Engenharia Química
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Trabalho de Conclusão de Curso Propriedades de combustíveis obtidos por fracionamento do bio-óleo de pirólise(2023-12-07) Martinez, Felipe Campagnolo; Silva, Jessika Oliveira; Lourenço, Laura Cristina Barreto; Raimundo, Pedro Henrique MacielDiante da necessidade socioambiental por novas fontes de energia, e da carência industrial por novas oportunidades de uso de seu material residual, o uso da biomassa como matéria prima para a produção de combustíveis surge de maneira relevante para entregar eficiência energética e oportunidades de amenizar graves problemas ambientais em relação a poluição do ar e do solo, e esgotamento de recursos naturais fósseis. O processo de pirólise é uma promissora rota para obtenção de combustíveis a partir da degradação termoquímica da biomassa, qual resulta em um bio-óleo com propriedades combustíveis. Dentre os produtos obtidos no processo de degradação da biomassa, um que tem ganhado espaço de mercado é o produto líquido conhecido como bio-óleo, promissor concorrente de combustíveis convencionais, se sintetizado com o sequenciamento adequado das operações unitárias que englobam o procedimento deste tipo de projeto. Este trabalho apresenta um estudo do processo de fracionamento do bio-óleo de pirólise através de operações extrativas líquido-vapor (flash) e líquido-líquido (extração com solvente) para obtenção de frações com propriedades melhoradas. Essas propriedades foram analisadas experimentalmente em diferentes frentes (densidade, viscosidade, pressão de saturação e propriedades combustíveis) para tornar mais robusto o parecer sobre a viabilidade de uso dessa matéria prima em detrimento das fontes fósseis. Outra ferramenta de análise importante para fortalecer o estudo, foi o software computacional Aspen Plus, utilizado como plataforma para simulação de processos. Com ele, pudemos esquematizar as etapas realizadas experiementalmente e, através da simulação, otimizou-se parâmetros usados/obtidos (temperatura, pressão, volume, etc) e detalhou-se as informações sobre as correntes envolvidas no processo, obtendo uma melhora contínua nos rendimentos e na produtividade do sistema. Em síntese, o presente estudo visa a identificação e extração de produtos do bio-óleo da pirólise de biomassa, de modo a obter produtos de alto valor agregado e com propriedades combustíveis, em alternativa aos chamados “combustíveis pesados”, sendo estes consumidos em abrangência ainda nos dias atuais em alinhamento com as pautas de sustentabilidade e meio ambiente.- Influência sinergética das frações das frações SARA na formação de agregados de asfaltenos(2024) Costa, Gabriel Medeiros do NascimentoA fração asfaltenos representa as moléculas do óleo bruto de maior massa molar, polaridade e atividade interfacial. Asfaltenos dificultam e encarecem os processos petroquímicos devido à diminuição da produtividade e necessidade de manutenções causadas pela sua facilidade de agregação e adsorção em paredes sólidas. Maltenos, que representam o restante do óleo após a extração dos asfaltenos, influenciam no processo agregativo, mas não apresentam estudos suficientes para elucidar as suas interações com asfaltenos de forma clara. O presente trabalho descreve a influência das interações asfaltenos asfaltenos, asfaltenos maltenos e maltenosmaltenos no processo agregativo de asfaltenos. Em específico, o estudo descreve a influência dos maltenos na concentração de agregação crítica (CAC), na reologia de gotas pulsantes e em filmes de monocamadas de asfaltenos. Gotas de soluções asfaltenomaltenos foram submetidas a ensaios de tensiometria. Filmes de monocamadas de asfaltenosmaltenos foram submetidos a ensaios na cuba de Lagmuir . Os resultados demonstraram que o aumentar da proporção mássica de maltenos causa um acréscimo na CAC, chegando a valores de 0,0526g/L, postergando o processo agregativo dos asfaltenos, além de diminuírem o módulo de elasticidade de gotas pulsantes. Percebe se que com o acréscimo de maltenos, nas soluções estudadas, diminuise drasticamente o caráter elástico da interface, formando filmes menos rígidos apresentando uma reologia que desfavorece a agregação e facilita o fluxo de matéria. Ensaios de tensiometria com gotas estáticas e ensaios oscilatórios na cuba de Lagmuir mostram uma transição crítica entre as frações mássicas de asfaltenos igual a 0,4 e 0,6, interferindo na taxa de