Craqueamento catalítico do óleo de Pachira aquatica Aubl.: uma rota sustentável para a produção de biocombustíveis avançados e Bio-Aditivos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Melo, Edla Freire de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso embargado
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
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.ufrn.br/handle/123456789/63472
Resumo: Biofuels play a crucial role in the transition to a sustainable energy matrix. Therefore, searching for second- and third-generation biomass sources is important to obtain biofuels. The oil obtained from the seeds of the fruit of Pachira aquatica Aubl. (PAA), also known as Munguba, stands out as a promising raw material to produce biofuels and renewable chemicals of industrial interest, through thermochemical conversion processes. This study aims to develop a drop-in second-generation (2G) biofuel production route through the catalytic pyrolysis of PAA oil. The seeds were collected, characterized, and subjected to mechanical extraction by cold pressing to obtain the oil. This was analyzed to determine ash, density, viscosity, acidity, iodine, saponification, peroxides, and refraction indexes. Fast catalytic pyrolysis of the oil was performed in a Py 5200 micro pyrolyze coupled to GC/MS, varying the temperature of the catalytic bed (300 and 500 °C). The characterization results of the seeds revealed ash (4.05%), moisture (3.09%), and volatile components (91.79%) contents like those presented in the literature, in addition to a high oil yield (36.00%) obtained through a mechanical method. Its composition presents a significant concentration of saturated fatty acids, palmitic (C16:0), followed by unsaturated fatty acids oleic (C18:1) and linoleic (C18:2), with remarkable thermal stability up to 250 °C and high calorific value (37.94 MJ/kcal). The results of conventional analytical pyrolysis of the oil revealed predominance in forming aliphatic hydrocarbons in the C7-C18 range, with low amounts of oxygenated compounds. In the catalytic pyrolysis using HZSM-5 zeolite, a significant reduction in oxygenated compounds was observed, with a predominance of aliphatic hydrocarbons in the C4-C13 range at 500 °C and C7-C14 at 300 °C, with characteristics of drop-in aviation fuels. Based on these data, a 3² factorial design was performed in conjunction with the principal component analysis (PCA) and response surface analysis (RSM) methodology to investigate the effect of the independent variables of catalyst bed temperature (300, 400, and 500 °C) and biomass/catalyst ratio (2, 6 and 12 mg of catalyst) on the response variables, such as hydrocarbon content by the number of carbons in the chains and compound content by biofuel range. The best result was observed when using 2 mg of the catalyst heated to 300 °C, whose product distribution was in the gaps of gasoline (46.5%), diesel (91.2%), kerosene (56.8%), and lubricating oil (54.8%), but due to the overlap of chain sizes for hydrocarbons from different fuel classes, the total sum is higher than 100%. Due to its acidic properties and porous structure, HZSM-5 favored decarbonization, decarbonylation, deoxygenation, and aromatization of pyrolysis products. These results point to the significant potential for the application of PAA seed oil in obtaining advanced biofuels and selectivity to produce renewable aromatics for the chemical industry.
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This was analyzed to determine ash, density, viscosity, acidity, iodine, saponification, peroxides, and refraction indexes. Fast catalytic pyrolysis of the oil was performed in a Py 5200 micro pyrolyze coupled to GC/MS, varying the temperature of the catalytic bed (300 and 500 °C). The characterization results of the seeds revealed ash (4.05%), moisture (3.09%), and volatile components (91.79%) contents like those presented in the literature, in addition to a high oil yield (36.00%) obtained through a mechanical method. Its composition presents a significant concentration of saturated fatty acids, palmitic (C16:0), followed by unsaturated fatty acids oleic (C18:1) and linoleic (C18:2), with remarkable thermal stability up to 250 °C and high calorific value (37.94 MJ/kcal). The results of conventional analytical pyrolysis of the oil revealed predominance in forming aliphatic hydrocarbons in the C7-C18 range, with low amounts of oxygenated compounds. In the catalytic pyrolysis using HZSM-5 zeolite, a significant reduction in oxygenated compounds was observed, with a predominance of aliphatic hydrocarbons in the C4-C13 range at 500 °C and C7-C14 at 300 °C, with characteristics of drop-in aviation fuels. Based on these data, a 3² factorial design was performed in conjunction with the principal component analysis (PCA) and response surface analysis (RSM) methodology to investigate the effect of the independent variables of catalyst bed temperature (300, 400, and 500 °C) and biomass/catalyst ratio (2, 6 and 12 mg of catalyst) on the response variables, such as hydrocarbon content by the number of carbons in the chains and