Auditoria e optimização energética de uma unidade fabril

A crise do petróleo em 1973 preocupou a população mundial e, desde então, os temas relacionados com a energia têm sido debatidos, sendo um dos mais importantes, a Melhoria da Eficiência Energética. O objectivo de corresponder às necessidades energéticas com a melhoria da eficiência em vez de aumentar a produção de energia tem sido, fortemente, ambicionado nos últimos anos. Esta Tese de Mestrado surge através da necessidade de uma unidade fabril reduzir a sua factura energética, que tem sido crescente ao longo dos últimos anos, de forma a melhorar a sua competitividade. O principal objectivo deste trabalho será, portanto, a melhoria da eficiência energética e, consequente, redução dos consumos energéticos e encargos associados. Foi definida como meta energética, situar o consumo específico abaixo dos 900 kWh/ton, sendo que, 850kWh/ton é a média dos consumos específicos deste tipo de indústria. Para a execução deste trabalho realizou-se numa primeira fase uma Auditoria Energética com o objectivo de recolher informação sobre as várias formas de energia consumidas e as necessidades energéticas específicas de cada utilização. Através deste levantamento e da análise dos registos históricos foram identificados os principais consumidores de energia e as principais áreas de intervenção. Após o trabalho de auditoria, foi elaborado um relatório com recomendações e medidas de racionalização energéticas. Por fim, foi desenvolvido um ante-projecto adequado a este tipo de indústria, que passa pela instalação de um Sistema de Co(Tri geração. Após a implementação de medidas de racionalização energética o consumo específico diminuiu de 910 kWh/ton (Janeiro a Setembro 2008) para 850 kWh/ton (Outubro 2008 a Abril 2009), sendo este o valor médio da indústria de produção de préformas. Finalmente, é sugerido um modelo de gestão energética para este tipo de indústria tendo em conta o estudo desenvolvido em Cogeração.

Projecto e simulação de uma instalação para estudo da absorção de CO2 com soluções de aminas

Este trabalho visa, como objectivo principal, contribuir para o estudo da absorção de CO2 em gases de combustão, utilizando MEA. Tem também, como objectivo secundário, o dimensionamento de uma unidade de absorção assim como uma avaliação económica do respectivo projecto. Assim, esta tese divide-se em duas partes: a primeira parte refere-se ao projecto da instalação piloto para captura de CO2 utilizando a tecnologia de absorção gasosa e de modo a ser possível a utilização de soluções de aminas. A segunda parte desta tese descreve a simulação da operação da instalação de absorção de CO2 em HYSYS, e a respectiva avaliação económica do projecto, na impossibilidade prática de realizar ensaios laboratoriais, considerando o espaço de tempo que medeia entre a especificação do equipamento a adquirir e a recepção desses mesmos equipamentos, incompatível com o tempo disponível para a realização desta tese de Mestrado. Na primeira parte do trabalho foi realizada a avaliação de uma unidade já existente no IST permitindo, dessa forma, verificar o estado da mesma assim como o material que é necessário adquirir de forma a conseguir a sua conversão numa unidade de absorção de CO2 em contínuo. Após a conclusão deste estudo, pode concluir-se que a instalação piloto terá um custo, com bases nos orçamentos, de 7.262€. Na segunda parte do projecto foi realizada uma simulação em HYSYS da operação de captura de CO2. Esta simulação tinha como principal objecto poder determinar as melhores condições operatórias a utilizar na unidade, para posterior comparação com os resultados que irão, posteriormente, ser obtidos em laboratório, ficando-se na captura de CO2 a partir dos efluentes gasosos da Central Termoeléctrica de Sines que é uma unidade do sistema gerador nacional candidata a fazer-se a captura de CO2 recorrendo a esta tecnologia. Desta forma, a simulação apresentou os seguintes resultados principais: uma percentagem de CO2 capturado de 90,61%. A unidade apresenta um custo de 82€/ton CO2 e um custo operacional de 28 M€/ano. Por fim, os resultados obtidos pelo simulador HYSYS foram comparados com outros resultados obtidos em ASPEN PLUS, tendo sido possível concluir que o HYSYS é o simulador mais fiável devido a fiabilidade do pacote de propriedades, e mais simples de trabalhar em comparação como o ASPEN PLUS, quando aplicado a esta situação. Este trabalho resultou na apresentação de uma comunicação em painel no 2º Encontro do IBB, em Braga em Outubro de 2010 e, ainda na elaboração de um artigo submetido a uma revista internacional.

