A low temperature, isothermal gas-phase system for conversion of methane to methanol over Cu-ZSM-5

A low temperature, isothermal, gas-phase, recyclable process is described for the partial oxidation of methane to methanol over Cu–ZSM-5. Activation in NO at 150 °C followed by methane reaction and steam extraction (both at 150 °C) allowed direct observation of methanol at the reactor outlet.

Assessing Climate Effects on Railway Earthworks Using MASW

Many parts of the UK’s rail network were constructed in the mid-19th century long before the advent of modern construction standards. Historic levels of low investment, poor maintenance strategies and the deleterious effects of climate change have resulted in critical elements of the rail network being at significant risk of failure. The majority of failures which have occurred over recent years have been triggered by extreme weather events. Advance assessment and remediation of earthworks is, however, significantly less costly than dealing with failures reactively. It is therefore crucial that appropriate approaches for assessment of the stability of earthworks are developed, so that repair work can be better targeted and failures avoided wherever possible. This extended abstract briefly discusses some preliminary results from an ongoing geophysical research project being carried out in order to study the impact of climate or seasonal weather variations on the stability of a century old railway embankment on the Gloucestershire Warwickshire steam railway line in Southern England.

Formation mechanism of levoglucosan and formaldehyde during cellulose pyrolysis

Biomass pyrolysis is an efficient way to transform raw biomass or organic waste materials into useable energy, including liquid, solid, and gaseous materials. Levoglucosan (1,6-anhydro-β-d-glucopyranose) and formaldehyde are two important products in biomass pyrolysis. The formation mechanism of these two products was investigated using the density functional theory (DFT) method based on quantum mechanics. It was found that active anhydroglucose can be obtained from a cellulose homolytic reaction during high-temperature steam gasification of the biomass process. Anhydroglucose undergoes a hydrogen-donor reaction and forms an intermediate, which can transform into the products via three pathways, one (path 1) for the formation of levoglucosan and two (paths 2 and 3) for formaldehyde. A total of six elementary reactions are involved. At a pressure of 1 atm, levoglucosan can be formed at all of the temperatures (450-750 K) considered in this simulation, whereas formaldehyde can be formed only when the temperature is higher than 475 K. Moreover, the energy barrier of levoglucosan formation is lower than that of formaldehyde, which is in agreement with the mechanism proposed in the experiments. © 2011 American Chemical Society.

Development of a Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy (DRIFTS) Cell for the In Situ Analysis of Co-Electrolysis in a Solid Oxide Cell

Co-electrolysis of carbon dioxide and steam has been shown to be an efficient way to produce syngas, however further optimisation requires detailed understanding of the complex reactions, transport processes and degradation mechanisms occurring in the solid oxide cell (SOC) during operation. Whilst electrochemical measurements are currently conducted in situ, many analytical techniques can only be used ex situ and may even be destructive to the cell (e.g. SEM imaging of microstructure). In order to fully understand and characterise co-electrolysis, in situ monitoring of the reactants, products and SOC is necessary. Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy (DRIFTS) is ideal for in situ monitoring of co-electrolysis as both gaseous and adsorbed CO and CO2 species can be detected, however it has previously not been used for this purpose. The challenges of designing an experimental rig which allows optical access alongside electrochemical measurements at high temperature and operates in a dual atmosphere are discussed. The rig developed has thus far been used for symmetric cell testing at temperatures from 450[degree]C to 600[degree]C. Under a CO atmosphere, significant changes in spectra were observed even over a simple Au|10Sc1CeSZ|Au SOC. The changes relate to a combination of CO oxidation, the water gas shift reaction and carbonate formation and decomposition processes, with the dominant process being both potential and temperature dependent.

Density Functional Theory Studies of Ethanol Decomposition on Rh(211)

Density functional theory calculations were carried out to examine the mechanism of ethanol decomposition on the Rh(211) surface. We found that there are two possible decomposition pathways: (1) CH(3)CH(2)OH -> CH(3)CHOH -> CH(3)COH -> CH(3)CO -> CH(3) + CO -> CH(2) + CO -> CH + CO -> C + CO and (2) CH(3)CH(2)OH -> CH(3)CHOH -> CH(3)COH -> CH(2)COH -> CHCOH -> CHCO -> CH + CO -> C + CO. Both pathways have a common intermediate of CH(3)COH, and the key step is the formation of CH(3)CHOH species. According to our calculations, the mechanism of ethanol decomposition on Rh(211) is totally different from that on Rh(111): the reaction proceeds via CH(3)COH rather than an oxametallacycle species (-CH(2)CH(2)O- for Rh( 111)), which implies that the decomposition process is structure sensitive. Further analyses on electronic structures revealed that the preference of the initial C(alpha)-H path is mainly due to the significant reduction of d-electron energy in the presence of the transition state (TS) complex, which may stabilize the TS-surface system. The present work first provides a clear picture for ethanol decomposition on stepped Rh(211), which is an important first step to completely understand the more complicated reactions, like ethanol steam reforming and electrooxidation.

