A carregar...
Projeto de investigação
Sem título
Financiador
Autores
Publicações
Estudo Técnico-Económico do Processo de Produção de Metanol a partir de CO2
Publication . Hryno, Yana; Nunes, Ana; Almeida, Ana
A utilização de CO2 como fonte de carbono em alternativa à utilização de combustíveis fósseis para obtenção de produtos com aplicação no sector químico e/ou energético está atualmente a atrair o interesse de diversos sectores da sociedade. Esta estratégia pretende valorizar economicamente o CO2 indo diretamente ao encontro da desejada transição para uma economia circular.
Esta dissertação visa analisar a viabilidade técnico-económico da conversão direta de CO2 em metanol, nomeadamente através da hidrogenação de CO2. Para tal, procedeu-se à realização da simulação do processo no programa Aspen Plus, obtendo-se balanços de massa e de energia para duas unidades de produção de metanol com capacidades distintas (8 kt/ano e 21 kt/ano). Estas insta-lações foram comparadas por meio de uma avaliação económica com a possibilidade de se comprar hidrogénio aos fornecedores ou produzir diretamente dentro da instalação de metanol com uma unidade de eletrólise alcalina incorporada. Adicionalmente, utilizou-se o programa Aspen Energy Analyzer, a fim de otimizar a rede de permutadores de calor. Por último,
foi realizada a análise de sensibilidade das variáveis selecionadas com maior incerteza associada.
Os resultados obtidos, revelam uma elevada taxa de conversão de CO2 e obteve-se o grau de pureza desejado para o metanol. O cenário selecionado para reaproveitamento energético propõe uma poupança de utilidades igual a 66 %. Já análise de sensibilidade revelou que a possibilidade de se vender o oxigénio produzido pelo eletrolisador é o parâmetro que influencia de forma mais significativa a redução do preço de metanol. Assim sendo, quando se compara a opção de comprar hidrogénio com a de incluir o eletrolisador na unidade fabril, concluiu-se que comprar hidrogénio não é viável atualmente, mesmo para as instalações de capacidade reduzida, evidenciando que para se aumentar o desempenho económico é imprescindível a venda de oxigénio.
Organic Carbonates from CO2: Strategies for enhanced sustainable synthesis
Publication . André, Paulo José Lourenço; Zakrzewska, Małgorzata; Nunes, Ana
Carbon dioxide is among the largest anthropologically produced waste, and its usage as a carbon source has long been suggested as a way to add value to carbon used. Therefore, the use of CO2 has become an attractive strategy for energy production, providing another source of carbon. Within this project, several strategies were employed to optimise the synthesis of cyclic carbonates using CO2, from both epoxides and diols. Arylhydrazone metal complexes, together with tetrabutylammonium bromide, TBABr, as the co-catalyst, were used to catalyse the reaction of CO2 with epoxides and conversion of 88% was achieved, at 333K and 4MPa. The alcohol conversion was performed in a biphasic system composed of supercritical CO2 and ionic liquids, with the latter being used as a physical water trap. The ionic liquids studied were 1 hexyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate, [hmim][TCB] and 1-hexyl-3-methylimidazolium tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate [hmim][eFAP]. The highest yield achieved for 1,2-propanediol, under 398K and 11 MPa, oscillated around 8% for [hmim][TCB]. In order to understand phase behaviour for the systems developed, several phase equilibrium studies were performed. The optimised condition of pressure that allowed for the sufficient water removal was under 12 MPa. All the samples were analysed through NMR spectroscopy, infrared spectroscopy (FT-IR), gas chromatography and supported by Karl-Fischer coulorimetric titration. The innovative strategy of using ionic liquids as a physical water trap in the conversion of diols investigated in this project serves a proof of concept, and the yield obtained is competitive when compared to data presented in the literature, for the same reaction conditions.
Sustainable production of cyclic carbonates – Exploratory study for turning waste gas into polymers
Publication . Borovkov, Yegor; Zakrzewska, Małgorzata; Paninho, Ana
Carbon dioxide (CO2) is not only the most abundant greenhouse gas and waste generated by humans but also an infinite source of carbon with great potential. Creating a circular economy for this gas by using it as a feedstock to produce useful compounds, i.e., cyclic carbonates, is a sustainable approach to adding value to it. The cyclic carbonates market is constantly increasing. They are being used on a big scale as intermediates in plasticisers or pharmaceutical industries, thus highlighting the urge to develop an environmental-friendly and efficient approach for their synthesis.
