Acoustic field influence in the kinetics of thermochemical degradation during biomass torrefaction

Abstract

Considerada uma forma suave de pirólise, a torrefação aparece como alternativa de tratamento térmico da biomassa, onde essa é aquecida a temperaturas de 200 - 300 ° C em ausência parcial ou total de oxigênio visando produzir um combustível sólido mais hidrofóbico, homogêneo e com maior teor de carbono quando comparado à matéria-prima. Várias tecnologias de torrefação já foram desenvolvidas e implementadas na indústria. O presente trabalho tem como objetivo principal aprofundar o conhecimento no processo de termo degradação da biomassa durante a torrefação. Para isso um inovador aparato experimental foi desenvolvido visando aprimorar o tratamento térmico da madeira acoplando um campo acústico ao fator temperatura. O pressuposto é que um campo acústico dentro de um reator modifica o campo de pressão e, consequentemente, a velocidade das partículas ao redor da amostra alterando a interação entre o ambiente gasoso e os voláteis na superfície da madeira, acelerando o seu processo de degradação. Com este objetivo, um sistema acústico foi implementado em um reator. Uma caracterização e mapeamento do comportamento acústico contemplando a aferição da taxa de fluxo acústica e da sua intensidade foi executada. Os experimentos físicos e químicos da torrefação foram realizados para duas temperaturas de tratamento com e sem influência da acústica, fornecendo o rendimento mássico, as curvas de temperaturas e as propriedades químicas do material torrificado. Concomitantemente, foi estabelecido um modelo numérico da cinética e da composição elementar para a predição do rendimento mássico e da composição em termos de carbono hidrogênio e oxigênio durante a degradação. Os resultados experimentais da torrefação, bem como a análise química e pirólise do produto final, forneceram evidências como: redução do tempo de residência, aumento da temperatura interna da amostra e um maior poder calorífico para as amostras tratadas sobre influência da acústica. Uma comparação final entre resultados experimentais e numéricos permitiram a avaliação da precisão do modelo para o tratamento de torrefação e a influência da acústica na cinética de degradação.