Estudo da influência da matéria-prima na produção de combustível renovável de aviação.
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP |
Texto Completo: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-11042024-100329/ |
Resumo: | Com as mudanças climáticas e maior frequência de eventos relacionados a elas, a busca por combustíveis alternativos tem ganhado cada vez mais espaço no setor de aviação civil. Este setor é responsável por cerca de 12% de todas as emissões de gases do efeito estufa do setor de transporte e traçou metas importantes para diminuí-las como chegar ao patamar de zero emissões líquidas em todas as operações no setor até 2050. Nesse cenário, diversas formas de produzir combustíveis compatíveis com a tecnologia atual dos motores das aeronaves (chamados combustíveis drop-in) vêm sendo estudadas, regulamentadas ou comercializadas tais como os biocombustíveis de aviação produzidos a partir de hidroprocessamento de ésteres e ácidos graxos (HEFA), Fischer-Tropsch (FT), processos fermentativos para transformação de açúcares em hidrocarbonetos (DSHC) e a tecnologia Alcohol-to-jet (ATJ). Estas tecnologias citadas como exemplo já estão regulamentadas pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Desta forma, este estudo se propõe a avaliar a influência da matéria-prima utilizada no processo HEFA para produção de querosene de aviação renovável do ponto de vista de impactos ambientais, quanto em sua qualidade. Além disso, foi necessário entender como variáveis de processo podem influenciar na produção dos biocombustíveis. Desta forma, buscouse avaliar a influência da temperatura no hidrotratamento de óleo de cozinha usado. Esta etapa foi realizada com o auxílio de ferramentas computacionais como o Matlab® e o Microsoft Excel® 2016. A partir de dados da literatura foram obtidos os seguintes fatores pré-exponenciais e a energias de ativação, respectivamente, para as reações de primeira ordem propostos para o hidrotratamento do óleo de cozinha usado: 6.59E+10 1/h e 1.26E+05 J/mol para a transformação dos triglicerídeos em ácidos graxos livres, 2.37E+06 1/h e 8.77E+04 J/mol para a transformação dos ácidos graxos livres em hidrocarbonetos através da rota de hidrodeoxigenação, 1.08E+07 1/h e 9.00E+04 J/mol para a transformação dos ácidos graxos livres em hidrocarbonetos através das rotas de descarbonilação e descarboxilação. Através dos resultados desta etapa concluiu-se que é possível modular a rota de reação e, consequentemente, o produto obtido através de alterações na temperatura 7 de operação do reator. Nas simulações realizadas neste trabalho foram obtidos combustíveis de aviação alternativo e diesel dentro das especificações propostas pela ANP, utilizando matériasprimas como óleo de palma e de rícino. Observou-se que os indicadores de consumo de utilidades médios do processo foram de 0,41 kW/ kg de óleo vegetal processado para aquecimento e de 0,59 kW/ kg de óleo vegetal processado para resfriamento, resultados corroborados por outros estudos da literatura. A partir do óleo de palma, matéria-prima com maior rendimento em QAV alternativo, obteve-se um rendimento de 71% de diesel verde e 5% de QAV alternativo, enquanto a partir do óleo de rícino obteve-se um rendimento de 69% de diesel verde e 1% de QAV alternativo. |
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Estudo da influência da matéria-prima na produção de combustível renovável de aviação.Study of the influence of raw materials on the production of renewable jet fuel.BiocombustíveisBiofuelsHidrotratamentoHydrotreatmentÓleos vegetaisVegetable oils as fuelsCom as mudanças climáticas e maior frequência de eventos relacionados a elas, a busca por combustíveis alternativos tem ganhado cada vez mais espaço no setor de aviação civil. Este setor é responsável por cerca de 12% de todas as emissões de gases do efeito estufa do setor de transporte e traçou metas importantes para diminuí-las como chegar ao patamar de zero emissões líquidas em todas as operações no setor até 2050. Nesse cenário, diversas formas de produzir combustíveis compatíveis com a tecnologia atual dos motores das aeronaves (chamados combustíveis drop-in) vêm sendo estudadas, regulamentadas ou comercializadas tais como os biocombustíveis de aviação produzidos a partir de hidroprocessamento de ésteres e ácidos graxos (HEFA), Fischer-Tropsch (FT), processos fermentativos para transformação de açúcares em hidrocarbonetos (DSHC) e a tecnologia Alcohol-to-jet (ATJ). Estas tecnologias citadas como exemplo já estão regulamentadas pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Desta forma, este estudo se propõe a avaliar a influência da matéria-prima utilizada no processo HEFA para produção de querosene de aviação renovável do ponto de vista de impactos ambientais, quanto em sua qualidade. Além disso, foi necessário entender como variáveis de processo podem influenciar na produção dos biocombustíveis. Desta forma, buscouse avaliar a influência da temperatura no hidrotratamento de óleo de cozinha usado. Esta etapa foi