Novas alternativas de remoção de enxofre do óleo diesel utilizando tensoativos e microemulsões /
Os óxidos de enxofre formados pela combustão do óleo diesel podem ser descarregados para a atmosfera sob a forma de particulados e poluentes primários como SO2 e SO3, acarretando grandes prejuízos ao meio ambiente e à saúde humana e, ainda, podem se transformar em ácidos na câmara de combustão, caus...
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| Главные авторы: | , , , |
|---|---|
| Формат: | Tese |
| Опубликовано: |
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Enxofre - Tese. Diesel - Tese. Adsorção - Tese. Vermiculita - Tese. |
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Enxofre - Tese. Diesel - Tese. Adsorção - Tese. Vermiculita - Tese. Duarte, Kahildete Rodrigues Forte. Dantas Neto, Afonso Avelino. Dantas, Tereza Neuma de Castro. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Novas alternativas de remoção de enxofre do óleo diesel utilizando tensoativos e microemulsões / |
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Os óxidos de enxofre formados pela combustão do óleo diesel podem ser descarregados para a atmosfera sob a forma de particulados e poluentes primários como SO2 e SO3, acarretando grandes prejuízos ao meio ambiente e à saúde humana e, ainda, podem se transformar em ácidos na câmara de combustão, causando danos aos motores. A preocupação mundial com o meio ambiente saudável e despoluído tem levado à instituição de normas e leis no sentido de reduzir os níveis de emissão de poluentes no ar, estabelecendo teores de enxofre cada vez mais baixos nos combustíveis, de modo a se ter produtos menos agressivos ao meio ambiente e à saúde pública. Os métodos convencionais de remoção de enxofre do diesel têm custo elevado, além de não serem capazes de produzir combustíveis com nível zero de enxofre. Assim, este trabalho tem como objetivo desenvolver novos métodos de remoção de enxofre do diesel utilizando tensoativos e sistemas microemulsionados, procurando associar novas tecnologias e viabilidade econômica aos processos. Para escolha do tensoativo, foi feito um estudo de extração na região de Winsor I, com cloreto de dodecilamônio (DDACl) e nonil fenol etoxilado (RNX 95). A partir dos resultados foi escolhido o RNX 95, como constituinte dos sistemas microemulsionados utilizados na modificação dos adsorventes, para os processos de adsorção e, como extratante, para extração líquido-líquido. Utilizou-se como adsorvente a vermiculita tratada com uma microemulsão constituída por RNX 95 (tensoativo), n-butanol (cotensoativo), hexano (fase oleosa) e água destilada, solução salina de CaCl2 20 ppm, solução salina de CaCl2 1500 ppm (fase aquosa), nos processos de adsorção, em banho finito e em coluna, cuja fase fluida foi o óleo diesel comercial (1233 ppm de enxofre). Na etapa de adsorção em banho finito aplicaram-se duas abordagens estatísticas pelo método do planejamento fatorial completo (23), com três variáveis (temperatura, concentração da solução salina de CaCl2 e granulometria da vermiculita) em dois níveis experimentais (superior e inferior), variando a razão vermiculita:diesel, sendo um planejamento fatorial para a razão igual a 1:2 e outro para razão igual a 1:5. A resposta experimental foi a capacidade da vermiculita em adsorver o enxofre. Os melhores resultados, tanto para a razão vermiculita/diesel de 1:5 como para a razão 1:2, foram obtidos a uma temperatura de 60°C, concentração de CaCl2 1500 ppm e granulometria da vermiculita 65 mesh, obtendo-se capacidades de adsorção de 4,24 mg/g para a razão 1:5 e 2,87 mg/g, para a razão 1:2, indicando que a variável mais significativa, em ambas as razões, foi a concentração da solução salina de CaCl2. Na extração líquido-líquido, realizada em duas e em seis etapas, utilizou-se a mesma proporção de tensoativo e diesel e obtiveram-se percentuais de extração de 46,8% e 73,15%, respectivamente. Foi realizado também um estudo alternativo de modificação de outros adsorventes para fins de comparação. Os ensaios foram feitos em banho finito com bentonita e diatomita, modificadas com microemulsão. Os agentes modificadores foram os já estudados neste trabalho acrescidos de soluções salinas de BaCl2 20 ppm e 1500 ppm, como fases aquosas dos sistemas microemulsionados. Para a bentonita a melhor capacidade de adsorção foi de 7,53 mg/g utilizando o sistema microemulsionado com água destilada na fase aquosa e para a diatomita o melhor resultado ocorreu com a microemulsão contendo solução salina de CaCl2 20ppm, obtendo-se uma capacidade de adsorção de 17,04 mg/g. A realização deste estudo permite concluir que, dentre as alternativas testadas, a adsorção utilizando adsorventes impregnados por microemulsões foi considerado o melhor processo de remoção do enxofre do diesel e que a sua otimização e scale up constitui-se em uma alternativa viável e de custo compatível com as necessidades do mercado.