Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-28T02:11:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Miranda_JulioCesardeCarvalho_D.pdf: 11420052 bytes, checksum: 1d66d50744b41020ecf572a3b96b2561 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O gás de síntese (syngas) é conhecido principalmente pelo seu uso na produção de amônia (Processo Harber-Bosch) e hidrocarbonetos (Processo Fischer-Tropsch). No entano, uma rota menos explorada para a produção de produtos químicos, entre eles alcoóis e outros oxigenados, a partir do gás de síntese, vem ganhando atenção nos últimos anos. Nessa rota, a matéria-prima inicial, como a biomassa é inicialmente gaseificada ao syngas, o qual é reformado, limpo, comprimido e finalmente convertido cataliticamente em uma mistura de alcoóis e produtos oxigenados que, após os passos de separação, atingem a pureza necessária para sua comercialização. Nesse trabalho, a rota termoquímica, como é conhecida, é utilizada com o objetivo de se produzir etanol a partir do syngas. Utilizando o simulador comercial ASPEN Plus v7.3, foram propostos 9 casos de estudo utilizando 3 categorias diferentes de catalisador em 4 diferentes layouts de processo. Todos os casos de estudo foram avaliados quanto à sua produtividade, ao seu consumo de energia e aspectos de importância econômica. Foi possível concluir a partir das análises feitas que cada uma das categorias de catalisador possui vantagens e desvantagens dependendo do contexto econômico, podendo-se citar a diferenciada produção de hidrocarbonetos e outros oxigenados além do etanol, a geração de água, o número de unidades de separação e o consumo de energia / Abstract: Synthesis gas (syngas) is mostly known by its use on ammonia (Harber-Bosch process) and hydrocarbons (Fischer-Tropsch process) production processes. However, a less explored route to produce chemical products, among them alcohols and other oxygenates, from syngas is gaining attention over the last few years. In this route, an initial feedstock as biomass is firstly gasified to synthesis gas, which is reformed, cleaned, compressed and finally catalytically converted in a mixture of alcohols and oxygenated products that after separation steps attain sufficient purity to be sold. In this work, the thermochemical route, as it is known, is used aiming ethanol production from syngas. Using the commercial simulator ASPEN Plus v7.3, 9 case studies were proposed using 3 different categories of catalysts in 4 different process layouts. All the cases were evaluated regarding their productivity, their energy consumption, and aspects of economic importance. It was possible to conclude from the analysis that each of the catalyst categories has advantages and disadvantages depending on the economic context, among them the different proportion of hydrocarbons and other oxygenated products besides ethanol, water generation, number of separation unities and energy consumption / Doutorado / Engenharia Química / Doutor em Engenharia Química

Este trabalho tem como objetivo apresentar, através da modelagem de uma planta gásquímica e da identificação das tecnologias disponíveis, a versatilidade do uso do gás natural como insumo para a indústria química, visando à produção de metanol, amônia e hidrogênio, a partir da fração metano, bem como na indústria petroquímica a obtenção do eteno através da fração etano. Baseado nas pesquisas de mercado, determinou-se que dentre os produtos a serem obtidos a partir do metano, o metanol é o que apresenta o cenário interno mais crítico. Esta situação é refletida através do contínuo aumento da importação, sem que haja nenhuma sinalização deste déficit ser sanado, através da construção de novas unidades industriais. Por outro lado, o cenário da amônia se mostra estável e, ainda que haja um déficit na produção nacional, a situação atual não se mostra tão crítica, mesmo quando realizada a projeção da demanda até 2030. Analisando-se o cenário petroquímico, em poucos anos a produção de eteno atingirá o seu gargalo, e o maior entrave diagnosticado, para a expansão das centrais produtoras, está relacionado à disponibilidade do insumo. Dentro da abordagem técnica proposta, a modelagem da planta gás-química aponta ser viável concentrar a produção de amônia, metanol e hidrogênio no mesmo pólo e que, para estes produtos, a tecnologia atual encontra-se madura e em estágio avançado. Já a produção de eteno, a partir do etano, não deve estar diretamente vinculada, a princípio, à obtenção dos demais produtos, pelo alto volume de gás natural necessário para liberar a fração de etano ideal para a sustentabilidade do projeto. / This work has as objective to present, through the modeling of a gas-chemical plant and also, through the identification of the current