Kentsel sürdürülebilirlik hedefli küresel adımlar

São apresentados na Figura 5.18, a seguir, os procedimentos adotados durante a realização dos experimentos pirolíticos. Foram realizados 3 tipos procedimentos de ensaios: (1) balanço de massa do processo, sendo empregado para isso um planejamento experimental do tipo 24-1 (conforme Seção 5.10.1), (2) determinação da composição dos gases, onde se utilizou um planejamento 23 com ponto central (Seção 5.10.2) e (3) balanço energético do processo de pirólise de lodo de esgoto (Seção 5.12.3).

A biomassa empregada passava por processo de secagem antes dos experimentos. A secagem do lodo acontecia em estufa por 24 horas a 70 oC. O lodo foi caracterizado, antes e após a secagem, através da análise imediata (umidade, cinzas, material volátil e carbono fixo). Em cada experimento, foi utilizada uma quantidade de 600 g de lodo residual para se determinar o balanço de massa do processo. O tempo de reação foi de 30 minutos quando se empregou uma freqüência de alimentação de biomassa de 8 Hz. No procedimento realizado para fins de balanço energético do processo foram usadas as características químicas da biomassa obtidas após a sua secagem.

Marcelo Mendes Pedroza 82 Figura 5.18 – Procedimento experimental utilizado na pirólise de lodo de esgoto no reator de cilindro rotativo

Ligar o forno. Ajustar a temperatura do processo.

Acionar os sistemas: cilindro rotativo, mola helicoidal, gás de arraste e o sistema de centrifugação

Acionar a resistência de aquecimento dos separadores de sólidos

Início de alimentação e pirólise

Líquidos Gás Carvão

Desativar a unidade após o término de

alimentação

Efetuar limpeza da planta pirolítica Coleta das Frações

de Pirólise Monitorar temperatura do forno e resistência, fluxo de gás e rotação pesagem Caracterização e Balanço de Massa

Marcelo Mendes Pedroza 83 O reator foi aquecido na temperatura do processo de pirólise, conforme cada planejamento experimental. As resistências aquecedoras dos separadores de sólidos foram ajustadas para a temperatura de 200 oC. O sistema de alimentação de gás inerte foi ligado, bem como a rotação do reator, o centrifugador de gases e a mola helicoidal. Após atingir a temperatura desejada da reação indicada pela leitura digital no forno do reator e uma temperatura do gás de arraste superior a 170 oC, medida no interior do último separador de sólido através de um indicador digital, deu-se início ao processo de pirólise do lodo. Ensaios preliminares mostraram que os valores das temperaturas da resistência (200 oC) e dos gases (170 oC) evitavam o entupimento do sistema de pirólise com o acúmulo de materiais na extensão do sistema de separação de sólidos e condensação de líquidos.

Durante o ensaio, são monitorados os seguintes dispositivos: (1) indicador e controlador da temperatura do forno, (2) indicador de temperatura dos gases, (3) indicador de temperatura das resistências aquecedoras, (4) motor e agitador de alimentação de biomassa, (5) motor e controlador do dosador de biomassa, (6) motor e controlador da mola helicoidal, (7) motor e controlador do acionamento do cilindro rotativo e (8) motor e controlador da rotação do centrifugador. As etapas de secagem, ajuste das condições iniciais e monitoramento da planta de pirólise são similares para os 3 tipos de procedimentos.

Durante a reação de pirólise, o bio-óleo foi continuamente recuperado no reservatório de aço inoxidável, (V= 0,5 L), localizado após a coluna de lavagem do gás enquanto que o extrato- ácido foi coletado no segundo reservatório localizado na parte inferior da planta pirolítica (Figura 5.17). Os finos de carvão foram recuperados nos ciclones de sólidos. A fase gasosa foi armazenada em colchão inflável para fins de pesagem e realização do balanço de massa. Para as análises cromatográficas foi providenciada uma tomada de amostra dos gases na saída do sistema utilizando um cilindro pistonado.

A fim de avaliar apenas a massa de gases produzida, um ensaio em branco, ou seja, apenas com a presença do gás inerte e nas mesmas condições paramétricas da reação de pirólise, foi realizado, a fim de subtrair esse peso daquele obtido quando da reação de pirólise.

Marcelo Mendes Pedroza 84 Para fins de balanço de massa, após a reação e o resfriamento da unidade de pirólise, todos os produtos do processo (líquido, sólido e gases) foram coletados e pesados.

O bio-óleo foi coletado em frascos de vidro âmbar, após 1 hora do término do processo (esse tempo foi suficiente para o escoamento de todo o bio-óleo que se encontrava aderido as paredes da tubulação e reservatório de líquidos), em seguida pesado e armazenado em geladeira.

O carvão foi coletado nos separadores de sólidos em um tempo de 12 horas (tempo necessário para o resfriamento do sólido), pesado e armazenado em frascos plásticos (Figura 5.19).

Os gases não condensáveis da pirólise de lodo foram coletados continuamente, após o sistema de condensação, na parte superior da linha de descarte de gases para a atmosfera (Figura 5.20) e armazenados em colchão inflável.

Figura 5.19 – Armazenamento de amostras de produtos da pirólise de lodo de esgoto: (a) e (b) bio-óleo e (c) carvão

Marcelo Mendes Pedroza 85 Figura 5.20 – Local de coleta de gases na planta pirolítica

O balanço de massa do processo foi determinado pelas equações 22 a 25, abaixo:

mbm= mbio + mc + mg + mpd (Eq.22)

ηbio = mbio/mbm (Eq.23)

ηc = mc/mbm (Eq.24)

ηg = mg/mbm (Eq.25)

Onde, mbm = massa de biomassa consumida no ensaio, mbio = massa de bio-óleo recuperado, mc =

massa de carvão produzido, mg = massa de gás produzido e mpd = massa de perdas diversas (de

finos de carvão e bio-óleo), ηbio,ηc eηg representam os rendimentos em bio-óleo, carvão egases

obtidos no processo, respectivamente.

As perdas de materiais foram detectadas nas seguintes regiões do sistema de pirólise: (1) mola helicoidal com aglomeração de carvão e biomassa não processada, (2) separadores de sólidos com acúmulo de carvão e bio-óleo, (3) sistema de lavagem de gases com perdas de bio-

Marcelo Mendes Pedroza 86 óleo e carvão, (4) acúmulo de bio-óleo e sólidos no prato metálico da centrífuga e nos coletores de líquidos e (5) perdas de condensáveis através do descarte para a atmosfera, conforme Figura 5.21.

Figura 5.21 - Perdas de materiais no sistema de pirólise: (a) aglomeração de carvão na mola helicoidal, (b) carvão nos separadores de sólidos, (c) acúmulo de sólidos e bio-óleo na entrada do sistema de lavagem de vapores e (d) bio-óleo perdido na tubulação de escoamento de líquidos