Estudo termodinâmico, cinético e otimização da produção de etileno a partir de etanol em alumina e óxido misto de cério-zircônio

AUTOR(ES)

Alice Medeiros de Lima

DATA DE PUBLICAÇÃO

2010

RESUMO

A produção de etileno pela desidratação catalítica do etanol é um processo que ficou estagnado nas últimas décadas devido à viabilidade e ao baixo custo do gás natural e do nafta, fazendo com que a produção de etileno se desse pelo craqueamento térmico destes hidrocarbonetos. No entanto, o interesse pela pela produção de etileno a partir do etanol vem se renovando motivado principalmente pelo apelo ambiental. Sendo assim, esse estudo teve como objetivos estudar a cinética e otimizar a produção de etileno a partir do etanol em Al2O3 e CeZrO2 e analisar termodinamicamente este sistema utilizando-se o método das constantes de equilíbrio a partir de valores experimentais no estado padrão e por métodos baseados na química quântica. Utilizouse a metodologia de planejamento experimental variando-se a temperatura, a concentração de etanol na alimentação e o tempo de residência no reator para a coleta de dados cinéticos e para obtenção das equações de ajuste das superfícies de resposta. A maximização da conversão do etanol e da fração molar de etileno foi feita usando-se o método de otimização não-linear do gradiente reduzido generalizado (GRG2). Os modelos cinéticos ajustados foram do tipo Power- Law e outros modelos simples baseados na cinética de Langmuir-Hinshelwood. Os cálculos computacionais quânticos foram realizados com auxílio do software Gaussian03 c aplicando os métodos B3LYP/6-31G+ e G2, e os demais cálculos com o software livre Scilab R . O catalisadorCeZrO2 mostrou-se mais seletivo à produção de etileno, além de uma expressiva formação de hidrogênio. Isso poderá trazer vantagens econômicas, pois se diminui os gastos energéticos e produzem-se produtos de alto valor agregado (C2H4 e H2), enquanto que o catalisador comercialmente utilizado (Al2O3) produz etileno e uma grande quantidade de água. Os resultados do estado de equilíbrio termodinâmico indicam que a produção de etileno a partir do etanol é altamente favorável. O método quântico ab initio pós Hartree-Fock (G2) foi mais eficaz do que o funcional híbrido B3LYP na predição do equilíbrio químico dos sistemas estudados, quando comparado com os resultados obtidos a partir de dados experimentais no estado padrão. O efeito da adição de água na alimentação foi analisado e constatou-se que termodinamicamente, a adição de pequenas quantidades de água não afeta expressivamente o equilíbrio. Isso pode contribuir para a economia do processo como um todo, já que uma parcela grande dos custos para obtenção do etileno a partir do etanol está relacionada à necessidade do uso de etanol com alta pureza.

ASSUNTO(S)

cinética optimization etileno otimização molecular modeling produção de etileno engenharia quimica ethylene from ethanol kinetic modelagem molecular chemical equilibrium etanol Álcool processos químicos equilíbrio químico

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