decaimento da CAC e na taxa de aumento módulo de elasticidade com o aumento da quantidade de maltenos na solução. Concluise com este trabalho a comprovação da importância dos maltenos na solubilidade dos asfaltenos em óleo bruto, postergando o processo agregativo para concentrações maiores, tendendo a estabilização do módulo de elasticidade e sua parcela elástica mesmo em frequências de oscilação altas. Este trabalho representa grandes avanços na área petroquímica com o incentivo ao foco nos estudos dos malteno no processo agregativo de asfaltenos, não somente na construção de novos modelos agregativos, mas também no desenvolvimento de soluções para esse problema como, por exemplo, elaboração de inibidores agregativos ou de depósitos e aditivos para melhorar o fluxo de matéria
Trabalho de Conclusão de Curso Obtenção de mistura combustível através do fracionamento do bio-óleo da pirólise de biomassa(2022-12-07) Aprile, Lucas Archivaldo ; Nava, Gustavo de Moraes ; Kuhn, Werner Heinrich Gai ; Tozi, Luiz Henrique Malucho ; Gonçalves, Daniel Rodrigues ; Francisco, KelvinA obtenção de fontes de energia mais limpas e renováveis é imprescindível para uma sociedade como a nossa, que atualmente tem um alto consumo energético e problemas ambientais agravantes. Nesse contexto, a biomassa é uma importante matéria-prima, e sua conversão pelo processo de pirólise gera um bioproduto chamado bio-óleo, um líquido escuro e viscoso que contém vários compostos químicos como: álcoois, aldeídos, fenóis e lignocelulósicos. A vasta gama de compostos presentes no bio-óleo despertou o interesse para o seu fracionamento. Visto isso, este trabalho procura contribuir e aprofundar-se na otimização e obtenção de um processo de produção de misturas combustíveis de origem verde através do fracionamento do bio-óleo proveniente da pirólise de biomassa.- Propriedades interfaciais e morfológicas de filmes monomoleculares contendo anfifílicos do petróleo(2022) Neves, Mayara Alves RosaO presente trabalho descreve o comportamento interfacial de filmes contendo anfifílicos do petróleo, avaliando aspectos termodinâmicos e morfológicos, contribuindo com estudos de estabilidade do petróleo, a partir da descrição do comportamento reológico e da determinação dos parâmetros termodinâmicos. A metodologia experimental inclui a extração (procedimento IP 143) e caracterização das frações do petróleo (frações SARA), além da análise das propriedades dos filmes, através dos ensaios de histerese utilizando a Cuba de Langmuir. Observa-se através dos módulos de elasticidade obtidos que as frações Saturados e Aromáticos apresentam comportamentos semelhantes para compressão e expansão, e as frações Resinas e Asfaltenos apresentam comportamento semelhante para compressão. O comportamento do filme de Resinas no processo de histerese indica uma elevada interação entre as moléculas, a ponto de ocorrer uma queda acentuada da pressão superficial no momento da expansão, não sendo possível que o filme retorne ao seu estado inicial. Além disso, o filme de Saturados apresentou a menor energia dissipada no ciclo de histerese, em relação aos outros filmes, sendo que isso está relacionado com sua interação molecular mais fraca. O máximo valor obtido para as misturas Asfaltenos/Resinas para o processo de compressão foi de 80,515 mN/m e para expansão de 265,958 mN/m, sendo ambos para a mistura A60/R40. As áreas em excesso obtidas para as misturas Asfaltenos/Resinas indicam que no processo de compressão as interações moleculares são em sua maioria menos intensas e no processo de expansão as interações moleculares são mais intensas, em relação ao observado para os componentes puros. Observa-se comportamento similar para a energia de Gibbs em excesso e para a energia de Gibbs da mistura Asfaltenos/Resinas
