Produção de hidrogênio a partir da fração aquosa do bio-óleo utilizando óxidos mistos a base de lantânio e níquel
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2013 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFU |
Texto Completo: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15218 |
Resumo: | The condensation of gases from the pyrolysis of biomass leads to a liquid compound called bio-oil. This oil can be divided into two fractions: one aqueous and another non-aqueous. The aqueous fraction does not have a high market value and it is usually discarded. But, this mixture has an immense amount of organic compounds, which causes it to be a potential renewable source of hydrogen. Due to the diversity of organic compounds founds in this aqueous fraction, model compounds have usually been used in the studies about this subject. Among the compounds used to represent the aqueous fraction of bio-oil, the acetic acid is the most popular. The reaction most cited in the literature for the production hydrogen from the aqueous fraction of bio-oil is steam reforming. Therefore, the objective of this dissertation is to investigate the production of hydrogen form the aqueous fraction of bio-oil. Initially the thermodynamic behavior of the reaction of steam reforming of the aqueous fraction of bio-oil was analyzed, in order to determine the best operating conditions. In this study two model compounds were used to represent this mixture: acetic acid and acetol. The aqueous fraction of a very specific type of bio-oil also was studied. The mole fractions on a dry basis were calculated at equilibrium using the Lagrangian approach. The data were obtained at different temperatures (400-1300K) and for various steam (S)/fuel(F) (S/F = 1-9) ratios. It was observed that the best operating condition to conduct a steam reforming reaction of these compounds is at high temperatures (above 850K) and a high S/F. After studying the thermodynamic behavior of this process, experimental tests were performed using acetic acid as a model compound. Nickel-based catalysts are traditionally studied for reforming reactions. An alternative to combine the high Ni content employed in catalysts for reforming reactions with desirable values of dispersion is to use perovskite-type precursors (LaNiO3) or pyrochlore (La2Zr2O7). In this work the following catalysts were tested: LaNiO3, La0.90Sm0.10NiO3, La0.90Pr0.10NiO3, La2Zr1.5Ni0.5O7 and La2Zr1.0Ni1.0O7 in the reaction of steam reforming of acetic acid. During the reaction the catalysts showed the formation of the same products: H2, CO, CH4, CO2, C3H6O, but with different values of selectivities. The three perovskite-type oxides presented the best selectivity for hydrogen, and the presence of Pr and Sm affected the catalytic performance just slightly. Due to the large accumulations of coke observed during the reaction of steam reforming, a small amount of O2 was added to the misture. The presence of this oxidant improved catalytic activity without reducing the amount of hydrogen produced. Furthermore, it helped to reduce the deposits of coke. The pyrochlore showed high degrees of deactivation and low selectivity for hydrogen in the two reactions studied. |
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Produção de hidrogênio a partir da fração aquosa do bio-óleo utilizando óxidos mistos a base de lantânio e níquelAnálise termodinâmicaFração-aquosaPerovskitaReformaHidrogênioLantânioNíquelThermodynamic analysisAqueous fractionPerovskiteReformCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAThe condensation of gases from the pyrolysis of biomass leads to a liquid compound called bio-oil. This oil can be divided into two fractions: one aqueous and another non-aqueous. The aqueous fraction does not have a high market value and it is usually discarded. But, this mixture has an immense amount of organic compounds, which causes it to be a potential renewable source of hydrogen. Due to the diversity of organic compounds founds in this aqueous fraction, model compounds have usually been used in the studies about this subject. Among the compounds used to represent the aqueous fraction of bio-oil, the acetic acid is the most popular. The reaction most cited in the literature for the production hydrogen from the aqueous fraction of bio-oil is steam reforming. Therefore, the objective of this dissertation is to investigate the production of hydrogen form the aqueous fraction of bio-oil. Initially the thermodynamic behavior of the reaction of steam reforming of the aqueous fraction of bio-oil was analyzed, in order to determine the best operating conditions. In this study two model compounds were used to represent this mixture: acetic acid and