Aula 02-2 - Bio-E (H-Tec)

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BIOMASSA E BIOENERGIA
Professora: MARIA VALDEREZ PONTE ROCHA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QÚÍMICA
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
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1998, este material está protegido pelas leis de 
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APLICAÇÃO DA BIOMASSA: 
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE X GASEIFICAÇÃO
 Os principais processos TERMOQUÍMICOS são a PIRÓLISE E A GASEIFICAÇÃO.
 A pirólise e a gaseificação são processos nos quais um material, seja ele de origem
vegetal ou fóssil, é submetido a altas temperaturas, e, à medida que a temperatura do
material aumenta, ocorrem transformações dessa biomassa, em que os tipos de
transformações e os produtos formados dependem do processo utilizado.
 A principal diferença entre a pirólise e a gaseificação é que a primeira utiliza atmosfera
isenta de oxigênio e temperaturas mais baixas que a gaseificação.
 Os produtos obtidos em maior proporção na pirólise são o bio-óleo e o sólido
carbonoso (biochar). Na gaseificação são obtidos principalmente gases, alcatrão e
cinzas.
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
Fonte das Imagens: EMBRAPA, 2020
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE
 A pirólise é um processo termoquímico que
ocorre na ausência de oxigênio e a altas
temperaturas.
 Com o uso do processo de pirólise, são
obtidos três produtos: bio-óleo (líquido),
biochar (sólido), e os gases da pirólise (mistura
de CO, CO2, H2 e CH4), independentemente de
qual biomassa é utilizada.
 A temperatura para ocorrer a pirólise é definida em função dos produtos desejados.
 A pirólise lenta, por exemplo, ocorre em torno de 350 °C e favorece a produção de biochar.
 A pirólise rápida ocorre em torno de 500 °C, favorecendo a produção de bio-óleo.
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
 O bio-óleo é um produto versátil e sua aplicação irá depender da sua qualidade inicial, que é
avaliada, principalmente, pelo teor de oxigênio.
 No processo de pirólise rápida térmica, ou seja, sem o uso de catalisadores heterogêneos, o bio-
óleo obtido é uma mistura de compostos oxigenados, sendo os principais são: ácidos carboxílicos,
ésteres, aldeídos, cetonas, açúcares, furanos, fenólicos, guaiacóis e siringóis.
 Estes compostos são derivados das reações de despolimerização e fragmentação dos constituintes
da biomassa (celulose, hemicelulose e lignina) e têm propriedades como: baixo poder calorífico,
alta acidez, alta viscosidade e instabilidade, as quais limitam as suas aplicações como combustível.
FONTE: Mohan et al., 2006; Huber et al., 2006.
BIO-ÓLEO
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
BIO-ÓLEO
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE
 Visando obter um bio-óleo de melhor qualidade, é necessário o desenvolvimento de
tecnologias capazes de gerar um bio-óleo com baixo teor de oxigênio.
 Entre essas tecnologias, existem a pirólise rápida com reciclo e a pirólise rápida
catalítica.
GÁS
LÍQUIDO
SÓLIDO
PIRÓLISE 
RÁPIDA
COM RECICLO
 Pirólise rápida com reciclo: O reciclo do gás
propiciará uma atmosfera reativa redutora.
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BIO-ÓLEO
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE
 No processo de pirólise rápida catalítica (PRC) ou apenas pirólise catalítica,
catalisadores heterogêneos têm sido utilizados para catalisar reações que removem o
oxigênio dos compostos oxigenados, normalmente encontrados no bio-óleo: Reações
de desoxigenação
 Este processo produzir um bio-óleo com compostos que proporcionem características
para atuação como combustível para transporte (por exemplo, hidrocarbonetos
aromáticos e olefinas) e para produtos químicos especializados (por exemplo,
compostos fenólicos), ou como produtos para integrar processos das refinarias de
petróleo. Fonte: Liu et al., 2014; Yildiz et al., 2016
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
BIO-ÓLEO
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE
 Fatores que influenciam o processo de pirólise catalítica rápida são:
O tipo de catalisador
Temperatura, 
Taxa de aquecimento, 
Razão catalisador:biomassa,
Tempo de residência dos vapores, e
Tipo de reator.
 Desafio: CATALISADOR
Fonte: Yildiz et al., 2016
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BIO-ÓLEO
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE
Fonte: Embrapa, 2020
Características das amostras de bio-óleos obtidos da pirólise
Observação da Tabela:
a Todos os valores são reportados 
como massa seca. 
b PCS – Poder calorífico superior
c Óleo combustível pesado derivado 
do petróleo. 
