Efeito da adição de lantânio em catalisadores de Ni/ZrO2 aplicados na reação de reforma a vapor de etanol

The catalytic performance of Ni/ZrO2 catalysts loaded with different lanthanum content for steam reforming of ethanol was investigated. Catalysts were characterized by BET surface area, X-ray diffraction, UV-vis spectroscopy, temperature programmed reduction, and X-ray absorption fine structure techniques. Results showed that lanthanum addition led to an increase in the degree of reduction of both NiO and nickel surface species interacting with the support, due to the higher dispersion effect. The best catalytic performance at 450 ºC was found for the Ni/12LZ catalyst, which exhibited an effluent gaseous mixture with the highest H2 yield.

Efeito do teor de umidade sobre o pré-tratamento a vapor e a hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açúcar

The effect of moisture content in the steam treatment and enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse was evaluated. Steam treatment was perfomed at 195-210 ºC for 4-8 min using cane bagasse with moisture contents in the range 16-100 wt% (dry basis). Increased moisture contents not only had a positive influence in recovery of main cane biomass components but also resulted in better substrates for enzymatic hydrolysis. As a result, drying is not required for optimal pretreatment and enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse, which can be processed into second generation ethanol immediately after crushing and hot water washing.

Enzyme loading dependence of cellulose hydrolysis of sugarcane bagasse

The enzymatic hydrolysis of steam-pretreated sugarcane bagasse, either delignified or non-delignified, was studied as a function of enzyme loading. Hydrolysis experiments were carried out using five enzyme loadings (2.5 to 20 FPU/g cellulose) and the concentration of solids was 2% for both materials. Alkaline delignification improved cellulose hydrolysis by increasing surface area. For both materials, glucose concentrations increased with enzyme loading. On the other hand, enzyme loadings higher than 15 FPU/g did not result in any increase in the initial rate, since the excess of enzyme adsorbed onto the substrate restricted the diffusion process through the structure.

Estudo teórico da estrutura eletrônica e da dinâmica induzida por lasers da molécula de HCl

Potential energy and dipole moment curves for the HCl molecule were computed. Calculations were performed at different levels of theory (DFT, MRCI). Spectroscopic properties are reported and compared with experimental data, for validating the theoretical approaches. Interaction of infrared radiation with HCl is simulated using the wave packet formalism. The quantum control model for population dynamics of the vibrational levels, based on pi-pulse theory, is applied. The results demonstrate that wavepackets with specific composition can be built with short infrared laser pulses and provide the basis for studies of H + HCl collision dynamics with infrared laser excitation.

Cristalización de zeolita beta mediante conversión asistida por vapor: influencia de los parámetros de síntesis

In the present work, beta zeolites were prepared by an alternative route called steam-assisted conversion (SAC). Several zeolites were synthesized using amorphous dry gels with a low SDA concentration (0.09 mol, TEAOH). Temperature and crystallization time were the main parameters studied. X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (IR) and scanning electron microscopy (SEM) were the characterization techniques employed. The zeolites prepared showed mixed phases such as beta, MTW and ZSM-5 while only one sample treated at 150ºC with 24 h of crystallization time showed a pure ZSM-5 phase (SAC-5). These preliminary results serve as a starting point for optimizing the synthesis of a specific type of zeolite using the SAC method.

Remoção do alcatrão de correntes de gaseificação de biomassa: processos e catalisadores

Biomass gasification is a technology that has attracted great interest in synthesis of biofuels and oxo alcohols. However, this gas contains several contaminants, including tar, which need to be removed. Removal of tar is particularly critical because it can lead to operational problems. This review discusses the major pathways to remove tar, with a particular focus on the catalytic steam reforming of tar. Few catalysts have shown promising results; however, long-term studies in the context of real biomass gasification streams are required to realize their potential.

Advances in ethanol reforming for the production of hydrogen

Catalytic steam reforming of ethanol (SRE) is a promising route for the production of renewable hydrogen (H2). This article reviews the influence of doping supported-catalysts used in SRE on the conversion of ethanol, selectivity for H2, and stability during long reaction periods. In addition, promising new technologies such as membrane reactors and electrochemical reforming for performing SRE are presented.

