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Type: TESE DIGITAL
Title: Síntese de hidrocarbonetos de alto peso molecular a partir de etanol sobre catalisadores apatitas = Synthesis of hydrocarbons of high molecular weight from ethanol over apatite's catalyst
Title Alternative: Synthesis of hydrocarbons of high molecular weight from ethanol over apatite's catalyst
Author: Rodríguez Guerrero, Julie Katerine, 1984-
Advisor: Valença, Gustavo Paim, 1960-
Abstract: Resumo: O crescimento populacional e a industrialização das economias emergentes demandam um constante aumento na produção global de energia. Além disso, as preocupações ambientais devido à necessidade de diminuição das emissões de CO2 no marco do protocolo de Kyoto, têm levado ao surgimento de propostas de fontes de energias renováveis, sendo uma alternativa aos combustíveis fósseis. Biodiesel e bioetanol são as alternativas mais pesquisadas, no entanto elas ainda apresentam desvantagens que impedem seu uso massivo. Recentemente, tem surgido a proposta da produção de hidrocarbonetos com número de átomos de carbono maior ou igual a C4 (e.g. buteno, n-butanol, hidrocarbonetos combustíveis na faixa de C4-C10) a partir de etanol, via catálise heterogênea. Nesse sentido, já foram testados diversos catalisadores na reação de etanol, como: óxidos e hidróxidos metálicos, carbonatos, fosfatos, sulfatos, silicatos e aluminatos. Os resultados mais promissores foram obtidos com os catalisadores preparados a base de hidroxiapatita não estequiométrica. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi pesquisar novos catalisadores que apresentassem as características das apatitas, visando a produção de uma mistura de hidrocarbonetos combustíveis (oxigenados e não oxigenados) condensáveis, constituídos por moléculas com número de átomos de carbono entre C5-C18+. Nessa faixa de tamanhos de cadeia carbônica encontram-se a gasolina (C5-C12), o querosene (C8-C15) e o diesel (C5-C18). Este estudo caracteriza-se por ser de natureza exploratória, baseado em experiências desenvolvidas em laboratório, e de essência inovadora, porque os resultados alcançados oferecem uma nova alternativa para produção de produtos químicos e energia renovável. Assim, no decorrer deste trabalho são descritos a metodologia utilizada na seleção dos catalisadores e os parâmetros operacionais. Além de estarem descritos também as técnicas de preparação (precipitação química) e caracterização dos catalisadores (XRF, CHN, adsorção de N2 a -196ºC, TPD-piridina, adsorção de CO2, XRD, SEM, FT-IR, XPS), os testes catalíticos de etanol, a caracterização dos produtos de reação (GC/MS, SimDis) e a avaliação da regeneração dos catalisadores (por testes catalíticos e TGA). Os resultados obtidos no presente trabalho de pesquisa indicam que os catalisadores preparados a base de fluorapatita (FAP) e carbonato-hidroxiapatita (CHAP) são promissores para a obtenção de hidrocarbonetos condensáveis, com número átomos de carbono na faixa de C5-C18+, a partir de etanol. O poder calorífico inferior (PCI), obtido para a fase oleosa dos hidrocarbonetos condensáveis, apresentou valores próximos aos dos combustíveis fósseis (e.g. gasolina, querosene e diesel), constituindo-os em fluidos com alto potencial para serem usados como substitutos dos combustíveis fósseis. Além dessa ser uma rota alternativa para a obtenção de hidrocarbonetos oxigenados (e.g. álcoois, aldeídos, ésteres, éteres, cetonas e fenóis) e não oxigenados (e.g. aromáticos, dienos, olefinas e parafinas) de grande valor para a indústria petroquímica. Cabe ressaltar que na literatura não foram encontradas publicações referentes à utilização dos sólidos FAP e CHAP como catalisadores, sendo inédita a proposta apresentada neste estudo

Abstract: The population growth and the rise of emergent economies create a constant increase in the global energy demand, combined with environmental concerns to reduce CO2 emissions as recommended by the Kyoto protocol, have resulted in a surge of renewable energy proposals, whose purpose is to help meet energy needs, and it is possible to replace fossil fuels. Biodiesel and bioethanol being the most researched alternatives, they still have drawbacks that hinder their massive use. One of these proposals is the production of hydrocarbons from ethanol, by heterogeneous catalysis, that have carbon numbers greater than or equal to C4 (e.g. butene, n-butanol, fuels hydrocarbons in the range of C4-C10). With that in mind several solids were tested like: metallic oxides and hydroxides, carbonates, phosphates, sulfates, silicatesn and aluminates in the reaction with ethanol. The literature suggests that the most promising results are using non-stoichiometric hydroxyapatite catalysts. Because of that, the objective of this study was to research new catalysts that share the characteristics of the apatite, with the goal of producing combustible hydrocarbons (oxygenates and non-oxygenates), in the range of C5-C18+. In this range of carbon chain sizes are gasoline (C5-C12), keronsene (C8-C15) and diesel (C5-C18). This exploratory study is innovative because the results provide a new alternative to produce oxygenated and non-oxygenated hydrocarbons which is of great importance to the petrochemical and renewable energy industry. This report describes the methodology used for selecting the catalysts and the operational conditions. Also described are the synthesis and characterization of the catalysts (XRF, CHN, N2 adsorption at -196ºC, TPD-pyridine, CO2 adsorption, XRD, SEM, FT-IR, XPS), catalytic experiments, reaction products characterizations (GC/MS, SimDis), and regeneration tests. The results indicate that the fluorapatite and carbonate-hydroxyapatite catalysts are promising to obtain hydrocarbons from ethanol in the desired range. The lower calorific value (ICP) of the obtained products is similar to the ones corresponding to fossil fuels (e.g. gasoline, kerosene and diesel). Make them into a fluid with high potential to be used as substitutes for fossil fuels. In adition to being an alternate reoute to obtain oxygenated hydrocarbons (e.g. alcohols, aldehydes, esters, ethers, ketones and phenols) and non-oxygenated (e.g. aromatics, diesens, olefins and parafins). It is noteworthy that in the literature there are not publications concerning the use of FAP and CHAP solid as catalysts, being unpublished the proposal presented in this study
Subject: Hidrocarbonetos
Hidroxiapatita
Biocombustíveis
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:FEQ - Tese e Dissertação

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