Simulação em Aspen Plus® do processo de torrefação de resíduos lignocelulósicos do Distrito Federal

Abstract

Nos últimos anos, o aumento da população e, consequentemente, da demanda por energia têm levado a uma busca por soluções sustentáveis. Diante do desafio de garantir energia sustentável e proteger o meio ambiente, é essencial estudar alternativas que minimizem os impactos ambientais e melhorem a gestão de resíduos na economia. Estudos recentes mostram que a torrefação é uma promissora e importante técnica para o pré-tratamento termoquímico de biomassas lignocelulósicas. O produto torrefado adquire propriedades semelhantes ao carvão e características otimizadas para geração de energia e calor sustentável, melhorando propriedades da biomassa, como densidade energética, hidrofobicidade, resistência à decomposição e desempenho de armazenamento. Neste estudo, foi desenvolvido um modelo de torrefação de biomassa para fornecer informações essenciais para soluções de resíduos para energia, especificamente para análise exergética futura. Dados experimentais de uma mistura de resíduos florestais urbanos (RFU) do ecossistema florestal de Brasília foram usados como entrada de dados para simulações. O modelo, implementado no software Aspen Plus®, foi validado em diversas temperaturas de torrefação (225-275°C), mostrando boa concordância com dados experimentais relatados e estimando diversos parâmetros para qualificação do material torrado (Desvio Absoluto < 9%). A torrefação foi modelada com sucesso usando um reator RYield, empregando um modelo de reação cinética de duas etapas para a decomposição da biomassa. Em um segundo momento, utilizando a Metodologia de Superfície de Respostas (RSM), o potencial do modelo foi explorado, variando o tempo de residência, o teor de umidade inicial da biomassa bruta e a temperatura de tratamento e obtendo modelos matemáticos estatisticamente significativos (p-valor < 0,05) com R2 > 0,99. A temperatura de torrefação mostrou-se mais influente do que o tempo de residência em propriedades da biomassa e subprodutos. O modelo demonstrou a capacidade de i) fornecer uma distribuição detalhada de produtos e subprodutos durante o processo de torrefação da biomassa e ii) prever propriedades importantes do combustível, como análises imediatas e elementares. Além disso, o modelo permite a estimativa de propriedades de consumo de energia e de irreversibilidade para diversas condições de tratamento.