Kostean höyryn paisunnan erityispiirteet ydinvoimalaitosten turbiineissa

Diplomityössä käsitellään ydinvoimalaitoksen kostean höyryn alueella toimivien höyryturbiinien toiminnan erityispiirteitä. Tarkemmin työssä keskitytään Loviisan ydinvoimalaitoksen turbiiniprosessiin. Tavoitteena on selvittää veden tiivistymistä höyryvirrassa, sen erotusta höyrystä turbiineissa sekä määrittää laitokselle todellinen paisuntakäyrä. Työssä selvitettiin veden tiivistymistä höyryvirtaan kirjallisuuden ja prosessista saatujen tietojen perusteella. Lisäksi työssä tutustuttiin suurien nykyaikaisten kostean höyryn alueella toimivien turbiinien vedenerotukseen ja sen pohjalta arvioitiin Loviisan ydinvoimalaitoksen turbiinin kosteudenerotusta. Näiden tietojen avulla saatiin mallinnettua kostean höyryn paisuntakäyrä Loviisan ydinvoimalaitoksen turbiineille. Työssä perehdyttiin lisäksi ulosvirtauskanavan toimintaan. Diplomityön puitteissa ei perehdytty yksityiskohtaisesti veden tiivistymiseen höyryvirrassa, vaan aihe ansaitsee tarkempaa tutkimusta. Kosteuden erotustehokkuuden arviointi todellisessa prosessissa ilman mittauksista saatavaa tietoa on vaikeata, mutta toimenpiteisiin lisäinformaation saamiseksi Loviisan ydinvoimalaitoksen turbiiniprosessista on ryhdytty. Työssä tehtyjen selvitysten avulla saatiin arvokasta tietoa turbiinikoneikon toiminnasta ja sen tehokkuuden parantamisesta.

Effect of forest-based biofuels production on carbon footprint, Case: Integrated LWC paper mill

International energy and climate strategies also set Finland’s commitments to increasing the use of renewable energy sources and reducing greenhouse gas emissions. The target can be achieved by, for example, increasing the use of energy wood. Finland’s forest biomass potential is significant compared with current use. Increased use will change forest management and wood harvesting methods however. The thesis examined the potential for integrated pulp and paper mills to increase bioenergy production. The effects of two bioenergy production technologies on the carbon footprint of an integrated LWC mill were studied at mill level and from the cradle-to-customer approach. The LignoBoost process and FT diesel production were chosen as bioenergy cases. The data for the LignoBoost process were obtained from Metso and for the FT diesel process from Neste Oil. The rest of the information is based on the literature and databases of the KCL-ECO life-cycle computer program and Ecoinvent. In both case studies, the carbon footprint was reduced. From the results, it can be concluded that it is possible to achieve a fossil-fuel-free pulp mill with the LignoBoost process. By using steam from the FT diesel process, the amount of auxiliary fuel can be reduced considerably and the bark boiler can be replaced. With a choice of auxiliary fuels for use in heat production in the paper mill and the production methods for purchased electricity, it is possible to affect the carbon footprints even more in both cases.

XML-tekniikoihin perustuva ajurimalli LabView-pohjaiseen testausympäristöön

XML-muotoista tiedonesitystapaa hyödynnetään yhä enemmän esitettäessä rakenteellista tietoa. Tarkoituksena on antaa yleishyödyllinen ja uudelleenkäytettävä tapa jakaa yleistä tietoa erilaisten rajapintojen yli. XML-tekniikoita käytetään myös korjaamaan aiemmin tehdyissä sovellutuksissa esiintyneitä puutteita ja parantamaan niiden toimintaa. Tässä diplomityössä esitellään Telestelle LabView-pohjaiseen testaussovellusympäristöön suunniteltava ajuriuudistus. Työssä paranneltiin aiempaa ajurimallia soveltamalla siihen XML-tekniikoita hyödyntäviä toimintoja. Tarkoituksena oli vähentää testaussovelluskehityksessä vaadittavaa ohjelmointityötä korvaamalla sovelluksiin kovakoodatut ominaisuudet XML-pohjaisilla konfiguraatiotiedostoilla. Järjestelmän pohjana on yleiskäyttöinen ajuri, joka käyttää Telesten omaa EMS-protokollaa kommunikoinnissaan testattavien tuotteiden kanssa. Ajurimalli käyttää XML-pohjaisia konfiguraatiotiedostoja määrittelemään testattavien tuotteiden ominaisuuksia. XML-skeematiedostoilla esitetään ajurin käyttämän kommunikaatioprotokollan viestityypit ja niiden rakenteet. Työn tuloksena onnistuttiin luomaan uudenlainen XML-tekniikoita hyödyntävä ajurimalli. Yhteen yhteiseen ajuriin perustuva malli yhdenmukaistaa testaussovelluksien toteuttamista ja vähentää tarvittavaa ohjelmointityötä. Ajurin käyttöä helpotettiin toteuttamalla testaussovelluksien kehitysympäristöön erityinen editori, jolla voidaan helposti luoda ajuria käyttäviä toimintoja.