Trabalho de Conclusão de Curso Estudo da obtenção de açúcares a partir da hidrólise da celulose presente em papelão para produção de etanol(2021-12-10) Silva, Erickson Soares da; Policarpo, Giovanna Pereira; Antonio, Luccas Mori; Palma, Marcela SalesBiocombustíveis são fontes renováveis de energia consolidadas atualmente frente as metas de redução de emissão de gases do efeito estufa, mitigando efeitos negativos do uso de combustíveis fósseis. Um promissor biocombustível de segunda geração é o etanol celulósico, obtido através da quebra da cadeia da celulose que resulta em glicose e submetida, posteriormente, à fermentação. O desenvolvimento de tecnologias de produção de bioetanol de materiais lignocelulósicos é favorável devido às diversas vantagens do uso da biomassa residual para produção de etanol de segunda geração. Neste trabalho, resíduos de papelão gerados nas atividades de transporte e logística foram hidrolisados quimicamente em um sistema de refluxo com solução 10% e 35% em massa de H2SO4 por 6 horas e 4 horas, respectivamente, a 100 °C de modo a testar seu potencial como fonte de açúcar. Esses materiais podem ser convertidos em especialidades químicas de alto valor agregado, como ácidos orgânicos. Os resultados mostraram que a taxa de conversão da matéria prima em açúcares totais, sem o uso dos líquidos iônicos nas etapas ácidas, resultou na concentração de 6,09 g/L utilizando o ácido a 10 %; porém utilizando o ácido a 35%, a concentração de açúcares totais obtida foi 0,85 g/L. Com o uso de líquido iônico, os resultados nas hidrólises foram 6,56 g/L e 5,68 g/L respectivamente, indicando que a hidrólise química pode ser usada como método para decompor resíduos de papelão, especialmente se forem utilizadas condições operacionais mais rigorosas e que o uso dos líquidos iônicos favorece essa obtenção, principalmente em condições mais extremas. Dessa forma, os resíduos de papelão podem ser considerados matéria prima promissora para a produção de biocombustiveis a partir dos açúcares gerados.- Viscoelasticidade de filmes monomoleculares contendo componentes anfifílicos do petróleo(2020) Kabbach, Clara BotarelliO petróleo é uma mistura de compostos orgânicos, com reponderância de hidrocarbonetos e com menor ocorrência de heterocompostos. Componentes interfacialmente ativos do petróleo estão envolvidos em diversos processos das etapas de produção e transporte de petróleo e tem forte impacto sobre a formação e estabilização de emulsões e espumas, inversão de molhabilidade e deposição e adesão de sólidos sobre superfícies. Asfaltenos e resinas constituem frações do petróleo compostas por estruturas supramoleculares com maior polaridade e com alta atividade interfacial. O presente trabalho descreve o comportamento interfacial de filmes contendo anfifílicos extraídos do petróleo. Especificamente, o estudo visa descrever o comportamento de fases de monocamadas contendo asfaltenos e maltenos (saturados, aromáticos e resinas) do petróleo e a reologia interfacial de monocamadas de asfaltenos do petróleo, cada um analisado individualmente. Filmes de asfaltenos foram submetidos à ensaios oscilatórios realizados na cuba de Langmuir Blodgett com o objetivo de analisar a influência da pressão superficial no módulo de elasticidade dos filmes e filmes das frações SARA foram submetidos à ensaios com a compressão constante com um ciclo de histerese com o objetivo de analisar o comportamento de fases durante a compressão e expansão do filme. Os resultados demonstram que os filmes de asfaltenos são influenciados pela alteração da pressão superficial e frequência da barreira de compressão à qual estão submetidos. Os ensaios de varredura de frequência proporcionaram a observação de uma leve tendência à diminuição do módulo de elasticidade conforme o aumento da frequência (de 25 a 250mHz), bem como a diminuição do módulo elástico (de 137,11 a 8,0 mN/m) e por sua vez o aumento do comportamento de componentes viscoso. O comportamento de fases para as misturas de asfaltenos e resinas mostra a semelhança ao comportamento do filme da fração asfaltenos. Obteve-se a compressibilidade isotérmica de 0,0095 mN/m a 0,1208 mN/m nos ensaios de compressão e de 0,0035 mN/m a 0,0389 mN/m nos ensaios de expansão, corroborando com a irreversibilidade dos filmes
- Propriedades de emulsões óleo em água formuladas com emulsificantes reconfiguráveis através de alterações no PH(2017) Zanotti, M. A. G.Emulsões óleo em água (o/a) estão sendo utilizadas para minimização das adversidades encontradas durante o transporte e bombeamento de petróleo não convencional (extrapesado e viscoso). Os problemas são imputados à alta viscosidade apresentada pelo óleo, dificultando e/ou impossibilitando o seu transporte. Emulsões o/a são constituídas por um sistema em que o óleo se encontra disperso, sob a forma de pequenas gotas, na fase aquosa que contém o agente emulsificante. Desta forma é possível transportar e bombear o óleo sem contato direto com a parede do oleoduto, reduzindo os problemas devido à sua alta viscosidade e melhorando a eficiência na recuperação e produção