realizada com o auxílio de ferramentas computacionais como o Matlab® e o Microsoft Excel® 2016. A partir de dados da literatura foram obtidos os seguintes fatores pré-exponenciais e a energias de ativação, respectivamente, para as reações de primeira ordem propostos para o hidrotratamento do óleo de cozinha usado: 6.59E+10 1/h e 1.26E+05 J/mol para a transformação dos triglicerídeos em ácidos graxos livres, 2.37E+06 1/h e 8.77E+04 J/mol para a transformação dos ácidos graxos livres em hidrocarbonetos através da rota de hidrodeoxigenação, 1.08E+07 1/h e 9.00E+04 J/mol para a transformação dos ácidos graxos livres em hidrocarbonetos através das rotas de descarbonilação e descarboxilação. Através dos resultados desta etapa concluiu-se que é possível modular a rota de reação e, consequentemente, o produto obtido através de alterações na temperatura 7 de operação do reator. Nas simulações realizadas neste trabalho foram obtidos combustíveis de aviação alternativo e diesel dentro das especificações propostas pela ANP, utilizando matériasprimas como óleo de palma e de rícino. Observou-se que os indicadores de consumo de utilidades médios do processo foram de 0,41 kW/ kg de óleo vegetal processado para aquecimento e de 0,59 kW/ kg de óleo vegetal processado para resfriamento, resultados corroborados por outros estudos da literatura. A partir do óleo de palma, matéria-prima com maior rendimento em QAV alternativo, obteve-se um rendimento de 71% de diesel verde e 5% de QAV alternativo, enquanto a partir do óleo de rícino obteve-se um rendimento de 69% de diesel verde e 1% de QAV alternativo.In the context of climate changes and the higher frequency of natural disasters related to them, the search for greener fuels had become the focus in the civil aviation area. This sector is responsible for almost 12% of all the greenhouse gas emissions from all transport sources and had set goals that aim to reduce to zero all net emissions related to the sector operations until 2050. In this scenario, different routes to produce drop-in fuels had been studied, regulated and commercialized such as Hydroprocessed Esters and Fatty Acids (HEFA), Fischer-Tropsch biofuels (FT), Direct Sugars to Hydrocarbons fuels (DSHC) and Alcohol-to-jet (ATJ). These technologies mentioned already are regulated by Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis, the Brazilian regulatory agency for fuels. Therefore, this study proposes an evaluation of the influence of hydrogen source and the influence of the raw material applied to the HEFA pathway to produce green biojet fuel on the life cycle assessment of this biofuel and on its quality. Furthermore, it was necessary to understand how process variables could influence the biofuel production. For that reason, it was sought to evaluate the influence of temperature on the hydrotreatment of waste cooking oil and this step was carried out with computational tools such as Matlab® and Microsoft Excel® 2016. From literature data, the following pre-exponential factors and activation energies were calculated, respectively, for the proposed first-order hydrotreatment reactions of the waste cooking oil: 6.59E+10 1/h and 1.26E+05 J/mol for the transformation of triglycerides into free fatty acids, 2.37E+06 1/h and 8.77E+04 J/mol for the transformation of free fatty acids into hydrocarbons through the hydrodeoxygenation route, 1.08E+07 1/h and 9.00E+04 J/mol for the transformation of free fatty acids into hydrocarbons through the decarbonylation and decarboxylation routes. Through the results of this stage, it was concluded that it is possible to modulate the reaction route and, consequently, the product obtained through changes in the reactor\'s operating temperature. A preliminary evaluation has been made of the hydrotreatment of wasted cooking oil, where it was possible to observe the effect of the reaction temperature on the triglycerides conversion to hydrocarbons. This study is based on the 9 hydrotreatment of palm and castor oil, that were produced within the ANP specifications. It was observed that the average utility consumption indicators for the process were 0.41 kW/kg of processed vegetable oil for heating and 0.59 kW/kg of processed vegetable oil for cooling, results corroborated by other studies in the literature. The yield of green diesel and biojet fuel from palm oil, the raw material with the higher yield in renewable jet fuel, simulated by this process was, respectively, 71% and 5%, whereas for the castor oil hydrotreatment the yields were 69% of green diesel and 1% of biojet fuel.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPSantos, Moisés Teles dosGomes, Marcus Vinicius Oliveira2023-10-17info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-11042024-100329/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2024-04-15T13:57:02Zoai:teses.usp.br:tde-11042024-100329Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212024-04-15T13:57:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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