Determinação da cinética de reação e condições operacionais da pirólise da casca de café em leito fixo

Abstract

A atual situação dos recursos energéticos mundiais vem contribuindo para o enfoque em pesquisas e testes que utilizam a energia presente na biomassa lignocelulósica para ser convertida em combustíveis tanto líquidos, gasosos ou sólidos. Os resíduos agrícolas se destacam pela quantidade que são gerados em países agroindustriais como o Brasil. Neste trabalho, foi avaliada a casca de café como resíduo agroindustrial para geração de energia através do processo de pirólise, estimando a energia de ativação como principal parâmetro cinético através de dados termogravimétricos. A casca de café foi caracterizada por meio de análise imediata, elementar, lignocelulósica, poder calorífico, fluorescência de raios X e espectroscopia vibracional por infravermelho. A reação de pirólise foi realizada a fim de se analisar as condições operacionais do processo, além da caracterização do produto líquido por CG/MS. Foi determinado por análise termogravimétrica o intervalo de temperatura mais apropriado para a pirólise da casca de café (673 – 773 K) e através dos modelos cinéticos, que descreveram o processo de reação de pirólise de forma satisfatória, foi possível determinar a energia de ativação para a casca de café (124,10 – 133,27 kJ/mol). A biomassa foi submetida por um processo de conversão térmica, mais precisamente pirólise convencional em leito fixo, para análise de parâmetros como temperatura e diâmetro médio, em que se destacou a influência da temperatura neste processo. Através da caracterização do produto da fração líquida obtida, foi possível identificar, em sua maioria, compostos fenólicos e cafeína. A possibilidade de formar produtos químicos com utilidades diversificadas e de alto valor agregado, torna a pirólise uma das mais promissoras tecnologias de conversão térmica. O poder calorífico obtido, 18,17 kJ/g, assim como resultados de análise elementar e análise imediata, mostram que esta biomassa possui um potencial para utilização como fonte energética.

The current state of the world's energy resources has been contributing to the focus on research and testing that uses the energy present in lignocellulosic biomass to be converted into liquid, gaseous or solid fuels. The agricultural residues are distinguished by the quantity that are generated in agroindustrial countries like Brazil. In this work, the coffee husk was evaluated as agroindustrial residue to generate energy through the pyrolysis process, estimating the activation energy as the main kinetic parameter through thermogravimetric data. The coffee husk was characterized by means of immediate, elemental, lignocellulosic analysis, calorific value, X-ray fluorescence and infrared vibrational spectroscopy. The pyrolysis reaction was performed in order to analyze the operating conditions of the process, besides the characterization of the liquid product by GC / MS. It was determined by thermogravimetric analysis the most appropriate temperature range for pyrolysis of the coffee husk (673 - 773 K) and through the kinetic models, which described the pyrolysis reaction process satisfactorily, it was possible to determine the activation energy for the coffee husk (124.10 - 133.27 kJ / mol). The biomass was submitted by a thermal conversion process, more precisely conventional pyrolysis in fixed bed, for analysis of parameters such as temperature and average diameter, in which the influence of temperature in this process was highlighted. Through the characterization of the product of the liquid fraction obtained, it was possible to identify, in the majority, phenolic compounds and caffeine. The possibility of forming chemicals with diversified utilities and high added value makes pyrolysis one of the most promising thermal conversion technologies. The obtained heat value, 18.17 kJ / g, as well as results of elemental analysis and immediate analysis, show that this biomass has a potential for use as an energy source. Key words: Coffee bark. Pyrolysis. Kinetic parameters.