Avaliação da viabilidade técnico-econômica da etapa reacional da hidrogenação seletiva de CO2 a metanol

dc.contributor.advisor1Lima, Alice Medeiros de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0038936541518854por
dc.contributor.authorValadares, Arthur Coutinho
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/8379652553257979por
dc.date.accessioned2021-12-31T11:18:03Z
dc.date.available2021-12-31T11:18:03Z
dc.date.issued2021-11-16
dc.description.abstractMethanol is a very important raw material used in the chemical industry, being applied in the production of other chemicals, such as formaldehyde, acetic acid and plastics. In the last decade, the annual methanol production doubled, reaching 98 million metric tons (Mton), and is estimated to be 500 Mton in 2050. However, due to being produced from fossil sources, like coal and natural gas, there is a big release of carbon dioxide. Nowadays, about 10% (0,3 Gton) of all CO2 produced by the chemical industry comes from the methanol cycle, which encompasses from production to consumption. If new sources of methanol, renewables, are not delevoped, it is estimated that in 2050, 1,5Gton of CO2 will be released annually in the cycle of this alcohol. The major obstacle to produce methanol with less impact on the environment, currently, is the cost to produce hydrogen gas. There are different lines of studies that seek the feasibility of producing methanol from new sources, including: the generation of synthesis gas from biomass (Bio-methanol or Green methanol); hydrogen production from electrolysis, with the use of renewable energies (E-methanol or green methanol); and carbon capture (blue methanol), which is the case studied in this work. The objective of this work was to simulate, using the software Aspen Plus® and a kinetics developed on a laboratory scale available in the literature, and verify the economic feasibility of the reaction step on an industrial scale. The simulations were divided into three stages: the initial stage was a simulation of the thermodynamics of the system, to verify the response of the simulation with values presented in scientific publications; then, the kinetics reported in the literature were implemented, and a validation of the simulated results was carried out based on the empirical data; finally, it carried out an analysis study varying the operating conditions (reactor temperature and pressure, feed flow, catalyst mass) to assess the economic viability of the process, using the Net Present Value (NPV) as a metric. It is expected as a result of this work to find the conditions that can make the process viable or even indicate possible paths to economic viability. With the function obtained, it was possible to optimize the NPV within the limits of the kinetics under study, however, no case was found in which such value is positive, therefore, with limitations imposed by the kinetics used, profit with sales and cost of inputs, it is not feasible to perform the implementation of such a projecteng
dc.description.resumoO metanol é um insumo muito importante na indústria química, sendo amplamente utilizado na produção de outros químicos, como formaldeído, ácido acético e plásticos. Tendo praticamente dobrado na última década, a produção anual de metanol, que hoje é de 98 milhões de toneladas (Mt), deve se tornar próxima a 500Mt em 2050 caso o crescimento se mantenha nesse ritmo. Todavia, por ser produzido a partir de fontes fósseis, como o carvão mineral e o gás natural, há uma grande liberação de gás carbono. Atualmente, cerca de 10% (0,3 gigatoneladas (Gt)) de todo o CO2 liberado pela indústria química provém do ciclo do metanol, que engloba desde a produção até o consumo. Se novas fontes de metanol, mais verdes, não forem desenvolvidas, estima-se que em 2050, 1,5Gt de CO2 serão gerados anualmente devido ao ciclo deste álcool. O grande empecilho para a produção de metanol de menor impacto ao meio ambiente, atualmente, é o custo para a produção do gás hidrogênio. Existem diferentes linhas de estudos que buscam a viabilidade de produção de metanol a partir de novas fontes, entre elas estão: a geração de gás de síntese a partir de biomassa (Bio-metanol ou Metanol verde); produção de hidrogênio a partir da eletrólise, com o uso de energias renováveis (E-metanol ou Metanol verde); e a captura de carbono (metanol azul), que é o caso em estudo nesse trabalho. O objetivo desse trabalho foi simular, utilizando o software Aspen Plus ® e uma cinética desenvolvida em escala de laboratório disponível na literatura, e verificar a viabilidade econômica da etapa reacional em escala industrial. As simulações foram divididas em três etapas: a etapa inicial foi uma simulação da termodinâmica do sistema, para verificar a resposta da simulação em desenvolvimento com valores apresentados em publicações científicas; em seguida, foi implementada a cinética reportada na literatura, e realizada uma validação dos resultados simulados e empíricos; finalmente, um estudo de análise variando-se as condições de operação (temperatura e pressão do reator, vazão de alimentação, massa de catalisador) para avaliar a viabilidade econômica do processo, usando como métrica o Valor Presente Líquido (VPL). Com a função obtida, foi possível otimizar o VPL dentro dos limites da cinética em estudo, entretanto, não foi encontrado nenhum caso em que tal valor seja positivo, logo, com limitações impostas pela cinética empregada, lucro com vendas e custo com insumos, não é viável a implantação de tal projeto.por
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)por
dc.description.sponsorshipIdFAPESP: 2018/01258-5por
dc.identifier.citationVALADARES, Arthur Coutinho. Avaliação da viabilidade técnico-econômica da etapa reacional da hidrogenação seletiva de CO2 a metanol. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/15414.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/15414
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.publisher.courseEngenharia Química - EQpor
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectMetanolpor
dc.subjectSimulaçãopor
dc.subjectHidrogenaçãopor
dc.subjectCO2por
dc.subjectMethanoleng
dc.subjectSimulationeng
dc.subjectHydrogenationeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApor
dc.titleAvaliação da viabilidade técnico-econômica da etapa reacional da hidrogenação seletiva de CO2 a metanolpor
dc.title.alternativeTechno-economic evaluation of reactional step of selective hydrogenation of CO2 to methanoleng
dc.typeTCCpor

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