acetol. The aqueous fraction of a very specific type of bio-oil also was studied. The mole fractions on a dry basis were calculated at equilibrium using the Lagrangian approach. The data were obtained at different temperatures (400-1300K) and for various steam (S)/fuel(F) (S/F = 1-9) ratios. It was observed that the best operating condition to conduct a steam reforming reaction of these compounds is at high temperatures (above 850K) and a high S/F. After studying the thermodynamic behavior of this process, experimental tests were performed using acetic acid as a model compound. Nickel-based catalysts are traditionally studied for reforming reactions. An alternative to combine the high Ni content employed in catalysts for reforming reactions with desirable values of dispersion is to use perovskite-type precursors (LaNiO3) or pyrochlore (La2Zr2O7). In this work the following catalysts were tested: LaNiO3, La0.90Sm0.10NiO3, La0.90Pr0.10NiO3, La2Zr1.5Ni0.5O7 and La2Zr1.0Ni1.0O7 in the reaction of steam reforming of acetic acid. During the reaction the catalysts showed the formation of the same products: H2, CO, CH4, CO2, C3H6O, but with different values of selectivities. The three perovskite-type oxides presented the best selectivity for hydrogen, and the presence of Pr and Sm affected the catalytic performance just slightly. Due to the large accumulations of coke observed during the reaction of steam reforming, a small amount of O2 was added to the misture. The presence of this oxidant improved catalytic activity without reducing the amount of hydrogen produced. Furthermore, it helped to reduce the deposits of coke. The pyrochlore showed high degrees of deactivation and low selectivity for hydrogen in the two reactions studied.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorMestre em Engenharia QuímicaA condensação dos gases oriundos da pirólise da biomassa gera um composto líquido chamado bio-óleo, que pode ser dividido em duas frações: uma aquosa e uma não aquosa. A fração aquosa não possui um alto valor agregado, sendo normalmente descartada. Porém, essa mistura apresenta uma imensa quantidade de compostos orgânicos, o que faz com que ela seja uma fonte renovável em potencial de hidrogênio. Devido à diversidade de compostos orgânicos encontrados nessa fração aquosa, é comum a utilização de compostos modelos nos estudos envolvendo o tema. Entre os compostos modelos estudados, o mais freqüente é o ácido acético, pois, geralmente, ele é um dos que se encontra em maior quantidade na mistura. Dos processos reacionais de reforma aplicados para a produção do hidrogênio a partir da fração aquosa do bio-óleo, a reforma a vapor é o mais citado na literatura, mas a reforma oxidativa também é utilizada. Sendo assim, o objetivo dessa dissertação foi estudar a produção de hjidrogênio a partir da fração aquosa do bio-óleo. Inicialmente estudou-se o comportamento termodinâmico da reação de reforma a vapor da fração aquosa do bio-óleo, com o objetivo de determinar a melhor temperatura e pressão para realizar essa reação. Nesse estudo foram utilizados dois compostos modelo para representar essa mistura: ácido acético e acetol. Além disso, a análise também foi feita usando dados reais de um bio-óleo. As frações molares em base seca no equilíbrio foram estimadas utilizando a metodologia Lagrangeana. Esses dados foram obtidos em diferentes temperaturas (400-1300K) e para diversas razões de vapor(S)/combustível(F)(S/F=1-9). Observou-se que a melhor faixa de temperatura para realizar a reação de reforma a vapor desses compostos é acima de 850K e com uma relação S/F elevada. Após estudar o comportamento termodinâmico dessa reação foram feitos testes experimentais utilizando o ácido acético como composto modelo. Catalisadores a base de níquel são tradicionalmente estudados frente as reações de reforma. Uma alternativa de conciliar os elevados teores de Ni empregados nas reações de reforma com os valores desejáveis de dispersão é a utilização de precursores do tipo perovskita (LaNiO3) ou pirocloro (La2Zr2O7). Nesse trabalho foram testados os seguintes catalisadores: LaNiO3, La0,90Sm0,10NiO3 , La0,90Pr0,10NiO3, La2Zr1,5Ni0,5O7 e La2Zr1,0Ni1,0O7 frente a reação de reforma a vapor do ácido acético. Durante a reação todos os catalisadores apresentaram a formação dos mesmos produtos: H2, CO, CH4, CO2 e C3H6O, porém com valores de seletividades um pouco diferentes. Os três precursores perovskitas foram os que apresentaram a melhor seletividade para o hidrogênio e a presença do Pr e Sm afetou pouco o desempenho catalítico. Devido aos grandes acúmulos de coque observados durante a reação de reforma a vapor foram feitos testes de reforma com adição de uma pequena quantidade de O2. A presença