Estudo cinético da degradação térmica e catalítica de petróleo pesado usando AI-MCM-41 /
Os materiais mesoporosos nanoestruturados vem sendo estudados para aplicação na indústria do petróleo, em especial o Al-MCM-41, devido à área superficial em torno de 800-1000 m2 g-1 e diâmetro de poros variando de 2 a 10 nm, adequado para catálise de moléculas grandes como petróleos pesados. O MCM-4...
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| Formato: | Tese |
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| Endereço do item: | https://repositorio.ufrn.br/jspui/bitstream/123456789/17781/1/AlineAAO_TESE.pdf |
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| Resumo: | Os materiais mesoporosos nanoestruturados vem sendo estudados para aplicação na indústria do petróleo, em especial o Al-MCM-41, devido à área superficial em torno de 800-1000 m2 g-1 e diâmetro de poros variando de 2 a 10 nm, adequado para catálise de moléculas grandes como petróleos pesados. O MCM-41 foi sintetizado pelo método hidrotérmico, o qual foi adicionado Alumínio, numa proporção Si/Al igual à 50, a fim de aumentar a geração de sítios ácidos ativos nos nanotubos. Os catalisadores foram caracterizados por difração de Raios-X (DRX), área superficial pelo método BET e volume médio de poros pelo método BJH através da adsorção de N2, espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FT-IR) e determinação da acidez superficial com aplicação de uma molécula sonda n-butilamina. Os catalisadores apresentaram propriedades estruturais bem definidas e coerentes com a literatura. Esta tese teve como objetivo geral testar o Al-MCM-41 sintetizado como catalisador e, para tanto, foi traçado dois objetivos específicos: o primeiro aplicá-lo numa planta-piloto de destilação catalítica nas percentagens de 1, 3 e 5% em massa, numa mistura física catalisador-óleo, usando um corte de petróleo na faixa do gasóleo pesado (400ºC+). Todavia os melhores resultados foram com Al-MCM-41 - 3%, demonstrando uma eficiência de até 45%. O segundo objetivo foi realizar testes de análise térmica, utilizando quatro amostras de petróleo bruto pesado, com ºAPI variando de: 14,0; 15,4; 17,4 e 18,5, respectivamente. Esses testes transcorreram numa faixa de temperatura de 30 900ºC, com razões de aquecimento (β) variando de 5, 10 e 20 ºC min-1, a fim de verificar os perfis termogravimétricos destes petróleos quando submetidos à ação do catalisador Al-MCM-41. Para tanto, variou-se os percentuais de catalisador aplicados in situ: 1, 3, 5, 10 e 20% em massa. E a partir dos dados termogravimétricos foram aplicados dois modelos cinéticos diferentes: Ozawa-Flynn-Wall (OFW) e Kissinger-Akahrira-Sunose (KAS). As energias de ativação aparente encontradas para ambos os modelos tinham valores semelhantes e, eram menores para o segundo evento de perda de massa, conhecido como zona de craqueamento, indicando uma atuação mais efetiva do Al-MCM-41 nessa zona. Além disso, a partir da proporção 5% em massa da mistura catalisador-óleo, notou-se uma diminuição mais acentuada no valor dessas energias. Perante a análise desses dois objetivos, distintos e complementares, concluiu-se que o Al-MCM-41 possui aplicabilidade catalítica em petróleos pesados, auxiliando na obtenção de frações mais leves na destilação catalítica e, diminuindo a energia de ativação aparente de um sistema catalisador-óleo, sendo o melhor resultado com 20% em massa de Al-MCM-41.#$&The mesoporoua nanostructured materials have been studied for application in the oil industry, in particular A1-MCM-41, due to the surface area around 800 to 1.000 m² g¯1 and, pore diameters ranging from 2 to 10 nm, suitable for catalysis to large molecules such as heavy oil. The MCM-41 has been synthesized by hydrothermal method, on which aluminum was added, in the ratio Si/Al equal to 50, to increase the generation of active acid acid sites in the nanotubes. The catalyst was characterized by X-ray diffraction (XRD), surface area by the BET method and, the average pore volume BJH method using the Nշ adsorption, absorption spectroscopy in the infrared Fourier Transform (FT-IR) and determination of surface acidity with application of a probe molecule - n-butylamine. The catalyst showed well-defined structural properties and consistent with the literature. The overall objective was to test the A1-MCM-41 as catalyst and thermogravimetric perform tests, using two samples of heavy oil with API° EQUAL TO 14.0 AND 18.5. Assays were performed using a temperature range of 30-900°C and heating ratios (β) ranging from 5, 10 and 20˚C minˉ¹. The aim was to verify the thermogravimetric profiles of theses oils when subjected to the action of the catalyst A1-MCM-41. Therefore, the percentage ranged catalyst applied 1.3.5. q0 and 20 wt%, and from the TG data were applied two different kinetics models: Ozawa-Flynn-Wall (OFW) and Kissinger-Akahrira-Sunose (KAS). The apparent activation energies found for both models had similar values and were lower for the second event of mass loss known as cracking zone, indicating a more effective performance of A1-MCM-41 in that area. Furthermore, there was a more pronounced reduction in the value of activation energy for between 10 and 20% by weight of the oil-catalyst mixture. It was concluded that the A1-MCM-41 catalyst has applicability in heavy oils to reduce the apparent activation energy of a catalyst-oil system, and the best result with 20% by weight of A1-MCM-41. |
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