Sähköä ja lämpöä tuottavien voimalaitosten kannattavuusanalyysin kehittäminen

Tutkimuksen tavoitteena oli laskea voimalaitoskannattavuudet vuosilta 2007–2009 kohdeyrityksen biovoimalaitokselle sekä kombivoimalaitokselle. Lisäksi laskettiin kohdeyrityksen uuden hyötyvoimalaitoksen käyttöönottovuoden 2009 kannattavuus sekä odotetun käyttöasteen kannattavuus. Tavoitteena oli muodostaa tuotantolaitoskohtaiset tuotekannattavuudet vuodelta 2009 Kotkan Energia Oy:ssä sekä muodostaa kirjatut jakoperusteet kannattavuuksien laskentaa varten ja analysoida saatuja kannattavuuksia. Tutkimusmetodologiana on käytetty soveltavaa tutkimusotetta. Kannattavuusanalyysin kehittäminen vaatii yrityksen kustannusten, tuottojen ja toiminnan sekä toimialan luonteen ymmärtämistä. Haasteena tutkimuksessa oli sähkön, lämmön ja höyryn valmistuksen periaatteiden omaksuminen, joka on kustannusten ja tuottojen oikean kohdistamisen perusta. Tutkimuksen tuloksena todettiin, että kombivoimalaitos on tuotantolaitoksista kannattamattomin. Kohdeyrityksen kannattavuutta voitaisiin parantaa investoimalla kombivoimalaitoksen tilalle halvempaa polttoainetta käyttävä tuotantolaitos. Tuotteista kannattavimmaksi todettiin kaukolämpö. Tutkimuksen tuloksina saatuja kannattavuuksia voidaan hyödyntää Kotkan Energian päätöksenteossa ja niitä hyödyntämällä pystytään kohdeyritykselle laskemaan nopeasti tarpeellisia tulevaisuudenskenaarioita. Kannattavuuslaskelmien tuloksien analyysin jatkoksi pohdittiin Kotkan Energialle jatkotutkimusehdotelmia.

Muotin suunnittelu- ja valmistusprossin parantaminen solumuoviteollisuudessa

Diplomityö tehtiin Pohjoismainen Solumuovi Oy:lle. Tutkimusongelmaksi määriteltiin hyvin selkeästi tiedon puute muottien suunnittelusta sekä valmistuksesta. Työn tavoite oli parantaa solumuovituotteiden valmistuksessa käytettävien muottien laatua. Työn rajaus asettuu uusien muottien suunnittelu- ja valmistusprosessin parantamiseen. Työssä käsiteltiin tämän prosessin lisäksi mm. mallisuunnittelua, sekä koneen ja prosessien ominaisuuksia niiden muoteille asettamien vaatimusten pohjalta. Muottien ominaisuuksien oikeaoppinen suunnittelu on erittäin tärkeässä roolissa tulevien tuotantokustannusten muodostumisessa. Oikeaoppisella suunnittelulla tarkoitetaan työssä muottien eri osa-alueiden toisiinsa kytkeytymisen ymmärtämistä, niin muotin toimivuuden, lopputuotteen laadun sekä muotin tehokkuuden kannalta. Muottien ominaisuudet määräävät ideaalitilanteessa pitkälti koneiden sykliaikoja käytettävän raaka-aineen ja kappaleen dimensioiden lisäksi. Tämän vuoksi tilanteessa, jossa itse kone toimii moitteettomasti vakuumin, materiaalinsyötön, jäähdytyksen ja höyrytyksen osalta, saadaan muotin oikeaoppisella suunnittelulla lyhennettyä sykliaikoja ja vähennettyä virhekappaleiden määrää. Solumuovimuotin suunnitteluperiaatteita on lähes yhtä monta kuin suunnittelijoita. Mitään yksittäistä periaatetta ei voida suoraan tuomita vääränä, koska näillä muoteilla pystytään valmistamaan laadun kriteerit täyttäviä tuotteita. Useimmat suunnitteluperiaatteet pohjautuvat kuitenkin vain tietyn osa-alueen hallintaan, jonka jälkeen loput osa-alueet suunnitellaan tämän ehdoilla. Työssä saatujen tulosten pohjalta voidaan sanoa, että muotin tuottavuus on erityisesti kiinni kokonaisuudesta, ei yksittäisestä osa-alueesta.

Voimalaitoksen palamisilman esilämmittimen sisäpuolisen korroosion hallinta pinta-aktiivisten amiinien avulla