available technologies, the versatility of the use of natural gas as a raw material for the chemical industry, aiming the production of methanol, ammonia and hydrogen, from the fraction methane, as well as in the petrochemical industry, the attainment of ethene from the ethane fraction. Based in a market research, it was determined that amongst the products to be obtained from methane, methanol is the product that presents the most critical internal scenario. This situation is reflected through the continuous increase of the importation; without it there is no signaling that this deficit can be overcome, unless new industrials units are constructed. On the other hand, the ammonia scenario is steady and, despite presenting a deficit in the national production, the current situation does not reveal to very so critical, carried through the projection of the demand up to 2030. Analyzing the petrochemical scene, in a few years the ethene production will reach its pass and the biggest diagnosed impediment is related to the availability of the feedstock. Considering the technique proposal, the modeling of the gas-chemical plant shows the viability of concentrating the production of ammonia, methanol and hydrogen in the same site and that, for these products, the current technologies are mature and very well developed. Already the ethene production, from ethane, does not have to be directly entailed, in principle, to the attainment of the other products, considering the high volume of natural gas necessary to liberate the necessary amount of ethane for the sustainable of the project.

A velocidade de queima laminar adiabática é um importante parâmetro da combustão que dita o comportamento de chamas pré-misturadas. Dos métodos disponíveis para a medição desse parâmetro, o método do fluxo de calor destaca-se pela simplicidade e precisão. No presente trabalho, esse método é utilizado para medir a velocidade de queima de biogás (modelado como CH4 com diferentes níveis de diluição com CO2) e de gás de síntese (modelado como uma mistura de CH4, H2, CO, CO2 e N2) em ar a 298 K e 1 atm. Tais gases são de crescente interesse para a sociedade em função de aspectos ambientais, porém, suas velocidades de queima não foram amplamente estudadas ainda. Os resultados obtidos são comparados com as previsões de cinco mecanismos cinéticos (GRI-Mech 3.0, Davis et al., Konnov, San Diego e USC Mech II) a fim de avaliar a sua capacidade preditiva. Os resultados experimentais e numéricos das velocidades de queima de biogás e ar apresentam uma boa concordância e as incertezas encontradas foram condizentes com as relatadas na literatura. Os resultados experimentais desse gás foram parametrizados em uma correlação empírica de fácil utilização em modelos numéricos. As medições da velocidade de queima de gás de síntese e ar, por outro lado, apresentaram valores inferiores às previsões numéricas de todos os mecanismos estudados. Os dados experimentais da literatura, para a mesma mistura, diferem tanto em valores quanto em comportamento dos resultados do presente trabalho. Tal comportamento está provavelmente relacionado a alguma contaminação no CO utilizado, já que quando esse gás está presente observa-se uma chemi-luminescência não relatada na literatura. / The adiabatic laminar burning velocity is an important combustion parameter that dictates premixed flames characteristics. Among the measuring methods available in literature, the heat flux method stands out for its simplicity and accuracy. In the present work, this method is used to measure the adiabatic laminar burning velocity of biogas (modeled as CH4 with different dilution levels with CO2) and syngas (modeled as a CH4, H2, CO, CO2 and N2 mixture) in air at 298 K and 1 atm. Such gases are of growing society interest due to environmental aspects, however, their adiabatic laminar burning velocity have not been widely studied yet. The experimental results are compared to predictions of five kinetic mechanisms (GRI-Mech 3.0, Davis et al., Konnov, San Diego e USC Mech II) to evaluate their predictive capacity. Experimental and numerical results of biogas/air mixtures adiabatic laminar burning velocity show good agreement and the found uncertainties are in agreement with literature. Experimental results of this gas were fitted in an empiric correlation of simple numerical application. Experimental results of the laminar burning velocity of syngas/air, on the other hand, show lower values than the numerical predictions of all studied kinetic mechanisms. Literature available data for the same mixture differ both in values and behavior of the present work results. Such behavior is probably related to some contamination on the CO used since a chemi-luminescence not reported in literature can be noted when this gas is present.