Estudo da viabilidade de um processo de captura do dióxido de carbono emitido em gases de combustão

O presente trabalho descreve o estudo da viabilidade económica de implementar um processo de absorção química com monoetanolamina (MEA) numa central termoeléctrica, visando a captura de CO2 dos gases de exaustão da mesma, dado que na indústria, o sector de produção de energia eléctrica é o principal responsável pela emissão de CO2 para a atmosfera. A central em foco foi a TER (Central Termoeléctrica do Ribatejo) devido à quantidade de gases emitidos e ao teor em CO2 dos mesmos, além de ser a responsável por cerca de 18% da energia eléctrica em Portugal. O processo em causa ocorre em pós-combustão, dado tratar-se de uma central já existente, e engloba a absorção química com MEA, seguida de stripping, com remoção do CO2 e recirculação da MEA. Este sistema foi testado recorrendo a um modelo de simulação desenvolvido por T. Greer, na sua tese de mestrado ao tema “Modeling and simulation of post combustion CO2 capturing” com base em Matlab. De acordo com o disposto sobre o Comércio Europeu de Licenças de Emissão (CELE), para o período de 2008-2012, foi atribuído à TER um limite de emissão de 1.423.103 ton CO2/ano. Sendo esta responsável pela emissão anual de cerca de 2X106 toneladas, determinou-se um encargo de 17.277.000 € anuais por incumprimento. Os custos de implementação deste processo estimam-se, para um período de amortização de 5 anos, em 6.546.758€, e permitiria a captação de 78,7% do CO2 emitido. As taxas respeitantes ao incumprimento ficariam reduzidas a 13.597.020€; o que significa que, com a implementação desta tecnologia, se conseguirá uma economia de: 17.277.000 - 13.597.020 = 3.679.980 €/ano. Estes valores foram calculados de acordo com o valor cotado da tonelada de CO2 para 2008 de 30 euros/ton. No período de amortização considerado, 5 anos, obtém-se uma economia de 18.399.900 €, sendo possível amortizar totalmente o investimento efectuado com a unidade de captura de CO2 sendo economicamente viável a sua implementação.

Synthesis and structural characterization of iron complexes with 2,2,2-tris(1-pyrazolyl)ethanol ligands: Application in the peroxidative oxidation of cyclohexane under mild conditions

The reactions of FeCl2 center dot 2H(2)O and 2,2,2-tris(1-pyrazolyl) ethanol HOCH2C(pz)(3) (1) (pz = pyrazolyl) afford [Fe{HOCH2C(pz)(3)}(2)][FeCl4]Cl (2), [Fe{HOCH2C(pz)(3)}(2)](2)[Fe2OCl6](Cl)(2)center dot 4H(2)O (3 center dot 4H(2)O), [Fe{HOCH2C(pz)(3)}(2)] [FeCl{HOCH2C(pz)(3)}(H2O)(2)](2)(Cl)(4) (4) or [Fe{HOCH2C(pz)(3)}(2)]Cl-2 (5), depending on the experimental conditions. Compounds 1-5 were isolated as air-stable crystalline solids and fully characterized, including (1-4) by single-crystal X-ray diffraction analyses. The latter technique revealed strong intermolecular H-bonds involving the OH group of the scorpionate 2 and 3 giving rise to 1D chains which, in 3, are further expanded to a 2D network with intercalated infinite and almost plane chains of H-interacting water molecules. In 4, intermolecular pi center dot center dot center dot pi interactions involving the pyrazolyl rings are relevant. Complexes 2-5 display a high solubility in water (S-25 degrees C ca. 10-12 mg mL(-1)), a favourable feature towards their application as catalysts (or catalyst precursors) for the peroxidative oxidation of cyclo-hexane to cyclohexanol and cyclohexanone, with aqueous H2O2/MeCN, at room temperature (TON values up to ca. 385). (C) 2011 Elsevier B. V. All rights reserved.

