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Title: Co-pirólise catalítica de resíduo de polietileno e biomassa de eucalipto para obtenção de bio-óleo
Authors: Morais, Ellen Kadja Lima de
Keywords: Co-pirólise;Zeólita Beta;Plástico poliolefínicos;Biomassa lignocelulósica
Issue Date: 23-Nov-2018
Citation: MORAIS, Ellen Kadja Lima de. Co-pirólise catalítica de resíduo de polietileno e biomassa de eucalipto para obtenção de bio-óleo. 2018. 106f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Petróleo) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Portuguese Abstract: A investigação por fontes energéticas sustentáveis tem incentivado processos de conversão alternativos. Baseado nesse contexto, o presente trabalho avalia a copirólise da mistura de biomassa lignocelulósica de lascas de madeira de eucalipto (Eucalyptus) e de Polietileno de baixa densidade (PEBD) usando zeólita Beta como catalisador. As amostras de Beta empregadas apresentam diferentes proporções de Si/Al (18 e 80) e são formadas por agregados de nanocristais, o que lhes confere significativa área de mesoporos/superfície externa e, portanto, com acessibilidade apropriada para a conversão de moléculas volumosas. As reações foram realizadas em um sistema de duas etapas (térmica/catalítica), operando a 550 e 500 °C, respectivamente. Todas as frações produzidas (carvão, coque, cera, bio-óleo, água e gases) foram quantificadas e caracterizadas por meio de técnicas analíticas padronizadas para os produtos sólidos (carvão e coque) foram utilizadas Análise Termogravimétrica e Análise Elementar (CHNS-O), enquanto o produto líquido (bioóleo) analisado por Karl Fischer, CHNS-O e Cromatografia a gás/Espectro de Massa e, por fim, o produto gasoso monitorado pelo Micro Cromatógrafo Gasoso. A evolução da distribuição do produto com a variação da relação catalisador/mistura de biomassa e polietileno (C/M) foi investigada. Um máximo no rendimento da fração orgânica (bioóleo) foi observado para ambas as amostras nas relações C/M intermediárias, isto é, com 40 e 50% de catalisador, consistindo principalmente de hidrocarbonetos lineares produzidos por craqueamento de PEBD, sobre os sítios ácido da zeólita. O rendimento correspondente a esse máximo foi maior para a amostra Beta com maior acidez (Si/Al=18). O craqueamento da fração de cera foi acompanhado por uma redução significativa do teor de oxigênio do bio-óleo, que melhorou notavelmente suas propriedades como combustível, indicando que efeitos sinérgicos positivos ocorrem durante a co-pirólise da mistura de biomassa lignocelulósica e dos plásticos poliolefínicos. Por fim, observou-se que para as altas relações C/M, referente a 75% de catalisador, os principais componentes da fração de bio-óleo constituíram os hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos, provenientes do craqueamento da cera, oligomerização/ciclização/aromatização de olefinas leves e condensação de DielsAlder entre furanos e olefinas leves. Esses resultados comprovaram o potencial uso da co-pirólise empregando a zeólita Beta que catalisa de forma eficiente a conversão da mistura (biomassa/polietileno) em hidrocarbonetos de baixo peso molecular, atingindo um grau elevado de desoxigenação.
Abstract: Research on sustainable energy sources has encouraged alternative conversion processes. Based on this context, the present work evaluates the co-pyrolysis of the lignocellulosic biomass mixture of eucalyptus (Eucalyptus) and low density polyethylene (LDPE) wood chips using Beta zeolite as a catalyst. The Beta samples employed have different Si / Al ratios (18 and 80) and are formed by aggregates of nanocrystals, which gives them significant mesopore / outer surface area and, therefore, with appropriate accessibility for the conversion of voluminous molecules. The reactions were performed in a two-stage system (thermal / catalytic), operating at 550 and 500 ° C, respectively. All the fractions produced (coal, coke, wax, bio-oil, water and gases) were quantified and characterized using standard analytical techniques for solid products (coal and coke). Thermogravimetric Analysis and Element Analysis (CHNS-O) , while the liquid product (bio-oil) analyzed by Karl Fischer, CHNS-O and Gas Chromatography / Mass Spectrum and, finally, the gaseous product monitored by the Gas Chromatograph. The evolution of the product distribution with the variation of the ratio catalyst / blend of biomass and polyethylene (C / M) was investigated. A maximum organic fraction yield (bio-oil) was observed for both samples at intermediate C / M ratios, ie with 40 and 50% catalyst, consisting mainly of linear hydrocarbons produced by cracking of LDPE, on the sites zeolite acid. The yield corresponding to this maximum was higher for the Beta sample with higher acidity (Si / Al = 18). The cracking of the wax fraction was accompanied by a significant reduction of the oxygen content of the bio-oil, which remarkably improved its fuel properties, indicating that positive synergistic effects occur during the copyrolysis of the mixture of lignocellulosic biomass and polyolefin plastics. Finally, it was observed that for the high C / M ratios, relative to 75% catalyst, the main components of the bio-oil fraction consisted of aliphatic and aromatic hydrocarbons from wax cracking, oligomerization / cyclization / aromatization of light olefins and Diels-Alder condensation between furans and light olefins. These results confirm the potential use of co-pyrolysis by using zeolite Beta that efficiently catalyzes the conversion of the blend (biomass / polyethylene) to low molecular weight hydrocarbons, reaching a high degree of deoxygenation.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/27079
Appears in Collections:PPGCEP - Doutorado em Ciência e Engenharia do Petróleo

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