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:57:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6808.pdf: 4907992 bytes, checksum: 8dda1b97e1ed03238369951b622517f4 (MD5) Previous issue date: 2015-03-18 / In this work, catalysts derived from hydrotalcites were employed in Direct Reforming of Biogas, once they feature the necessary basicity to allow and improve carbon removal during reforming. As a differential study, the effect of the step ageing elimination during hydrotalcites syntheses, which were prepared by means of coprecipitation technique, was also evaluated. The results obtained from temperature effect evaluation tests ranging from 800 to 500oC suggested there was no need of precursors ageing, which represents an energy saving during catalysts syntheses, once this step represents the most energy expensive. To improve the process and reduce carbon deposition, oxygen was added as synthetic air into the gaseous reactants feed, in a reaction known as Oxidative Reforming of Biogas. In this case, the ratio H2/CO was close to 1, along the temperature range from 800 to 500oC considered during the catalytic tests, which was assigned to the occurrence of methane partial oxidation, specially in lower temperatures. As an attempt to improve carbon gasification during reforming reactions, element cerium was also added during the syntheses of hydrotalcites, also by coprecipitation, fixing the amount of this element and ranging nickel amount, eliminating the step ageing. At this point, cerium promoted and unpromoted catalysts were compared through biogas direct reforming 6 hours stability tests at 650oC. The spent catalysts were characterized by thermogravimetric analysis in order to evaluate the amount of carbon deposited over the catalyst surface. It was found for the catalysts derived from oxides corresponding to 5 and 15% of nickel (% nominal, in weight) a higher carbon deposition at the presence of cerium promoted catalysts, although for the first one, the carbon temperature peak removal was lower than unpromoted catalyst. On the contrary, for the catalysts corresponding to 10 and 25% of nickel (% nominal, in weight), similar and lower carbon deposition was found in presence of cerium. It was also possible to confirm the reduction of carbon deposition after stability tests for oxidative reforming of biogas, compared to the direct reforming. / Neste trabalho, catalisadores derivados de hidrotalcitas foram empregados na reforma do biogás, uma vez que apresentam a basicidade que permite aprimoramento na remoção deste carbono durante a reação. O efeito da eliminação da etapa de envelhecimento das hidrotalcitas durante a síntese das mesmas, as quais foram preparadas pela técnica da coprecipitação, foi avaliado como um estudo diferencial. Os resultados obtidos a partir dos ensaios a patamares de temperatura na faixa de 800 a 500oC sugeriram que não há necessidade de envelhecimento da hidrotalcita, o que representa uma economia de energia durante as sínteses dos catalisadores, uma vez que esta etapa é a mais dispendiosa, em termos energéticos. Para melhorar o processo e reduzir a formação de coque, oxigênio foi adicionado como ar sintético à corrente dos reagentes, numa reação conhecida como Reforma Oxidativa do Biogás. Aqui, a proporção H2/CO foi próxima a 1, ao longo da faixa de temperatura considerada durante os testes catalíticos, associada à ocorrência da reação de oxidação parcial do metano, especialmente a temperaturas mais baixas. Como tentativa de aprimorar a gasificação do coque durante as reações de reforma, o elemento cério também foi adicionado durante a síntese das hidrotalcitas, também por coprecipitação, fixando a quantidade de cério e variando o teor de níquel, eliminando a etapa de envelhecimento. Neste ponto, os catalisadores não promovidos e promovidos com cério foram comparados através da reforma direta do biogás, em testes de estabilidade com duração de 6 horas, a 650oC. Após o uso, os catalisadores foram caracterizados por análise termogravimétrica a fim de avaliar a quantidade de carbono formado. Para os catalisadores derivados dos óxidos correspondentes a 5 e 15% de níquel (% nominal, em massa), foi encontrada maior deposição de carbono na presença dos catalisadores promovidos, embora para o primeiro, o pico de temperatura referente à remoção de carbono tenha sido menor comparado ao do catalisador não promovido. Ao contrário, para os catalisadores correspondentes a 10 e 25% de níquel (% nominal, em massa), similar e menor formação de carbono foram encontrados na presença de cério, respectivamente. Durante os ensaios de estabilidade de reforma oxidativa, foi possível constatar a redução da quantidade de carbono formado após os ensaios catalíticos.