Efficient cyclohexane oxidation with hydrogen peroxide catalysed by a C-scorpionate iron(II) complex immobilized on desilicated MOR zeolite

The hydrotris(pyrazol-1-yl)methane iron(II) complex [FeCl2{eta(3)-HC(pz)(3)}] (Fe, pz = pyrazol-1-yl) immobilized on commercial (MOR) or desilicated (MOR-D) zeolite, catalyses the oxidation of cyclohexane with hydrogen peroxide to cyclohexanol and cyclohexanone, under mild conditions. MOR-D/Fe (desilicated zeolite supported [FeCl2{eta(3)-HC(pz)(3)}] complex) provides an outstanding catalytic activity (TON up to 2.90 x 10(3)) with the concomitant overall yield of 38%, and can be easy recovered and reused. The MOR or MOR-D supported hydrotris(pyrazol-1-yl)methane iron(II) complex (MOR/Fe and MOR-D/Fe, respectively) was characterized by X-ray powder diffraction, ICP-AES, and TEM studies as well as by IR spectroscopy and N-2 adsorption at -196 degrees C. The catalytic operational conditions (e.g., reaction time, type and amount of oxidant, presence of acid and type of solvent) were optimized. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Microwave-assisted and solvent-free peroxidative oxidation of 1-phenylethanol to acetophenone with a CuII-TEMPO catalytic system

The water-soluble copper(II) complex [Cu(H2R)(HL)]center dot H2O (1) was prepared by reaction of copper(II) nitrate hydrate with (E)-2-(((1-hydroxynaphthalen-2-yl)methylene)amino) benzenesulfonic acid (H2L) and diethanolamine (H3R). It was characterized by IR and ESI-MS spectroscopies, elemental and X-ray crystal structural analyses. 1 shows a high catalytic activity for the solvent-free microwave (MW) assisted oxidation of 1-phenylethanol with tert-butylhydroperoxide, leading, in the presence of TEMPO, to yields up to 85% (TON = 850) in a remarkably short reaction time (15 min, with the corresponding TOE value of 3.40 x 10(3) h(-1)) under low power (25W) MW irradiation. Crown Copyright (C) 2014 Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Synthesis and characterization of COPPER(II) 4´-phenyl-terpyridine compounds and catalytic application for aerobic oxidation of benzylic alcohols

The reactions between 4'-phenyl-terpyridine (L) and nitrate, acetate or chloride Cu(II) salts led to the formation of [Cu(NO3)(2)L] (1), [Cu(OCOCH3)(2)L]center dot CH2Cl2 (2 center dot CH2Cl2)and [CuCl2L]center dot[Cu(Cl)(mu-Cl)L](2) (3), respectively. Upon dissolving 1 in mixtures of DMSO-MeOH or EtOH-DMF the compounds [Cu(H2O){OS(CH3)(2)}L]-(NO3)(2) (4) and [Cu(HO)(CH3CH2OH)L](NO3) (5) were obtained, in this order. Reaction of 3 with AgSO3CF3 led to [CuCl(OSO2CF3)L] (6). The compounds were characterized by ESI-MS, IR, elemental analysis, electrochemical techniques and, for 2-6, also by single crystal X-ray diffraction. They undergo, by cyclic voltammetry, two single-electron irreversible reductions assigned to Cu(II) -> Cu(I)and Cu(I) -> Cu(0) and, for those of the same structural type, the reduction potential appears to correlate with the summation of the values of the Lever electrochemical EL ligand parameter, which is reported for the first time for copper complexes. Complexes 1-6 in combination with TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxyl radical) can exhibit a high catalytic activity, under mild conditions and in alkaline aqueous solution, for the aerobic oxidation of benzylic alcohols. Molar yields up to 94% (based on the alcohol) with TON values up to 320 were achieved after 22 h.

