Catalisadores à base de platina frente a correntes de H2 contendo acetaldeído geradas via reforma do etanol

Devido ao efeito estufa, a produção de hidrogênio a partir da reação de reforma do bioetanol tem se tornado um assunto de grande interesse em catálise heterogênea. Os catalisadores à base de Pt são empregados nos processos de purificação de H2 e também em eletrocatalisadores das células a combustível do tipo membrana polimérica (PEMFC). O hidrogênio obtido a partir da reforma do etanol contém como contaminante o acetaldeído e pequenas quantidades de CO. Assim, pode-se prever que muitas reações podem ocorrer na presença de catalisadores de Pt durante o processo de purificação do H2 e mesmo no próprio eletrocatalisador. Desta forma, este trabalho tem como objetivo descrever o comportamento do acetaldeído na presença de catalisadores de Pt. Para tanto foram preparados dois catalisadores, Pt/SiO2 e Pt/USY, contendo 1,5% de metal em ambos. Também foi estudado um eletrocatalisador (comercial) de Pt suportado em carvão (Pt/C). Os catalisadores foram caracterizados através das técnicas de análise textural, difração de raios X (DRX), quimissorção de H2, reação de desidrogenação do ciclohexano, espectroscopia no infravermelho de piridina adsorvida, dessorção a temperatura programada de n-butilamina (TPD de n-butilamina), dessorção a temperatura programada de CO2 (TPD-CO2), análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de dispersão de energia (EDS). Os testes catalíticos foram realizados entre as temperaturas de 50 e 350 C em corrente contendo acetaldeído, H2 e N2. Foi observado que as propriedades ácido-básicas dos suportes promovem as reações de condensação com formação de éter etílico e acetato de etila. O acetaldeído em catalisadores de Pt sofre quebra das ligações C-C e C=O. A primeira ocorre em uma ampla faixa de temperaturas, enquanto a segunda apenas em temperaturas abaixo de 200 C. A quebra da ligação C-C produz metano e CO. Já a quebra da ligação C=O gera carbono residual nos catalisadores, assim como espécies oxigênio, que por sua vez são capazes de eliminar o CO da superfície dos catalisadores. Nota-se que o tipo de suporte utilizado influencia na distribuição de produtos, principalmente a baixas temperaturas. Além disso, constatou-se que a descarbonilação não é uma reação sensível à estrutura do catalisador. Verificou-se também a presença de resíduos sobre os catalisadores, possivelmente oriundos não somente da quebra da ligação C=O, mas também de reações de polimerização

I. The rate and mechanism of the vapor-phase reaction between water and parts-per-million concentrations of nitrogen dioxide. II. The rate and mechanism of the air oxidation of parts-per-million concentrations of nitric oxide in the presence of water vapor.

Part I

A study of the thermal reaction of water vapor and parts-per-million concentrations of nitrogen dioxide was carried out at ambient temperature and at atmospheric pressure. Nitric oxide and nitric acid vapor were the principal products. The initial rate of disappearance of nitrogen dioxide was first order with respect to water vapor and second order with respect to nitrogen dioxide. An initial third-order rate constant of 5.5 (± 0.29) x 10⁴ liter² mole^-2 sec^-1 was found at 25˚C. The rate of reaction decreased with increasing temperature. In the temperature range of 25˚C to 50˚C, an activation energy of -978 (± 20) calories was found.

The reaction did not go to completion. From measurements as the reaction approached equilibrium, the free energy of nitric acid vapor was calculated. This value was -18.58 (± 0.04) kilocalories at 25˚C.

The initial rate of reaction was unaffected by the presence of oxygen and was retarded by the presence of nitric oxide. There were no appreciable effects due to the surface of the reactor. Nitric oxide and nitrogen dioxide were monitored by gas chromatography during the reaction.

Part II

The air oxidation of nitric oxide, and the oxidation of nitric oxide in the presence of water vapor, were studied in a glass reactor at ambient temperatures and at atmospheric pressure. The concentration of nitric oxide was less than 100 parts-per-million. The concentration of nitrogen dioxide was monitored by gas chromatography during the reaction.