A velocidade de queima laminar adiabática é um importante parâmetro da combustão que dita o comportamento de chamas pré-misturadas. Dos métodos disponíveis para a medição desse parâmetro, o método do fluxo de calor destaca-se pela simplicidade e precisão. No presente trabalho, esse método é utilizado para medir a velocidade de queima de biogás (modelado como CH4 com diferentes níveis de diluição com CO2) e de gás de síntese (modelado como uma mistura de CH4, H2, CO, CO2 e N2) em ar a 298 K e 1 atm. Tais gases são de crescente interesse para a sociedade em função de aspectos ambientais, porém, suas velocidades de queima não foram amplamente estudadas ainda. Os resultados obtidos são comparados com as previsões de cinco mecanismos cinéticos (GRI-Mech 3.0, Davis et al., Konnov, San Diego e USC Mech II) a fim de avaliar a sua capacidade preditiva. Os resultados experimentais e numéricos das velocidades de queima de biogás e ar apresentam uma boa concordância e as incertezas encontradas foram condizentes com as relatadas na literatura. Os resultados experimentais desse gás foram parametrizados em uma correlação empírica de fácil utilização em modelos numéricos. As medições da velocidade de queima de gás de síntese e ar, por outro lado, apresentaram valores inferiores às previsões numéricas de todos os mecanismos estudados. Os dados experimentais da literatura, para a mesma mistura, diferem tanto em valores quanto em comportamento dos resultados do presente trabalho. Tal comportamento está provavelmente relacionado a alguma contaminação no CO utilizado, já que quando esse gás está presente observa-se uma chemi-luminescência não relatada na literatura. / The adiabatic laminar burning velocity is an important combustion parameter that dictates premixed flames characteristics. Among the measuring methods available in literature, the heat flux method stands out for its simplicity and accuracy. In the present work, this method is used to measure the adiabatic laminar burning velocity of biogas (modeled as CH4 with different dilution levels with CO2) and syngas (modeled as a CH4, H2, CO, CO2 and N2 mixture) in air at 298 K and 1 atm. Such gases are of growing society interest due to environmental aspects, however, their adiabatic laminar burning velocity have not been widely studied yet. The experimental results are compared to predictions of five kinetic mechanisms (GRI-Mech 3.0, Davis et al., Konnov, San Diego e USC Mech II) to evaluate their predictive capacity. Experimental and numerical results of biogas/air mixtures adiabatic laminar burning velocity show good agreement and the found uncertainties are in agreement with literature. Experimental results of this gas were fitted in an empiric correlation of simple numerical application. Experimental results of the laminar burning velocity of syngas/air, on the other hand, show lower values than the numerical predictions of all studied kinetic mechanisms. Literature available data for the same mixture differ both in values and behavior of the present work results. Such behavior is probably related to some contamination on the CO used since a chemi-luminescence not reported in literature can be noted when this gas is present.