#$&The diesel combustion form sulfur oxides that can be discharged into the atmosphere as particulates and primary pollutants, SO2and SO3, causing great damage to the environment and to human health. These products can be transformed into acids in the combustion chamber, causing damage to the engines. The worldwide concern with a clean and healthy environment has led to more restrictive laws and regulations regulating the emission levels of pollutants in the air, establishing sulfur levels increasingly low on fuels. The conventional methods for sulfur removal from diesel are expensive and do not produce a zero-level sulfur fuel. This work aims to develop new methods of removing sulfur from commercial diesel using surfactants and microemulsion systems. Its main purpose is to create new technologies and add economic viability to the process. First, a preliminary study using as extracting agent a Winsor I microemulsion system with dodecyl ammonium chloride (DDACl) and nonyl phenol ethoxylated (RNX95) as surfactant was performed to choose the surfactant. The RNX95 was chosen to be used as surfactant in microemulsioned systems for adsorbent surface modification and as an extracting agent in liquid-liquid extraction. Vermiculite was evaluated as adsorbent. The microemulsion systems applied for vermiculite surface modification were composed by RNX95 (surfactant), n-butanol (cosurfactant), n-hexane (oil phase), and different aqueous phases, including: distilled water (aqueous phase),20ppm CaCl2solution, and 1500ppm CaCl2solution. Batch and column adsorption tests were carried out to estimate the ability of vermiculite to adsorb sulfur from diesel. It was used in the experiments a commercial diesel fuel with 1,233ppm initial sulfur concentration. The batch experiments were performed according to a factorial design (23). Two experimental sets were accomplished: the first one applying 1:2 vermiculite to diesel ratio and the second one using 1:5 vermiculite to diesel ratio. It was evaluated the effects of temperature (25°C and 60°C), concentration of CaCl2in the aqueous phase (20ppm and 1500ppm), and vermiculite granule size (65 and 100 mesh). The experimental response was the ability of vermiculite to adsorb sulfur. The best results for both 1:5 and 1:2 ratios were obtained using 60°C, 1500ppm CaCl2solution, and 65 mesh. The best adsorption capacities for 1:5 ratio and for 1:2 ratio were 4.24 mg sulfur/g adsorbent and 2.87 mg sulfur/g adsorbent, respectively. It was verified that the most significant factor was the concentration of the CaCl2 solution. Liquid-liquid extraction experiments were performed in two and six steps using the same surfactant to diesel ratio. It was obtained 46.8% sulfur removal in two-step experiment and 73.15% in six-step one. An alternative study, for comparison purposes, was made using bentonite and diatomite asadsorbents. The batch experiments were done using microemulsion systems with the same aqueous phases evaluated in vermiculite study and also 20ppm and 1500 ppm BaCl2 solutions. For bentonite, the best adsorption capacity was 7.53mg sulfur/g adsorbent with distilled water as aqueous phase of the microemulsion system and for diatomite the best result was 17.04 mg sulfur/g adsorbent using a 20ppm CaCl2solution. The accomplishment of this study allowed us to conclude that, among the alternatives tested, the adsorption process using adsorbents modified by microemulsion systems was considered the best process for sulfur removal from diesel fuel. The optimization and scale upof the process constitutes a viable alternative to achieve the needs of the market. |
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Os métodos convencionais de remoção de enxofre do diesel têm custo elevado, além de não serem capazes de produzir combustíveis com nível zero de enxofre. Assim, este trabalho tem como objetivo desenvolver novos métodos de remoção de enxofre do diesel utilizando tensoativos e sistemas microemulsionados, procurando associar novas tecnologias e viabilidade econômica aos processos. Para escolha do tensoativo, foi feito um estudo de extração na região de Winsor I, com cloreto de dodecilamônio (DDACl) e nonil fenol etoxilado (RNX 95). A partir dos resultados foi escolhido o RNX 95, como constituinte dos sistemas microemulsionados utilizados na modificação dos adsorventes, para os processos de adsorção e, como extratante, para extração líquido-líquido. Utilizou-se como adsorvente a vermiculita tratada com uma microemulsão constituída por RNX 95 (tensoativo), n-butanol (cotensoativo), hexano (fase oleosa) e água destilada, solução salina de CaCl2 20 ppm, solução salina de CaCl2 1500 ppm (fase aquosa), nos processos de adsorção, em banho finito e em coluna, cuja fase fluida foi o óleo diesel comercial (1233 ppm de enxofre). Na etapa de adsorção em banho finito aplicaram-se duas abordagens estatísticas pelo método do planejamento fatorial completo (23), com três variáveis (temperatura, concentração da solução salina de CaCl2 e granulometria da vermiculita) em dois níveis experimentais (superior e inferior), variando a razão vermiculita:diesel, sendo um planejamento fatorial para a razão igual a 1:2 e outro para razão igual a 1:5. A resposta experimental foi a capacidade da vermiculita em adsorver o enxofre. Os melhores resultados, tanto para a razão vermiculita/diesel de 1:5 como para a razão 1:2, foram obtidos a uma temperatura de 60°C, concentração de CaCl2 1500 ppm e granulometria da vermiculita 65 mesh, obtendo-se capacidades de adsorção de 4,24 