Craqueamento de triglicerídeos com catalisadores mesoporosos modificados por síntese direta e impregnação : avaliação de parâmetros operacionais

Abstract

RESUMO: Os impactos ambientais causados pelo uso de combustíveis fósseis no setor de transportes têm impulsionado a busca por alternativas renováveis. Dentre as opções está a obtenção de combustíveis a partir de óleos vegetais, onde a matéria prima é convertida em produtos a serem consumidos em motores de combustão interna. Para isso existem diversas tecnologias em estudo, podendo-se destacar o craqueamento termocatalítico. Essa tecnologia envolve a desoxigenação e quebra das moléculas que compõem o óleo vegetal em moléculas menores. São obtidos hidrocarbonetos semelhantes aos produzidos pelo craqueamento do petróleo, podendo ser utilizado diretamente nos motores sem precisar da combinação com combustíveis fósseis. Nesse trabalho essa tecnologia é explorada com o objetivo de produzir combustíveis utilizando catalisadores mesoporosos por possuírem poros maiores que as moléculas de triglicerídeos do óleo. No entanto os catalisadores necessitam ter sítios ácidos ativos que promovam a reação. Para isso foram sintetizadas as peneiras moleculares KIT-6 e SBA-15 por síntese convencional e por síntese direta com Zr, a fim de promover a acidez do material. Essas peneiras serviram também de suporte para os óxidos de Zr, Nb e Ce que conferiram diferentes propriedades às mesmas. Verificou-se que as peneiras produzidas apresentaram poros mais largos que as moléculas de triglicerídeos e que a síntese direta com Zr conferiu acidez aos materiais, melhorando também a porosidade em alguns casos. Além disso as peneiras impregnadas com óxidos de Zr e Nb também se mostraram ácidas. A impregnação com óxido de cério gerou um material com sítios do metal disponíveis à reação. O desempenho dos catalisadores foi avaliado por hidrocraqueamento de óleo de soja bruto, não refinado e não degomado, em reator de leito fixo sob fluxo descendente de reagentes, em temperaturas de 380°C, 415°C e 450°C. Os produtos gasosos e líquidos foram avaliados, sendo observados hidrocarbonetos alcanos, cíclicos e aromáticos, além dos ácidos que compõem os triglicerídeos, ácidos resultantes de craqueamento e compostos oxigenados diversos. Com esses resultados foi possível avaliar o mecanismo preferencial de desoxigenação no craqueamento, além da natureza dos combustíveis produzidos, que incluem hidrocarbonetos na faixa da gasolina, querosene e diesel. O processo de craqueamento também produziu coque, comum para esse tipo de processo, que foi avaliado em quantidade e em temperatura de oxidação. Os catalisadores com óxido de nióbio impregnado foram os que mais produziram diesel, enquanto os sintetizados diretamente com Zr, foram os que mais produziram gasolina e querosene. O catalisador com óxido de cério impregnado se mostrou o mais resistente à a coqueificação

ABSTRACT: The environmental impacts caused by using fossil fuels in the transport sector have driven the search for renewable alternatives. Among the options, there is the production of fuels from vegetable oils, where the raw material is converted into products to be consumed in internal combustion engines. For this, there are several technologies being researched, including thermo-catalytic cracking. This technology involves deoxygenation and cleavage of the vegetable oil molecules into smaller ones. Hydrocarbons, similar to those produced by cracking of petroleum, are obtained and can be used directly in the engines without the need to combine with fossil fuels. In this work this technology is explored with the objective of producing fuels using mesoporous catalysts because their pores are larger than the triglycerides molecules of the vegetable oil. However the catalyst needs active sites to promote the reaction. For this, the molecular sieves KIT-6 and SBA-15 were synthesized by conventional synthesis and by direct synthesis with Zr, in order to promote the acidity of the material. These sieves were also used as support for the Zr, Nb and Ce oxides, which conferred different properties to the catalyst. The produced sieves had larger pores than the triglyceride molecules. The direct synthesis with Zr conferred acidity to the materials and also improved the porosity in some cases. In addition, the sieves impregnated with oxides of Zr and Nb were also acid and the impregnation with Ce generated a material with metal sites available to the reaction. The performance of the catalysts was evaluated by hydrocracking of crude, unrefined and undegummed soybean oil, in a fixed bed reactor under downstream reagents at temperatures of 380°C, 415°C and 450°C. The gaseous and liquid products were evaluated. It was observed aliphatic, cyclic and aromatic hydrocarbons. Were observed Acids that make up the triglycerides, acids resulting from cracking and various oxygenated compounds where also observed. With these results it was possible to evaluate the deoxygenation preferential mechanism of cracking, as well as the nature of the fuels produced, which include hydrocarbons in the range of gasoline, kerosene and diesel. The cracking process also produced coke, common for this type of process, which was evaluated in quantity and oxidation temperature. Nb and Zr catalysts produced more diesel, while those synthesized directly with Zr produced the highest levels of gasoline and kerosene. Cerium catalyst showed to be the most resistant to coke deposition