A velocidade de queima laminar adiabática é um importante parâmetro da combustão que dita o comportamento de chamas pré-misturadas. Dos métodos disponíveis para a medição desse parâmetro, o método do fluxo de calor destaca-se pela simplicidade e precisão. No presente trabalho, esse método é utilizado para medir a velocidade de queima de biogás (modelado como CH4 com diferentes níveis de diluição com CO2) e de gás de síntese (modelado como uma mistura de CH4, H2, CO, CO2 e N2) em ar a 298 K e 1 atm. Tais gases são de crescente interesse para a sociedade em função de aspectos ambientais, porém, suas velocidades de queima não foram amplamente estudadas ainda. Os resultados obtidos são comparados com as previsões de cinco mecanismos cinéticos (GRI-Mech 3.0, Davis et al., Konnov, San Diego e USC Mech II) a fim de avaliar a sua capacidade preditiva. Os resultados experimentais e numéricos das velocidades de queima de biogás e ar apresentam uma boa concordância e as incertezas encontradas foram condizentes com as relatadas na literatura. Os resultados experimentais desse gás foram parametrizados em uma correlação empírica de fácil utilização em modelos numéricos. As medições da velocidade de queima de gás de síntese e ar, por outro lado, apresentaram valores inferiores às previsões numéricas de todos os mecanismos estudados. Os dados experimentais da literatura, para a mesma mistura, diferem tanto em valores quanto em comportamento dos resultados do presente trabalho. Tal comportamento está provavelmente relacionado a alguma contaminação no CO utilizado, já que quando esse gás está presente observa-se uma chemi-luminescência não relatada na literatura. / The adiabatic laminar burning velocity is an important combustion parameter that dictates premixed flames characteristics. Among the measuring methods available in literature, the heat flux method stands out for its simplicity and accuracy. In the present work, this method is used to measure the adiabatic laminar burning velocity of biogas (modeled as CH4 with different dilution levels with CO2) and syngas (modeled as a CH4, H2, CO, CO2 and N2 mixture) in air at 298 K and 1 atm. Such gases are of growing society interest due to environmental aspects, however, their adiabatic laminar burning velocity have not been widely studied yet. The experimental results are compared to predictions of five kinetic mechanisms (GRI-Mech 3.0, Davis et al., Konnov, San Diego e USC Mech II) to evaluate their predictive capacity. Experimental and numerical results of biogas/air mixtures adiabatic laminar burning velocity show good agreement and the found uncertainties are in agreement with literature. Experimental results of this gas were fitted in an empiric correlation of simple numerical application. Experimental results of the laminar burning velocity of syngas/air, on the other hand, show lower values than the numerical predictions of all studied kinetic mechanisms. Literature available data for the same mixture differ both in values and behavior of the present work results. Such behavior is probably related to some contamination on the CO used since a chemi-luminescence not reported in literature can be noted when this gas is present.

Este trabalho tem como objetivo apresentar, através da modelagem de uma planta gásquímica e da identificação das tecnologias disponíveis, a versatilidade do uso do gás natural como insumo para a indústria química, visando à produção de metanol, amônia e hidrogênio, a partir da fração metano, bem como na indústria petroquímica a obtenção do eteno através da fração etano. Baseado nas pesquisas de mercado, determinou-se que dentre os produtos a serem obtidos a partir do metano, o metanol é o que apresenta o cenário interno mais crítico. Esta situação é refletida através do contínuo aumento da importação, sem que haja nenhuma sinalização deste déficit ser sanado, através da construção de novas unidades industriais. Por outro lado, o cenário da amônia se mostra estável e, ainda que haja um déficit na produção nacional, a situação atual não se mostra tão crítica, mesmo quando realizada a projeção da demanda até 2030. Analisando-se o cenário petroquímico, em poucos anos a produção de eteno atingirá o seu gargalo, e o maior entrave diagnosticado, para a expansão das centrais produtoras, está relacionado à disponibilidade do insumo. Dentro da abordagem técnica proposta, a modelagem da planta gás-química aponta ser viável concentrar a produção de amônia, metanol e hidrogênio no mesmo pólo e que, para estes produtos, a tecnologia atual encontra-se madura e em estágio avançado. Já a produção de eteno, a partir do etano, não deve estar diretamente vinculada, a princípio, à obtenção dos demais produtos, pelo alto volume de gás natural necessário para liberar a fração de etano ideal para a sustentabilidade do projeto. / This