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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/15628
Tipo do documento: | Tese |
Título: | Acetal isopropilidênico da xilose como plataforma química para a produção de hidrocarbonetos verdes aplicáveis como combustível utilizando hidroconversão na presença de catalisadores de Paládio e Cobre suportados em zeólitas. |
Título(s) alternativo(s): | Xylose derived ketal as a platform chemical for the production of fuel range green hydrocarbons using hydroconversion in the presence of zeolite supported Palladium and Copper catalysts. |
Autor: | Pereira, Sérgio Filipe Castro |
Primeiro orientador: | Pereira, Marcelo Maciel |
Resumo: | A produção de hidrocarbonetos verdes a partir de biomassa de segunda geração usando a estrutura atual da refinaria é uma abordagem que pode ajudar a encurtar o caminho para a sustentabilidade ambiental. Contudo, as propriedades da biomassa não são adequadas para o seu emprego nas condições da refinaria convencional. Uma possível solução para esse problema é transformar o bagaço de cana-de-açúcar, através da combinação de hidrólise ácida com acetalização, em um biopetróleo estável constituído por acetais derivados de açúcares. Neste trabalho, foi realizada a conversão de um composto representativo desse biopetróleo, o 1,2:3,5-di-O-isopropilideno-α-D-xilofuranose (DX) em condições típicas de hidroprocessamento em leito fixo (350 ºC, 50 bar H2) e em batelada (250 ºC, 40 bar H2). No primeiro, foi convertida uma mistura de 20%DX/n-hexano usando vários catalisadores de Pd suportado em zeólitas (HUSY, HY, HBEA e HZSM-5). Foram principalmente obtidos hidrocarbonetos saturados, e a sua formação mostrou-se sensível ao catalisador utilizado. Os catalisadores Pd/HBEA e Pd/HZSM-5 foram menos propícios à formação de coque e alcançou-se um rendimento de 10% em hidrocarbonetos C7+ com o catalisador Pd/HZSM-5. Em condições de batelada, uma mistura de 14,3%DX/n-hexano foi convertida usando o catalisador Pd/HZSM-5, sendo analisado o efeito de tempo de reação, redução do catalisador e a razão carga/catalisador. A partir destes testes, obtiveram-se melhores resultados com 24 h de reação, pré-redução do catalisador e uma razão carga/catalisador de 1/1, tendo-se obtido um rendimento de 41% em hidrocarbonetos C7+. A adição de Cu ao catalisador aumentou ligeiramente a formação de hidrocarbonetos C7+, contudo, com o aumento do teor de Cu não se verificou o mesmo efeito. O efeito de mesoporosidade do suporte foi avaliado e a partir do catalisador Pd/HZSM-5 mesoporosa, foi alcançado um rendimento de 46% em hidrocarbonetos C7+. Como não foram observados produtos oxigenados e a quantidade de CO, CO2 e coque foi muito baixa, é possível afirmar que se obteve praticamente uma fração drop-in. Além disso, obteve-se um aproveitamento quase total da molécula de DX no que diz respeito à formação de hidrocarbonetos, leves e pesados. A grande diversidade de classes de produtos obtidos (parafinas, naftenos, aromáticos, poliaromáticos, entre outros) mostrou o potencial da molécula de DX como plataforma química para as mais diversas aplicações, principalmente como combustível. Por fim, o biopetróleo foi convertido nas mesmas condições de batelada e foram obtidos produtos semelhantes aos observados na hidroconversão do DX. |
Abstract: | Green-hydrocarbon production from second-generation biomass using standard refinery is an approach that can shorten the path to environmental sustainability. However, the properties of biomass are not suitable for refinery conditions. One approach to achieve this goal could be the transformation of sugarcane bagasse, by the combination of acid hydrolysis and acetalization, into a stable bio-crude composed by ketal-sugar derivatives. Herein, we carried out the conversion of a representative compound of this bio-crude, 1,2:3,5-di-O-isopropylidene-α-D-xylofuranose (DX) into typical fixed bed (350 ºC, 50 bar H2) and batch (250 ºC, 40 bar H2) hydroprocessing conditions. In fixed-bed conditions, a 20% DX/n-hexane mixture was converted using palladium supported on different zeolites (HUSY, HY, HBEA and HZSM-5). It was obtained mainly saturated hydrocarbons and their formation was sensitive to the catalyst. Pd/HBEA and Pd/HZSM-5 were less prone to coke formation and a C7+ hydrocarbons yield of 10% was obtained using Pd/HZSM-5. Under batch conditions, a 14,3%DX/n-hexane mixture was converted using Pd/HZSM-5 and the effect of reaction time, catalyst reduction and feed/catalyst ratio were analyzed. From these tests, a reaction time of 24 h, pre-reduction of catalyst and a feed/catalyst ratio of 1/1 showed better results and a C7+ hydrocarbons yield of 41% was obtained. The addition of Cu to the catalyst slightly increased the production of C7+ hydrocarbons, however, that was not observed with increasing Cu content. The support mesoporosity effect was evaluated and a C7+ hydrocarbons yield of 46% was obtained using Pd/mesoporous HZSM-5. Since no oxygenated products were observed and the amount of CO, CO2 and coke formed was low, a drop-in fraction was obtained. Moreover, almost full use of the DX molecule was achieved concerning the formation of light and heavy hydrocarbons. Additionally, the diversity of products (paraffins, naphthenes, aromatics, polyaromatics, among others) showed the potential of DX molecule as a platform chemical for the most diverse applications, especially, as fuel. Lastly, the bio-crude was converted under the same batch conditions as DX and similar products were obtained. |
Palavras-chave: | Biomass Sugar ketal Hydroprocessing Biohydrocarbons Palladium Zeolites Biomassa Acetal de açúcar Hidroprocessamento Bio-hidrocarbonetos Paládio Zeólitos Biomassa Hidrocarbonetos Paládio |
Área(s) do CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
Idioma: | por |
País: | BR |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Química |
Citação: | PEREIRA, Sérgio Filipe Castro. Acetal isopropilidênico da xilose como plataforma química para a produção de hidrocarbonetos verdes aplicáveis como combustível utilizando hidroconversão na presença de catalisadores de Paládio e Cobre suportados em zeólitas.. 2019. 204 f. Tese (Doutorado em Química ambiental; Polímeros) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2019. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/15628 |
Data de defesa: | 15-Ago-2019 |
Aparece nas coleções: | Doutorado em Química |
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