Catalytic oxidation of cyclohexane with hydrogen peroxide and a tetracopper(II) complex in an ionic liquid

The catalytic peroxidative oxidation (with H2O2) of cyclohexane in an ionic liquid (IL) using the tetracopper(II) complex [(CuL)2(μ4-O,O′,O′′,O′′′-CDC)]2·2H2O [HL = 2-(2-pyridylmethyleneamino)benzenesulfonic acid, CDC = cyclohexane-1,4-dicarboxylate] as a catalyst is reported. Significant improvements on the catalytic performance, in terms of product yield (up to 36%), TON (up to 529), reaction time, selectivity towards cyclohexanone and easy recycling (negligible loss in activity after three consecutive runs), are observed using 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate as the chosen IL instead of a molecular organic solvent including the commonly used acetonitrile. The catalytic behaviors in the IL and in different molecular solvents are discussed.

Greener Selective Cycloalkane Oxidations with Hydrogen Peroxide Catalyzed by Copper-5-(4-pyridyl)tetrazolate Metal-Organic Frameworks

Microwave assisted synthesis of the Cu(I) compound [Cu(µ4-4-ptz)]n [1, 4-ptz = 5-(4-pyridyl)tetrazolate] has been performed by employing a relatively easy method and within a shorter period of time compared to its sister compounds. The syntheses of the Cu(II) compounds [Cu3(µ3-4-ptz)4(µ2-N3)2(DMF)2]n∙(DMF)2n (2) and [Cu(µ2-4-ptz)2(H2O)2]n (3) using a similar method were reported previously by us. MOFs 1-3 revealed high catalytic activity toward oxidation of cyclic alkanes (cyclopentane, -hexane and -octane) with aqueous hydrogen peroxide, under very mild conditions (at room temperature), without any added solvent or additive. The most efficient system (2/H2O2) showed, for the oxidation of cyclohexane, a turnover number (TON) of 396 (TOF of 40 h−1), with an overall product yield (cyclohexanol and cyclohexanone) of 40% relative to the substrate. Moreover, the heterogeneous catalytic systems 1–3 allowed an easy catalyst recovery and reuse, at least for four consecutive cycles, maintaining ca. 90% of the initial high activity and concomitant high selectivity.

Oxidovanadium complexes with tridentate aroylhydrazone as catalyst precursors for solvent-free microwave-assisted oxidation of alcohols

Aroylhydrazone oxidovanadium compounds, viz, the oxidoethoxidovanadium(V) [VO(OEt)L1] (1) (H2L =salicylaldehyde-2-hydroxybenzoylhydrazone), the salt like dioxidovanadium(V) (NH3CH2CH2OH)(+) [VO2L](-) (2), the mixed-ligand oxidovanadium(V) [VO(hq)L](Hhq = 8-hydroxyquinoline) (3) and the vanadium(IV) [VO(phen)L] (phen=1,10-phenanthroline) (4) complexes (3 and 4 obtained by the first time), have been tested as catalysts for solvent-free microwave-assisted oxidation of aromatic and alicyclic secondary alcohols with tert-butylhydroperoxide. A facile, efficient and selective solvent-free synthesis of ketones was achieved with yields up to 99% (TON= 497, TOF= 993 h(-1) for 3) and 58% (TON =291, TOF= 581 h(-1) for 2) for acetophenone and cyclohexanone, respectively, after 30 min under low power (25W) microwave irradiation. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Y Trinuclear Cu-II structural isomers coordination, magnetism, electrochemistry and catalytic activity towards the oxidation of alkanes