For the dry oxidation, the third-order rate constant was 1.46 (± 0.03) x 10⁴ liter² mole^-2 sec^-1 at 25˚C. The activation energy, obtained from measurements between 25˚C and 50˚C, was -1.197 (±0.02) kilocalories.

The presence of water vapor during the oxidation caused the formation of nitrous acid vapor when nitric oxide, nitrogen dioxide and water vapor combined. By measuring the difference between the concentrations of nitrogen dioxide during the wet and dry oxidations, the rate of formation of nitrous acid vapor was found. The third-order rate constant for the formation of nitrous acid vapor was equal to 1.5 (± 0.5) x 10⁵ liter² mole^-2 sec^-1 at 40˚C. The reaction rate did not change measurably when the temperature was increased to 50˚C. The formation of nitric acid vapor was prevented by keeping the concentration of nitrogen dioxide low.

Surface effects were appreciable for the wet tests. Below 35˚C, the rate of appearance of nitrogen dioxide increased with increasing surface. Above 40˚C, the effect of surface was small.

Co-pirólise de polipropileno pós-consumo com gasóleo

O presente trabalho buscou avaliar o processo de co-pirólise de resíduos de polipropileno com gasóleo, variando a temperatura e a quantidade de polipropileno no meio reacional. A co-pirólise é uma rota promissora, uma vez que minimiza o impacto ambiental causado pela disposição do plástico de maneira inadequada, evita seu acúmulo em lixões e permite um melhor aproveitamento de um recurso natural não-renovável, o petróleo, matéria-prima importante para a geração de energia e obtenção de produtos químicos. As amostras de polipropileno e gasóleo foram submetidas à co-pirólise térmica em atmosfera inerte, em sistema de leito fixo, sob fluxo constante de nitrogênio, variando a temperatura de 400C a 500C e a quantidade de PP no meio reacional de 0,1 a 1,0 g. A influência do gasóleo no meio foi avaliada pelos testes na ausência de PP. Os líquidos pirolíticos obtidos foram caracterizados por cromatografia gasosa modificada, com o objetivo de avaliar a geração de frações na faixa da destilação do diesel. De uma maneira geral, pôde-se observar que o aumento da quantidade de PP no meio reacional favorece a redução do rendimento de líquido pirolítico e o aumento da quantidade de sólido gerado, efeito inverso ao do aumento da temperatura. Com relação ao rendimento geral de produtos na faixa de destilação do diesel na co-pirólise, a adição de PP ao meio não interfere muito no resultado. Já o aumento de temperatura favorece o aumento do rendimento de produtos nessa faixa de destilação. Os resultados obtidos comprovam o potencial da co-pirólise como método de reciclagem química de artefatos de polipropileno pós-consumo

Estudo da correlação entre as características da matéria-prima graxa e as propriedades físico-químicas do biodiesel

A possibilidade de utilização de várias matérias graxas na produção do biodiesel nacional é um fator diferencial em relação aos outros países e requer um conhecimento mais profundo das particularidades do biodiesel obtido a partir de matérias-primas tão distintas. Neste contexto, se insere a presente pesquisa, em que se buscou estabelecer correlações entre algumas propriedades do biodiesel e a fonte oleaginosa que lhe deu origem. O biodiesel foi obtido a partir da reação de transesterificação etílica de dez diferentes matérias-primas graxas (óleos refinados de soja, arroz, canola, girassol, milho, oliva, cyclus (mistura contendo óleos de canola, milho e girassol); óleos brutos de mamona e murumuru, além de resíduo de fritura), utilizando etanolato de potássio como agente catalítico, em um reator com sistema de refluxo a 70C durante uma hora. Após purificação, foram determinadas algumas propriedades do biodiesel (massa específica, viscosidade, índice de acidez e índice de iodo) e da matéria-prima (massa específica, viscosidade, índice de acidez, índice de iodo e composição) que lhe deu origem. Os resultados obtidos nas caracterizações geraram gráficos de correlações entre os diversos parâmetros e os dados foram analisados estatisticamente pelo método de correlações canônicas. Para todas as amostras de biodiesel, os valores obtidos nas caracterizações foram compatíveis com as especificações estabelecidas pela ANP para o produto, com exceção do biodiesel de murumuru (índice de acidez elevado e viscosidade baixa) e do biodiesel de mamona (viscosidade e massa específica elevadas). Os dados estatísticos demonstram altas correlações entre o biodiesel (massa específica (87,4%), viscosidade (98,5%) e índice de acidez (82,8%)) e as matérias-primas (massa específica (92,1%) e viscosidade (99,3%)). Além disso, existe uma grande correlação entre o índice de iodo (84,5%) do biodiesel e o índice de iodo (77,2%) e a massa molar dos ésteres na faixa de C16-C18 (MMTG) presentes na matéria-prima (89,1%). Estes resultados estatísticos ratificam as observações analíticas

