Torrefação de cavacos de eucalipto em reator de fluxo semi-contínuo

Abstract

O objetivo geral deste estudo foi avaliar a torrefação de biomassa para fins energéticos. A biomassa utilizada foi madeira de eucalipto na condição de cavacos e as torrefações foram realizadas em um reator desenvolvido para tratamento térmico em fluxo semi-contínuo por rosca sem fim e aquecimento indireto. O estudo foi divido em três capítulos, sendo: (1) “Avaliação de um reator desenvolvido para torrefação de biomassa em fluxo semi-contínuo”; (2) “Estudo dos principais parâmetros para o tratamento térmico de cavacos de madeira” e (3) “Potencial energético de cavacos de eucalipto torrificados em reator de fluxo semi-contínuo”. No primeiro capítulo verificou-se que o aumento da temperatura final dos tratamentos acarretou em um maior consumo de combustível por hora de funcionamento do reator, enquanto o aumento do tempo de residência ocasionou uma redução desse consumo. Os aumentos no tempo e na temperatura promoveram reduções na produtividade e nos rendimentos e balanços de massa e de energia dos tratamentos térmicos. No segundo capítulo observou-se uma redução nos teores de polissacarídeos e um consequente aumento nos teores de ligninas em função do aumento da temperatura e do tempo de torrefação e da redução da umidade inicial dos cavacos. A resistência à degradação térmica dos cavacos aumentou com a torrefação, enquanto a durabilidade mecânica foi reduzida com a consequente maior geração de finos. No terceiro capítulo observou-se que o aumento da temperatura e do tempo de torrefação influenciaram diretamente na redução dos valores de materiais voláteis, oxigênio elementar, umidade de equilíbrio e tamanho médio dos cavacos, além de maiores valores de carbono e poder calorífico. As densidades a granel e energética tenderam a um aumento inicial com posterior estabilização e redução nas condições mais severas de tratamento. De modo geral, conclui-se que reator utilizado para torrefação em fluxo semi-contínuo é tecnicamente viável. A temperatura final, o tempo de residência e a umidade inicial dos cavacos têm efeitos significativos na torrefação. Os cavacos torrificados de eucalipto apresentam maior potencial energético com relação a sua matéria-prima in natura.

The aim of this study was to evaluate the torrefaction of biomass for energy purposes. The used biomass was chips of eucalyptus wood and the torrefaction process was realized in a reactor designed for thermal treatment in semi-continuous flow by worm screw and indirect heating. The study was divided into three chapters, being: (1) "Evaluation of a reactor developed for torrefaction of biomass into semi- continuous flow"; (2) "Study of the main parameters for the thermal treatment of wood chips" and (3) "Energy potential of eucalyptus chips torrefied in a semi- continuous flow reactor". In the first chapter it was found that increasing the final temperature of the treatments resulted in increased fuel consumption per hour of operation of the reactor, while increasing the residence time caused a reduction of consumption. The increase in time and temperature promoted reductions in productivity and yields and balances of energy and mass of thermal treatment. In the second chapter there was a reduction in the polysaccharides content and a consequent increase in the lignin content as a function of increasing of temperature and time torrefaction and of reducing the initial moisture of the chips. Resistance to thermal degradation of the wood chips increased with torrefaction, while mechanical durability was reduced with consequent bigger generation of fines. In the third chapter it was observed that increasing temperature and time torrefaction influenced directly in reducing of volatiles, elemental oxygen, equilibrium moisture and average size of wood chip, in addition to higher carbon and calorific values. Bulk and energy densities tended to an initial increase with subsequent stabilization and reduction in the most severe conditions of treatment. In general, it is concluded that reactor used for torrefaction in a semi-continuous flow is technically feasible. The final temperature, residence time and initial moisture of the chips have a significant effect on torrefaction. Torrefied eucalyptus chips have greater energy potential than raw material.