desse oxidante melhorou a atividade dos catalisadores sem diminuir a quantidade de hidrogênio produzido pelo sistema reacional. Além disso, ajudou a diminuir os depósitos de coque. Os pirocloros apresentaram altos graus de desativação e baixa seletividade para o hidrogênio nas duas reações estudadas.Universidade Federal de UberlândiaBRPrograma de Pós-graduação em Engenharia QuímicaEngenhariasUFUNoronha, Fabio Bellothttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4782218A6Hori, Carla Eponinahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4784205E1Watanabe, érika Ohtahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4762096Z9Brandão, Soraia Teixeirahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4787755J4Resende, Karen Abreu2016-06-22T18:41:50Z2014-05-142016-06-22T18:41:50Z2013-07-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfRESENDE, Karen Abreu. Produção de hidrogênio a partir da fração aquosa do bio-óleo utilizando óxidos mistos a base de lantânio e níquel. 2013. 192 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2013.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15218porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2016-06-23T07:10:50Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/15218Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2016-06-23T07:10:50Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false |
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The condensation of gases from the pyrolysis of biomass leads to a liquid compound called bio-oil. This oil can be divided into two fractions: one aqueous and another non-aqueous. The aqueous fraction does not have a high market value and it is usually discarded. But, this mixture has an immense amount of organic compounds, which causes it to be a potential renewable source of hydrogen. Due to the diversity of organic compounds founds in this aqueous fraction, model compounds have usually been used in the studies about this subject. Among the compounds used to represent the aqueous fraction of bio-oil, the acetic acid is the most popular. The reaction most cited in the literature for the production hydrogen from the aqueous fraction of bio-oil is steam reforming. Therefore, the objective of this dissertation is to investigate the production of hydrogen form the aqueous fraction of bio-oil. Initially the thermodynamic behavior of the reaction of steam reforming of the aqueous fraction of bio-oil was analyzed, in order to determine the best operating conditions. In this study two model compounds were used to represent this mixture: acetic acid and acetol. The aqueous fraction of a very specific type of bio-oil also was studied. The mole fractions on a dry basis were calculated at equilibrium using the Lagrangian approach. The data were obtained at different temperatures (400-1300K) and for various steam (S)/fuel(F) (S/F = 1-9) ratios. It was observed that the best operating condition to conduct a steam reforming reaction of these compounds is at high temperatures (above 850K) and a high S/F. After studying the thermodynamic behavior of this process, experimental tests were performed using acetic acid as a model compound. Nickel-based catalysts are traditionally studied for reforming reactions. An alternative to combine the high Ni content employed in catalysts for reforming reactions with desirable values of dispersion is to use perovskite-type precursors (LaNiO3) or pyrochlore (La2Zr2O7). In this work the following catalysts were tested: LaNiO3, La0.90Sm0.10NiO3, La0.90Pr0.10NiO3, La2Zr1.5Ni0.5O7 and La2Zr1.0Ni1.0O7 in the reaction of steam reforming of acetic acid. During the reaction the catalysts showed the formation of the same products: H2, CO, CH4, CO2, C3H6O, but with different values of selectivities. The three perovskite-type oxides presented the best selectivity for hydrogen, and the presence of Pr and Sm affected the catalytic performance just slightly. Due to the large accumulations of coke observed during the reaction of steam reforming, a small amount of O2 was added to the misture. The presence of this oxidant improved catalytic activity without reducing the amount of hydrogen produced. Furthermore, it helped to reduce the deposits of coke. The pyrochlore showed high degrees of deactivation and low selectivity for hydrogen in the two reactions studied. |
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RESENDE, Karen Abreu. Produção de hidrogênio a partir da fração aquosa do bio-óleo utilizando óxidos mistos a base de lantânio e níquel. 2013. 192 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2013. https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15218 |
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