Cinética da cogaseificação de lodo de esgoto sanitário e serragem de pinus com vapor de água em um reator termogravimétrico

Abstract

O lodo sanitário proveniente do tratamento de esgoto municipal apresenta um problema não apenas ambiental, como também econômico. A gaseificação apresenta uma ótima alternativa para lidar com essa questão e ainda gerar biocombustíveis a partir desse resíduo. Este estudo avaliou a viabilidade da cogaseificação de lodo sanitário com serragem de pinus elliottii para sua valorização energética pela geração de gás de síntese. Amostras de lodo, pinus elliottii e uma mistura de ambos, foram pirolisadas em um reator de quartzo, a 950 °C com uma atmosfera de N2 e vazão de 300 mL/min. Tanto os chars resultantes da pirólise como as amostras brutas foram caracterizadas físico-quimicamente. Os chars foram gaseificados com vapor d?água, em condições isotérmicas e pressão atmosférica, a temperaturas de 800 850 e 900 °C. Também foram gaseificadas em uma atmosfera de vapor d?água e pequena porcentagem volumétrica de oxigênio à 850 °C. A cinética das reações de gaseificação dos chars com vapor de água foi avaliada em uma termobalança, e os produtos gasosos foram analisados em um cromatógrafo gasoso. O Cl total presente nas amostras brutas provenientes do lodo não foram detectados após a pirólise, favorecendo sua utilização como fonte energética. O poder calorífico do char da copirólise apresentou um valor próximo ao material bruto, enquanto os chars do lodo e do pinus apresentam poderes caloríficos menores e maiores que de suas amostras brutas, respectivamente. Dentre os modelos cinéticos usado para avaliar a gaseificação, o modelo do núcleo não reagido teve os melhores ajustes, sendo utilizado para determinação dos parâmetros cinéticos. A equação de Arrhenius foi utilizada para avaliar o efeito da temperatura e obteve energias de ativação entre 144 e 215 kJ/mol. O hidrogênio foi o principal produto gasoso obtido em todas as gaseificações por vapor d?água seguido pelo monóxido e dióxido de carbono. A adição de uma pequena quantidade de oxigênio à atmosfera reativa inibiu a produção de hidrogênio. Nenhuma das reações estudadas teve produções significativas de metano. A gaseificação de chars provenientes do lodo sanitário se mostrou um processo promissor para obtenção de gás de síntese.

Abstract: Sanitary sludge originated from city sewer treatment presents not only an environmental problem as well as an economic one due to its disposal costs. Gasification offers a great alternative to deal with this issue and generate bio combustibles from this residue. This study evaluated the viability for the co gasification of the sewage sludge with pinus elliottii sawdust for energy recover through synthesis gas production. Samples of sludge, pinus elliottii and an 1:1 mixture of both were pyrolyzed in a quartz reactor, at 950 °C with atmosphere of N2 flowing at 300 mL/min. Both the chars obtain in the pyrolysis and the raw samples were characterized for its physicochemical characteristics. The char samples where then gasified with steam, on isothermal conditions and atmospheric pressure, with temperatures of 800, 850 and 900 °C. Additionally the chars were gasified with an atmosphere composed of steam and a small volumetric percentage of oxygen at 850 °C. The kinetics of the steam gasification were evaluated in a thermogravimetric scale, and the product gases analyzed in a gas chromatograph. The pyrolysis removed the chlorine present in the raw sample from the chars originated from the sludge. The heating value from the char of co pyrolysis presents a value near of the raw material, while the chars from the sludge and the pinus present heating values respectively lower and higher than its raw samples. Between the kinetic models utilized to analyze the gasification, the shrinking core had the best fits, being the one used to ascertain kinetics parameters. The Arrhenius equation was used to evaluate the effect of the temperature and had activation energies between 144 and 215 kJ/mol. Hydrogen were the main gas product obtain in all the steam gasification followed by carbon monoxide and dioxide. The addition of the small quantitate of oxygen to the reactive atmosphere inhibited hydrogen production. None of the reactions study had significant production of methane. Gasification of chars originated form sewage sludge shown to be a promising process for synthesis gas production.