Avaliação da produção de furfural a partir da xilose utilizando catalisadores de nióbio - Carvalho, Rafael Stefenoni de (Universidade Federal de Viçosa, 2018)
O furfural é considerado uma molécula química base, obtendo o posto de um dos 30 compostos mais promissores da indústria de biomassa, sendo esta de enorme importância na reutilização de matérias orgânicas. O furfural tem aplicações em fungicida, agentes extratores de compostos aromáticos, em óleos lubrificantes e diesel, nylon, além de ser precursor para a produção de álcool furfurílico, furanos, ácido funóico, ácido levulínico, tetrahidofurano, e muito mais. O presente trabalho foi realizado para estudar o comportamento de catalisadores heterogêneos a base de nióbio na reação de desidratação de xilose a furfural, estudando os efeitos da temperatura, tempo, razão massa de catalisador por massa de xilose e concentração em massa inicial de xilose na reação. Após um planejamento fatorial fracionário, foi verificado que apenas os fatores temperatura e concentração em massa inicial de xilose na reação foram significativos. Dessa forma, o melhor resultado para o ponto ótimo de operação resultou em uma conversão de xilose de 44,05 % e uma seletividade de furfural de 74,71 %. O valor de ponto ótimo de operação foi utilizado para simular uma unidade de produção de furfural com corrente de alimentação de uma usina de produção de álcool anidro a partir de sorgo sacarino. Foram realizadas 3 simulações, com correntes de entradas simuladas com 3 Pré-Tratamentos diferentes, Hidrotérmico, Ácido diluído e Explosão a Vapor. As simulações retornaram valores de produção, custos de equipamentos e de utilidades que foram utilizados para calcular o Fluxo de caixa e, então, a viabilidade econômica do processo. O custo de produção de furfural não é elevado, porém a produção do furfural na usina integrada é baixa quando comparado ao investimento feito, tornando o processo economicamente inviável. O Pré-tratamento que possuiu melhor análise econômica foi o Hidrotérmico. A concentração de xilose e o custo com utilidades foram as variáveis mais importante no estudo da viabilidade do processo.

Furfural is considered a basic chemical molecule, obtaining the rank of one of the 30 most promising compounds of the biomass industry, being this one of enormous importance in the reutilization of organic materials. Furfural has applications as fungicide, extractive agents of aromatic compounds, in lubricating oils and diesel, nylon, besides being a precursor for the production of furfuryl alcohol, furans, fungic acid, levulinic acid, tetrahidofuran, and more. The present work was carried out to study the behavior of heterogeneous niobium catalysts in the dehydration reaction of xylose to furfural, studying the effects of temperature, time, catalyst mass of xilose ratio and initial mass concentration of xylose in the reaction. After a fractional factorial design, it was verified that only the factors of temperature and initial mass concentration of xylose in the reaction were significant. Thus, the best result for the optimum operating point resulted in a xylose conversion of 44.05% and a furfural selectivity of 74.71%. The optimum operating point value was used to simulate a furfural production unit with feed stream from an anhydrous ethanol production plant from sorghum. Three simulations were performed, with currents of simulated inputs with 3 different Pre-Treatments, Hydrothermal, Diluted Acid and Explosion Steam. The simulations returned production values, equipment costs and utilities that were used to calculate the cash flow and then the economic viability of the process. The production cost of furfural is not high, but the integrated plant production is low when compared to the investment made, making the process economically inviable. The pretreatment that had the best economic analysis was Hydrothermal. The xylose concentration and the utility cost were the most important variables in the process feasibility study.
Evaluation of furfural production from xylosis using niobium catalysts
Keywords: Furaldeído; Catálise heterogênea; Xilose; Compostos de nióbio; Ácido nióbio; Cromatografia a líquido de alta eficiência; Processos Orgânicos