work has as objective to present, through the modeling of a gas-chemical plant and also, through the identification of the current available technologies, the versatility of the use of natural gas as a raw material for the chemical industry, aiming the production of methanol, ammonia and hydrogen, from the fraction methane, as well as in the petrochemical industry, the attainment of ethene from the ethane fraction. Based in a market research, it was determined that amongst the products to be obtained from methane, methanol is the product that presents the most critical internal scenario. This situation is reflected through the continuous increase of the importation; without it there is no signaling that this deficit can be overcome, unless new industrials units are constructed. On the other hand, the ammonia scenario is steady and, despite presenting a deficit in the national production, the current situation does not reveal to very so critical, carried through the projection of the demand up to 2030. Analyzing the petrochemical scene, in a few years the ethene production will reach its pass and the biggest diagnosed impediment is related to the availability of the feedstock. Considering the technique proposal, the modeling of the gas-chemical plant shows the viability of concentrating the production of ammonia, methanol and hydrogen in the same site and that, for these products, the current technologies are mature and very well developed. Already the ethene production, from ethane, does not have to be directly entailed, in principle, to the attainment of the other products, considering the high volume of natural gas necessary to liberate the necessary amount of ethane for the sustainable of the project.

O presente trabalho se insere no Programa de Biomassa - Energia - Materiais - PROBEM?, cuja Refinaria de Biomassa desenvolve tecnologias para o aproveitamento integral de biomassas lignocelulósicas e oleosas, objetivando sua exploração autossustentada. Os principais produtos obtidos são combustíveis para geração de energia termoelétrica, produtos químicos, materiais inorgânicos e reciclagem de fertilizantes. Neste trabalho explorou-se a celulignina, que é um combustível obtido pela pré-hidrólise ácida da biomassa, visando à obtenção de gás de síntese (singás) da celulignina para geração de energia termoelétrica com turbinas a gás, como substituto do gás natural. Para essa aplicação, e também para aplicações em síntese de produtos químicos e combustíveis pelo processo Fischer Tropsch, teores de metais alcalinos, enxofre e cloretos são críticos. A biomassa considerada foi a madeira de Eucalyptus grandis. O trabalho propõe a lixiviação aquosa daqueles contaminantes por pré-hidrólise ácida da biomassa, seguida da moagem a úmido da celulignina para razões líquido/sólido (L/S) otimizadas em relação ao consumo de água e aos teores finais dos contaminantes na biomassa tratada. A eficiência da sequência de tratamentos foi verificada medindo os teores de potássio, sódio, cloreto e enxofre total após cada etapa de lixiviação da celulignina. A pré-hidrólise ácida do E. grandis foi realizada na presença de ácido sulfúrico como catalisador, com produção de cerca de 67% de celulignina e 34% de solução de açúcares, em relação à quantidade de biomassa seca inicial. Os resultados desta etapa do processamento mostraram uma redução no teor de potássio de 3,3 vezes e no teor de sódio de 1,9 vez na celulignina em relação ao E. grandis in natura. A celulignina assim obtida foi submetida a uma sequência de moagem a úmido em moinho de martelos. Resultados apontaram a razão L/S = 12 como mais eficiente. O singás obtido da celulignina apresentou teores estimados de K+ + Na+= 600 ppb, Cl-=1,4 mg/Nm³ e enxofre total = 4 mg/Nm³. Isso significa uma redução de 1000 vezes em K+ + Na+ em relação à biomassa bruta. Nessas condições, o gás de síntese obtido já seria similar ao singás do gás natural, podendo ser usado em turbinas a gás. As aplicações com o gás de síntese no processo Fischer Tropsch não estão descartadas já que as especificações do gás natural para essa mesma aplicação permitem um máximo de enxofre de 70 mg/Nm³. Melhoramentos nos procedimentos de análise química em todas as etapas do processo são necessários para levar a resultados mais acurados. Melhoramentos nos equipamentos de controle das emissões gasosas na geração do singás tendem a diminuir os teores de enxofre para os níveis previstos em norma (< 1mg/Nm³). / This work is part of the Program Biomass - Energy - Materials - PROBEM?, whose Biomass Refinery develops technologies for a self-sustaining exploration of lignocellulosic and oily biomass. The main products are fuels for thermal and electricity energy generation, chemicals, materials and recycled inorganic fertilizers. This work explores the cellulignin, which is a