Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Análise da produção de óleo vegetal hidrogenado (HVO): aspectos exergoeconômicos e experimentais
Autor(es): RANGEL, Nelly Vanessa Pérez
Primeiro Orientador: CORONADO, Christian Jeremi Rodriguez
metadata.dc.contributor.advisor-co1: SOTOMONTE, César Adolfo Rodrigues
Resumo: A crescente demanda por combustíveis de menor impacto ambiental e o avanço de políticas climáticas internacionais e nacionais têm intensificado o interesse por biocombustíveis capazes de substituir o diesel fóssil sem necessidade de adaptações tecnológicas. Dentre essas alternativas, o óleo vegetal hidrotratado (HVO) destaca-se por apresentar propriedades físico-químicas semelhantes ao diesel mineral, maior estabilidade e compatibilidade com a infraestrutura existente. No entanto, sua produção em escala industrial ainda enfrenta desafios técnicos e econômicos significativos, sobretudo no contexto brasileiro, onde a rota permanece em estágio inicial de implementação. Nesse cenário, esta tese investiga a viabilidade técnica e exergoeconômica da produção de HVO, combinando simulação computacional e experimentação em laboratório. Este trabalho desenvolveu um modelo detalhado do processo de hidrotratamento (HDT) no software Aspen Plus, considerando uma planta com capacidade de produção de 86.545 t/ano de HVO a partir de óleo de palma. A análise exergoeconômica permitiu estimar os custos de capital anualizados, operacionais e o custo manufatura exergético (CMex) para o HVO e para os hidrocarbonetos coprodutos. Complementarmente, foram conduzidos experimentos de HDT com catalisadores bimetálicos, NiMo e CoMo aditivados em diferentes suportes, bem como a avaliação de matérias-primas alternativas, como óleo pirolítico de pneu e óleo recuperado de águas residuais. Os resultados apontam que o processo apresenta elevadas irreversibilidades no reator (81,5%) e nas colunas de destilação (11,36%), indicando que melhorias termodinâmicas devem se concentrar nesses equipamentos. Do ponto de vista econômico, o custo do óleo vegetal mostrou-se o principal determinante do CMex, respondendo por cerca de 70–75% do custo total. A análise de Monte Carlo evidenciou baixa probabilidade de lucro nas condições avaliadas, VPL predominantemente negativo com necessidade de preços de venda superiores aos históricos do diesel fóssil. A valorização dos coprodutos e a redução do custo da matéria-prima surgem como fatores essenciais para viabilizar a rota. No âmbito experimental, observou-se que o catalisador NiMo/Al₂O₃ apresentou melhor desempenho na saturação e melhoria das propriedades do óleo pirolítico. Os resultados reforçam o potencial técnico do HVO, mas evidenciam que sua viabilidade econômica depende de avanços tecnológicos, otimização catalítica, diversificação de matérias-primas e mecanismos de incentivo que reduzam os custos de produção.
Abstract: The growing demand for fuels with reduced environmental impact, together with the expansion of national and international climate policies, has intensified interest in biofuels capable of replacing fossil diesel without requiring technological adaptation. Among these alternatives, hydrotreated vegetable oil (HVO) stands out due to its physicochemical properties similar to mineral diesel, as well as its higher stability and full compatibility with existing infrastructure. However, its large-scale production still faces significant technical and economic challenges, particularly in the Brazilian context, where this route remains at an early stage of implementation. In this scenario, this thesis investigates the technical and exergoeconomic feasibility of HVO production by integrating process simulation and laboratory experimentation. A detailed hydrodeoxygenation (HDT) process model was developed in Aspen Plus, considering a plant with a production capacity of 86,545 t/year of HVO from palm oil. The exergoeconomic assessment enabled the estimation of annualized capital costs, operating costs, and the exergy-based manufacturing cost (CMex) for both HVO and the hydrocarbon coproducts. Complementarily, HDT experiments were conducted using bimetallic NiMo and CoMo catalysts supported on different materials, along with the evaluation of alternative feedstocks such as tire pyrolysis oil and oil recovered from wastewater. The results indicate that the process exhibits high irreversibilities in the reactor (81.5%) and in the distillation columns (11.36%), suggesting that thermodynamic improvements should focus on these units. From an economic perspective, vegetable oil cost was identified as the main determinant of CMex, accounting for approximately 70–75% of total costs. The Monte Carlo analysis revealed a low probability of profitability under the evaluated conditions, with a predominantly negative NPV and a requirement for selling prices exceeding historical fossil diesel values. The valorization of coproducts and the reduction of feedstock costs emerge as key factors for improving the competitiveness of the route. Experimentally, the NiMo/Al₂O₃ catalyst exhibited superior performance in hydrogenation and enhancement of the properties of pyrolytic oil. Overall, the results highlight the technical potential of HVO while demonstrating that its economic feasibility depends on technological advancements, catalyst optimization, diversification of feedstocks, and incentive mechanisms capable of reducing production costs.
Palavras-chave: HVO
Exergoeconomia
Hidrotratamento
Simulação de processo
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica
Citação: RANGEL, Nelly Vanessa Pérez. Análise da produção de óleo vegetal hidrogenado (HVO): aspectos exergoeconômicos e experimentais. 2025. 155 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4328
Data do documento: 26-Set-2025
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