Efeito da torrefação e briquetagem nas propriedades energéticas de resíduos agroindustriais

Abstract

Este trabalho foi realizado com os objetivos de analisar o comportamento de resíduos in natura e torrificados mediante análise térmica, avaliar o potencial energético de resíduos torrificados e verificar seu desempenho na produção de briquetes. Os resíduos pergaminho do grão e caule do cafeeiro; caule e vagem do feijão; caule e vagem da soja; casca de arroz; folha, caule, palha e sabugo de milho; palha e bagaço da cana-de-açúcar; resíduos do processamento da madeira (serragem e maravalha); caule e folha do capim-elefante e casca do coco-da-baía foram submetidos à análise termogravimétrica e de calorimetria exploratória diferencial. A cinética de decomposição térmica das amostras foi estudada a partir de ensaios dinâmicos e os parâmetros cinéticos foram calculados utilizando-se os modelos de Kissinger, FWO e KAS. A partir dos resultados obtidos nas análises térmicas, os resíduos caule do cafeeiro, bagaço de cana-de-açúcar, caule do capim-elefante, serragem, sabugo de milho e casca do coco-da-baía foram selecionados para torrefação em duas temperaturas, 180 e 200 °C, em ar atmosférico. A torrefação em atmosfera de nitrogênio também foi testada para a temperatura de 200 °C. Posteriormente, uma análise elementar dos resíduos torrificados foi realizada e determinou-se o teor de materiais voláteis, cinzas, carbono fixo e poder calorífico dos mesmos. A briquetagem foi feita em briquetadeira de laboratório, à pressão de 15 MPa, para os resíduos bagaço de cana, sabugo e casca de coco, torrificados a 180 e 200 °C. Na realização da avaliação da qualidade dos briquetes, determinaram-se a densidade relativa aparente, a resistência à compressão e o índice de combustão. Com base nos resultados apresentados neste trabalho, pode-se concluir que: (a) dentre os resíduos in natura, a casca de coco apresentou a maior resistência à decomposição térmica e a maior energia de ativação; (b) as torrefações a 160 °C em ar atmosférico e a 200 °C em atmosfera de nitrogênio não apresentaram resultados satisfatórios; (c) para as torrefações a 180 e 200 °C, o ganho médio no valor calórico foi de 585 cal.g-1 e 1.423 cal.g-1, respectivamente; (d) os resíduos de melhor desempenho na torrefação foram o bagaço de cana-de-açúcar e o sabugo de milho, tendo este último também apresentado a menor energia de ativação; (e) os briquetes feitos a partir dos resíduos torrificados apresentaram resultados satisfatórios, com destaque para os produzidos a partir de resíduos tratados a 180°C e (f) o briquete de melhor desempenho foi o feito de sabugo de milho torrificado.

This study was conducted with the objective of analyzing the behavior of waste in natura and torrefied by thermal analysis, to assess the energy potential of torrefied waste and verify their performance in the briquettes production. Parchment waste of grain and stem coffee; stem and bean pod; stem and soybean pod; rice husk; leaf, stem, straw and corn cobs; straw and sugar cane bagasse; wood processing residues (sawdust and shavings); stem and elephant grass leaf and coconut husk underwent to thermogravimetric and differential scanning calorimetry. The samples kinetics of thermal decomposition was studied from dynamic testing and the kinetic parameters were calculated using models Kissinger FWO and KAS. From the results obtained in the thermal analysis, the coffee stem waste, bagasse of sugar cane, elephant grass stem, sawdust, corn cob and coconut husk were selected for torrefaction at two temperatures, 180 to 200 °C in atmospheric air. Torrefaction in a nitrogen atmosphere was also tested for 200 °C. Thereafter, an elemental analysis of torrefied waste was performed and determined the content of volatile materials, ash, fixed carbon and calorific value thereof. Briquetting was performed in laboratory briquetter at a pressure of 15 MPa for waste bagasse cane, corn cob and husk coconut torrefied at 180 and 200 °C. In conducting the evaluation of the briquettes quality, it was determined the apparent relative density, resistance to compression and the combustion rate. Based on results presented in this work, it can be concluded that: (a) from the waste in natura, the husk coconut showed the highest resistance to thermal decomposition and the higher activation energy; (b) the torrefaction at 160 °C in atmospheric air and at 200 °C in nitrogen atmosphere did not show satisfactory results; (c) in the torrefactions at 180 and 200 °C there were obtained an average gain in caloric value of 585 cal.g-1 and 1.423 cal.g-1 , respectively; (d) the waste of better performance in the torrefaction were the sugar cane bagasse and the corn cob, the latter also presented the lower activation energy; (e) the briquettes made from torrefied waste showed satisfactory results, especially those produced from waste treated at 180 °C; and (f) the briquette of better performance was made from torrefied corn cob.