fuel obtained by acidic prehydrolysis of biomass aiming to produce synthesis gas (syngas) as a substitute for natural gas for themoelectrical energy generation with gas turbines. This application, and also for the Fischer Tropsch process, of alkali metals, sulfur and chlorine concentrations in the syngas must be very low. The selected biomass is Eucalyptus grandis. The main objectives are to promote the aqueous leaching of those contaminants from cellulignin by a sequence of treatments, and to obtain the syngas by gasification of the cleaned cellulignin. The aqueous leaching of contaminants is carried out by acidic prehydrolysis of the wood, followed by the wet grinding of cellulignin at different liquid / solid (L/S) rations optimized with respect to water consumption and the final concentration of contaminants in the treated biomass. The efficiency of the sequence of treatments was checked by measuring potassium, sodium, chloride and sulfur contents in the cellulignin after each leaching step. Prehydrolysis of E. grandis was carried out using sulfuric acid as a catalyst, producing 67% of cellulignin and 34% of hydrolysate in relation to the initial dry biomass mass. Results after prehydrolysis showed a reduction of 3.3 times in the potassium content and of 1.6 times for sodium in the unwashed cellulignin in relation to the E. grandis \'in natura\'. The cellulignin so obtained was wet-ground in hammer mill. Results showed the L/S = 12 as the more efficient ratio in the grinding step. After gasification of the cellulignin the estimated values of the contaminants in the syngas were K++Na+ = 600 ppb, Cl- =1,4 mg/Nm³, and total S = 4 mg/Nm³, similar to the syngas from natural gas specifications for those elements. This means that the syngas from the cellulignin can be used as a fuel in gas turbines, replacing the syngas obtained from natural gas. Yet, its application in the Fischer Tropsch process is not discarded because maximum sulfur content allowed in the natural gas for that application is 70 mg/Nm³. Improvements have to made on the analytical procedures to ensure more accurate results, and is also necessary to improve the efficiency of the equipments for gas emission control in the syngas generation process. The last improvement should lower the S content to the specification values for the syngas (< 1mg/Nm³).

Este trabalho tem como objetivo a identificação da melhor rota para a produção de combustíveis e derivados sintéticos através do desenvolvimento e aplicação de uma ferramenta metodológica desenvolvida tendo como base ferramentas da qualidade: diagrama de afinidade, diagrama de relações e matriz causa-efeito. Estes diagramas foram adaptados para a análise e discussão dos fatores positivos e negativos de cada item da tríade considerada: insumo-processo-produto. A partir desta análise foram criadas as matrizes de causa-efeito, também separadas em fatores positivos e negativos para os insumos: gás natural (GN), biomassa e carvão mineral; para os processos: produção de gás de síntese (syngas) a partir do GN, gaseificação do carvão e a gaseificação da biomassa; e para os produtos: óleo lubrificante, óleo diesel, nafta, metanol e amônia. A análise destas matrizes causa-efeito gerou a matriz final, denominada matriz saldo, que permitiu a seleção da rota mais adequada para a produção de combustíveis e derivados sintéticos. Dentre os insumos estudados, o gás natural apresentou evidentes vantagens e, consequentemente, o processo a ser utilizado deve ser a produção do syngas a partir do GN, e dentre os produtos o metanol apresentou maiores benefícios para ser produzido. / This paper aims to present to identify of the best route for the production of fuels and synthetic derivatives through the development and application of a methodological tool based on quality tools: affinity diagram, relations diagram and matrices cause-effect. The diagrams have been adapted for the analysis and discussion of positive and negative factors of each item of the triad considered: feedstock-process-product. From the analysis, matrices of cause and effect were created and also, separated into positive and negative factors for the inputs: natural gas (NG), biomass and coal; for the processes: production of synthesis gas (syngas) from GN, coal gasification and biomass gasification; and for the products: lubricating oil, diesel fuel, naphtha, methanol and ammonia. The analysis of cause-effect matrices generated the final matrix, named balance matrix, which allowed the selection of the most suitable route for the production of fuels and synthetic derivatives. Among the input studied, NG presented remarkable advantages among the others. Therefore, the process to be used should be the production of syngas from NG. Among the products considered, methanol showed the best benefits to be produced.

