Título: RENDIMENTO GRAVIMÉTRICO DE CARBONIZAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO QUALITATIVA DE CARVÃO VEGETAL EM LEUCENAS E EUCALIPTOS PARA USO INDUSTRIAL

Título alternativo: GRAVIMETRIC PERFORMANCE OF CARBONIZATION AND QUALITATIVE CHARACTERIZATION OF CHARCOAL IN LEUCENES AND EUCALYPTUS FOR INDUSTRIAL USE

Autoria de: Bianca Borges Silva

Orientação de: Tiago Jose Pires de Oliveira

Presidente da banca: Tiago Jose Pires de Oliveira

Primeiro membro da banca: Rafael Farinassi Mendes

Segundo membro da banca: Carine Setter

Palavras-chaves: Biomassa, Energia renovável, Coque de petróleo, Pirólise, Carbono.

Data da defesa: 24/02/2022

Semestre letivo da defesa: 2021-2

Data da versão final: 03/03/2022

Data da publicação: 03/03/2022

Referência: Silva, B. B. RENDIMENTO GRAVIMÉTRICO DE CARBONIZAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO QUALITATIVA DE CARVÃO VEGETAL EM LEUCENAS E EUCALIPTOS PARA USO INDUSTRIAL. 2022. 64 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2022.

Resumo: O carvão vegetal é obtido a partir da carbonização da biomassa e, em relação aos combustíveis fósseis, como o coque de petróleo, seu uso é considerado mais sustentável. Assim, torna-se interessante considerar o carvão vegetal em alternativa ao coque, o qual nos dias atuais é amplamente utilizado por indústrias cimenteiras. O carvão vegetal pode ser produzido pela conversão termoquímica da biomassa, denominada pirólise lenta, obtendo um combustível com maior teor de carbono e maior densidade energética, em relação à biomassa in-natura. Nesse contexto, o objetivo do trabalho foi produzir carvão vegetal a partir de duas espécies florestais, Leucaena leucocephala e Eucalyptus sp, via pirólise lenta em sistema forno-fornalha, com qualidades energéticas adequadas ao uso em fornos de indústrias cimenteiras, como alternativa a substituição parcial do coque de petróleo. A matéria-prima foi caracterizada quanto à densidade bulk, análise química imediata e poder calorífico superior. A pirólise foi realizada em um sistema tipo forno-fornalha, com tempo de reação de quatro horas a 800ºC. Os rendimentos gravimétricos da carbonização foram determinados em relação à madeira seca. O carvão produzido foi qualificado, considerando-se a análise química imediata, poder calorífico superior, densidade energética, consumo específico de madeira e a eficiência energética. Por fim, foi realizado um estudo de viabilidade econômica e simulação da redução da emissão de gases de efeito estufa, analisando diferentes blends entre carvão e coque de petróleo. Ambas as espécies florestais apresentaram características atraentes para a produção de carvão vegetal destinado ao uso energético, tais como elevado teor de carbono fixo, baixo teor de cinzas e umidade. O rendimento médio em carvão vegetal para leucena foi de 30,66 e eucalipto 29,3. O teor de carbono fixo e o poder calorífico superior dos carvões de leucena e eucalipto foram comparativamente similares ao coque de petróleo. Com base nas análises energéticas e econômicas, os melhores blends para cada espécie florestal foi o uso de 80 de coque de petróleo e 20 de carvão de eucalipto e o blend constituído por 78 de coque de petróleo, 20 de carvão de eucalipto e 2 de carvão de leucena. O projeto desenvolvido para a carbonização, forno-fornalha, e a substituição parcial do coque de petróleo pelo carvão de leucena e eucalipto, provou ser uma ótima opção para a redução dos gastos anuais, sem a perda do potencial energético. Além disso, todos os blends avaliados atenderam as exigências mínimas de operação dos fornos. O rendimento dos carvões de leucena e eucalipto foram próximos de 30, percentual usualmente alcançado em fornos convencionais.

Abstract: Charcoal is obtained from the carbonization of biomass and, in relation to fossil fuels, such as petroleum coke, its use is considered more sustainable. Thus, it becomes interesting to consider charcoal as an alternative to coke, which is currently widely used by cement industries. Charcoal can be produced by the thermochemical conversion of biomass, called slow pyrolysis, obtaining a fuel with higher carbon content and greater energy density, compared to in-natura biomass. In this context, the objective of this work was to produce charcoal from two forest species, Leucaena leucocephala and Eucalyptus sp, via slow pyrolysis in a kiln-furnace system, with energy qualities suitable for use in cement industry kilns, as an alternative to partial replacement of petroleum coke. The raw material was characterized in terms of bulk density, immediate chemical analysis and higher calorific value. The pyrolysis was carried out in an oven-furnace system, with a reaction time of four hours at 800ºC. The gravimetric yields of carbonization were determined in relation to dry wood. The charcoal produced was qualified, considering the immediate chemical analysis, higher calorific value, energy density, specific consumption of wood and energy efficiency. Finally, an economic feasibility study and simulation of the reduction of greenhouse gas emissions were carried out, analyzing different blends between coal and petroleum coke. Both forest species showed attractive characteristics for the production of charcoal for energy use, such as high fixed carbon content, low ash and moisture content. The average charcoal yield for leucena was 30.66 and eucalyptus 29.3. The fixed carbon content and higher calorific value of leucaena and eucalyptus coals were comparatively similar to petroleum coke. Based on energy and economic analyses, the best blends for each forest species were the use of 80 petroleum coke and 20 eucalyptus coal and the blend consisting of 78 petroleum coke, 20 eucalyptus coal and 2 leucena coal. The project developed for carbonization, kilnfurnace, and partial replacement of petroleum coke by leucaena and eucalyptus coal, proved to be a great option for reducing annual costs, without losing energy potential. In addition, all blends evaluated met the minimum requirements for oven operation. The yield of leucaena and eucalyptus charcoal was close to 30, a percentage usually achieved in conventional ovens.

URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_quimica/20212201521109

URI alternaviva: repositorio.ufla.br/handle/1/54787

Curso: G033 - ENGENHARIA QUÍMICA (BACHARELADO)

Nome da editora: Universidade Federal de Lavras

Sigla da editora: UFLA

País da editora: Brasil

Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso

Nome da língua do conteúdo: Português

Código da língua do conteúdo: por

Licença de acesso: Acesso aberto

Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras

URI da licença: repositorio.ufla.br

Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br

Detentores dos direitos autorais: Bianca Borges Silva e Universidade Federal de Lavras

Baixar arquivo