Combustíveis síntéticos E Gás de síntese

Combustíveis sintéticos, gasosos e líquidos Materias primas para síntese (gas de síntese) Principais Matérias Primas de partida Materiais carbonáceos: Carvão gaseificação Biomassa Amiláceos (polisacarídeos) - fermentação álcool Celulose gaseificação (pirólise) Resíduos sólidos orgânicos – processos biotecnológicos ou pirólise Pré/pós- tratamento Objetivo: Remoção de impurezas Cinzas, enxofre, nitrogênio

Combustíveis sintéticos Objetivo: Alternativa para suprir elevada demanda Gaseificação de resíduos pesados sólidos e/ou carvão para obtenção de combustíveis voláteis de maior PC Principais combustíveis CO e H2 Olefinas e parafinas Melhoramento do Poder Calorífico Enriquecimento da relação H/C Via Pirólise Contato com H2 em pressão elevada Contato da materia prima carbonácea com vapor

Adsorção: mascaras com (catalisador hopcalite) Características dos gases CO : PE = -192º C Pc = 3,43 Mpa Tc = -130 ºC Explosividade 12,5 a 74,0 % / volume de ar Concentração limite 20 mg/m3 Segurança Adsorção: mascaras com (catalisador hopcalite) Mistura de óxidos de manganês 50%, cobre 30% cobalto 14% e 5% prata Absorção: solução cuproamoniacal. H2 : PE = -252,8º C Explosividade 4,0 a 75,0 % / v de ar

Classificação dos combustíveis sintéticos Função do poder calorífico Gás de Baixo CV : 3,5 a 10 MJ/m3 Médio CV* :10 a 20 MJ/m3 (gás de síntese), obtido por gaseificação do carvão Composição: normalmente CO e H2 Usos: Gás combustível, Fonte de hidrogênio p/síntese de metanol MP fonte de H2 p/ obtenção de combustíveis líquidos Alto CV : 35 a 38 MJ/m3 (mais de 90% de metano) Obtenção por hidrogaseificação → Reação de hidrogênio com carvão ou Processo catalítico → metanização

Onde: p - Poder Calorífico Superior O gás combustivel de médio poder calorífico é classificado de acordo com o número de WOBBE Assim definido: 4.100 kcal/m3 < W < 7.500 kcal/m3 ou 17.165 kj/m3 < W < 31.401 kj/m3 Onde: p - Poder Calorífico Superior d - Densidade do gás em relação ao ar

Hidrólise C + H2O CO + H2 ∆H ° = + 131,3 kJ/mol Gaseificação do carvão Bergius na Alemanha-1912 a 1926 Reação de carvão pulverizado ou óleo com Hidrogênio a elevada pressão e temperatura Liquefação indireta CO + H2 Catalisador Hidrocarbonetos (Fischer-Tropsch 1920) Outros exemplos: Produção de gasolina de elevada octanagem partindo de metanol - Processo da Mobil Principais Reações presentes nos processos de gaseficação Oxigenólise C + O2 → CO2 ∆H ° = -393,5 kJ/mol C + CO2 2CO ∆H ° = +172,5 kJ/mol Hidrogenólise C + 2H2 CH4 ∆H ° = + 74,8 kJ/mol Hidrólise C + H2O CO + H2 ∆H ° = + 131,3 kJ/mol C + H2O CO2 + H2 ∆H ° = + 90.1 kJ/mol C + H2O ½ CO2+ ½ CH4 ∆H ° = + 7,7 kJ/mol

Produção de hidrogênio Atualmente uma das principais fontes de produção se faz pela reforma a vapor do metano que gera H2 e CO CH4 + H2O CO + 3H2 Remoção do CO: Deslocamento com água CO + H2O CO2 + H2 Cat (Fe-Cr e Cu-Zn) CO2 removido por absorção

Síntese de metanol Por: Carvão, hidrogênio e oxigênio data de 1913 Processo Basf (Badische Anilin und Soda Fabrik) pressão de 100 a 150 MPa Baixa temperatura 400 ⁰ C e elevada pressão Catalisadores: Óxido de zinco e óxido de cromo Processos mais recentes CO + 2H2 → CH3OH -128,2 kJ/mol Hoje, com catalisadores de cobre 260 ⁰ C e 5 Mpa Obs: contaminante enxofre envenena o catalisador Processo alternativo CO2 + 3H2 → CH3OH - 49,5 kJ/mol

Produção de gás de sintese 1) CH4 + H2O CO + 3H2 ∆H ° = -206 kJ/mol A P. atm , Temperatura , de 800 a 900º C , excesso de vapor de 2:1 A pressão mais elevada, deve-se elevar excesso para 4:1 Obs. Se o objetivo for MP para síntese é recomendável empregar no lugar de metano, hidrocarboneto liquido ou adicionar CO2 a corrente. Outra alternativa é adicionar oxigênio à corrente. Nota: A custa das diferentes entalpias de reação a temperatura se eleva até próximo de 1200 ⁰C . Eliminação do CO2 Por absorção com água sob pressão ou quimisorção (MEA ou KOH)

2- Pirolise oxidativa de hidrocarbonetos CH4 + O2 CO + H2O + H2 + ……………..C Hidrocarboneto liquido + O2 …………….. Temperatura de 1350 ºC a 1450 ºC Tempo de reação 0,01s Caracteristicas do processo: ausência de catalisador e pressão de 2 a 14 MPa

Resumo de alguns processos Reação Produto de interesse Elemento ativo do catalisador Metanização CO+3H2 CH4 +H2O Metano Niquel Sintese de álcool CO+2H2 CH3OH Metanol Óxido de zinco e cobre Fischer-Tropsch nCO+2H2 (CH2)n + nH2O Olefinas (gasolina) ferro Produção de hidrogênio CO+2H2 O CO2 + H2 hidrogênio óxido de ferro e óxido de cromo Processo Mobil nCH3OH (CH2)n +nH2O Gasolina Zeólita ZSM-5 Reforma metano CH4 + H2 O CO+3H2 Hidrogênio e monóxido de carbono níquel