compound content by biofuel range. The best result was observed when using 2 mg of the catalyst heated to 300 °C, whose product distribution was in the gaps of gasoline (46.5%), diesel (91.2%), kerosene (56.8%), and lubricating oil (54.8%), but due to the overlap of chain sizes for hydrocarbons from different fuel classes, the total sum is higher than 100%. Due to its acidic properties and porous structure, HZSM-5 favored decarbonization, decarbonylation, deoxygenation, and aromatization of pyrolysis products. These results point to the significant potential for the application of PAA seed oil in obtaining advanced biofuels and selectivity to produce renewable aromatics for the chemical industry.Os biocombustíveis desempenham um papel crucial na transição para uma matriz energética sustentável. Desta forma, é importante a busca por fontes de biomasas de segunda e terceira geração para obtenção de bioconbustíveis. O óleo obtido das sementes do fruto da Pachira aquatica Aubl. (PAA), também conhecida como Munguba, destaca-se como uma promissora matéria-prima para a produção de biocombustíveis e químicos renováveis de interesse industrial, através de processos de conversão termoquímica. O objetivo deste estudo é desenvolver uma rota de produção de biocombustíveis de segunda geração (2G) drop-in através da pirólise catalítica do óleo da PAA. As sementes foram coletadas, caracterizadas e submetidas a extração mecânica por prensagem a frio para obtenção do óleo, que foi analisado para determinação de cinzas, densidade, viscosidade, índices de acidez, iodo, saponificação, peróxidos e refração. Foi realizada pirólise rápida e catalítica do óleo em um micro pirolisador Py 5200 acoplado ao GC/MS, variando a temperatura do leito catalítico (300 e 500 °C). Os resultados de caracterização das sementes revelaram teores de cinzas (4,05%), umidade (3,09%) e componentes voláteis (91,79%) semelhantes aos apresentado na literatura, além de elevado rendimento de óleo (36,00%) obtido através de método mecânico. Sua composição apresenta significativa concentração do ácidos graxos saturados, palmítico (C16:0), seguida dos ácidos graxos insaturados oleico (C18:1) e linoleico (C18:2), com notável estabilidade térmica até 250 °C e elevado poder calorífico (37,94 MJ/kcal). Os resultados por pirólise analítica convencional do óleo revelou predominância na formação de hidrocarbonetos alifáticos na faixa de C7-C18, com baixa quantidade de compostos oxigenados. Já na pirólise catalítica utilizando a zeólita do tipo HZSM-5, observou-se uma significativa redução dos compostos oxigenados, com a predominância de hidrocarbonetos alifáticos nas faixas de C4-C13 a 500 °C e de C7- C14 a 300 °C, com característica de combustíveis drop-in para aviação. A partir desses dados, foi realizado um planejamento fatorial 3² em conjunto com a metodologia da análise de componente principal (ACP) e superfície de resposta (RSM) para investigar o efeito das variáveis independentes de temperatura do leito catalítico (300, 400 e 500 °C) e da razão biomassa/catalisador (2, 6 e 12 mg de catalisador) nas variáveis de resposta, como teor de hidrocarbonetos pelo número de carbonos nas cadeias e teor de compostos por faixa de biocombustíveis. O melhor resultado foi observado ao utilizar 2 mg do catalisador aquecido a 300 ºC, cuja distribuição de produtos foi nos gaps de gasolina (46,5%), diesel (91,2%), querosene (56,8%) e óleo lubrificante (54,8%), porém devido a sobreposição dos tamanhos das cadeias para os hidrocarbonetos de diferentes classes de combustíveis, a soma total é superior a 100%. O HZSM-5 favoreceu a descarbonização, descarbonilação, desoxigenação e aromatização dos produtos da pirólise, devido às suas propriedades ácidas e à estrutura porosa. Esses resultados apontam para o significativo potencial de aplicação do óleo das sementes da PAA na obtenção de biocombustíveis avançados e seletividade para produção de aromáticos renováveis para a indústria química.2025-08-29Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICAMelo, Dulce Maria de Araújohttps://orcid.org/0000-0002-2291-1126http://lattes.cnpq.br/7848120262475956https://orcid.org/0000-0001-9845-2360http://lattes.cnpq.br/3318871716111536Braga, Renata Martinshttps://orcid.org/0000-0002-6232-0945http://lattes.cnpq.br/4603529162393328Araújo, Renata MendonçaMattos, Adriano Lincoln AlbuquerqueAlves, José Luiz FranciscoMelo, Edla Freire de2025-04-15T19:34:06Z2024-05-31info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfMELO, Edla Freire de. Craqueamento catalítico do óleo de Pachira aquatica Aubl.: uma rota sustentável para a produção de biocombustíveis avançados e Bio-Aditivos. Orientadora: Dra. Dulce Maria de Araújo Melo. 2024. 133f. Tese (Doutorado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/63472info:eu-repo/semantics/embargoedAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2025-04-15T19:34:43Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/63472Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2025-04-15T19:34:43Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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