Field and Laboratory Studies of Atmospheric Organic Aerosol

This thesis is the culmination of field and laboratory studies aimed at assessing processes that affect the composition and distribution of atmospheric organic aerosol. An emphasis is placed on measurements conducted using compact and high-resolution Aerodyne Aerosol Mass Spectrometers (AMS). The first three chapters summarize results from aircraft campaigns designed to evaluate anthropogenic and biogenic impacts on marine aerosol and clouds off the coast of California. Subsequent chapters describe laboratory studies intended to evaluate gas and particle-phase mechanisms of organic aerosol oxidation.

The 2013 Nucleation in California Experiment (NiCE) was a campaign designed to study environments impacted by nucleated and/or freshly formed aerosol particles. Terrestrial biogenic aerosol with > 85% organic mass was observed to reside in the free troposphere above marine stratocumulus. This biogenic organic aerosol (BOA) originated from the Northwestern United States and was transported to the marine atmosphere during periodic cloud-clearing events. Spectra recorded by a cloud condensation nuclei counter demonstrated that BOA is CCN active. BOA enhancements at latitudes north of San Francisco, CA coincided with enhanced cloud water concentrations of organic species such as acetate and formate.

Airborne measurements conducted during the 2011 Eastern Pacific Emitted Aerosol Cloud Experiment (E-PEACE) were aimed at evaluating the contribution of ship emissions to the properties of marine aerosol and clouds off the coast of central California. In one study, analysis of organic aerosol mass spectra during periods of enhanced shipping activity yielded unique tracers indicative of cloud-processed ship emissions (m/z 42 and 99). The variation of their organic fraction (f₄₂ and f₉₉) was found to coincide with periods of heavy (f₄₂ > 0.15; f₉₉ > 0.04), moderate (0.05 < f₄₂ < 0.15; 0.01 < f₉₉ < 0.04), and negligible (f₄₂ < 0.05; f₉₉ < 0.01) ship influence. Application of these conditions to all measurements conducted during E-PEACE demonstrated that a large fraction of cloud droplet (72%) and dry aerosol mass (12%) sampled in the California coastal study region was heavily or moderately influenced by ship emissions. Another study investigated the chemical and physical evolution of a controlled organic plume emitted from the R/V Point Sur. Under sunny conditions, nucleated particles composed of oxidized organic compounds contributed nearly an order of magnitude more cloud condensation nuclei (CCN) than less oxidized particles formed under cloudy conditions. The processing time necessary for particles to become CCN active was short ( < 1 hr) compared to the time needed for particles to become hygroscopic at sub-saturated humidity ( > 4 hr).

Laboratory chamber experiments were also conducted to evaluate particle-phase processes influencing aerosol phase and composition. In one study, ammonium sulfate seed was coated with a layer of secondary organic aerosol (SOA) from toluene oxidation followed by a layer of SOA from α-pinene oxidation. The system exhibited different evaporative properties than ammonium sulfate seed initially coated with α-pinene SOA followed by a layer of toluene SOA. This behavior is consistent with a shell-and-core model and suggests limited mixing among different SOA types. Another study investigated the reactive uptake of isoprene epoxy diols (IEPOX) onto non-acidified aerosol. It was demonstrated that particle acidity has limited influence on organic aerosol formation onto ammonium sulfate seed, and that the chemical system is limited by the availability of nucleophiles such as sulfate.

Flow tube experiments were conducted to examine the role of iron in the reactive uptake and chemical oxidation of glycolaldehyde. Aerosol particles doped with iron and hydrogen peroxide were mixed with gas-phase glycolaldehyde and photochemically aged in a custom-built flow reactor. Compared to particles free of iron, iron-doped aerosols significantly enhanced the oxygen to carbon (O/C) ratio of accumulated organic mass. The primary oxidation mechanism is suggested to be a combination of Fenton and photo-Fenton reactions which enhance particle-phase OH radical concentrations.