Rethinking Rice Preparation for Highly Efficient Removal of Inorganic Arsenic Using Percolating Cooking Water

A novel way of cooking rice to maximize the removal of the carcinogen inorganic arsenic (Asi) is presented here. In conventional rice cooking water and grain are in continuous contact, and it is known that the larger the water:rice cooking ratio, the more Asi removed by cooking, suggesting that the Asi in the grain is mobile in water. Experiments were designed where rice is cooked in a continual stream of percolating near boiling water, either low in Asi, or Asi free. This has the advantage of not only exposing grain to large volumes of cooking water, but also physically removes any Asi leached from the grain into the water receiving vessel. The relationship between cooking water volume and Asi removal in conventional rice cooking was demonstrated for the rice types under study. At a water-to-rice cooking ratio of 12:1, 57±5% of Asi could be removed, average of 6 wholegrain and 6 polished rice samples. Two types of percolating technology were tested, one where the cooking water was recycled through condensing boiling water steam and passing the freshly distilled hot water through the grain in a laboratory setting, and one where tap water was used to cook the rice held in an off-the-shelf coffee percolator in a domestic setting. Both approaches proved highly effective in removing Asi from the cooking rice, with up to 85% of Asi removed from individual rice types. For the recycled water experiment 59±8% and 69±10% of Asi was removed, on average, compared to uncooked rice for polished (n=27) and wholegrain (n=13) rice, respectively. For coffee percolation there was no difference between wholegrain and polished rice, and the effectiveness of Asi removal was 49±7% across 6 wholegrain and 6 polished rice samples. The manuscript explores the potential applications and further optimization of this percolating cooking water, high Asi removal, discovery.

Evaluation of thermochemical biomass conversion in fluidized bed

Dado o aumento acelerado dos preços dos combustíveis fósseis e as incertezas quanto à sua disponibilidade futura, tem surgido um novo interesse nas tecnologias da biomassa aplicadas à produção de calor, eletricidade ou combustíveis sintéticos. Não obstante, para a conversão termoquímica de uma partícula de biomassa sólida concorrem fenómenos bastante complexos que levam, em primeiro lugar, à secagem do combustível, depois à pirólise e finalmente à combustão ou gasificação propriamente ditas. Uma descrição relativamente incompleta de alguns desses estágios de conversão constitui ainda um obstáculo ao desenvolvimento das tecnologias que importa ultrapassar. Em particular, a presença de elevados conteúdos de matéria volátil na biomassa põe em evidência o interesse prático do estudo da pirólise. A importância da pirólise durante a combustão de biomassa foi evidenciada neste trabalho através de ensaios realizados num reator piloto de leito fluidizado borbulhante. Verificou-se que o processo ocorre em grande parte à superfície do leito com chamas de difusão devido à libertação de voláteis, o que dificulta o controlo da temperatura do reator acima do leito. No caso da gasificação de biomassa a pirólise pode inclusivamente determinar a eficiência química do processo. Isso foi mostrado neste trabalho durante ensaios de gasificação num reator de leito fluidizado de 2MWth, onde um novo método de medição permitiu fechar o balanço de massa ao gasificador e monitorizar o grau de conversão da biomassa. A partir destes resultados tornou-se clara a necessidade de descrever adequadamente a pirólise de biomassa com vista ao projeto e controlo dos processos. Em aplicações de engenharia há particular interesse na estequiometria e propriedades dos principais produtos pirolíticos. Neste trabalho procurou-se responder a esta necessidade, inicialmente através da estruturação de dados bibliográficos sobre rendimentos de carbonizado, líquidos pirolíticos e gases, assim como composições elementares e poderes caloríficos. O resultado traduziu-se num conjunto de parâmetros empíricos de interesse prático que permitiram elucidar o comportamento geral da pirólise de biomassa numa gama ampla de condições operatórias. Para além disso, propôs-se um modelo empírico para a composição dos voláteis que pode ser integrado em modelos compreensivos de reatores desde que os parâmetros usados sejam adequados ao combustível ensaiado. Esta abordagem despoletou um conjunto de ensaios de pirólise com várias biomassas, lenhina e celulose, e temperaturas entre os 600 e 975ºC. Elevadas taxas de aquecimento do combustível foram alcançadas em reatores laboratoriais de leito fluidizado borbulhante e leito fixo, ao passo que um sistema termo-gravimétrico permitiu estudar o efeito de taxas de aquecimento mais baixas. Os resultados mostram que, em condições típicas de processos de combustão e gasificação, a quantidade de voláteis libertada da biomassa é pouco influenciada pela temperatura do reator mas varia bastante entre combustíveis. Uma análise mais aprofundada deste assunto permitiu mostrar que o rendimento de carbonizado está intimamente relacionado com o rácio O/C do combustível original, sendo proposto um modelo simples para descrever esta relação. Embora a quantidade total de voláteis libertada seja estabelecida pela composição da biomassa, a respetiva composição química depende bastante da temperatura do reator. Rendimentos de espécies condensáveis (água e espécies orgânicas), CO2 e hidrocarbonetos leves descrevem um máximo relativamente à temperatura para dar lugar a CO e H2 às temperaturas mais altas. Não obstante, em certas gamas de temperatura, os rendimentos de algumas das principais espécies gasosas (e.g. CO, H2, CH4) estão bem correlacionados entre si, o que permitiu desenvolver modelos empíricos que minimizam o efeito das condições operatórias e, ao mesmo tempo, realçam o efeito do combustível na composição do gás. Em suma, os ensaios de pirólise realizados neste trabalho permitiram constatar que a estequiometria da pirólise de biomassa se relaciona de várias formas com a composição elementar do combustível original o que levanta várias possibilidades para a avaliação e projeto de processos de combustão e gasificação de biomassa.

