Hidrogenação catalítica de resíduos para produção de biocombustíveis líquidos

Abstract

O crescimento populacional é, provavelmente, o fator mais significativo nos complexos problemas que a humanidade enfrenta atualmente. A resultante demanda de recursos energéticos, principalmente fósseis, o aumento das emissões de gases com efeito de estufa, as alterações climáticas e o aumento de produção de resíduos, somam-se à lista de questões prementes. O desenvolvimento de tecnologias de produção energética, capazes de substituir os combustíveis fósseis, de uma forma sustentável e economicamente viável, aliado à eliminação de resíduos, tem sido alvo da comunidade científica. Um dos processos que tem sido estudado e avaliado, ao longo dos últimos anos, para produção de combustíveis líquidos, é o processo de hidrogenação de resíduos plásticos e/ou de biomassa lignocelulsósica, permitindo a quebra destas moléculas e saturação das mesmas em hidrocarbonetos, semelhantes à composição do petróleo. O combustível resultante pode ser usado em motores convencionais. O presente trabalho consistiu na hidrogenação catalítica de uma mistura de duas matérias diferentes, casca de arroz (20%) e polietileno (80%), com intuito de analisar as composições das frações gasosa e líquidas obtidas no processo. Foram utilizados três catalisadores: Zeolite Socony Mobil-5 (ZSM-5), catalisador de FCC (Fluid Catalytic Cracking) e Cobalto-Molibdénio suportado em alumina (CoMo/Al3O2) de modo a avaliar qual o mais vantajoso para o processo. Foi feita também a comparação dos ensaios catalíticos com o ensaio não-catalítico, realizado nas mesmas condições experimentais, de modo a avaliar se há vantagem de se recorrer a um catalisador no processo. Foram estudados dois grupos de condições experimentais. No primeiro grupo recorreu-se a uma temperatura de 430ºC, um tempo de reação de 10 minutos e uma pressão inicial de hidrogénio de 2 bar. No segundo grupo a temperatura de reacção foi 390ºC, o tempo de reação foi de 35 minutos e a pressão inicial de hidrogénio foi de 6 bar. Os ensaios onde se obtiveram melhores resultados, nos dois grupos de condições experimentais, a nível de rendimento mássico e/ou maior percentagem de compostos saturados e de cadeia curta, na gama da gasolina C5-C12, foram os ensaios não-catalíticos e os ensaios catalisados pelo catalisador bifuncional CoMo/Al3O2 sob as duas condições experimentais consideradas.

The population growth is probably the most significant factor in the complex problems that humanity faces today. The resulting demand for energy resources, mainly fossil, the increase in emissions of greenhouse gases, climate change and waste production increase, add to the list of pressing issues. The development of energy production technologies, able to replace fossil fuels in a sustainable and economically viable way, allied to the valorization of waste has been the subject of the scientific community. One process that has been studied and evaluated over the years for the production of liquid fuels, is the hydrogenation process applied to plastic and/or lignocellulosic biomass waste, which enables the breaking and saturation of these molecules into hydrocarbons, similar to the composition of oil.The resulting fuel can be used in conventional engines. The present work consisted in the catalytic hydrogenation of a mixture of two different matters: rice husk (20%) and polyethylene (80%), in order to analyze the composition of the gaseous and liquid fractions obtained in the process. Three catalysts were used: Zeolite Socony Mobil-5 (ZSM-5), FCC (Fluid Catalytic Cracking) catalyst and Cobalt-Molibdenium supported on alumina (CoMo/Al3O2), in order to evaluate which one is the most advantageous for the process. The comparison of the catalytic tests with the non-catalytic test, carried out under the same experimental conditions, was also made, in order to evaluate wether it is advantageous or not to use a catalyst in the process. Two sets of experimental conditions were studied. In the first group the tests were carried out at temperature of 430ºC, 10 minute reaction time and an initial hydrogen pressure of 2 bar. In the second group the reaction temperature was 390ºC, the reaction time was 35 minutes and the initial hydrogen pressure was 6bar. The tests from which better results were obtained, in the two groups of experimental conditions, in terms of conversion and/or higher percentage of saturated compounds, short-chain hydrocarbons in the gasoline range of C5-C12, were the non-catalytic tests and the tests catalysed by bifunctional catalyst CoMo/Al3O2, under both experimental conditions considered.