Trabalho de Conclusão de Curso
Utilização de zeólitas provenientes das cinzas leves do carvão mineral de Candiota-RS como peneiras moleculares para a desidratação do etanol
Registro en:
SILVA, Lauren Souza da. Utilização de zeólitas provenientes das cinzas leves do carvão mineral de Candiota-RS como peneiras moleculares para a desidratação do etanol. 52 p. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal do Pampa, Campus Bagé, Bagé, 2019.
Autor
Silva, Lauren Souza da
Institución
Resumen
Coal is a Brazilian energy resource that has sufficient reserve to supply the national
energy demand for more than 100 years. About 42.9% of the Brazilian coal reserves
are located in the Candiota deposits in Rio Grande do Sul. The use of Candiota coal
is currently used for the production of energy through direct combustion. However,
this type of use in thermoelectric plants is not the most indicated due to the low
calorific value (<3200 kcal kg-1) and the high ash content (52 to 59%) of this coal
generated in these techniques. The gasification of this coal appears as an attractive
option, since it allows greater efficiency in the conversion into electrical energy and
reduction in the emission of sulfurous compounds and other gases harmful to the
environment. The gasification process has as products the syngas, coal tar and ash
and consists of the reaction of the coal with substoichiometric oxygen and steam.
The ash, composed mainly of Al and Si, can be used as feedstock for the formation
of zeolites. Zeolites are hydrated crystalline structures with uniform channels and
cavities of regular size. The most common zeolites are aluminosilicates, which exhibit
a negative charge due to the difference in valence of the O and Al atoms present in
their structure.Such charges are neutralized by compensating cations, which are
commonly alkaline or alkaline earth metals. The presence of these cations gives the
zeolites their capacity for cation exchange. In addition, pore size and geometric
selectivity allow its use in molecular sieve-type applications. Based on the above, the
objective of this work was the synthesis of zeolites using the light ash obtained from
the carbonization process of the Candiota/RS mineral coal as well as the application
of the product obtained as molecular sieve for the separation of ethanol / water. The
material synthesized was identified through XRD as zeolite X, which contains8 Ȧ
pore size. With the adjustment of specific mass data in the calibration curve of the
initial solutions, it was observed that the zeolitic material allowed the permeation of
ethanol through its cavities due to the pore size being larger than the ethanol
molecule, besides the loss of ethanol by evaporation into the environment due to its
physical properties. O carvão mineral é um recurso energético brasileiro que possui reservas suficientes
para suprir a demanda energética nacional por mais de 100 anos. Cerca de 42,9%
das reservas de carvão brasileiro estão localizadas nas jazidas de Candiota, no Rio
Grande do Sul. Devido ao baixo poder calorífico (<3200 kcal/kg) e ao alto teor de
cinzas (52 a 59%), o carvão mineral não é indicado para combustão direta. A
gaseificação desse carvão surge como uma opção atraente, uma vez que permite
maior eficiência na conversão em energia elétrica e redução na emissão de
compostos sulfurosos e de outros gases nocivos ao meio ambiente. O processo de
gaseificação gera produtos como o syngas e cinzas e consiste na reação do carvão
com oxigênio subestequiométrico e vapor de água. As cinzas, compostas
principalmente por Al e Si, podem ser utilizadas como matéria-prima para a
formação de zeólitas. As zeólitas são estruturas cristalinas hidratadas que possuem
canais e cavidades uniformes com dimensões regulares. As zeólitas mais comuns
são aluminossilicatos, que apresentam uma carga negativa devido à diferença na
valência dos átomos de O e Al presentes em sua estrutura. Tais cargas são
neutralizadas por cátions de compensação, que comumente são metais alcalinos ou
alcalinos terrosos. A presença desses cátions confere às zeólitas sua capacidade de
troca catiônica. Além disso, o tamanho de seus poros e a seletividade geométrica
permite sua utilização em aplicações do tipo peneiras moleculares. Com base no
que foi exposto, este Trabalho de Conclusão de Curso teve como objetivo a síntese
de zeólitas utilizando as cinzas leves obtidas do processo de gaseificação do carvão
mineral de Candiota/RS, bem como a aplicação do produto obtido como peneira
molecular para a separação de etanol/água. O material sintetizado através de DRX
foi identificado como zeólita X, com tamanho de poros de 8Ȧ. Com o ajuste de dados
de massa específica na curva de calibração das soluções iniciais, notou-se que o
material zeolítico, permitiu a permeação do etanol por entre suas cavidades devido
ao tamanho de poro ser maior que a molécula do etanol, além de ter tido perda do
etanol por evaporação ao meio ambiente devido suas propriedades físicas.