A new combined joules supercritical rankine cycle exergetic analysis and optimization

The application of a supercritical Rankine cycle in combined cycles does not happen in today’s thermoelectric power stations. Nevertheless, the most recent development in gas turbines, that allows a high efficiency and high exhaust gases temperatures, and the improvement of high pressure and temperature alloys, makes this cycle possible. This study’s intent is to prove the viability of this combined cycle, since it can break the 60% efficiency barrier, which is the plafond in actual power stations. To attain this target, several configurations for this cycle have been simulated, optimized and analyzed [1]. The simulations were done with the computational program IPSEpro [2] and the optimizations were effectuated with software developed for the effect, using the DFP method [3]. In parallel with the optimization that claims the cycle’s efficiency maximization, an exergetic analysis was also made [4] to all the cycle components. In opposite to what happens in subcritical combined cycles, it was demonstrated that in supercritical combined cycles the higher efficiency takes place with a single steam pressure in the heat recovery steam generator (HRSG).

Improved extraction of arabinoxylans from rye bran and production of health beneficial oligosaccharides

Dissertação de mest., Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2011

Gaseificação de resíduos: uma alternativa de gestão de resíduos sólidos urbanos na Região Autónoma dos Açores

Dissertação de Mestrado, Ambiente, Saúde e Segurança, 18 de Fevereiro de 2011, Universidade dos Açores.

Lubrificação de compressores que aspiram fluido frigorigéneo a temperaturas inferiores a -30° C

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Levantamento ambiental de uma indústria conserveira nos Açores

Dissertação de Mestrado em Ambiente, Saúde e Segurança.

Relatório final de estágio no gabinete de engenharia termodinamica ACET

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica com Especialização em Energia, Climatização e Refrigeração

Otimização da torre de arrefecimento da Artlant PTA

Trabalho Final de Mestrado para obtenção de grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Reabilitação térmica de fachadas

As fachadas são um elemento da envolvente que faz a interface entre o ambiente exterior e o interior. Do conjunto das suas características mais relevantes, existe uma, cuja importância tem vindo a aumentar devido à conjuntura ambiental e económica atual: o desempenho energético. Assim, é importante analisar as características do comportamento térmico dos elementos da fachada, com base na respetiva regulamentação em vigor (REH – D.L. n.º 118/2013 de 20 de Agosto) e analisar o contributo da sua eventual reabilitação para uma melhor qualidade térmica da fachada e por consequente uma melhor qualidade de conforto dos utentes do edificio, não desprezando o aspeto arquitetónico do mesmo. Esta monografia baseia-se na análise de casos práticos de diferentes soluções construtivas e avaliação das vantagens e desvantagens dos sistemas propostos, conferindo a possibilidade de optar pelo sistema mais eficaz de acordo com as necessidades exigidas. Assim, e com base no principal objetivo, que é o de melhorar o desempenho térmico das fachadas recorrendo à reabilitação, o enfoque é sobre a redução do consumo energético dos edificios, nomeadamente através do contributo térmico dos elementos das fachadas para a redução das necessidades energéticas por climatização.