Gaseificação catalítica de efluente da indústria de biodiesel para a produção de hidrogênio

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dc.contributor.advisor1Alonso, Christian Gonçalves
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7285754665946583pt_BR
dc.contributor.referee1Alonso, Christian Gonçalves
dc.contributor.referee2Corazza, Marcos Lúcio
dc.contributor.referee3Chagas, Rafael Pavão das
dc.contributor.referee4Colmati Júnior, Flávio
dc.contributor.referee5Alves, Helton José
dc.creatorMourão, Lucas Clementino
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/3156359031929064pt_BR
dc.date.accessioned2023-05-31T11:28:30Z
dc.date.available2023-05-31T11:28:30Z
dc.date.issued2023-04-28
dc.description.abstractThe increasing global pollution, combined with a growing demand for energy, is driving the search for environmentally-friendly alternatives in energy production. Hydrogen, which has emerged as an important energy vector, is primarily produced from non-renewable sources such as petroleum. The development of innovative technologies has facilitated the utilization of renewable sources for hydrogen production, such as Supercritical Water Gasification (ScWG) of biomass. Among the potential feedstocks for hydrogen production, glycerol, a byproduct of the biodiesel industry, stands out as a promising candidate for ScWG. Due to the increasing production of biodiesel, a large supply of glycerol is being produced without a corresponding increase in demand. As a result, the biodiesel production chain has garnered increased interest from several research initiatives aimed at valorizing waste materials into higher value-added products. Combined with heterogeneous catalysis, the ScWG process can increase selectivity towards products of interest and achieve high conversion efficiency of organic matter, even with short residence times. In this work, the catalytic gasification of glycerol and real wastewater from a biodiesel industry were evaluated. Ni based catalyst were synthetized by simple and fast wet impregnation method of metallic nitrates supported on a honeycomb cordierite (CRD) structure. The catalysts were characterized by SEM-EDS, XRD, N2 adsorption/desorption, XRF, WDS and TGA. The performance of the Ni-based catalyst was evaluated in the ScWG of glycerol and compared to two commercial Automotive Catalysts (ACs). The ScWG of glycerol was carried out under different conditions in order to establish optimal operating parameters. The tests were conducted at reactor temperatures ranging from 400ºC to 700ºC, a system pressure of 25 MPa, and glycerol mass concentrations ranging from 10% to 34%. For optimal conditions (600 ºC and glycerol 10wt%), the results indicated that Ni/CRD catalyst showed the highest H2 yield (1,40 mol/mol C) and carbon conversion (95%). Although they have shown efficiency in the gasification of glycerol, the ACs showed higher tendencies for activity loss in carbon conversion compared to Ni based catalys over time (300 min). Preliminary tests using real industrial effluent (BIOD) were conducted, evaluating parameters of temperature (400 - 600°C), feed flow rate (10 - 20 mL/min), and effluent concentration based on total organic carbon (TOC) (50 - 100%). The results showed that temperature had the greatest influence on gasification, with a carbon conversion of 77% and an H2 yield of 2.85 mol/mol C at 600°C (10 mL/min; 50% TOC). Catalytic test conducted under the best condition (600 ºC; 10 mL/min; 100% TOC) showed higher carbon conversion, while non-catalytic test obtained higher H2 selectivity (76%). The results showed that structured catalyst has great potential to enhance the production of H2-rich gas specially from glycerol GASc. The use of biodiesel residue as a raw material for the ScWG process is promising since it allows the treatment of the residue and the production of H2-rich gas simultaneously.eng