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UNIDADE INDUSTRIAL DE PIRÓLISE DE BIOMASSA
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE
Fonte: Editora Elsevier
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: GASEIFICAÇÃO
 A gaseificação é um processo que ocorre em temperaturas mais altas do que a pirólise,
usualmente temperaturas acima de 700 °C.
 Conforme o material gaseificado (também chamado de combustível) vai sendo
aquecido, ocorrem etapas de secagem com liberação de vapor d’água, volatização e
gaseificação propriamente dita.
 Os componentes do combustível reagem entre si até a formação dos produtos finais
gasosos: hidrogênio (H2), oxigênio (O2), gás sulfídrico (H2S), monóxido de carbono (CO),
gás carbônico (CO2) e metano (CH4), além do produto líquido, o alcatrão, resíduos
sólidos carbonosos e cinzas.
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: GASEIFICAÇÃO
Fonte: 
https://www.allpowerlabs.com/gasification-
explained
Profa. Maria Valderez Ponte Rocha
PROCESSOS DA 
GASEIFICAÇÃO
H2
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
COMBUSTÃO VERSUS GASEIFICAÇÃO
COMBUSTÃO GASEIFICAÇÃO 
O produto NÃO TEM valor de aquecimento útil O produto gasoso TEM valor de aquecimento útil
A combustão libera energia em ligações químicas A gaseificação agrupa energia em ligações 
químicas
Ocorre em um ambiente oxidante emitindo calor Ocorre em ambientes redutores (deficientes em 
oxigênio) que requerem calor
O objetivo é a conversão de energia O objetivo da gaseificação ou pirólise não é 
apenas a conversão de energia, mas a produção 
de matéria-prima química 
Produz SOx e NOx Produz H2S, N2, NH3, que pode ser eficiente
removido usando tecnologias conhecidas (como 
do processo de limpeza do gás natural)
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
 A proporção entre os produtos varia em função das condições de operação do 
processo, como:
Temperatura e pressão, 
Composição dos gases injetados (ou vapor), 
Tempo de residência, e
Arranjo do processo.
 Os Reatores utilizados são reatores de leito fixo (ou móvel) e de leito fluidizado, sendo 
selecionado com base na Finalidades.
1. Produção de gás combustível para queima, e posterior uso do calor e/ou eletricidade.
Leito fixo são mais utilizados em pequena e média escala devido à simplicidade de
operação. Em larga escala observa-se o uso tanto de reatores de leito fixo como fluidizado.
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: GASEIFICAÇÃO
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
2. A segunda finalidade é para a produção de um gás rico em H2 e CO (gás de síntese),
que possa ser utilizado para síntese de produtos químicos e combustíveis diversos (por
exemplo, gasolina e metanol). Predominância dos reatores de leito fluidizado de
grande escala.
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: GASEIFICAÇÃO
Gás de Síntese Hidrocarbonetos
REAÇÕES DE 
FISCHER TROPSCH
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
Processo de Fischer-Tropsch
REAÇÕES QUE OCORREM PARA PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETOS
As principais reações são:
Ambas as reações são muito exotérmicas. 
Reações secundárias “indesejadas” que podem ocorrer: Há situações onde as reações
secundárias podem ser otimizadas para
predominare produzir álcoois e não
alcanos. Depende, principalmente, dos
catalisadores e pressão.
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: GASEIFICAÇÃO
O que busca-se é que durante a 
gaseificação maximize a 
produção de CO e H2
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: GASEIFICAÇÃO
Profa. Maria Valderez P. Rocha, valderez.rocha@ufc.br
PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: GASEIFICAÇÃO
Ampliação do Fluxograma 
anterior. A figura original já 
apresenta baixa qualidade.
Fonte: Atsonios et al., 2015 
OBRIGADO!
valderez.rocha@ufc.br
valponterocha@yahoo.com.br 
Universidade Federal do Ceará
Campus do Pici, Bloco 709
Departamento de Engenharia Quuímica 
60455760 , Fortaleza -CE
	BIOMASSA E BIOENERGIA
	AVISO
	APLICAÇÃO DA BIOMASSA: �PROCESSOS TERMOQUÍMICOS
	PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE X GASEIFICAÇÃO
	PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE
	PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE
	PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE
	PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE
	PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE
	PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE
	PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: PIRÓLISE
	PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: GASEIFICAÇÃO
	PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: GASEIFICAÇÃO
	COMBUSTÃO VERSUS GASEIFICAÇÃO
	PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: GASEIFICAÇÃO
	PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: GASEIFICAÇÃO
	Processo de Fischer-Tropsch
	PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: GASEIFICAÇÃO
	PROCESSOS TERMOQUÍMICOS: GASEIFICAÇÃO
	OBRIGADO!