Useat voimalaitokset käyttävät hiiliteräksistä valmistettuja palamisilman esilämmittimiä, joissa höyrykattilan palamisilmaa lämmitetään matalapainehöyryllä. Joissakin tapauksissa esilämmittimet ovat kärsineet sisäpuolisen korroosion aiheuttamista putkirikoista. Tämän työn tavoitteena oli selvittää korroosiovaurioiden aiheuttajat ja tarkastella eri keinoja uusien korroosiovaurioiden ehkäisemiseksi. Keskeisimpänä uusien vaurioiden ehkäisykeinona tarkastellaan pinta-aktiivisia amiineja sisältäviä höyrykattilan jälkiannostelukemikaaliseoksia, joista tarkemman tarkastelun kohteena on kaupallinen Helamin 90 H Turb- kemikaaliseos. Pääasialliseksi korroosion aiheuttajaksi on usein epäilty höyryn sisältämää hiilidioksidia. Uusimpien näkemysten mukaan orgaaniset hapot, pääasiassa etikka- ja muurahaishappo ovat kuitenkin hiilidioksidia voimakkaampia korroosion aiheuttajia ilmanesilämmittimissä. Orgaaniset hapot väkevöityvät höyryn lauhtumisen alkaessa muodostuviin lauhdepisaroihin ja alentavat pH-tasoa radikaalisti. pH-tason aleneminen nopeuttaa metallipintoja suojaavan magnetiitin liukenemista ja vaikeuttaa myös sen uusiutumista. Orgaanisia happoja ja hiilidioksidia muodostuu orgaanisten aineiden osittaisessa hajoamisessa höyrykattilan vesi-höyrypiirissä. Pääasialliset orgaanisten aineiden lähteet ovat lisäveden mukana kattilaan kulkeutuva luonnon orgaaninen aines ja käytetyt orgaaniset jälkiannostelukemikaalit. Orgaanisten aineiden kuormaa voidaan pienentää parantamalla lisäveden valmistusprosessin orgaanisten aineiden erotustehokkuutta esimerkiksi käänteisosmoosilla. Mikäli lisäveden laadun parantaminen ei ole järkevästi toteutettavissa, voidaan orgaanisten jälkiannostelukemikaalien oikeanlaisella käytöllä neutraloida orgaanisten happojen vaikutus ilmanesilämmittimissä. Tehokkaimmaksi korroosion hillitsijäksi suoritettujen mittausten perusteella osoittautuivat kemikaaliseokset, jotka sisältävät alkaloivien amiinien lisäksi kalvoa muodostavaa pinta-aktiivista amiinia.

Polttomoottorivoimalan energiatehokkuuden parantaminen hukkalämpövirtojen sähköksi muunnolla

Tämä diplomityö on osa FCEP hankeen Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa tehtävää tutkimusta polttomoottoreiden energiatehokkuuden parantamisesta. Työn tavoitteena on saada tutkimustietoa polttomoottoreiden hukkalämpövirtojen hyödyntämisestä sähköntuotannossa. Tavoitteena on kartoittaa polttomoottorin hukkalämpövirtojen sähköksi muunnon potentiaalia valituilla menetelmillä ja tekniikoilla. Työssä tarkasteltavaksi moottoriksi valittiin DF- monipolttoainemoottori. DF-moottorin polttoaineena voidaan käyttää joko kaasua tai polttoöljyä. Laskennat suoritettiin moottorin valmistajan antamien hukkalämpövirtojen arvojen ja moottorin lämpötaseen avulla. Laskennan perusperiaatteena oli vesihöyryprosessin ja ORC-prosessien vertailu pakokaasulämmön hyödyntämisessä sekä matalalämpöisten hukkalämpövirtojen hyödyntäminen ORC-prosesseilla. Lisäksi työssä tutkittiin korkealla painesuhteella ja korkealla hyötysuhteella toimivan turboahtimen vaikutusta hukkalämpövirroista saatavaan tehoon. Diplomityössä tarkasteltiin moottorin lämpötaseen mukaisten arvojen lisäksi moottorin parametrien muuttamisen vaikutusta hukkalämpövirroista saatavaan tehoon. Moottorin parametrien muuttamisen vaikutusta moottorin akselitehoon tai moottorin lämpötaseeseen ei kuitenkaan tämän tutkimuksen puitteissa tarkasteltu. Työssä saatiin arvokasta tietoa polttomoottoreiden hukkalämpövirtojen muuntamisesta sähköksi eri menetelmillä sekä moottorin energiatehokkuuden parantamisesta.

Synthesis and characterization of activated carbon fibers from Kevlar

Kevlar [poly (p-phenilylene terephtalamide)], was used as a precursor in the preparation of activated carbon fibers. For this intention, physical and chemical activations were carried out. Activated fibers were physically prepared from the carbonization of the Kevlar and its later activation with CO2 and steam of water, by the other hand; the chemically activated fibers were obtained by means of the impregnation of the material with phosphoric acid and their later carbonization. Different conditions were used and preliminary analyses of the precursor were taken into account (TGA-DTA / IR). The resulting fibers were characterized by N2 (77K) adsorption, infrared spectroscopy, SEM, and immersion calorimetry. Yields and Burn off were also evaluated. The results shows that if you want to synthesize activated carbon fibers from Kevlar strong conditions respect to the commonly used such as water steam, high phosphoric acid concentrations and methods of impregnation are the ones who allows the development of optimal surface areas and pore volumes.