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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Estudo de bio-óleos de sorgo biomassa obtidos via pirólise catalítica rápida
Authors: Diego Magalhães Costa
First Advisor: Helvecio Costa Menezes
First Co-advisor: Isabel Cristina Pereira Fortes
First Referee: Renata Costa Silva Araujo
Second Referee: Leticia Malta Costa
Abstract: Pirólises rápidas e catalíticas para obtenção de bio-óleo (fração líquida) de três diferentes linhagens de sorgo biomassa, sendo duas linhagens geneticamente modificadas, designadas por BMR114 e BMR 115 e uma linhagem pura, designada por 716, foram investigadas neste trabalho. Os teores de hemicelulose (26,00; 26,12 e 24,66% m/m), celulose (37,95; 38,88 e 32,88% m/m) e lignina (6,54; 4,52 e 3,91% m/m) presentes em cada linhagem foi determinado através do processo de extração de van Soest (1968). Um estudo preliminar de degradação térmica visando verificar as principais faixas de decomposição térmica foi realizado pelas técnicas de termogravimetria (TG) e da derivada da perda de massa (DTG), os quais mostraram a presença predominante de dois picos principais, o primeiro na fai a de - e o segundo, mais intenso, entre - re ativo ce u ose decomposiç o da ignina ocorre em uma fai a mais amp a de - s pir ises das biomassas puras e da biomassa 716 impregnada com ZnO - m m foram rea i adas em um forno vertica de bancada a uma temperatura de com uma ta a de aquecimento de min e um f u o de nitrog nio superior e inferior de e m min, respectivamente. As pirólises da biomassa 716 utilizando a zeólita como catalisador, foram realizadas após um planejamento com 19 experimentos randomizados a fim de se otimizar os parâmetros: taxa de aquecimento C/min), fluxo de nitrogênio (mL/min), quantidade de biomassa (g) e quantidade de catalisador (%m/m) visando a obtenção de um bio-óleo com menores teores de compostos oxigenados. A caracterização dos bio-óleos obtidos foi realizada pela técnica de cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (CG/MS), que mostrou que tanto os bio-óleos derivados das biomassas puras como aqueles impregnados com óxido de zinco são constituídos essencialmente de compostos oxigenados, sendo os fenólicos majoritários. Já para os experimentos com a biomassa 716 impregnada com a zeólita (5-30 %m/m) foi possível observar o surgimento e aumento de hidrocarbonetos em que mostrou o potencial uso desse catalisador para obtenção de um bio-óleo rico nesse tipo de compostos. O planejamento mostrou que as variáveis que se mostraram significativas para a resposta desejada (teor de hidrocarbonetos) foram a quantidade de biomassa e de catalisador. Assim, foi possível criar uma superfície de resposta a partir dessas variáveis, na qual obteve-se um ponto crítico de mínimo, mostrando que essa biomassa é realmente favorável para a produção de um bio-óleo rico em compostos oxigenados, sendo estes amplamente usados em indústrias de biorrefinaria. Então, uma outra superfície foi criada com os compostos fenólicos (majoritários) como variável de resposta e obteve-se assim um ponto crítico de máximo dado por 13,5% (m/m) de catalisador e 15,2 g de biomassa para se obter um teor de 59 %(área) de compostos fenólicos.
Abstract: In this study, catalytic fast pyrolysis of three different strains of biomass sorghum was carried out to obtain bio-oil (liquid fraction). The hemicellulose (26.00; 26.12 and 24.66% w/w) cellulose (37.95; 38.88 and 32.88% w/w) and lignin (6.54; 4.52 and 3.91% w/w) present in each species was determined by van Soest extraction process. To verify the main decomposition profile of these raw materials, a preliminary study of thermal degradation was performed using different thermal analysis techniques. Thermogravimetric technique (TG) and the derived mass loss (DTG), which showed the dominant presence of two main peaks, the first at a range of 165-205 oC and the second, more intense, between 260- re ated to ce u ose decomposition. The decomposition of lignin takes place in a wider range of 200- Pyrolysis of biomass 716 impregnated with ZnO (5-20% w/w) and without catalyst were carried out in a vertical reactor at a temperature of 500 oC with a heating rate of 200 oC/min, and a nitrogen flow top and bottom 150 and 80 mL/min, respectively. Pyrolysis of biomass 716 using zeolite as the catalyst, were performed after planning design leading to a total of 19 experiments. The experiments were carried out randomized to optimize the parameters such as heating rate (oC/min), nitrogen flow (mL/min), the amount of biomass (g) and an amount of catalyst (% w/w) to obtain a bio-oil with minor amounts of oxygenates. The characterization of the bio-oil obtained was performed by gas chromatography coupled to a mass spectrometry (GC/MS), who showed that both bio-oils derived from biomass with or without zinc oxide consist mainly of oxygenates, with the majority phenolics. As for the experiments with biomass 716 impregnated with zeolite (5-30% w/w) was observed the emergence and increase of hydrocarbons, which showed the potential use of this catalyst to obtain a bio-oil rich in this kind of compounds. Planning design revealed that the response variables that were significant to the desired response were the amount of biomass and catalyst. Thus, it was possible to create a response surface from these two variables, which gave a critical minimum, showing that for this biomass is favorable for the production of a rich bio-oil oxygenates, which are widely used in the biorefinery. Then, another surface was created with phenolic compounds (majority) as the response variable and thus obtained a maximum critical point given by 13.5% (w/w) of catalyst and 15.2 g of biomass to obtain a content of 59% (area) phenolics.
Subject: Química analítica
Conversão de biomassa
Pirolise
Biomassa
Biocombustíveis
Sorgo
Biodiesel
Catalisadores
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-ADQSW7
Issue Date: 18-Jul-2016
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