Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T03:15:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peres_AnaPaulaGimenez_M.pdf: 2893498 bytes, checksum: 660e046de1120b97974948724435b696 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Biodiesel (alquil éster) é um combustível limpo derivado de fontes renováveis, óleos vegetais ou gordura animal. Sabe-se que, aproximadamente, 10% em peso do óleo vegetal utilizado como insumo na produção de biodiesel é convertido em glicerina, de forma que existem grandes incentivos para a utilização deste subproduto. A pirólise da glicerina residual por sua vez é um processo com grande potencial para a produção de biocombustíveis como hidrogênio (H2) e gás de síntese (matéria prima para produção de combustíveis sintéticos via reação de Fischer-Tropsch) gerando portanto, produtos de alto valor agregado. Assim, neste trabalho, a pirólise foi realizada em um reator de leito fixo utilizando-se glicerina comercial e glicerina residual da produção de biodiesel dos Laboratórios de Otimização, Projeto e Controle Avançado (LOPCA) e de Desenvolvimento de Processos de Separação (LDPS). Primeiramente, foram realizados planejamentos fatoriais fracionários para a determinação das variáveis independentes (temperatura e tempo de reação, vazão de gás de arraste e volume de glicerina) mais significativos no processo. Sendo que o volume de glicerina foi a variável com menor significância, portanto foi excluída do processo. Posteriormente, realizaram-se os experimentos de acordo com o planejamento fatorial completo 23 (com mais três pontos centrais). Foram obtidos dois modelos codificados de primeira ordem que descrevem a conversão de glicerina residual em hidrogênio e gás de síntese em função da temperatura de reação, tempo e vazão de gás de arraste. De acordo com as condições advindas da aplicação da metodologia de superfície de resposta, altas conversões de glicerina em H2 e em gás de síntese, em torno de 45% mol/mol e 80% mol/mol, respectivamente, foram experimentalmente obtidas em: 850ºC, 30min e vazão do gás de arraste 50mL/min. No processo de pirólise da glicerina foram obtidos produtos líquidos, gasosos e cinzas. Em média, obtiveram-se conversões superiores a 85% v/v de glicerina para produtos gasosos, entre eles H2 e CO (gás de síntese) em maior quantidade. Além desses gases, foram encontrados CO2, metano, etileno, etano e propano. Já os produtos líquidos foram basicamente acetaldeído, acetona, metanol e etanol. Através dos cálculos de energia ficou claro que a produção de H2 a partir desse processo é viável energeticamente. Sendo que para um mol de glicerina processada a energia líquida da reação foi 293kJ. / Abstract : Biodiesel (alkyls esters) is a clean burning fuel derived from renewable lipid feedstock such as vegetable oil or animal fat. Glycerin is a by-product from the biodiesel production which represents nearly 10% of product total mass. As the biodiesel production is increasing there exist incentives to use the glycerin as raw material for other processes. The glycerin pyrolysis is a promising way to produce biofuels such as hydrogen and syngas (feedstock used in synthetic fuels production via Fisher-Tropsch reaction) and at same time avoids its accumulation in the environment. Glycerin pyrolysis was carried out in a fixed bed reactor filled with silica-quartz and/or alumina oxide. The raw material considered in this work was pure glycerin and crude glycerin from biodiesel production. Experimental designs were carried out in specific conditions to identify the impact of the main process variables. At first, a fractional factorial experimental design was chosen to analyze the most significant factors (reaction temperature, reaction time, glycerin quantity and flow rate of carrier gas) on the conversion glycerin to hydrogen and syngas. The glycerin quantity was the least significant factor, so it was excluded from further investigation. Afterwards, the experiments were carried out according to a 23 complete factorial design plus three central points. Two first-order models were obtained to predict the crude glycerin conversion in hydrogen and syngas as a function of reaction temperature, reaction time and flow rate of carrier gas. From the surface methodology analysis, high conversions of glycerin into hydrogen and syngas, around 45% mol/mol and 85% mol/mol, respectively, can be obtained under the following conditions 850 º C, 30 min and flow carrier gas, 50ml/min. The best glycerin conversion to gas products was 80% v/v of glycerin. The main gás products were H2 and CO. Besides these gases, CO2, CH4, C2H4 and C3H8 were also obtained in smaller proportions. The liquid product compositions were methanol, ethanol, acetone and acetaldehyde. Through the energy calculations, it becomes clear that production of H2 from this process is energetically feasible. For one mole of glycerol, computed net energy of the reaction was around 293kJ. