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

Melhoramento do Poder Calorífico

Enriquecimento da relação H/CVia PiróliseContato com H2 em pressão elevadaContato da materia prima carbonácea com vapor

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

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

SegurançaAdsorção: 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

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d

pWOBBE

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)

Produção de gasolina de elevada octanagem partindo de metanol - Processo da Mobil

Outros exemplos:

Oxigenólise C + O2 ∆H ° = -393,5 kJ/mol

C + CO2 2CO

→ CO2

∆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

Principais Reações presentes nos processos de gaseficação

Produção de hidrogênio

Atualmente uma das principais fontes de produção se faz pela reforma a vapor do metano que gera H2 e CO

Remoção do CO:

Deslocamento com água CO + H2O CO2 + H2 Cat (Fe-Cr e Cu-Zn)

CO2 removido por absorção

CH4 + H2O CO + 3H2

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 C e elevada pressão⁰ Catalisadores: Óxido de zinco e óxido de cromo

Processos mais recentes CO + 2H2 → CH3OH -128,2 kJ/mol

Hoje, com catalisadores de cobre 260 C e 5 Mpa ⁰

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 2:1A 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 C .⁰

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

Processo 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

Resumo de alguns processos