Obtenção e caracterização cromatográfica de bio-óleos de bagaço de cana de açúcar por pirólise convencional e catalítica, empregando reatores de leito fixo

Abstract

São apresentados os rendimentos mássicos dos produtos: líquido, sólido e gasoso, de pirólises intermediárias de bagaço de cana de açúcar em reatores de leito fixo, sendo os bio-óleos caracterizados via GC/qMS para fins de comparação de resultados. Um novo design de reator propiciou uma taxa de transferência de calor maior do que a de um reator pré-existente, levando a um menor rendimento em biocarvão e maior percentual de área cromatográfica de furanos no bio-óleo obtido. Em ambos os reatores, ocorreu a produção de 5-hidroximetilfurfural (5-HMF, 11,69 e 14,85%, para reator convencional e novo, respectivamente), cuja produção seletiva é de interesse econômico. Cinco catalisadores foram empregados em pirólises de bagaço de cana de açúcar, no reator novo: CaO, ZnO, CuCl2, NiCl2 e nanopartículas de ouro. O CaO aumentou a área cromatográfica percentual de compostos fenólicos, enquanto que o ZnO aumentou a produção de 2,3-di-hidro-benzofurano (20,87%) e as nanopartículas de ouro propiciaram uma maior produção de 5-HMF (17,41%). O uso dos catalisadores CuCl2 e NiCl2 levaram a um aumento da área percentual de compostos fenólicos sem outros grupamentos químicos em suas estruturas moleculares, bem como a uma diminuição na área dos furanos.

Liquid, solid and gas mass yields of intermediate pyrolyses of sugar cane bagasse in fixed bed reactors are reported and characterization of bio-oils through via GC/qMS was performed for the purpose of comparison among results. A new design of reactor is proposed, where the heat transfer rate is higher than the one of a pre-existing reactor, leading to less biochar production and to a higher chromatographic percentage area of furanes in the bio-oils. The production of 5-hydroxy-methyl-furfural (5-HMF), which is an economically interesting compound, occurred in both reactors (11.69 e 14.85%, to conventional and new reactor, respectively). Five catalysts were employed in the pyrolysis of sugar cane bagasse in the new designed reactor: CaO, ZnO, CuCl2, NiCl2, and nanoparticles of gold. Calcium oxide provided an enhancement in the chromagraphic area percent of phenolic compounds, ZnO improved the production of 2,3-dihydro benzofurane (20.87%), while nanoparticles of gold provided a higher production of 5-HMF (17.41%). The use of CuCl2 and NiCl2 lead to a higher percentage of phenolic compounds with no other chemical groups in their chemical structure, while the percentage of furanes was lowered.