Avaliação teórica do processo de pirólise para produção de Olefinas leves

Abstract

A redução das reservas de combustíveis fósseis, aumento da demanda energética e preocupações com as emissões de gases de efeito estufa têm incentivado a busca por novas fontes renováveis de matérias-primas e rotas de processamento com menor impacto ambiental. A biomassa é uma alternativa promissora para substituir os recursos fósseis na produção de insumos químicos, como as olefinas leves, que são importantes na indústria química. A pirólise rápida é uma das rotas mais promissoras de processamento da biomassa, especialmente para a produção de bio-óleo, e a pirólise catalítica rápida é um método eficiente para a conversão direta de biomassa em olefinas leves, com a zeólita ZSM-5 como um catalisador altamente ativo. Dessa forma, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a utilização da zeólita ZSM-5 para obtenção de olefinas leves através do processo de pirólise catalítica rápida. Foram realizadas pesquisas na base de dados Scopus, utilizando palavras-chave como olefinas, ZSM-5, pirólise catalítica, upgrade catalítico e biomassa, para explorar as informações mais recentes sobre o tema. Durante a pesquisa, foi observado que muitos artigos utilizam a zeólita ZSM-5 para a produção de olefinas leves e aromáticos. Foram selecionados artigos na base Scopus para avaliar o potencial da zeólita ZSM-5 na produção de olefinas leves. Foram avaliados processos com celulose, hemiceluloses, lignina, talos de milho e palha de trigo. Nos estudos revisados os catalisadores foram caracterizados com análises de Difratometria de Raios-X (DRX), Método de BET, Dessorção à Temperatura Programada (DTP-NH3) e Redução de Temperatura Programada (H2-TPR) dos catalisadores utilizados. Além disso, foi revisado os parâmetros dos processos da pirólise catalítica utilizados: pirólise catalitca in-situ e ex-situ, efeito dos modificadores de zeólita, dupla catalise com SAPO-34, ZSM-5, MCM-41 e CaO, razão do catalisador, efeito da temperatura e efeito do fluxo de gás. A zeólita se mostrou efetiva por causa da sua acidez e tamanho dos poros. Uma razão de catalisador/biomassa acima de 1 e gás vazão de 100 ml/min favoreceu o rendimento de olefinas leves, e processos ex-situ geraram maiores rendimentos. A seleção de um promotor adequado para a modificação do catalisador tem impacto direto no desempenho da ZSM-5 e na distribuição de produtos, influenciando sua acidez e atividade.

The reduction of fossil fuel reserves, increasing energy demand, and concerns about greenhouse gas emissions have encouraged the search for new renewable sources of raw materials and processing routes with lower environmental impact. Biomass is a promising alternative to replace fossil resources in the production of chemical inputs, such as light olefins, which are important in the chemical industry. Fast pyrolysis is one of the most promising biomass processing routes, especially for the production of bio-oil, and fast catalytic pyrolysis is an efficient method for the direct conversion of biomass into light olefins, with ZSM-5 zeolite as a highly active catalyst. Thus, the present work aims to evaluate the use of ZSM-5 zeolite for obtaining light olefins through the fast catalytic pyrolysis process. Searches were conducted in the Scopus database, using keywords such as olefins, ZSM-5, catalytic pyrolysis, catalytic upgrading, and biomass, to explore the latest information on the topic. During the search, it was observed that many articles use ZSM-5 zeolite for the production of light olefins and aromatics. Articles in the Scopus database were selected to assess the potential of ZSM-5 zeolite in the production of light olefins. Processes with cellulose, hemicelluloses, lignin, corn stover, and wheat straw were evaluated. In the reviewed studies, the catalysts were characterized using X-ray diffraction (XRD), BET method, ammonia temperature-programmed desorption (NH3-TPD), and hydrogen temperature-programmed reduction (H2-TPR) of the catalysts used. In addition, the parameters of the catalytic pyrolysis processes used were reviewed: in-situ and ex-situ catalytic pyrolysis, effect of zeolite modifiers, dual catalysis with SAPO-34, ZSM-5, MCM-41, and CaO, catalyst-to-biomass ratio, temperature effect, and gas flow effect. The zeolite proved to be effective due to its acidity and pore size. A catalyst/biomass ratio above 1 and gas flow rate of 100 ml/min favored the yield of light olefins, and ex-situ processes generated higher yields. The selection of a suitable promoter for catalyst modification has a direct impact on the performance of ZSM-5 and product distribution, influencing its acidity and activity.