The reaction of the Schiff base (3,5-di-tert-butyl-2-hydroxybenzylidene)-2-hydroxybenzohydrazide (H3L) with copper(II) nitrate, acetate or metaborate has led to the isomeric complexes [Cu-3(L)(2)(MeOH)(4)] (1), [Cu-3(L)(2)(MeOH)(2)]2MeOH (2) and [Cu-3(L)(2)(MeOH)(4)] (3), respectively, in which the ligand L exhibits dianionic (HL2-, in 1) or trianionic (L3-, in 2 and 3) pentadentate 1O,O,N:2N,O chelation modes. Complexes 1-3 were characterized by elemental analysis, IR spectroscopy, single-crystal X-ray crystallography, electrochemical methods and variable-temperature magnetic susceptibility measurements, which indicated that the intratrimer antiferromagnetic coupling is strong in the three complexes and that there exists very weak ferromagnetic intermolecular interactions in 1 but weak antiferromagnetic intermolecular interactions in both 2 and 3. Electrochemical experiments showed that in complexes 1-3 the Cu-II ions can be reduced, in distinct steps, to Cu-I and Cu-0. All the complexes act as efficient catalyst precursors under mild conditions for the peroxidative oxidation of cyclohexane to cyclohexyl hydroperoxide, cyclohexanol and cyclohexanone, leading to overall yields (based on the alkane) of up to 31% (TON = 1.55x10(3)) after 6 h in the presence of pyrazinecarboxylic acid.

Arylhydrazones of barbituric acid: synthesis, coordination ability and catalytic activity of their CoII, CoII/IIIand CuIIcomplexes toward peroxidative oxidation of alkanes

New ortho-substituted arylhydrazones of barbituric acid, 5-(2-(2-hydroxyphenyl)hydrazono) pyrimidine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione (H4L1) and the sodium salt of 2-(2-(2,4,6-trioxotetra-hydropyrimidin-5(2H)-ylidene)hydrazinyl) benzenesulfonic acid (H4L2), [Na(H3L2)(mu-H2O)(H2O)(2)](2) (1), were used in the synthesis of Cu-II, Co-II and Co-II/III complexes, [Cu(H2L1)(H2O)(im)]center dot 3H(2)O (im = imidazole) (2), [Co(H2O)(6)] [Co(H2L1)(2)](2)center dot 8H(2)O (3), [Co(H2L2)(im)(3)] (4), [Cu(H2L2)(im)(2)]center dot H2O (5) and [Co(H2O)(6)][H3L2](2)center dot 8H(2)O (6). The complexes are water soluble and the mono-or di-deprotonated ligands display different coordination modes, depending on the synthetic conditions. The electrochemical behaviour of all the compounds was investigated by cyclic voltammetry and controlled potential electrolysis, revealing that the ligands are also redox active. All the compounds were evaluated as catalysts for the peroxidative (with H2O2) oxidation of cyclohexane at room temperature. The compounds 2 and 3 are the most active ones (yields up to 21% and TON up to 213 are achieved, in the presence of 3).

Novel coordination polymers with (Pyrazolato)-based tectons: catalytic activity in the peroxidative oxidation of alcohols and cyclohexane

Coupling five rigid or flexible bis(pyrazolato)based tectons with late transition metal ions allowed us to isolate 18 coordination polymers (CPs). As assessed by thermal analysis, all of them possess a remarkable thermal stability, their decomposition temperatures lying in the range of 340-500 degrees C. As demonstrated by N-2 adsorption measurements at 77 K, their Langmuir specific surface areas span the rather vast range of 135-1758 m(2)/g, in agreement with the porous or dense polymeric architectures retrieved by powder X-ray diffraction structure solution methods. Two representative families of CPs, built up with either rigid or flexible spacers, were tested as catalysts in (0 the microwave-assisted solvent-free peroxidative oxidation of alcohols by t-BuOOH, and (ii) the peroxidative oxidation of cydohexane to cydohexanol and cydohexanone by H2O2 in acetonitrile. Those CPs bearing the rigid spacer, concurrently possessing higher specific surface areas, are more active than the corresponding ones with the flexible spacer. Moreover, the two copper(I)-containing CPs investigated exhibit the highest efficiency in both reactions, leading selectively to a maximum product yield of 92% (and TON up to 1.5 x 10(3)) in the oxidation of 1-phenylethanol and of 11% in the oxidation of cydohexane, the latter value being higher than that granted by the current industrial process.