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Type: Tese
Title: Produção e caracterização de biocombustíveis a partir da liquefação térmica de bagaço de cana-de-açúcar
Authors: Maria Flávia Rodrigues Starling Araújo
First Advisor: Vânya Márcia Duarte Pasa
First Co-advisor: Cláudia Cristina Cardoso
First Referee: Ricardo Reis Soares
Second Referee: Sandro Luiz Barbosa dos Santos
Third Referee: Zenilda de Lourdes Cardeal
metadata.dc.contributor.referee4: Fabiano Vargas Pereira
Abstract: Nesta tese foram estudadas diferentes rotas de liquefação do bagaço de cana de açúcar para produção de combustíveis líquidos. Este resíduo da indústria sucroalcooleira foi aquecido em reator Parr microprocessado sob pressão (10 bar N2) a 300 ºC, por 30 min sob 100 rpm de agitação, variando-se os solventes (água, etanol anidro, etanol hidratado, óleo fúsel e misturas destes). Exceto para o óleo fúsel, utilizaram-se os catalisadores residuais a base de carbonato de cálcio que são derivados de resíduos pesqueiros de cascas de caranguejo e sururu, de grande disponibilidade global em regiões marítimas. A composição dos biocrudes foi determinada por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas. Houve dificuldade de recuperação do biocrude no processo de liquefação hidrotermal, devido à grande solubilidade destes em água, levando a uma menor conversão (18%) em relação às reações com etanol (60%). Observou-se também que os catalisadores básicos favoreceram a formação de ésteres quando se usou o etanol hidratado como solvente, reduzindo as concentrações de furanos, açúcares e aromáticos, em relação ao processo com etanol anidro. Com o uso do óleo fúsel, resíduo da destilação do etanol e mistura de álcoois superiores, nas mesmas condições reacionais, este solvente se mostrou mais eficiente, com elevada conversão em produtos líquidos (91%), mostrando que o óleo fúsel propiciou maior degradação dos biopolímeros, estabilização dos fragmentos e solubilização de compostos polares de alta massa molar. A presença de álcoois e ésteres de cadeias alquílicas longas (isoamílicos) mostraram que houve simultânea liquefação, esterificação e transesterificação durante este processo de termoconversão, o que pode ser considerado um upgrading do biocrude. Uma mistura do diesel marítimo com 5% do biocrude – rota etílica foi preparada e esta apresentou parâmetros de qualidade dentro dos limites permitidos, mostrando o potencial desta blenda como combustível marítimo alternativo, o que também pode ser explorado para outros combustíveis fósseis. Foram obtidos compósitos carvão /CaCO3 como resíduos nas liquefações catalisadas, que foram também caracterizados. Estes foram convertidos em catalisadores C-CaO, após tratamento térmico, para uso na desoxigenação de óleos vegetais para produção de biocombustíveis drop-in em baixas pressões de N2, levando a biohidrocarbonetos lineares, com bom rendimento (90% a partir de ácido oleico). O uso de bagaço de cana, óleo fúsel e etanol hidratado, além dos catalisadores residuais, dá ao trabalho grande enfoque em economia circular e apresenta processos com destacada sustentabilidade, sugerindo baixos custos e potencialidade para aplicação industrial.
Abstract: In the present thesis different routes of sugarcane bagasse liquefaction were studied for liquid fuels production. This waste from the sugar and alcohol industry was heated in a microprocessed Parr reactor under pressure (10 bar N2) at 300 ºC, for 30 min under 100 rpm of stirring using different solvents (water, anhydrous ethanol, hydrated ethanol, fusel oil). Except for fusel oil, waste catalysts based on calcium carbonate were used, which are derived from fishing residues from crab and mussel shells, which are widely available in maritime regions. The composition of the biocrudes was determined by gas chromatography coupled with mass spectrometry. There was difficulty in recovering the biocrude in the Hydrothermal Liquefaction (HTL) process, due to their great solubility in water, leading to a lower conversion (18%) in relation to reactions with ethanol (60%). It was also observed that the alkaline catalysts favored the formation of esters when hydrated ethanol was used as a solvent, reducing the concentrations of furans, sugars and aromatics, in relation to the process with anhydrous ethanol. With the use of fusel oil, which is a residue from the distillation of ethanol and is a mixture of higher alcohols, the liquefaction efficiency increased, because there was higher conversion into liquid products (91%). This result showed that fusel oil provided greater degradation of biopolymers, fragment stabilization and solubilization of polar compounds with high molar mass, regarding the ethanol. The presence of alcohols and esters of long alkyl chains (isoamyls) showed that there was simultaneous liquefaction, esterification and transesterification during this thermoconversion process, which can be considered a biocrude upgrading. A mixture of marine diesel with 5% of the biocrude (ethyl route) was prepared and it presented quality parameters within the permitted limits, showing the potential of this blend as an alternative marine fuel. It can be also tested for other fossil fuels. Coal/CaCO3 composites were obtained as residues in the catalyzed liquefactions, which were also characterized. These composites were converted into C-CaO catalysts, after thermal treatment, for use in the deoxygenation of vegetable oils for the production of drop-in biofuels. It was tested at low pressures of N2, leading to linear biohydrocarbons, with good yield (90% from oleic acid). The use of sugarcane bagasse, fusel oil and hydrated ethanol, in addition to residual catalysts, gives the work a great focus on circular economy and presents a proces with outstanding sustainability, suggesting low costs and potential for industrial application.
Subject: Físico-química
Bagaço de cana
Biocombustíveis
Resíduos como combustível
Cromatografia de gás
Espectrometria de massa
Catalisadores
Solventes
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Restrito
URI: http://hdl.handle.net/1843/41761
Issue Date: 25-Sep-2020
metadata.dc.description.embargo: 25-Sep-2022
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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