The pyrolysis of n-butane

A study of the pyrolysis of n-butane was carried out using an all-gold tubular reactor. The initial rate of decomposition of the n-butane was of 1.50-order with respect to the partial pressure of the n-butane. A free radical mechanism, similar to that originally proposed by Rice, accounted satisfactorily for the distribution of products. Oxygen was rigorously excluded from the pyrolysis gases. The surfaces of the gold reactor had been acid-treated to remove oxide impurities. Some preliminary experiments were performed in the partial oxidation of n-butane.

The rate and mechanism of the partial oxidation of acetaldehyde by PPM concentrations of nitrogen dioxide

The thermal reaction between nitrogen dioxide and acetaldehyde in the gas phase was investigated at room temperature and atmospheric pressure. The initial rate of disappearance of nitrogen dioxide was 1.00 ± 0.03 order with respect to nitrogen dioxide and 1.00 ± 0.07 order with respect to acetaldehyde. An initial second order rate constant of (8.596 ± 0.189) x 10^-3 1.mole^-1 sec^-1 was obtained at 22.0 ± 0.1 °C and a total pressure of one atmosphere. The activation energy of the reaction was 12,900 cal/mole in the temperature range between 22°C and 122°C.

The products of the reaction were nitric oxide, carbon dioxide, methyl nitrite, nitromethane and a trace amount of trans-dimeric nitrosomethane. The addition of nitric oxide increased the rate of formation of nitromethane and decreased the rate of formation of methyl nitrite. There were no measurable surface effects due to the addition of glass wool or glass beads to the reactor.

Reactants and products were analyzed by gas chromatography. A mechanism was proposed incorporating the principal features of the reaction.

Modelagem, simulação e otimização operacional de unidades de síntese de metanol

A indústria de processos químicos tem sofrido consideráveis transformações devido ao acirramento da competitividade. Importantes progressos tecnológicos têm sido atingidos através de técnicas de modelagem, simulação e otimização visando o aumento da lucratividade e melhoria contínua nos processos industriais. Neste contexto, as plantas de metanol, um dos mais importantes produtos petroquímicos, podem ser destacadas. Atualmente, a principal matéria-prima para obtenção de metanol é o gás natural. A produção do metanol é caracterizada por três etapas: geração de gás de síntese, conversão do gás de síntese em metanol (unidade de síntese ou loop de síntese) e purificação do produto na especificação requerida. Os custos fixos e variáveis da unidade de síntese são fortemente dependentes das variáveis operacionais, como temperatura, pressão, razão de reciclo e composição da carga. Desta forma, foi desenvolvido um conjunto de modelos e algoritmos computacionais para representar matematicamente unidades de síntese de metanol. O modelo apresenta operações unitárias associadas aos seguintes equipamentos: divisores de correntes, misturadores de correntes, compressores, trocadores de calor, vasos de flash e reatores. Inicialmente, foi proposto um simulador estacionário, que serviu como base para um pseudo-estacionário, o qual contempla a desativação do catalisador por sinterização térmica. Os simuladores foram criados segundo uma arquitetura seqüencial modular e empregou-se o método de substituição sucessiva para a convergência dos reciclos. O estudo envolveu dois fluxogramas típicos, um constituído por reatores adiabáticos em série, enquanto o outro constituído por um reator tipo quench. Uma análise do efeito das principais variáveis operacionais foi realizada para o reator e para o loop de síntese. Estudou-se também o efeito da desativação do catalisador ao longo do tempo. Uma ferramenta de otimização operacional foi empregada para alcançar a máxima produção manipulando as injeções de carga fria na entrada dos leitos catalíticos. Formulou-se também um problema de maximização do lucro em função da otimização de paradas da unidade para troca do catalisador. Os resultados obtidos apontam que a ferramenta desenvolvida é promissora para a compreensão e otimização da unidade objeto deste estudo

Producción de hidrógeno a partir de biomasa en un proceso en dos etapas, pirólisis y reformado en línea

