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Type: Tese de Doutorado
Title: Predição de propriedades, modelagem e simulação de processos de conversão de óleos vegetais em biocombustíveis por rota convencional e desoxigenação
Authors: Gisele Cristina Rabelo Silva
First Advisor: Maria Helena Cano de Andrade
Abstract: Pesquisas com foco no desenvolvimento de processos de produção de biocombustíveis têm aumentado significativamente nos últimos anos, principalmente para as questões ambientais e econômicas. A busca por materias-primas de baixo custo, incluindo misturas de diversas fontes, seja materia-prima bruta ou reciclada, bem como o desenvolvimento de modelos de simulacao capazes de prever as condicoes da producao e as propriedades dos componentes, podem ser o caminho para a obtencao de biocombustiveis economicamente mais viáveis. Modelos de simulação sao comumente usados parafornecer informacoes confiaveis em processos quimicos devido as suas bibliotecas de componentes, pacotes termodinamicos e metodos computacionais avancados. Os modelos são uma importante ferramenta de otimização para prever as propriedades dos produtos finais com base nas características da matéria-prima, reduzindo tempo, resíduos e custos. Para realizar a simulacao de um processo de producao de biocombustivel, assim como determinar as propriedades dos produtos finais, utilizando um simulador de processo, e necessario conhecer as condicoes dos oleos no inicio do processo e as etapasde transformacao para a obtencao do biocombustivel, incluindo o fluxograma do processo, os modelos cineticos e termodinamicos. O objetivo inicial deste trabalho foi avaliar metodos de estimativas de propriedades fisicas e termodinamicas, a fim de desenvolver uma base de dados dos compostos envolvidos nos processos de obtencao debiocombustiveis e recomendar os metodos adequados com base na precisao e consistencia dos dados obtidos. Um modelo de simulação do processo de producao de biodiesel via reacao de transesterificacao metanolica e etanolica foi criado, em que os oleos vegetais foram caracterizados com base nas propriedades estimadas. O desempenho da planta foi analisado pela inclusao da cinetica das reacoes e equilibrio de fases. Por fim, uma nova tecnologia de obtenção de biocombustiveis de terceira geração foi proposta, o diesel renovável, denominada de desoxigenacao. Analisou-se o projeto de simulacao desenvolvido de uma planta de producao de diesel renovavel, abordando as questões mais importantes relacionadas à nova tecnologia. Além disso, os parametros de maior influencia nas reacoes foram avaliados e otimizados. Como resultado deste trabalho, obteve-se balancos massicos e energeticos envolvidos nas plantas propostas, o fluxograma do processo por simulação e comparativo das propriedades dos biocombustiveis obtidos apos a execucao da simulacao. O projeto mostrou conversões similares às encontradas em trabalhos experimentais, indicando que o modelo pode ser utilizado no estudo do processo de desoxigenação para produção de biocombustíveis,cujas propriedades se encontram dentro dos limites estabelecidos por agências reguladoras. A conversao dos oleos vegetais nos biocombustiveis pela desoxigenacao e uma alternativa interessante para o processo tradicional, a transesterificacao, desde que odiesel renovável tem propriedades melhores que o biodiesel e o petrodiesel, como o numero de cetano, viscosidade e densidade. Além disso, neste processo pode ser utilizado matérias-primas de baixo custo, bem como da infraestrutura existente em refinarias de petróleo.
Abstract: Researches focusing on the development of biofuel production processes have increased significantly in recent years, mainly for environmental and economic issues.The identification of low-cost raw materials, including mixtures of different sources, either raw or recycled raw materials, and the development of simulation models able to predictthe conditions of production and the properties of the components may be the way to obtaining economically viable biofuels. Simulators models are commonly used to provide reliable information on chemical processes due to their libraries of components, thermodynamic packages and advanced computational methods. They are an importantoptimization tool of predicting the final products properties based on the raw material characteristics, reducing time, wastes and cost. To carry out the simulation of a biofuel production process and the determination of properties of the final product using a process simulator, it is necessary to know the start condition and parameters of the oil and the processing steps to obtain biofuel, including the flow chart of the process, the kineticparameters and thermodynamic models. The initial objective of this study was to evaluate methods for predicting physical and thermodynamic properties in order to develop a database of the compounds involved in the biofuels production's process and to recommend appropriate methods based on accuracy and consistency of data obtained. Asimulation model of the biodiesel production process through methanol and ethanol transesterification's reaction was created, in which vegetable oils were characterized based on the estimated properties. The plant performance was analyzed by including the kinetics of the reactions and phase equilibrium. Finally, a new technology of third generation biofuels was proposed, green diesel named deoxygenation. It was analyzedthe simulation design of one renewable diesel production plant developed, addressing the most important issues related to this new technology. Further, the most influential parameters of the reactions was evaluated and optimized. As a result of this presented work, it was obtained the mass and energy balances involved in plants proposed, the flow chart of the process by simulation and the comparison of biofuels properties obtained after the simulation run. The project showed similar conversions to those found in experimental studies, indicating that the model can be used to study the deoxygenation process for the production of biofuels, whose properties are within the limits established by regulatory agencies. The conversion of the vegetable oils in biofuels by deoxygenation is an interesting alternative to the traditional process, transesterification, since as thisrenewable diesel has better properties than the petroleum diesel and biodiesel, as the cetane number, viscosity and density. In addition, by this process one may use low cost raw materials, as well as the existing infrastructure in petroleum refineries.
Subject: Engenharia quimica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A8PPA5
Issue Date: 29-Jan-2016
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