Estudo da torrefação contínua de casca de arroz como pré-tratamento para pirólise rápida

Abstract

A casca de arroz (CA) é um dos resíduos mais gerados no Brasil. Uma das possíveis utilizações deste resíduo é realizar a pirólise rápida da CA, aumentando o valor agregado desta biomassa. Para melhorar a qualidade dos produtos da pirólise rápida realiza-se um pré-tratamento da biomassa antes de ser pirolisada. Torrefação é a degradação térmica de biomassas, com temperaturas entre 200 e 300 °C em atmosfera inerte. Deste processo é produzida uma fração líquida composta de água e voláteis, uma fração gasosa e uma fração sólida, a biomassa torrefada. Neste trabalho a torrefação foi aplicada como pré-tratamento para pirólise rápida. Explorou-se a influência da torrefação nas propriedades físicoquímicas do biochar e do bio-óleo pós pirólise. A reação de torrefação foi executada em um reator de leito fluidizado de maneira contínua a 290 °C. A biomassa torrefada foi pirolisada a 500 °C e a 750 °C no mesmo reator e sob o mesmo regime usado na torrefação. Para comparação foram realizadas reações de pirólise sob as mesmas condições anteriores, mas sem qualquer pré-tratamento da CA. A amostra com torrefação e pirolisada a 500 °C apresentou o maior rendimento de biochar (44,2 %). A torrefação não afetou a área superficial específica do biochar, entretanto o aumento da temperatura para 750 °C propiciou uma área de 16,7 m²/g. As propriedades combustíveis do bio-óleo foram melhoradas tanto pela presença da torrefação, quanto pelo aumento de temperatura de processamento. O maior valor de poder calorífico superior foi apresentado pela amostra sem torrefação e apenas pirolisada a 750 °C, de 28 MJ/kg, que também apresentou o menor teor de água das amostras, 5,9 %. A torrefação também foi capaz de diminuir a acidez (aumentar o pH) das amostras de bio-óleo.

The rice husk (RH) is one of the most generated residues in Brazil. One of the possible uses of this waste is to carry out the fast pyrolysis of RH, increasing the added value of this biomass. To improve the quality of the fast pyrolysis products, the biomass is pre-treated before being pyrolyzed. Torrefaction is the thermal degradation of biomass, with temperatures between 200 and 300 °C in inert atmosphere. This process produces a liquid fraction composed of water and volatiles, a gaseous fraction and a solid fraction, the torrefied biomass. In this work, torrefaction was applied as a pre-treatment for fast pyrolysis. The influence of torrefaction on the physical and chemical properties of biochar and bio-oil after pyrolysis was explored. The torrefaction reaction was performed in a fluidized bed reactor in a continuous mode at 290 °C. The torrefied biomass was pyrolyzed at 500 °C and 750 °C in the same reactor and under the same regimen used for torrefaction. For comparison, pyrolysis reactions were performed under the same previous conditions, but without any pre-treatment of RH. The sample with torrefaction and pyrolysis at 500 °C presented the highest biochar yield (44.2 %). The torrefaction did not affect the specific surface area of the biochar, however the increase in temperature to 750 °C provided an area of 16.7 m²/g. The fuel properties of bio-oil were improved both by the presence of torrefaction and by the increase in processing temperature. The highest value of high heating value was presented by the sample without torrefaction and only pyrolyzed at 750 °C, of 28 MJ/kg, which also presented the lowest water content of the samples, 5.9 %. Torrefaction was also able to decrease the acidity (increase the pH) of the bio-oil samples.