Hidrogenação de CO2 para a síntese de metanol e dimetil éter usando catalisadores à base de cobre, zinco e alumínio
| Ano de defesa: | 2022 |
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Resumo: | The growing concern with carbon emissions is driving research in different fields aiming to find solutions that mitigate their effects. It is in this context where CCUS technologies might arise as a potential application in the sustainable and economically viable destination of carbon dioxide. One possible route is the hydrogenation of CO2 to generate important chemical products, such as methanol and dimethyl ether. The present work aims to assess the catalytic process for the synthesis of methanol and DME with CO2 and H2 gases as reagents employing copper-based materials, zinc and aluminum as catalysts. In this study, the effects of temperature, pressure and molar ratio of the two reagents in the hydrogenation process of CO2 with a commercial catalyst are evaluated in a lab scale fixed bed unit. The main conclusion regarding the process is that, although higher temperatures favor the conversion of CO2, the process is limited by thermodynamics and the yields of the products of interest are very low. Different catalysts, characterized through XRD, XRF and nitrogen adsorption techniques, were evaluated in the fixed bed unit under the same reaction conditions and the results suggest that there is a relationship between the materials with their characteristics related to the adsorption capacity of the two reagents. |
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Santiago, Rafaelle GomesAzevedo, Diana Cristina Silva deBastos Neto, Moisés2022-02-16T10:54:48Z2022-02-16T10:54:48Z2022SANTIAGO, Rafaelle Gomes. Hidrogenação de CO2 para a síntese de metanol e dimetil éter usando catalisadores à base de cobre, zinco e alumínio. 2022. 96f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós- Graduação em Engenharia Química, Fortaleza, 2022.http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/63954The growing concern with carbon emissions is driving research in different fields aiming to find solutions that mitigate their effects. It is in this context where CCUS technologies might arise as a potential application in the sustainable and economically viable destination of carbon dioxide. One possible route is the hydrogenation of CO2 to generate important chemical products, such as methanol and dimethyl ether. The present work aims to assess the catalytic process for the synthesis of methanol and DME with CO2 and H2 gases as reagents employing copper-based materials, zinc and aluminum as catalysts. In this study, the effects of temperature, pressure and molar ratio of the two reagents in the hydrogenation process of CO2 with a commercial catalyst are evaluated in a lab scale fixed bed unit. The main conclusion regarding the process is that, although higher temperatures favor the conversion of CO2, the process is limited by thermodynamics and the yields of the products of interest are very low. Different catalysts, characterized through XRD, XRF and nitrogen adsorption techniques, were evaluated in the fixed bed unit under the same reaction conditions and the results suggest that there is a relationship between the materials with their characteristics related to the adsorption capacity of the two reagents.A crescente preocupação com as emissões de carbono impulsiona pesquisas nos mais diferentes campos em busca de soluções que mitiguem seus efeitos. É nesse contexto que tecnologias de CCUS se apresentam com potencial aplicabilidade na destinação sustentável e viável economicamente do dióxido de carbono. Uma das rotas empregadas é a hidrogenação de CO2 para gerar importantes insumos químicos, como o metanol e o dimetil éter. O presente trabalho visa avaliar o processo catalítico da síntese de metanol e de DME, tendo os gases CO2 e H2 como reagentes e empregando materiais à base de cobre, zinco e alumínio como catalisadores. Neste estudo, são avaliados os efeitos de temperatura, pressão e razão molar de alimentação dos reagentes no processo de hidrogenação de CO2 com um catalisador comercial em uma unidade reacional de leito-fixo projetada e desenvolvida. Diferentes catalisadores, caracterizados através de técnicas de DRX, FRX e adsorção de nitrogênio, são avaliados na unidade sob mesmas condições de reação e os resultados apontam que há uma relação entre os materiais com suas características relacionadas à capacidade de adsorção dos reagentes A principal conclusão com relação ao processo é que, apesar de temperaturas mais altas favorecerem a conversão de CO2, o processo é limitado pela termodinâmica e os rendimentos dos produtos de interesse são muito baixos.CO2MetanolDMECatáliseLeito fixoHidrogenação de CO2 para a síntese de metanol e dimetil éter usando catalisadores à base de cobre, zinco e alumínioinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINAL2022_tese_rgsantiago.pdf2022_tese_rgsantiago.pdfapplication/pdf1249431http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/63954/1/2022_tese_rgsantiago.pdfb6952d5f9f01825a387cdf2d06154003MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/63954/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52riufc/639542022-02-16 07:54:48.729oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2022-02-16T10:54:48Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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