Estudo exploratório do processo de co-pirólise de biomassa e plástico

Abstract

A co-pirólise é um processo de melhoria da qualidade do bio-óleo e também uma alternativa que pode contribuir para a gestão dos resíduos florestais e alguns resíduos urbanos como os plásticos. Neste trabalho, processou-se a co-pirólise de biomassa (derivada de pinheiro) e plástico (HDPE), num reator de leito fixo, com o objetivo de analisar os efeitos dos parâmetros que influenciam o processo, como a temperatura (450ºC;500ºC;550ºC), taxa de aquecimento (10ºC/min; 20ºC/min) e adição de HDPE (12.5% m/m e 25% m/m) na composição da alimentação. Os resultados colhidos mostram que o rendimento médio mais alto do gás de pirólise é 32.2% (m/m) bs obtido a 550ºC, 20 ºC/min com adição de 25% de HDPE, do carbonizado é 32.5% (m/m) bs obtido a 450ºC, 20 ºC/min com adição de 12.5% de HDPE, e do bio-óleo é 57.8 % (m/m) bs obtido a 450ºC, nas taxas 10ºC/min e 20ºC/min, sem adição de HDPE. Recolheram-se amostras de gás de pirólise de cada condição de operação com objetivo de determinar a sua composição química e o poder calorifico inferior (PCI). A introdução de HDPE no processo causou um aumento nos valores do PCI do gás, sendo o valor máximo de PCI igual a 15.2 MJ/m3PTN (Pressão (1.013×105 Pa) e Temperatura (273K) normal), obtido a 550 ºC com adição de 25% de HDPE, a 10 ºC/min de taxa de aquecimento. Porém, a adição de HDPE promoveu a geração de ceras que causaram problemas operatórios nos sistemas de condensação de vapores de pirólise para a geração de bio-óleo, como por exemplo, entupimentos. Consequentemente, tentou-se melhorar o processo de modo a ultrapassar os problemas causados pelas ceras. Para o efeito, utilizou-se uma resistência elétrica para aumentar a temperatura do escoamento dos vapores entre a saída do reator de pirólise e o sistema de condensação dos vapores. Contudo, apesar de algumas melhorias observadas, o problema não foi totalmente resolvido e é um assunto a que se deve dar atenção em trabalhos futuros.

Co-pyrolysis is a process to improve the quality of bio-oil and an alternative that can contribute to the management of forestry residues and some urban residues such as plastics. In this work, the co-pyrolysis of biomass (derived from pine) and plastic (HDPE) was carried out in a fixed-bed reactor, to analyse the effects of parameters that influence the process, such as the temperature (450ºC;500ºC;550ºC), the heating rate (10°C/min; 20°C/min) and the addition of HDPE (12.5% wt. and 25% wt.) in the feed composition. The results show that the highest average yield of the pyrolysis gas is 32.2% wt. db obtained at 550ºC, 20ºC/min, and with the addition of 25% wt. of HDPE. The highest average yield of the char is 32.5% wt. db obtained at 450°C, 20°C/min, and with the addition of 12.5 wt. of HDPE. The highest average yield of the bio-oil is 57.8% wt. db obtained at 450°C, at the heating rates of 10°C/min and 20°C/min, without adding HDPE. Pyrolysis gas samples were collected from each operating condition to determine its chemical composition and lower heating value (LHV). The introduction of HDPE into the feed mixture caused an increase in the LHV of the gas samples, the maximum LHV of the pyrolysis gas is 15.2 MJ/m3SPT (Standard Pressure (1.013×105 Pa) and Temperature (273K)), obtained at 550 °C with 25% Wt. of HDPE, at 10 °C/min of heating rate. However, the addition of HDPE promoted the generation of waxes that caused operating problems in the condensation systems of pyrolysis vapors, such as clogging. Consequently, it was made an attempt to improve the process and to overcome the problems caused by the waxes. For this purpose, an electrical resistance was used to increase the temperature of the gas stream between the exit of the pyrolysis reactor and the condensation system of pyrolysis vapors. However, despite some improvements, the problem has not been fully solved and is an issue that should be addressed in future work.