desse tipo de óleo para o setor petrolífero. No presente trabalho, um estudo experimental foi elaborado para avaliar propriedades de emulsões formuladas com emulsificantes reconfiguráveis através de alterações no pH. Uma mistura de aminas etoxiladas foi utilizada como agente emulsificante para emulsões óleo em água com composição volumétrica de óleo de até 70%. Foram avaliados os efeitos do pH e da salinidade da fase aquosa sobre as seguintes propriedades da emulsão: diâmetro de gota, estabilidade, viscosidade aparente e potencial zeta. Os parâmetros analisados mostraram-se fortemente influenciados pelo pH da fase aquosa, permitindo variar as propriedades da emulsão. O diâmetro médio foi inferior a 20 micrômetros, resultando em emulsões estáveis (quantidade de fase aquosa separada inferior a 12% em volume). As emulsões apresentaram partículas negativamente carregadas em amplo intervalo de pH. O processo de emulsificação produziu emulsões com viscosidade possíveis de serem bombeadas em tubulações comerciais (viscosidade inferior a 400 mPa.s), sendo uma opção tecnicamente viável. A variação de propriedades de emulsões, com as características do agente emulsificante utilizado, permite a adequação dessas propriedades conforme o requerido pelo processo.
- Simulação do processo de pirólise de resíduo lignocelulósico para produção de insumos químicos(2016) Giron, B. B.O presente estudo teve como objetivo desenvolver um processo para produção de insumos químicos, baseado na pirólise rápida de resíduos lignocelulósicos proveniente da madeira, utilizando simulação composicional elementar através do software PRO/II®. O processo utiliza o conceito de biorrefinaria, onde uma unidade de pirólise rápida é acoplada a um processo de separação. O processo de modelagem foi divido em três etapas principais: pré-tratamento, pirólise e separação. O processo de pirólise foi desenvolvido com base no modelo cinético clássico de multiplas etapas e no conceito de Diebold para a produção de celulose ativa. A cinética da reação foi ajustada a partir de dados experimentais disponíveis na literatura. A fim de analisar as melhores condiçoes de processo, foram variados a porcentagem de umidade na biomassa e a temperatura de reação de pirólise. O resultado confirmou o comportamento dos dados encontrados na literatura, mostrando que o processo pode ser reproduzidos em ambiente virtual, facilitando a análise de dados, a comparação de estudos de casos e economia no tempo de execução desse processo complexo.
- Análise da conversão catalítica de fischer-tropsch para produção de combustível sintético a partir do biogás de síntese(2016) Alencar, André CardosoA síntese de Fischer-Tropsch (FT) vem sendo estudada ao longo dos anos por ser uma alternativa para a obtenção de combustível sintético, quando utiliza a biomassa como matéria prima. Fundamentada na catálise metálica, usando principalmente catalisadores de Rutênio (Ru), Cobalto (Co) e Ferro (Fe), FT é uma síntese de alto desempenho, que tem como maior problema atualmente o elevado custo. Esse trabalho apresenta um estudo computacional para descrever a síntese de Fischer-Tropsch conduzida em um reator de leito fixo, utilizando catalisadores de cobalto e de ferro. O estudo investiga a reação de conversão de biomassa em combustível, através da análise da influência dos parâmetros do processo. Foi realizada simulação do processo que utiliza catalisadores em diferentes condições de temperatura (T= 503, 518, 528 e 543K) e pressões (P= 10, 15, 20 e 25 bar). Os modelos de simulação foram construídos no simulador Aspen Plus, a partir da cinética para reações de FT usando Fe e Co disponíveis na literatura. Os resultados mostram que reações catalisadas por Fe apresentam menor conversão e necessitam de vazões baixas para que tenha maior eficiência. Ao contrário do cobalto, catalisador de Fe são mais indicados para reagentes que possuam hidrogênio em pequenas quantidades. O catalisador de cobalto mostrou maior estabilidade em relação a presença de inertes em vazões baixas e maiores conversões com menor quantidade de catalisador utilizado. Ambos catalisadores geram alta quantidade de metano e água como produto da reação. Nota-se que a síntese catalisada de Fischer-Tropsch é uma rota interessante para conversão de biomassa em combustíveis sintéticos, configurando-se como uma rota alternativa para a redução do impacto ambiental causado pelo processo produtivo do petróleo.