Este trabalho tem como objetivo traçar um panorama geral da tecnologia de gaseificação ao longo da história. Inicialmente concebida para obter gás do carvão mineral e possibilitar uma iluminação pública mais eficiente, a gaseificação passou por várias fases. Na virada do século XIX para o XX, quando o town gas perdeu a iluminação pública para a eletricidade, a produção de gás passou a se voltar para aquecimento e cocção. Se novas possibilidades foram criadas a partir da descoberta da síntese de Fischer-Tropsch (que possibilitava a transformação do gás de síntese em líquidos que poderiam substituir combustíveis e matérias-primas para toda a cadeia petroquímica), a resolução dos problemas de logística do gás natural reduziu a importância do gás do carvão mineral também para o aquecimento e cocção. Crises de abastecimento de petróleo, o principal combustível do século XX, motivaram novas iniciativas e novas formas de utilização da gaseificação como, por exemplo, os gasogênios, que gaseificavam biomassa e carvão para movimentar veículos automotores especialmente durante a Segunda Grande Guerra. Já nos períodos de abundância de petróleo a tecnologia acabava por ser abandonada, uma vez que este era muito mais eficiente e conveniente. Na passagem do século XX para o século XXI, entretanto, as preocupações com as mudanças climáticas colocaram em cheque a contínua utilização de combustíveis fósseis entre os quais o petróleo. Nesse contexto abriu-se uma nova perspectiva para a gaseificação de biomassa, uma vez que esta, combinada com as possibilidades criadas pela síntese de Fischer-Tropsch, possibilitou a criação do conceito de biorrefinarias e de toda uma cadeia química a partir de matérias-primas não apenas renováveis, mas que também são residuais e não alimentares. Embora ainda haja desafios técnicos e, principalmente, econômicos a serem alcançados, outros desafios deste século além da questão climática -, os resíduos sólidos urbanos podem constituir-se em uma importante fonte de insumos para o processo de gaseificação. / This dissertation aims to deliver a systematic approach of the history of gasification process. Initially conceived to obtain coal gas to viabilize more efficient lighting for major cities, the gasification process has passed through several phases. During the Nineteenth Century, the town gas (the gas obtained from coal) has revolutionized night life in modern cities. At the turn of the Nineteenth Century, town gas lost public lighting to electricity, and gas from coal had to migrate to heating and cooking. New possibilities were created with the Fischer-Tropsch synthesis in the twenties. This process enabled the transformation of Syngas a product of the gasification process into any kind of hydrocarbon molecule. So, it could have been a useful substitute to oil, mainly during the oil supply crisis. The Twentieth Century was characterized by intense oil utilization in transport, mechanical forces, electricity generation and also creating products like plastic and asphalt. Gasification was seen as a very good alternative supply of raw material for these products, but in fact, the several oil supply crisis of the Twentieth Century were too short for make the gasification feasible. At the end of twentieth century another issue arose to boost gasification initiatives: climate change. Due the greenhouse effect and concerns about its consequences, researchers and companies started projects of biomass gasification to replace fossil fuels - which includes oil. So far, all these initiatives havent shown up as feasible in commercial production, but the opportunity to create a fossil oil substitute from non food raw materials still involves a lot of effort.