Orientador: Raphael Soeiro Suppino

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: O furfural é uma molécula plataforma oriunda da biomassa, produzida a partir da reação de desidratação da xilose e promissora alternativa aos derivados do petróleo como base para produção de insumos e combustíveis de origem renovável. Neste projeto, catalisadores à base de Nb2O5 suportados...

Resumo: O furfural é uma molécula plataforma oriunda da biomassa, produzida a partir da reação de desidratação da xilose e promissora alternativa aos derivados do petróleo como base para produção de insumos e combustíveis de origem renovável. Neste projeto, catalisadores à base de Nb2O5 suportados em Al2O3 foram preparados pelo método de impregnação úmida e submetidos a tratamentos com H3PO4 e HNO3, com o objetivo de aumentar sua acidez, essencial para a desidratação da xilose ao furfural. Os sólidos foram caracterizados por fisissorção de N2 (método de B.E.T. e B.J.H.), XRF, difração a laser, TPD-NH3 e FTIR visando relacionar seus desempenhos catalíticos às propriedades físico-químicas. Todos os catalisadores foram calcinados a 300 °C previamente aos testes catalíticos. Estes foram conduzidos em um reator batelada, sob atmosfera de N2 (4 MPa) e com água compondo o meio reacional. A partir dos resultados dos testes catalíticos (quantificação feita por HPLC) a diferentes temperaturas (150, 160 e 170 °C), uma equação para taxa de reação foi obtida, bem como energias de ativação aparentes para a rede de reações escolhida para representar o desempenho de cada catalisador. Observou-se que o catalisador tratado com H3PO4 apresentou seletividade ao furfural significativamente maior que os demais catalisadores, embora a uma menor taxa de reação aparente. Os parâmetros cinéticos da reação com este catalisador foram empregados no simulador Aspen Plus com vistas à análise de um sistema em que a reação de desidratação da xilose e a separação do furfural formado sejam conduzidas em uma etapa de stripping reativo. A otimização do processo por meio de planejamento experimental encontrou o máximo rendimento e recuperação de furfural no topo da coluna com valores de 85.2% e 74.0%, respectivamente. Por fim, observou-se que o emprego adequado de catalisadores heterogêneos para o processo de produção de furfural pode levar a significativos ganhos em termos de consumo de energia e de vapor no processo

Abstract: Furfural is a building-block molecule derived from biomass, produced from the xylose dehydration reaction and a promising alternative to petroleum-derived products as a starting point for the production of chemicals and fuels from renewable sources. In this project, Nb2O5 catalysts...

Abstract: Furfural is a building-block molecule derived from biomass, produced from the xylose dehydration reaction and a promising alternative to petroleum-derived products as a starting point for the production of chemicals and fuels from renewable sources. In this project, Nb2O5 catalysts supported on Al2O3 were prepared by wet impregnation method and treated with H3PO4 and HNO3, aiming for an increase in acidity, which is essential for dehydration of xylose to furfural. The solids were characterised by N2 physisorption (B.E.T. and B.J.H. method), XRF, laser diffraction, TPD-NH3, and FTIR in order to relate their catalytic performances to physico-chemical properties. All catalysts were calcined at 300 °C prior to catalytic testing. These tests were conducted in a batch reactor under N2 atmosphere (4 MPa) with water as a solvent. From catalytic tests results (quantification by HPLC) at different temperatures (150, 160 and 170 °C), a reaction rate was obtained, as well as apparent activation energies for each catalyst and its proposed reaction network. The catalyst treated with H3PO4 showed higher selectivity to furfural than the other catalysts, although at a lower apparent reaction rate. The kinetic parameters from this catalyst were used in the Aspen Plus software to analyse a process in which xylose dehydration reaction and furfural separation were conducted in a reactive stripping column. The process optimisation using design of experiments achieved a maximum yield and furfural recovery at the top of the column of 85.2% and 74.0%, respectively. It was observed that the appropriate use of heterogeneous catalysts for the furfural production process can lead to significant gains in energy and steam consumption in the process

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