mg/g para a razão 1:5 e 2,87 mg/g, para a razão 1:2, indicando que a variável mais significativa, em ambas as razões, foi a concentração da solução salina de CaCl2. Na extração líquido-líquido, realizada em duas e em seis etapas, utilizou-se a mesma proporção de tensoativo e diesel e obtiveram-se percentuais de extração de 46,8% e 73,15%, respectivamente. Foi realizado também um estudo alternativo de modificação de outros adsorventes para fins de comparação. Os ensaios foram feitos em banho finito com bentonita e diatomita, modificadas com microemulsão. Os agentes modificadores foram os já estudados neste trabalho acrescidos de soluções salinas de BaCl2 20 ppm e 1500 ppm, como fases aquosas dos sistemas microemulsionados. Para a bentonita a melhor capacidade de adsorção foi de 7,53 mg/g utilizando o sistema microemulsionado com água destilada na fase aquosa e para a diatomita o melhor resultado ocorreu com a microemulsão contendo solução salina de CaCl2 20ppm, obtendo-se uma capacidade de adsorção de 17,04 mg/g. A realização deste estudo permite concluir que, dentre as alternativas testadas, a adsorção utilizando adsorventes impregnados por microemulsões foi considerado o melhor processo de remoção do enxofre do diesel e que a sua otimização e scale up constitui-se em uma alternativa viável e de custo compatível com as necessidades do mercado.#$&The diesel combustion form sulfur oxides that can be discharged into the atmosphere as particulates and primary pollutants, SO2and SO3, causing great damage to the environment and to human health. These products can be transformed into acids in the combustion chamber, causing damage to the engines. The worldwide concern with a clean and healthy environment has led to more restrictive laws and regulations regulating the emission levels of pollutants in the air, establishing sulfur levels increasingly low on fuels. The conventional methods for sulfur removal from diesel are expensive and do not produce a zero-level sulfur fuel. This work aims to develop new methods of removing sulfur from commercial diesel using surfactants and microemulsion systems. Its main purpose is to create new technologies and add economic viability to the process. First, a preliminary study using as extracting agent a Winsor I microemulsion system with dodecyl ammonium chloride (DDACl) and nonyl phenol ethoxylated (RNX95) as surfactant was performed to choose the surfactant. The RNX95 was chosen to be used as surfactant in microemulsioned systems for adsorbent surface modification and as an extracting agent in liquid-liquid extraction. Vermiculite was evaluated as adsorbent. The microemulsion systems applied for vermiculite surface modification were composed by RNX95 (surfactant), n-butanol (cosurfactant), n-hexane (oil phase), and different aqueous phases, including: distilled water (aqueous phase),20ppm CaCl2solution, and 1500ppm CaCl2solution. Batch and column adsorption tests were carried out to estimate the ability of vermiculite to adsorb sulfur from diesel. It was used in the experiments a commercial diesel fuel with 1,233ppm initial sulfur concentration. The batch experiments were performed according to a factorial design (23). Two experimental sets were accomplished: the first one applying 1:2 vermiculite to diesel ratio and the second one using 1:5 vermiculite to diesel ratio. It was evaluated the effects of temperature (25°C and 60°C), concentration of CaCl2in the aqueous phase (20ppm and 1500ppm), and vermiculite granule size (65 and 100 mesh). The experimental response was the ability of vermiculite to adsorb sulfur. The best results for both 1:5 and 1:2 ratios were obtained using 60°C, 1500ppm CaCl2solution, and 65 mesh. The best adsorption capacities for 1:5 ratio and for 1:2 ratio were 4.24 mg sulfur/g adsorbent and 2.87 mg sulfur/g adsorbent, respectively. It was verified that the most significant factor was the concentration of the CaCl2 solution. Liquid-liquid extraction experiments were performed in two and six steps using the same surfactant to diesel ratio. It was obtained 46.8% sulfur removal in two-step experiment and 73.15% in six-step one. An alternative study, for comparison purposes, was made using bentonite and diatomite asadsorbents. The batch experiments were done using microemulsion systems with the same aqueous phases evaluated in vermiculite study and also 20ppm and 1500 ppm BaCl2 solutions. For bentonite, the best adsorption capacity was 7.53mg sulfur/g adsorbent with distilled water as aqueous phase of the microemulsion system and for diatomite the best result was 17.04 mg sulfur/g adsorbent using a 20ppm CaCl2solution. The accomplishment of this study allowed us to conclude that, among the alternatives tested, the adsorption process using adsorbents modified by microemulsion systems was considered the best process for sulfur removal from diesel fuel. The optimization and scale upof the process constitutes a viable alternative to achieve the needs of the market. 2 2022-10-06T10:21:23Z 2022-10-06T10:21:23Z 2014. Tese 661.21(043) D812n TESE 209517 https://repositorio.ufrn.br/jspui/bitstream/123456789/15933/1/KahildeteRFD_TESE.pdf https://repositorio.ufrn.br/jspui/bitstream/123456789/15933/1/KahildeteRFD_TESE.pdf |