn-Wall-Ozawa (FWO) and Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) were initially applied to obtain activation energy values. The pre-exponential factor and reaction model were obtained through the effect of compensation and masterplot, respectively. From the results of the physicochemical characteristics, it can be observed that the sugarcane bagasse presents a satisfactory applicability at pyrolytic system, due to its low moisture and ash content, and with a significant potassium composition between the inorganic compounds. Different thermal behavior could be observed by variation of parameters of mass, particle diameter, chemical composition and atmosphere. The kinetic parameters evaluated from the isoconversional methods showed that the KAS method presents better application, among the three methods used, due to the results of the kinetic parameters present a smaller difference between experimental results.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESAs preocupações ambientais, geradas pelo uso dos combustíveis fósseis, tem impulsionando os países a buscarem alternativas energeticamente renováveis, a fim de suprir a demanda energética de forma sustentável. Neste contexto, os resíduos gerados pelos setores agrícolas e industriais, que geralmente não apresentam valor econômico, podem representar uma importante fonte energética. A valorização desses resíduos pode ser advinda de um processo de conversão termoquímicos como a pirólise, o qual tem como produtos compostos na forma de gás, líquido e/ou sólido, e que podem ser utilizados como fonte energética ou matéria-prima para indústria química. Entretanto, para se obter uma maior eficiência de reatores de conversão pirolítica é necessário o conhecimento das características físico-químicas, do comportamento térmicos e dos parâmetros cinéticos das reações químicas. Deste modo, este trabalho tem por objetivo principal avaliar os parâmetros cinéticos (energia de ativação, fator pré-exponencial e modelo de reação) do processo de pirólise do bagaço de cana-de-açúcar, além de observar as propriedades físico-químicas e térmicas deste resíduo. A caracterização físico-química foi obtida através de análise imediata, análise elementar, cálculo do poder calorífico, fluorescência de Raios X (FRX) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). O comportamento termogravimétrico do processo de pirólise do bagaço de canade-açúcar foi observado através de análises termogravimétricas variando os parâmetros de massa, diâmetro de partícula, composição química e composição da atmosfera. Para a avaliação dos parâmetros cinéticos da pirólise do bagaço de cana-de-açúcar foram utilizados os dados de perda de massa em cinco diferentes razões de aquecimento (2, 5, 10, 20 e 30 ºC min-1) sob fluxo de nitrogênio (99,997%) aplicado, inicialmente, os métodos isoconversionais de Friedman, Flynn-Wall-Ozawa (FWO) e Kissinger-AkahiraSunose (KAS) para a obtenção dos valores de energia de ativação. O fator de préexponencial e modelo de reação foram obtidos respectivamente através do efeito de compensação e masterplot. A partir dos resultados das características físico-químicas, pode-se observar que o bagaço de cana-de-açúcar apresenta uma boa aplicabilidade em sistema que envolve a pirólise, isto devido ao seu baixo teor de umidade, baixa composição de cinzas e a significativa composição de potássio dentre os compostos inorgânicos. Diferentes comportamentos térmicos puderam ser observados por meio da variação dos parâmetros de massa, diâmetro de partícula, composição química, atmosfera. Os parâmetros cinéticos avaliados a partir dos métodos isoconversionais demonstraram que dentre os três métodos utilizados o de KAS apresenta melhor aplicação devido aos parâmetros cinéticos apresentarem uma menor diferença quando comparado com os resultados experimentais