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dc.description.resumoO aumento da poluição mundial somado com um crescente aumento na demanda energética induz a busca por alternativas ambientalmente amigáveis na produção de energia. O hidrogênio, que tem emergido como um importante vetor energético, é basicamente produzido a partir de fontes não renováveis como o petróleo. O desenvolvimento de tecnologias inovadoras tem facilitado o emprego de fontes renováveis para a produção de hidrogênio, como é o caso da Gaseificação em Água Supercrítica (GASc) de biomassas. Entre as possíveis matérias-primas para produção de hidrogênio, o glicerol, um subproduto da indústria de biodiesel, destaca-se como um candidato promissor para a GASc. Devido ao aumento da produção de biodiesel, uma grande oferta de glicerol está sendo produzida sem um correspondente aumento na demanda. Como resultado, a cadeia de produção de biodiesel tem despertado interesse de várias iniciativas de pesquisa que visam valorizar materiais residuais em produtos de maior valor agregado. Combinado com a catálise heterogênea, o processo GASc pode aumentar seletividade a produtos de interesse e alta eficiência de conversão de matéria orgânica mesmo em tempos de residência curtos. Neste trabalho, foi avaliada a gasificação catalítica de glicerol e efluente real de uma indústria de biodiesel. Catalisador à base de Ni foi sintetizado por método rápido e simples de impregnação úmida de nitrato metálico suportado em cordierita (CRD) estruturada em favo de mel. Os catalisadores foram caracterizados por MEV-EDS, adsorção/dessorção de N2, DRX, FRX, WDS e TG-ATD. O desempenho do catalisador à base de Ni foi avaliado na GASc de glicerol e comparado com dois catalisadores automotivos comerciais (ACs). A GASc de glicerol foi realizada em diferentes condições para estabelecer parâmetros operacionais ideais. Os testes foram conduzidos em temperaturas de reator variando de 400°C a 700°C, pressão do sistema de 25 MPa e concentrações de massa de glicerol variando de 10% a 34%. Para as condições ideais (600 °C e 10%m/m de glicerol), os resultados indicaram que o catalisador Ni/CRD apresentou o maior rendimento de H2 (1,40 mol/mol C) e conversão de carbono (95%). Embora tenham mostrado eficiência na gasificação de glicerol, os ACs apresentaram maiores tendências de perda de atividade na conversão de carbono ao longo do tempo (300 min) em comparação com os catalisadores à base de Ni. Foram realizados testes preliminares utilizando efluente industrial real (BIOD), avaliando parâmetros de temperatura (400-600°C), taxa de fluxo de alimentação (10-20 mL/min) e concentração de efluente com base no carbono orgânico total (COT) (50-100%). Os resultados mostraram que a temperatura teve a maior influência na gasificação, com uma conversão de carbono de 77% e um rendimento de H2 de 2,85 mol/mol C a 600°C (10 mL/min; 50% TOC). O teste catalítico realizado sob as melhores condições (600 ºC; 10 mL/min; 100% COT) mostrou maior conversão de carbono, enquanto o teste não catalítico obteve maior seletividade de H2 (76%). Os resultados mostraram que o catalisador estruturado tem grande potencial para melhorar a produção de gás rico em H2, especialmente a partir da GASc de glicerol. O uso de resíduo de biodiesel como matéria-prima para o processo GASc é promissor, pois permite o tratamento do resíduo e a produção simultânea de gás H2.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.identifier.citationMOURÃO, L. C. Gaseificação catalítica de efluente da indústria de biodiesel para a produção de hidrogênio. 2023. 168 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/12870
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Química - IQ (RMG)pt_BR
dc.publisher.initialsUFGpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Química (IQ)pt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectHidrogêniopor
dc.subjectÁgua supercríticapor
dc.subjectCatalisador estruturadopor
dc.subjectGlicerolpor
dc.subjectBiomassa residualpor
dc.subjectHydrogeneng
dc.subjectSupercritical watereng
dc.subjectStructured catalysteng
dc.subjectGlyceroleng
dc.subjectResidual biomasseng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICApt_BR
dc.titleGaseificação catalítica de efluente da indústria de biodiesel para a produção de hidrogêniopt_BR
dc.title.alternativeCatalytic gasification of biodiesel industry effluent for hydrogen productioneng
dc.typeTesept_BR

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