Decomposição térmica da madeira como subsídio para curvas de carbonização e queima de gases

Abstract

O Brasil destaca-se por possuir a maior produção mundial de carvão vegetal, cerca de 12% do total. Aproximadamente 82% do carvão vegetal produzido no país é consumido pelas indústrias siderúrgicas. O setor siderúrgico brasileiro é o único a utilizar o carvão vegetal em escala industrial na produção de ferro-gusa, ferro liga e aço no mundo. No entanto, existem alguns desafios relacionados a qualidade da madeira, ao controle da carbonização e a otimização da queima dos gases que precisam ser compreendidos. Desta forma, para entender um pouco mais destes assuntos, a tese foi dividida em três capítulos. O capítulo 1 “Aspectos práticos e teóricos da produção de carvão vegetal no Brasil” destaca a importância do carvão vegetal e do processo de carbonização, com enfoque ao novo cenário que está surgindo no Brasil. O capítulo 2 “Efeito do teor de umidade e diâmetro na pirólise da madeira de Eucalyptus sp como subsídio das curvas de carbonização”, foi avaliado o efeito de importantes variáveis da madeira (teor de umidade e do diâmetro) na produção de carvão vegetal, com o intuito de compreender os fenômenos de reação e subsidiar o desenvolvimento de curvas de carbonização para aplicação em escala industrial. O capítulo 3 “Balanço de massa e potencial energético dos gases da carbonização da madeira”, foi avaliado o efeito do teor de umidade e do diâmetro da madeira no balanço de massa e energia por fase da carbonização, a fim de subsidiar os projetos de combustão dos gases para melhorar a eficiência das fornalhas. Para que as unidades de produção de carvão vegetal do Brasil consigam atingir alta performance/produtividade são necessárias pesquisas que proponham a responder os gargalos vivenciados no dia-a-dia das empresas. Por isso, a importância de se destacar o efeito das principais variáveis da madeira na carbonização inseridas dentro do contexto prático industrial (Capítulo 1). Durante a carbonização são formadas na madeira gradientes de temperaturas, o que pode ser um importante resultado para o desenvolvimento de modelos matemáticos para utilizar no controle de processo (Capítulo 2). Na fase de secagem (25 a 200 o C) há uma baixa concentração dos compostos gasosos não condensáveis energéticos. A queima dos gases condensáveis e não condensáveis tende a ser mais promissora na faixa de 201 a 400 o C (Capítulo 3). Palavras-chave: Diâmetro. Umidade. Transferência de calor. Termogravimetria. Potencial energético.

Charcoal is the main product obtained from wood carbonization. Brazil stands out for having the world largest production of charcoal, about 12% of the total. Approximately 82% of the national charcoal production is consumed by the steel industries. The Brazilian steel sector is the only in the world which uses charcoal on an industrial scale for pig-iron production, iron alloy and steel. However, there are some challenges related to wood quality, control of carbonization process and optimization of burning gases that need a further understanding. The thesis was divided into three chapters. In Chapter 1 “Practical and theoretical aspects of charcoal production in Brazil”, is highlighted the charcoal and carbonization processes importance, focusing on the new emergent scenario in Brazil. In Chapter 2 “Effect of moisture content and diameter on the pyrolysis of Eucalyptus sp wood as a basis for carbonization curves”, important wood variables effects (wood moisture content and diameter) on charcoal production were analyzed, in order to understand the reaction phenomena and subsidize carbonization curves development for industrial scale application. In Chapter 3 “Mass balance and energy potential of wood carbonization gases”, wood moisture content and diameter effects on the mass and energy balance by carbonization phases was evaluated, in order to subsidize gas combustion project and improve the furnace efficiency. To provide a high performance/productivity on charcoal production units in Brazil, research is needed to narrow the gaps experienced in daily company’s routine. Hence, the importance of highlighting the main variables of wood carbonization effects within the practical industrial context (Chapter 1). During carbonization, temperature gradients are formed in wood, which can be an important result for the development of mathematical models for use in process control (Chapter 2). In the drying phase (25 to 200 o C) there is a low concentration of non-condensable energy compounds. The burning of condensable and non-condensable gases tends to be more promising in the range of 201 to 400 o C (Chapter 3). Keywords: Diameter. Moisture. Thermal transfer. Thermogravimetry. Energetic potential.