Tratamento térmico de partículas e pellets de madeira em reator tipo rosca sem fim

Abstract

A torrefação e densificação da biomassa permitem melhorar suas propriedades energéticas e aumentar sua competitividade frente aos combustíveis fósseis. Considerando a importância do desenvolvimento de tecnologias e processos para obtenção de uma biomassa energética e competitiva, desenvolveu-se o presente trabalho, dividido em dois capítulos. O Capítulo | teve como objetivo avaliar o desempenho de um reator tipo rosca sem fim na torrefação de partículas de madeira e o efeito do tempo e temperatura de torrefação em suas propriedades. Para a torrefação, foi utilizada madeira de Pinus sp. sem casca, previamente transformada em partículas e secas a 0% de umidade. As partículas foram torrificadas em um reator tipo rosca sem fim nas temperaturas de 210, 250 e 290 “C e nos tempos de residência de 3, 6 e 9 minutos. Foram avaliados o desempenho do reator e as propriedades energéticas das partículas de madeira torrificada. Os resultados das partículas torrificadas foram comparados com a madeira in natura. Conclui-se que o reator é viável tecnicamente para torrefação das partículas de madeira em curtos tempos de residência, com obtenção de madeira torrificada com alto rendimento energético e com melhores propriedades energéticas. O Capítulo II teve como objetivo avaliar o efeito do tempo e temperatura de torrefação nas propriedades físicas, químicas e mecânicas de pellets de Pinus sp., e verificar a adequação dos resultados obtidos com a norma de comercialização europeia. Foram produzidos pellets com partículas a 16% de umidade em base seca. Posteriormente, os pellets foram secos a 0% de umidade e submetidos à torrefação nas temperaturas de 210, 250 e 290 ºC e nos tempos de residência de 10, 20 e 30 minutos. Foram determinadas as propriedades físicas, químicas e mecânicas dos pellets torrificados e in natura. Os resultados foram comparados com a norma de comercialização europeia. Conclui-se que o tratamento térmico promoveu a redução da umidade de equilíbrio higroscópico, aumento do poder calorífico, da estabilidade térmica, da durabilidade mecânica e, principalmente, aumento da densidade energética. Os pellets torrificados apresentaram resultados satisfatórios e se enquadraram à norma de comercialização, exceto quanto à durabilidade.Torrefaction and densification of biomass help to improve their energy properties and increase its competitiveness against fossil fuels. Considering the importance of developing technologies and processes to obtain an energetic and competitive biomass, this study was developed, divided into two chapters. The Chapter I aimed to evaluate the performance of a screw type reactor on the torrefaction of wood particles and the effect of the time and temperature of the torrefaction on their properties. For torrefaction, it was used Pinus sp. wood without bark, previously transformed into particles and dried at 0% moisture. The particles were torrefied in a screw type reactor at temperatures of 210, 250 and 290 “C and residence times of 3, 6 and 9 minutes. Were evaluated the reactor performance and energetic properties of torrefied wood particles. The results of torrefied particles were compared with the wood raw. It follows that the reactor is technically feasible for torrefaction of wood particles at short residence times, obtaining torrefied wood with high energy yield and better energy properties. The Chapter II had as objective evaluate the effect of the time and temperature of the torrefaction in the physical, chemical and mechanical properties of Pinus sp pellets, and verify the adequacy of the obtained results with the European marketing standard. Were produced pellets with particles at 16% moisture on a dry basis. Subsequently, the pellets were dried to 0% moisture and subjected to torrefaction at temperatures of 210, 250 and 290 “C and residence times of 10, 20 and 30 minutes. Were determined the physical, chemical and mechanical properties of the pellets, torrefied and raw. The results were compared with the European marketing standard. It follows that the heat treatment caused a reduction of hygroscopic equilibrium moisture content, increased of the calorific value, thermal stability, mechanical durability and, mainly, increased of the energy density. The torrefied pellets showed satisfactory results and were in accordance with marketing standard, except for durability.