With this in mind, the main goal of this study is to investigate the applicability of highly hydrophobic ionic liquid as simultaneously the reaction medium and physical water scavenger, in the synthesis of butylene carbonate from 1,2-butandiol (1,2-BDO) and CO2. Different ionic liquids and catalysts were tested, at various operating conditions (temperature between 373.2 and 423.2K, pressures between 4 and 12MPa and catalyst amount between 0 and 8%mol), and the best yield of 14% was obtained for zinc acetate dihydrate catalyst (8%mol) combined with 1-hexyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate ([HMIM][B(CN)4]) ionic liquid as the water repellent, at 423.15K and 6MPa. The samples were analysed using NMR spectroscopy.
Vapor-liquid equilibrium studies with another ionic liquid that could potentially be used in the coupling reaction between CO2 and diols were performed. The 1-hexyl-3-methylimidazolium tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate ([HMIM][FAP]) was employed in ternary (BC+CO2+IL) and quaternary (1,2-BDO+CO2+IL+water) and (1,2-BDO+BC+CO2+IL) systems, and its influence on the potential reaction outcome was discussed while comparing with other binary (1,2-BDO+CO2) and (BC+CO2) or ternary (1,2-BDO+CO2+IL) systems. The phase behaviour was determined at 313.15 K and pressures between 6 and 18 MPa. All the samples were analysed using gas chromatography and Karl-Fischer titration.
An exploratory study for the recovery of expensive ILs was made by employing an isopropanol/water solution. It was proven possible to separate IL from the rest of the components.
A bio-based alginate aerogel as an ionic liquid support for the efficient synthesis of cyclic carbonates from co2 and epoxides
Publication . Paninho, Ana B.; Mustapa, Ana N.; Mahmudov, Kamran T.; Pombeiro, Armando J. L.; Guedes da Silva, M. Fátima C.; Bermejo, María D.; Martín, Ángel; Cocero, María J.; Nunes, Ana V. M.; LAQV@REQUIMTE; DQ - Departamento de Química; MDPI - Multidisciplinary Digital Publishing Institute
In this work, the ionic liquid [Aliquat][Cl] was supported into alginate and silica aerogel matrices and applied as a catalyst in the cycloaddition reaction between CO2 and a bio-based epoxide (limonene oxide). The efficiency of the alginate aerogel system is much higher than that of the silica one. The method of wet impregnation was used for the impregnation of the aerogel with [Aliquat][Cl] and a zinc complex. The procedure originated a well-defined thin solvent film on the surface of support materials. Final materials were characterised by Fourier Transform Infrared Spectroscopy, N2 Adsorption–Desorption Analysis, X-ray diffraction, atomic absorption and Field Emission Scanning Microscopy. Several catalytic tests were performed in a high-pressure apparatus at 353.2 K and 4 MPa of CO2.
Life Cycle Assessment of Propylene Carbonate production from CO2
Publication . Dinis, Tiago Teixeira; Nunes, Ana; Lapa, Nuno
A produção de carbonatos cíclicos é uma das estratégias de reciclagem mais promissoras do CO2 como matéria-prima de carbono para o sector químico. Neste trabalho foi estudada a avaliação do ciclo de vida da produção de carbonato de propileno a partir de CO2. Para se avaliar quantitativamente e qualitativamente os impactos ambientais de várias vias de síntese de carbonato de propileno, foi construído um modelo LCA, que permite o estudo posterior de diferentes cenários. Os parâmetros a considerar para cada cenário foram divididos em vários aspetos como: i) quantidade de matérias-primas, ii) localização da unidade de produção, iii) necessidades energéticas (aquecimento, arrefecimento e eletricidade), iv) emissões e v) resíduos. Face à avaliação de um cenário completo para a produção de carbonato de propileno (PC), foi aplicado o mesmo método para as matérias-primas (CO2 e óxido de propileno (PO)) com o objetivo de se identificar o melhor método de produção para cada uma. Em termos de impactos escolhidos (aquecimento global (GWP), as duas principais matérias-primas são as responsáveis pelos impactos mais elevados, com o óxido de propileno a representar 60-70% da contribuição para a categoria de impacto GWP e dióxido de carbono com 20%, em média. No que diz respeito às condições de funcionamento, o parâmetro mais importante foram as diferenças de temperatura e pressão entre as etapas de reação e de separação do produto.
Unidades organizacionais
Descrição
Palavras-chave
Contribuidores
Financiadores
Entidade financiadora
Fundação para a Ciência e a Tecnologia
Programa de financiamento
3599-PPCDT
Número da atribuição
PTDC/EQU-EPQ/31926/2017