Dissertação
Análise cinética e termodinâmica da conversão térmica e termocatalítica do óleo de palma na presença de carbonatos e óxidos metálicos
Kinetic and thermodynamic analysis of the thermal and thermocatalytic conversion of palm oil in the presence of carbonates and metal oxides
Registro en:
SANTOS, Tarcísio Martins. Análise cinética e termodinâmica da conversão térmica e termocatalítica do óleo de palma na presença de carbonatos e óxidos metálicos. 2023. 101 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2023.
Autor
Santos, Tarcísio Martins
Institución
Resumen
Considering the application of low-cost and easily obtained catalysts in the
catalytic pyrolysis of triglyceride biomass to produce renewable hydrocarbons,
this work aimed to evaluate, through thermogravimetric studies, the kinetic and
thermodynamic parameters involved in the thermal and thermocatalytic
conversion of palm oil using carbonate salts (Na2CO3, CaCO3 and K2CO3) and
metal oxides (NiO, Al2O3 and Nb2O5). In the carbonate-catalyzed processes, the
occurrence of two mass loss events during palm oil degradation was observed,
suggesting that the salts act through sequential reactions, which can be attributed
to alkaline hydrolysis and thermal cracking mechanisms. In contrast, in the
processes catalyzed by the metal oxides, palm oil cracking occurred in a single
thermal degradation event, indicating that the reactions promoted by the oxides
take place simultaneously in a single reaction step. The most efficient catalysts
were Na2CO3, K2CO3 and Nb2O5, which reduced the initial palm oil degradation
temperature from 325 °C to 250 °C. The kinetic studies showed that the activation
energy (Ea) of the non-catalytic process was concentrated in the range of 129 to
154 kJ mol–1 for the conversion range of 10% to 90%. When Na2CO3 was added
to the pyrolysis process, a reduction in Ea values was observed up to 55%
conversion, but after that point, Ea values increased, reaching values higher than
175 kJ mol–1. The K2CO3 and Nb2O5, when compared to the process without
catalyst, reduced the Ea values throughout the conversion range studied,
demonstrating a higher catalytic activity. Moreover, the thermodynamic studies
indicated that the reactions promoted by K2CO3 and Nb2O5 occurred in a more
controlled manner compared to the non-catalytic process, leading to the
formation of structures with a higher degree of ordering and providing a lower
energy expenditure in the palm oil cracking and deoxygenation reactions. Thus,
the results showed that potassium carbonate and niobium oxide present potential
to be used in the conversion of triglyceride biomass into biofuels and/or
industrially applicable products. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Considerando a aplicação de catalisadores de baixo custo e de fácil obtenção na
pirólise catalítica de biomassas triglicéricas visando a produção de
hidrocarbonetos renováveis, este trabalho teve como objetivo avaliar por meio
de estudos termogravimétricos, os parâmetros cinéticos e termodinâmicos
envolvidos na conversão térmica e termocatalítica do óleo de palma utilizando
sais de carbonatos (Na2CO3, CaCO3 e K2CO3) e óxidos metálicos (NiO, Al2O3 e
Nb2O5). Nos processos catalisados pelos carbonatos, foi observado a ocorrência
de dois eventos de perda de massa durante a degradação do óleo de palma,
sugerindo que os sais atuam por meio de reações sequenciais, que podem ser
atribuídas a mecanismos de hidrólise alcalina e de craqueamento térmico. Em
contraste, nos processos catalisados pelos óxidos metálicos, o craqueamento do
óleo de palma ocorreu em um único evento de degradação térmica, indicando
que as reações promovidas pelos óxidos acontecem simultaneamente em uma
única etapa reacional. Os catalisadores mais eficientes foram o Na2CO3, o K2CO3
e o Nb2O5, que reduziram a temperatura inicial de degradação do óleo de palma
de 325 °C para 250 °C. Os estudos cinéticos demonstraram que a energia de
ativação (Ea) do processo não-catalítico se concentrou na faixa de 129 a 154 kJ
mol–1 para a faixa de conversão de 10% a 90%. Quando o Na2CO3 foi adicionado
ao processo de pirólise, observou-se uma redução nos valores de Ea até a
conversão de 55%, porém, após esse ponto, os valores de Ea aumentaram,
atingindo valores superiores a 175 kJ mol–1. O K2CO3 e o Nb2O5, quando
comparados ao processo sem catalisador, reduziram os valores de Ea em toda
a faixa de conversão estudada, demonstrando uma maior atividade catalítica.
Além disso, os estudos termodinâmicos indicaram que as reações promovidas
por K2CO3 e Nb2O5 ocorreram de forma mais controlada em comparação ao
processo não-catalítico, levando à formação de estruturas com maior grau de
ordenamento e proporcionando um menor gasto energético nas reações de
craqueamento e desoxigenação do óleo de palma. Dessa forma, os resultados
demonstraram que o carbonato de potássio e o óxido de nióbio apresentam
potencial para serem utilizados na conversão de biomassas triglicéricas em
biocombustíveis e/ou produtos de aplicação industrial. São Cristóvão