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Reginaldo Guirardello / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T13:21:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Yamada_ShinobuTomas_D.pdf: 3876142 bytes, checksum: 951723c2abec9e70853595542ea18fe3 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Esta tese apresenta a cinética e a fluidodinâmica do processo Fischer Tropsch realizado nos softwares científicos Fortran (Formula Translation) e CFX (Fluidodinâmica Computacional) da AEA Technology plc. O presente trabalho é uma simulação computacional de um sistema catalítico, multifásico, multicomponente e não isotérmico com topologia tridimensional, baseado em catalisador de cobalto suportado, recheio de esferas de aço e meio reacional formado por pseudocomponentes, gás combustível - GLP, nafta - gasolina - diesel, ceras de baixo - médio - alto peso molecular e vapor de água, além do gás de síntese (CO + H2) não convertido. As modelagens da cinética de reação e do balanço de massa estão estruturadas na linguagem de programação Fortran com modelos matemáticos da tecnologia Fischer Tropsch e as modelagens dos balanços de energia, momento e turbulência pelo software computacional CFX, com geometria baseada no Reator Arge Sasol em Leito Fixo composto por cinco domínios (recheio - meio reacional - entrada - saída - parede) e um subdomínio (catalisador), configuradas numa malha com mais de cinco milhões de elementos e um milhão de nós. A cinética é o modelo esquematizado por Sarup-Wojciechowski (1989) com a constante cinética definida pela expressão modificada da lei de Arrhenius. A modelagem da fluidodinâmica é tratada pelas equações de Navier Stokes e turbulência através do modelo k-? e "disperse phase zero equation", complementados pela biblioteca de propriedades fisico-químicas Diadem DIPPR, artigos científicos e experimentos em planta piloto realizados na Unidade de Industrialização do Xisto - Petrobras, São Mateus do Sul - (PR) / Abstract: This thesis presents the fluid dynamics and the kinetics of Fischer Tropsch Process in a fixed bed reactor accomplished in the scientific software Fortran (Formula Translation) and CFX (Computational Fluid Dynamics) of AEA Technology plc. The current work is a computational simulation of the catalytic system, multiphase, multicomponent and non isothermal with 3D topology, that is based on the cobalt supported catalyst, column random packing and the reaction mean treated on pseudo components concept, fuel gas - PLG, naphtha - gasoline - diesel oil, low - medium - high molecular weight waxes and water steam, besides non converted syngas (CO + H2). The kinetics reaction modelling and mass balance are structured in Fortran programming language with mathematic models of Fischer Tropsch technology. Also the energy balance, momentum and turbulence phenomena are structured by CFX, with geometry based on the Arge Sasol Fixed Bed Reactor consisted for five domains (packing - reaction media - in- out - wall) and one subdomain (catalyst), configured in a mesh with more than five million of elements and one million of nodes. The kinetic models are schematized by Sarup-Wojciechowski (1989) equation and the kinetic constant defined according to a modified expression of the Arrhenius law. The modelling of the fluid dinamics are considered on the Navier Stokes fundamental equations and turbulence phenomena through k-? and "disperse phase zero equation", complemented by the physical-chemicals library property Diadem DIPPR, scientifc articles and data referred to pilot plant experiments performed in the Unidade de Industrialização do Xisto - Petrobras, located in São Mateus do Sul - (PR) / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química