Produção de bionafta a partir de álcoois primários (C3-C5) via processos de desidrogenação/desidratação catalítica

Abstract

A bionafta é um combustível renovável derivado de matéria-prima de origem biológica, como a biomassa, sendo um coproduto de plantas de biocombustível de óleo vegetal hidrotratado, que geralmente produzem biodiesel ou biocombustível de aviação como principais produtos. Portanto, a bionafta se destaca como uma alternativa sustentável aos combustíveis fósseis, reduzindo a dependência de petróleo bruto. O objetivo dessa tese foi a obtenção de bionafta a partir da desidrogenação/desidratação catalítica dos álcoois primários homólogos propanol, butanol e pentanol. Os precursores dos catalisadores foram sintetizados pelo método de coprecipitação e, após calcinação, usados como catalisadores heterogêneos do tipo óxidos metálicos mistos derivados de hidrotalcitas substituídas parcialmente com 10 e 20% do íon Cu2+. Os catalisadores e seus precursores foram caracterizados por difratometria de raios X, espectroscopia de infravermelho, área superficial específica e microscopia eletrônica de varredura com detector de energia dispersiva de raios-X. As reações de desidrogenação foram conduzidas em reator de leito fixo a baixa pressão, e os produtos obtidos foram identificados e quantificados por sistema cromatográfico a gás. A análise dos precursores indicou que a síntese dos catalisadores foi realizada de maneira satisfatória. Após as reações catalíticas, foram produzidos compostos da classe dos álcoois, aldeídos, éteres, ácidos carboxílicos, cetonas e hidrocarbonetos. Os catalisadores substituídos parcialmente com 10 e 20% do íon Cu2+ se mostraram ativos na desidrogenação dos álcoois testados, levando em consideração o maior consumo dos álcoois de partida, a soma da seletividade dos produtos formados e a menor taxa de carbono depositado sobre os catalisadores após 6 horas de reação. Logo, a produção de bionafta via desidrogenação/desidratação catalítica de álcoois primários é uma estratégia promissora para promover a sustentabilidade energética, impulsionar a inovação industrial e reduzir a dependência de combustíveis fósseis.

Bionaphtha is a renewable fuel derived from biologically sourced raw materials, such as biomass, being a byproduct of hydrotreated vegetable oil biorefineries, which usually produce biodiesel or aviation biofuel as their main products. Therefore, bionaphtha stands out as a sustainable alternative to fossil fuels, reducing the dependence on crude oil. The objective of this thesis was to obtain bionaphtha from the catalytic dehydrogenation/dehydration of homologous primary alcohols propanol, butanol, and pentanol. The catalyst precursors were synthesized by the coprecipitation method and, after calcination, were used as heterogeneous catalysts of the mixed metal oxide type derived from hydrotalcites partially substituted with 10 and 20% of the Cu2+ ion. The catalysts and their precursors were characterized by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, specific surface area, and scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray detection. The dehydrogenation reactions were conducted in a fixed-bed reactor at low pressure, and the obtained products were identified and quantified by a gas chromatographic system. The analysis of the precursors indicated that the synthesis of the catalysts was carried out satisfactorily. After the catalytic reactions, compounds from the classes of alcohols, aldehydes, ethers, carboxylic acids, ketones, and hydrocarbons were produced. The catalysts partially substituted with 10% and 20% Cu2+ ion were shown to be active in the dehydrogenation of the tested alcohols, considering the higher consumption of the starting alcohols, the sum of the selectivity of the formed products, and the lower rate of carbon deposited on the catalysts after 6 hours of reaction. Thus, the production of bionaphtha via catalytic dehydrogenation/dehydration of primary alcohols is a promising strategy to promote energy sustainability, drive industrial innovation, and reduce dependence on fossil fuels.