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Dissertações de Mestrado Defendidas: 2008

Bio-óleo a partir da Pirólise Rápida, Térmica ou Catalítica, da Palha da Cana-de-Açúcar e seu co-processamento com Gasóleo em Craqueamento Catalítico.

Autor: Marlon Brando Bezerra de Almeida.
Orientadores: Donato Alexandre Gomes Aranda, Yiu Lau Lam.

Resumo

Esta pesquisa tem dois objetivos principais: O primeiro é estudar o co-processamento do gasóleo com o bio-óleo, oriundo da pirólise rápida da palha da cana, no processo de craqueamento catalítico (FCC) verificando seu efeito nos rendimentos e na qualidade dos produtos. O segundo é estudar diferentes catalisadores no processo de pirólise catalítica de biomassa visando a obtenção de um bio-óleo de melhor qualidade, ou seja, com um menor teor de oxigenados, que possa ser co-processado em refinarias de petróleo.

Misturas gasóleo/bio-óleo e gasóleo/fração orgânica, fração obtida a partir da remoção dos ácidos carboxílicos presentes no bio-óleo, nas proporções 90/10 e 95/5 foram submetidas ao craqueamento catalítico a 535oC em um reator de laboratório de leito fluidizado com catalisador de craqueamento de equilíbrio (ECAT) puro e misturado a um aditivo à base de ZSM-5, na proporção 90% ECAT / 10% aditivo. Foi demonstrada em escala de bancada a viabilidade de co-processamento de até 10% de bio-óleo sem causar efeitos negativos na conversão e distribuição de produtos. Observou-se um pequeno aumento no coque e gás combustível, uma ligeira queda no rendimento de GLP, olefinas leves e hidrogênio. A gasolina apresentou um pequeno aumento nos teores de olefinas e de aromáticos, redução do teor de parafinas e presença de fenóis. A desoxigenação se deu principalmente via descarboxilação e desidratação, sendo a primeira favorecida pela ZSM-5 em relação à zeólita Y.

Os estudos de pirólise catalítica foram conduzidos em um reator TGA-Vortex a 450-550oC utilizando como matéria-prima a lignocel e a palha da cana-de-açúcar. Foram testados catalisadores ácidos, contendo ZSM-5, e básicos, MgO e hidrotalcita. Adicionalmente, a palha de cana foi impregnada com H3PO4 e Mg(NO3)2. Comparado com a pirólise térmica, o processo catalítico resultou em queda no rendimento de líquido, aumento nos rendimentos de coque, dos gases, incluindo CO, CO2 e hidrocarbonetos, e de água. A desoxigenação ocorreu principalmente através das reações de descarboxilação, descarbonilação e desidratação. Os catalisadores básicos favoreceram as reações de descarboxilação, enquanto que os ácidos favoreceram as reações de descarbonilação e de desidratação. A impregnação da palha com ácido fosfórico e com nitrato de magnésio alterou a degradação da lignocelulose, reduzindo a temperatura de máxima decomposição e modificando a distribuição dos produtos. O pré-tratamento da palha de cana com ácido fosfórico, seguido da pirólise, favoreceu as reações de desidratação em detrimento da descarboxilação.

A desoxigenação via descarboxilação é a rota mais indicada para produzir biocombustíveis a partir do bio-óleo, uma vez que são produzidos produtos com maior relação H/C e consequentemente com maior conteúdo energético. Portanto, os catalisadores básicos são os mais indicados.