Use este identificador para citar ou linkar para este item:
https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/15680
Tipo: | Tese |
Data do documento: | 24-Abr-2023 |
Autor(es): | TERIBELE, Tiago |
Primeiro(a) Orientador(a): | MACHADO, Nélio Teixeira |
Primeiro(a) coorientador(a): | SANTOS, Marcelo Costa |
Título: | Evolução estrutural do hidro-carvão e cinética da decomposição da palha de milho no processamento hidrotérmico com H2O quente comprimida |
Título(s) alternativo(s): | Structural evolution of hydrochar and kinetics of corn stover degradation by hydrothermal processing with hot compressed H2O |
Citar como: | TERIBELE, Tiago. Evolução estrutural do hidro-carvão e cinética da decomposição da palha de milho no processamento hidrotérmico com H2O quente comprimida. Orientador: Nélio Teixeira Machado; Coorientador: Marcelo Costa Santos. 2023 101 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/15680. Acesso em:. |
Resumo: | Neste trabalho, investigou-se de forma sistemática o efeito do tempo de reação e da razão biomassa/H2O na evolução estrutural do hidro-carvão e na cinética do processamento hidrotérmico da palha de milho com H2O quente comprimida. Os experimentos foram realizados a 250 °C, taxa de aquecimento de 2,0 °C/min, razão biomassa/H2O de 1:10, tempos de reação de 60, 120 e 240 minutos, e a 250 °C, tempo de reação de 240 minutos, taxa de aquecimento de 2,0 °C/min, e razão biomassa/H2O de 1:10, 1:15 e 1:20, usando um reator de tanque agitado em escala piloto de 5 galões. A caracterização dos hidro-carvões foi realizada por análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva de raios X, difração de raios X e análise elementar (C, N, H, S). As propriedades físico-químicas dos hidro-carvões foram analisadas em termos de matéria seca (MS), teor orgânico total (TOC) e cinzas. Os rendimentos das fases sólida e gasosa diminuem linearmente com a diminuição da razão biomassa/H2O, enquanto o rendimento da fase líquida aumenta de forma linear. Mantendo-se a razão biomassa/H2O constante, os rendimentos dos produtos de reação das fases sólidas, líquidas e gasosas variaram entre 52,97 e 35,82% (m./m.), 44,84 e 54,59% (m./m.) e 2,19 e 9,58% (m./m.), respectivamente. O rendimento dos hidro-carvões diminui exponencialmente com o tempo de reação, enquanto os rendimentos das fases líquida e gasosa aumentam exponencialmente com o aumento do tempo de reação. A análise termogravimétrica (TG/DTG) mostrou que o tempo de reação de 60 minutos não foi suficiente para carbonizar a palha de milho, mantendo-se a razão biomassa/H2O constante. Mantendo-se o tempo de reação constante, a análise termogravimétrica (TG/DTG) mostrou que o aumento da razão H2O/biomassa piora a carbonização da palha de milho. Mantendo-se a razão biomassa/H2O constante, as microscopias (MEV) mostraram que a estrutura morfológica original da palha de milho permaneceu praticamente inalterada à 60 minutos, enquanto que, ao manter-se o tempo de reação constante, as microscopias (MEV) demostram que a microestrutura da planta mantém parte de sua morfologia original, demonstrando que uma diminuição na razão biomassa/H2O piora a carbonização da palha de milho. A análise de espectroscopia de energia dispersiva de raios X nos hidro-carvões mostrou que o teor de carbono aumenta com o tempo de reação, mantendo-se a razão biomassa/H2O constante, enquanto que, mantendo-se o tempo de reação constante, o teor de carbono nos hidro-carvões diminui com o aumento da razão H2O/biomassa. A cinética de degradação da palha de milho foi correlacionada com um modelo exponencial de pseudo-primeira ordem, exibindo um erro quadrático médio (r2) de 0,996, demonstrando que a cinética de degradação da palha de milho com H2O quente comprimida, expressa como formação de hidro-carvão, pode ser descrita por um modelo cinético de decaimento exponencial. |
Abstract: | In this work, the effect of reaction time and biomass-to-H2O ratio on the structural evolution of hydrochar and kinetic of by hydrothermal processing of corn Stover with hot compressed H2O, have been systematically investigated. The experiments were carried out at 250 °C, heating rate of 2.0 °C/min, biomass-to-H2O ratio of 1:10, and reaction times of 60, 120, and 240 minutes, and at 250 °C, 240 minutes, heating rate of 2.0 °C/min, and biomass-to-H2O water ratio of 1:10, 1:15, and 1:20, using a pilot scale stirred tank reactor of 5 gallon. The characterization of solid phase products performed by thermo-gravimetric analysis, scanning electron microscope, energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, and elemental analysis (C, N, H, S). The physical-chemistry properties of solid phase analyzed in terms of dry matter (DM), total organic content (TOC), and ash. The yields of solid and gas phases decrease linearly with decreasing biomass-to-H2O ratio, while that of liquid phases increases linearly. For constant biomass-to-H2O ratio, the yields of solid, liquid, and gaseous reaction products varied between 52.97 and 35.82% (wt.), 44.84 and 54.59% (wt.), and 2.19 and 9.58% (wt.), respectively. The yield of solids decreases exponentially by decreasing the reaction time, while the yields of liquid and gas phases increase exponentially. For constant biomass-to-H2O ratio, TG/DTG curves shows that reaction time of 60 minutes was not enough to carbonize corn Stover. For constant reaction time, TG/DTG curves shows that increasing the H2O-to-biomass ratio worse the carbonization of corn Stover. For constant biomass-to-H2O ratio, the SEM images show the main morphological structure of the corn Stover remains practically unchanged, while for constant reaction time, SEM images show that plant microstructure retains part of its original morphology, demonstrating that a decrease on biomass-to-H2O ratio worse the carbonization of corn Stover. For constant biomass-to-H2O ratio, the EDX analysis shows that the carbon content in hydrochar increases with reaction time, while for constant reaction time, the carbon content decreases with increasing biomass-to-H2O ratio. The kinetic of corn Stover degradation was correlated with a pseudo-first order exponential model, exhibiting a root-mean-square error (r2) of 0,996, demonstrating that degradation kinetics of corn Stover with hot compressed H2O, expressed as hydrochar formation, is well described by an exponential decay kinetics. |
Palavras-chave: | Carbonização hidrotérmica Palha de milho Hidro-carvão Biomassa |
Área de Concentração: | USO E TRANSFORMAÇÃO DE RECURSOS NATURAIS |
Linha de Pesquisa: | ENGENHARIA DE PROCESSOS |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal do Pará |
Sigla da Instituição: | UFPA |
Instituto: | Instituto de Tecnologia |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil |
Fonte URI: | Disponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br |
Fonte: | 1 CD-ROM |
Aparece nas coleções: | Teses em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (Doutorado) - PRODERNA/ITEC |
Arquivos associados a este item:
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
---|---|---|---|---|
Tese_EvolucaoEstruturalHidrocarvao.pdf | 25,19 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
Este item está licenciado sob uma Licença Creative Commons