Redução de Alcatrão Oriundo dos Processos de Gaseificação a partir de resíduos Agroindustriais por meio de Catálise Heterogênea

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Iniciação Científica

Autores

Evaristo, R.B.W. (UNB) ; Ghesti, G.F. (UNB) ; Guimarães, M.G. (UNB) ; Viana, N.A. (UNB) ; Macedo, J.L. (UNB)

Resumo

A gaseificação de biomassa residual agroindustrial mostra-se eficiente na geração de energia limpa e renovável. Deste processo é gerado o alcatrão constituído por hidrocarbonetos policíclicos aromáticos. A catálise heterogênea é uma das propostas para redução deste alcatrão. Para isso foram testados catalisadores ácidos e básicos para avaliar a atividade na variação da temperatura de sua degradação. A casca de ovo e a dolomita calcinada a 900°C reduziram a temperatura em cerca de 40°C. Já os catalisadores ácidos testados diminuíram a temperatura em média de 9,4°C. Constatou-se através de análises de EDX/DRX, adsorções de piridina e CO₂ que o aumento da basicidade e a diminuição da acidez, respectivamente, acarretavam em maiores variações na temperatura de degradação do alcatrão.

Palavras chaves

Gaseificação; Alcatrão; Catálise Heterogênea

Introdução

A gaseificação de biomassa busca a produção de gases de síntese como H₂, N₂ e CO. Além destes componentes é gerado também CO₂, CH₄, H₂O e alcatrão, este último por sua vez é um subproduto com problemas tecnológicos envolvidos tendo em vista que proporciona difícil separação dos gases de interesse acarretando na diminuição da eficiência do processo. (ARANTES et al, 2008)(VIANA, 2015). O alcatrão é constituído essencialmente por hidrocarbonetos policíclicos aromáticos de alto peso molecular. Sua composição pode variar de acordo com as condições operacionais do sistema de gaseificação e do tipo de biomassa utilizado. (QUITETE et al, 2014). O tratamento catalítico do alcatrão gerado vem sendo bastante implementado, uma vez que as possibilidades de reuso do catalisador no processo acarretam na diminuição de custos operacionais. Os catalisadores mais utilizados nesse contexto têm sido a dolomita e compostos de níquel, obtendo-se altas taxas de conversão de alcatrão em gases de menor massa molecular. (WANG et al, 2005). Outros catalisadores a base de Ni, Al₂O₃ e SiO₂-Al₂O₃, bem como compostos modelos de policíclicos aromáticos vem obtendo bons resultados em ensaios de conversão de alcatrão. (SRINAKRUANG et al, 2005). Assim, este trabalho tem como objetivo estudar a degradação termocatalítica de alcatrão oriundo de gaseificação de biomassa de resíduos agroindustriais, utilizando diversos catalisadores, ácidos e básicos, e avaliar a variação de temperatura de degradação do alcatrão.

Material e métodos

O alcatrão utilizado para os ensaios catalíticos provém da gaseificação da madeira de eucalipto (Eucalyptus spp.) e foi caracterizada por CG/EM em equipamento da Shimadzu GC-17A, com detector de massa e coluna de polidimetilsiloxano (CBPI PONA-M50-042). Caracterizaram-se também os alcatrões provenientes das gaseificações das seguintes biomassas: caroço de pequi, casca da árvore de jatobá, casca do fruto de baru e semente de buriti. Todos os catalisadores foram submetidos a tratamento térmico em mufla (modelo EDG3p) a uma taxa de 10°C/min em atmosfera oxidante por 4 horas antes da aplicação com o alcatrão. Os catalisadores testados foram a dolomita (pura e calcinada a 700, 800 e 900°C), casca de ovo, osso de galinha (ambos coleta residencial), cinza da casca de arroz (fornecida pela Anton de Kom Universitieit van Suriname), zeólita HUSY, sílica gel, sílica alumina e alumina. Foram feitas as análises elementares de CHNO e EDX/FRX, avaliando a composição antes e depois do tratamento térmico. Fez-se também adsorção gasosa de CO₂ e piridina (reatores construídos no Laboratório de Catálise da UnB) para averiguar a quantidade de sítios básicos e ácidos nesses materiais, respectivamente. O experimento foi testado nas proporções de 1:20 (catalisador:alcatrão – m/m) para todos os catalisadores e também 1:10 apenas para o osso de galinha. A mistura foi realizada manualmente a fim de obter máxima homogeneização entre a fase líquida de alta viscosidade (alcatrão) com a fase sólida, o catalisador. A mistura foi submetida às análises térmicas (TG/DTG em equipamento 2960 Simultaneous DSC-TGA - TA Instruments – utilizando ar sintético como gás de purga) para avaliação da temperatura de degradação, de 26°C até 1000°C.