El consumo acelerado de unos recursos energéticos finitos, el impacto ambiental asociado a la producción y uso de las energías tradicionales, la distribución de las reservas de energía , y los precios de las materias primas energéticas , confieren a las fuentes renovables de energía una importancia creciente en la política energética de la mayor í a de los países desarrollados. Además , la valorizació n energética de residuos representa un reto de la sociedad de consumo, por una parte para dar respuest a a los requerimientos de desarrollo sostenible y tamb ié n para fomentar el uso de fuentes de energí a renovables. Entre estos, una de las fuente s más importantes es la biomasa. Es evidente que, un desarrollo de las tecnologías y una planificación adecuada de los aprovechamientos de biomasa, permitiría contrarrestar los efectos perniciosos del excesivo uso de la energía , además de generar empleo, mejoras ambientales y el correspondiente desarrollo rural de zonas degradadas. Las previsiones establec en que antes de 2100 la cuota de participación de la biomasa en la producción mundial de energía debería estar entre el 25 y el 46 %. La producción de hidró geno a partir de biomasa es un proceso interesante y viable, teniendo en cuenta el aumento significa tivo del actual consumo de hidró geno. La producción actual se obtiene mayoritariamente a partir de fuentes fósiles , que emiten grandes cantidades de CO 2 y por lo tanto, surge la necesidad de reducir estas emisiones utilizando materias primas renovables. Por ello, en este sentido, el objetivo principal de este Proyecto Fin de Grado es avanzar en el aprovechamiento de la biomasa vegetal a través de la piró lisis flash y posterior reformado con vapor en línea para la obtención de hidró geno. Para ello, se ha p ropuesto una primera e tapa de piró lisis rápida a 500 º C en un reactor spouted bed cónico y una segunda etapa catal í tica de r eformado con vapor en lí nea en un lecho fluidizado, con el fin de optimizar la temperatura y el tiempo espacial de la segunda etapa

Producción de hidrógeno por reformado catalítico en fase acuosa de disoluciones de metanol. Catalizador de Platino.

El objetivo que persigue la línea de investigación en la que se engloba este trabajo es la obtención de hidrógeno desde disoluciones acuosas de metanol (aproximadamente del 10% de metanol), considerando estos compuestos como una forma de almacenar hidrógeno y obtenerlo a baja temperatura “on-board” en un vehículo mediante el reformado en fase acuosa. El reto es conseguir un sistema catalítico de pequeño volumen y rápida respuesta a las demandas de hidrógeno con elevado rendimiento y calidad apropiada (<10 ppm de CO) para las pilas de combustible PEM. Los objetivos planteados en el siguiente trabajo se centran en la preparación y caracterización de un catalizador de platino soportado en alúmina, y la puesta en marcha de un reactor discontinuo de mezcla perfecta a presión para la evaluación de catalizadores en el proceso de reformado en fase líquida.

Reciclado por glicólisis de resíduos de poliuretano. Estudio de las condiciones de operación

En el presente proyecto se ha llevado a cabo el estudio de la glicólisis catalítica del PU para la despolimerización. Esta reacción se realiza entre dos reactivos: uno en fase sólida (PU) y otro en fase líquida (dietilenglicol, DEG). El producto de reacción de interés es el poliol de partida. En primer lugar se han estudiado las condiciones óptimas de reacción con el catalizador mayoritariamente utilizado para la glicólisis (dietilenamina) en un reactor discontinuo de tipo tanque agitado. Debido al problema ambiental asociado al catalizador se ha llevado a cabo el estudio de diferentes catalizadores medioambientalmente más amigables.Por último, Se ha caracterizado el producto de reacción por cromatografía de permeación de gel (GPC), espectrometría infrarroja (FTIR) y se ha determinado el contenido de agua, la viscosidad y la densidad. Así mismo se ha llevado a cabo un ensayo de re-espumación de PU empleando el poliol recuperado.

Valoración de bio-oil completo por craqueo catalítico en condiciones de la unidad FCC de refinería

351 p.

Valorización catalítica del liquido de pirólisis de neumáticos para la producción de combustibles

Desarrollo de modelos cinéticos para las reacciones de hidrodesulfuración del líquido de pirólisis de neumáticos.