Aplicação de catalisadores bifuncionais Ni/Nb2O5 para obtenção de hidrocarbonetos renováveis a partir dos processos de pirólise e hidrodesoxigenação/hidroisomerização de óleo de vegetais

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Leal, Romario Cardoso
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Química
Programa de Pós-Graduação em Química
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/35016
Resumo: The replacement of fossil fuels with renewable fuels is the most viable option for the sustainable growth of the aviation sector. Therefore, it is necessary to investigate conversion processes, sustainable raw materials, and catalysts that enable large-scale production at a competitive cost. This study aims to obtain renewable hydrocarbons for aviation through hydrodeoxygenation/hydroisomerization and thermal/thermocatalytic pyrolysis of vegetable oils using the Ni/Nb2O5 catalyst. The catalysts were prepared via wet impregnation. Characterization indicated that these materials exhibit a crystalline and mesoporous structure, with weak to moderate acidity, making them promising for application in these thermochemical processes. Initially, the activity of the catalysts for the hydroisomerization of n-hexadecane was verified. The catalysts showed conversion rates of 57.6% and 68%, and selectivity of 61.9% and 58.2% for the 10%Ni/Nb2O5 and 20%Ni/Nb2O5 catalysts, respectively. Subsequently, the performance of the catalysts in the hydrodeoxygenation process of hexadecanoic acid was evaluated, in which they also showed excellent activity, with a conversion rate of 100% and selectivity of 93% and 87.8% for hydrodeoxygenation products. At this stage, the formation of isoparaffins was also observed, demonstrating the activity of the catalysts for simultaneous deoxygenation and isomerization. Pupunha proved to be a promising raw material source for the production of aviation biofuel, as it showed an oil content of 25.56%, a fatty acid composition within the aviation kerosene range, as well as high thermal and oxidative stability. In the hydrodeoxygenation tests of hydrolyzed pupunha oil, the 10%Ni/Nb2O5 and 20%Ni/Nb2O5 catalysts achieved conversion rates of 91.4% and 99.9%, respectively, with selectivity of 77.0% and 87.7%, presenting a final product with 37.4% and 43.8% paraffins within the carbon range of aviation biofuel in its composition. The performance of the catalysts in the pyrolysis process was also evaluated. The tests were conducted at 500°C under a nitrogen flow. The Ni/Nb2O5 catalysts demonstrated deoxygenation activity, producing a bio-oil with up to 80.8% hydrocarbons and liquid product yields exceeding 74%.
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Characterization indicated that these materials exhibit a crystalline and mesoporous structure, with weak to moderate acidity, making them promising for application in these thermochemical processes. Initially, the activity of the catalysts for the hydroisomerization of n-hexadecane was verified. The catalysts showed conversion rates of 57.6% and 68%, and selectivity of 61.9% and 58.2% for the 10%Ni/Nb2O5 and 20%Ni/Nb2O5 catalysts, respectively. Subsequently, the performance of the catalysts in the hydrodeoxygenation process of hexadecanoic acid was evaluated, in which they also showed excellent activity, with a conversion rate of 100% and selectivity of 93% and 87.8% for hydrodeoxygenation products. At this stage, the formation of isoparaffins was also observed, demonstrating the activity of the catalysts for simultaneous deoxygenation and isomerization. Pupunha proved to be a promising raw material source for the production of aviation biofuel, as it showed an oil content of 25.56%, a fatty acid composition within the aviation kerosene range, as well as high thermal and oxidative stability. In the hydrodeoxygenation tests of hydrolyzed pupunha oil, the 10%Ni/Nb2O5 and 20%Ni/Nb2O5 catalysts achieved conversion rates of 91.4% and 99.9%, respectively, with selectivity of 77.0% and 87.7%, presenting a final product with 37.4% and 43.8% paraffins within the carbon range of aviation biofuel in its composition. The performance of the catalysts in the pyrolysis process was also evaluated. The tests were conducted at 500°C under a nitrogen flow. The Ni/Nb2O5 catalysts demonstrated deoxygenation activity, producing a bio-oil with up to 80.8% hydrocarbons and liquid product yields exceeding 74%.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqA substituição dos combustíveis fosseis por combustíveis renováveis é a opção mais viável para o crescimento sustentável do setor de aviação. Por isso, é necessário a investigação de processos de conversão, matérias-primas sustentáveis e catalisadores que permitam a produção em larga escala e a um custo competitivo. Este estudo visa a obtenção de hidrocarbonetos renováveis para aviação através da hidrodesoxigenação/hidroisomerização e pirólise térmica/termocatalítica de óleos vegetais utilizando o catalisador Ni/Nb2O5. Os catalisadores foram preparados via impregnação úmida. A caracterização indicou que estes materiais apresentam estrutura cristalina e mesoporosa, com acidez fraca a moderada, tornando-o promissor para aplicação nestes processos termoquímicos. Inicialmente, verificou-se a atividade dos catalisadores para a hidroisomerização do n-hexadecano. Os catalisadores apresentaram taxas de conversão de 57,6 e 68%, e seletividade 61,9 e 58,2% para os catalisadores 10%Ni/Nb2O5 e 20%Ni/Nb2O5, respectivamente. Em seguida, avaliou-se o desempenho dos catalisadores no processo de hidrodesoxigenação do ácido hexadecanóico, em que apresentaram também excelente atividade, com taxa de conversão de 100% e seletividade de 93 e 87,8% para produtos da hidrodesoxigenação. Nesta etapa foi observado ainda a formação de isoparafinas, demonstrando a atividade dos catalisadores para desoxigenação e isomerização simultaneamente. A pupunha mostrou-se como uma fonte promissora de matéria-prima para produção de bioquerosene de aviação, já que apresentou 25,56% de teor de óleo, composição de ácidos graxos na faixa do querosene de aviação, além de elevada estabilidade térmica e oxidativa. Nos ensaios de hidrodesoxigenação do óleo de pupunha hidrolisado obteve-se, para os catalisadores 10%Ni/Nb2O5 e 20%Ni/Nb2O5, respectivamente, uma taxa de conversão de 91,4% e 99,9% com seletividade de 77,0 e 87,7%, apresentando um produto final com 37,4 e 43,8% de parafinas na faixa de carbonos do bioquerosene de aviação em sua composição. O desempenho dos catalisadores no processo de pirólise também foram avaliadas. Os testes foram realizados em 500 °C sob fluxo de N2. Os catalisadores Ni/Nb2O5 demonstraram atividade para desoxigenação, produzindo um bio-óleo com até 80,8% de hidrocarbonetos e rendimentos superiores a 74% em produtos líquidos.Universidade Federal da ParaíbaBrasilQuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUFPBSantos, Nataly Albuquerque doshttp://lattes.cnpq.br/3104121895000367Maia, Ary da Silvahttp://lattes.cnpq.br/0234548596508203Leal, Romario Cardoso2025-07-01T16:46:55Z2025-02-042025-07-01T16:46:55Z2024-07-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/35016porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2025-07-02T06:05:51Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/35016Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpb.br/oai/requestdiretoria@ufpb.br||bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:25462025-07-02T06:05:51Repositório Institucional da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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