Resultado e discussão

Os testes catalíticos foram aplicados com o alcatrão proveniente da gaseificação da madeira de eucalipto. Assim como esse, os alcatrões da gaseificação do caroço de pequi, casca da árvore de jatobá, casca do fruto de baru e semente de buriti foram caracterizados por CG/EM obtendo resultados muito semelhantes em sua composição. Todos apresentaram hidrocarbonetos de cadeia longa e estruturas aromáticas que corroboram com os dados da literatura para a composição do alcatrão. Os ensaios termocatalíticos da mistura alcatrão/catalisador resultaram em variações da temperatura de degradação distintos dependendo do tipo de catalisador. Entre os catalisadores básicos a dolomita e a casca de ovo, ambas calcinadas a 900°C, obtiveram variações na temperatura de degradação do alcatrão próximas de 40°C. A Figura 1 apresenta as curvas de DTG para ao alcatrão puro e sobre aplicação da dolomita pura e calcinada em diferentes temperaturas. Pelas análises de EDX/FRX observou-se que quanto maior a temperatura de calcinação da dolomita maior a quantidade de CaO, assim como pela adsorção de CO2, apontando um maior número de sítios básicos.(GAIO, 2014). Isto, juntamente com os dados da Figura 1, confirmam que o aumento da basicidade levou a uma maior variação da temperatura de degradação do alcatrão. A Figura 2 apresenta as curvas de DTG para o alcatrão puro e com os catalisadores ácidos testados. A sílica gel foi a que obteve melhor resultado variando a temperatura em cerca de 16°C e também a que apresentou menor número de sítios ácidos pela adsorção de piridina. Assim, analisando o perfil de redução de alcatrão com a aplicação destes catalisadores (Figura 2) mostra- se uma diminuição da temperatura de degradação com o aumento da acidez.

Curvas de DTG do Alcatrão Puro e com as dolomitas pura e calcinada a 700, 800 e 900°C


Curvas de DTG do Alcatrão Puro e com os catalisadores ácidos

Conclusões

A catálise heterogênea se mostra eficiente para a redução de alcatrão oriundo do processo de gaseificação de biomassa. Seu uso agrega valor a essa tecnologia que tem como objetivo produzir gás de síntese como potencial combustível. A utilização de catalisadores como a dolomita e a casca de ovo mostrou-se promissora uma vez que reduziram a temperatura de degradação consideravelmente, além disso, possuem baixo custo que é de grande interesse para a aplicação desse processo. Já os catalisadores ácidos obtiveram desempenho menor, mas observou-se também variação na temperatura de degradação.

Agradecimentos

A Laboratório de Catálise da UnB, a CAPES, FINATEC, FAPDF, FINEP-CTPetro, FINEP-CTInfra, UnB, DPP, DEX, IQ-UnB e FGA/UnB.

Referências

ARANTES, M. D.; MENDES, L. M.; RABELO, G. F.; SILVA, J. R. M.; MORI, F. A.; BARBOSA, A. M. Gaseificação de materiais lignocelulósicos para a geração de energia elétrica. Ciência Florestal, v.18, 525-533, 2008.
VIANA, N. A. Dissertação de Mestrado em Tecnologias Químicas e Biológicas. Universidade de Brasília. 2015.
QUITETE, C. P. B.; SOUZA, M. M. V. M. Remoção do alcatrão de correntes de gaseificação de biomassa: processos e catalisadores. Química Nova, v.37, n. 4, 689-698, 2014.
WANG, T.; CHANG, J.; LV, P.; ZHU, J. Novel catalyst for cracking of biomass tar. Energy & Fuels, 19, 22-27, 2005.
SRINAKRUANG, J.; SATO, K.; VITIDSANT, T.; FUJIMOTO, K. A highly eficiente catalyst for tar gasification with steam. Catalysis Communications, 6, 437-440, 2005.
GAIO, L. M. Dissertação de Mestrado em Tecnologias Químicas e Biológicas. Universidade de Brasília. 2014.