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Processo Industrial de Biodiesel a partir das Matérias-Primas Alternativas: Girassol, Pinhão Manso, Amendoim, Macaúba e Sebo Bovino Prof. Donato Aranda,

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Apresentação em tema: "Processo Industrial de Biodiesel a partir das Matérias-Primas Alternativas: Girassol, Pinhão Manso, Amendoim, Macaúba e Sebo Bovino Prof. Donato Aranda,"— Transcrição da apresentação:

1 Processo Industrial de Biodiesel a partir das Matérias-Primas Alternativas: Girassol, Pinhão Manso, Amendoim, Macaúba e Sebo Bovino Prof. Donato Aranda, Lab Tecnologias Verdes, Greentec Escola de Química/UFRJ Rio de Janeiro-BRASIL S Paulo, Setembro 2010

2 85 million bbl/day 31 billion bbl/year Petroleum Global Numbers Too much for the global atmosphere..

3 Fossil Fuels

4 Brazil

5

6

7

8 Fuel Market Share (Billion gal/year) Demanda estimada (0-1% de aumento ao ano) Demanda estimada (2-4% de aumento ao ano) Demanda estimada (0-0,3% de aumento ao ano)

9 Mercado Mundial de Combustíveis Total Transportation Fuel Market : $2 trillion Diesel market: $1.061 billion Gasoline Market: $789 billion Jet-fuel market: $155 billion

10 Consumo de Combustíveis * * * * Preços médios de São Paulo, calculados com base em dados de out/09

11 Particulate, Soot

12 Petrodiesel: SOx, CO, PM Emissions CH 3 -(CH 2 ) n -COCH 3 O Biodiesel: Dramatic Reduction of Emissions + O2+ O2 CO 2 + H 2 O + SOx + CO + MP + Arom. + O 2 CO 2 + H 2 O More Oxidation, more complete oxidation

13 PROGRAMA DE BIODIESEL NO BRASIL B2 mandatory at Jan/2008 (850,000 ton/year) B3 mandatory at Jul/2008 (1,300,000 ton/year) B5 mandatory at 2010 (2013, originaly) Now: 63 biodiesel plants working (> 5,000,000 ton/year) 36,000 gas stations providing B5 LOWER FEDERAL TAXES JUST FOR SOCIAL PROJECTS

14 Soybean,Tallow,Cotton Palm Castor Sunflower Jatropha Jatropha Canola Macaúba Peanut

15 Milhões de Hectares Floresta Amazônica350 Pastagens210 Áreas Protegidas55 Culturas Anuais47 Culturas Permanentes14 Cidades, Lagos, Estradas e Pântanos20 Florestas Cultivadas5 Outros Usos60 Área ainda não-explorada disponível para agricultura 90 Total851 Território Nacional: 8,51 milhões de Km²

16 FA G Triglicerídeos Tipicamente os óleos e gorduras possuem 99% de triglicerídeos e ácidos graxos

17 TriglycerideFatty Acid FA FA +FA WaterGlycerol Hidrólise + 3GG 3 H2OH2O Umidade é fundamental para que ocorra hidrólise e Consequentemente, aumento de acidez.

18

19 palmitate oleatelinoleate

20 Aflotoxina (20 ppm) Acidez 1-2,5% Acido MirísticoC14:0< 0,6 Ácido PalmíticoC16:06,0 - 16,0 Ácido PalmitoleicoC16:1< 1,0 Ácido MargáricoC17:0< 0,1 HeptadecenoicoC17:1< 0,1 Ácido EsteáricoC18:01,3 - 6,5 Ácido OleicoC18:135,0 - 72,0 Ácido LinoleicoC18:213,0 - 45,0 Ácido Linolênico (Ômega 3) C18:3< 0,3 Ácido AraquídicoC20:01,0 - 3,0 Ácido EicosenoicoC20:10,5 - 2,1 Ácido BehênicoC22:01,0 - 5,0 Ácido ErúcicoC22:1< 0,3 Ácido LignocéricoC24:00,5 - 3,0

21 Ácido PalmíticoC16: Ácido PalmitoleicoC16:1< 1,0 Ácido EsteáricoC18:05-6 Ácido OleicoC18: Ácido LinoleicoC18: Ácido LinolênicoC18:3< 1 Acidez: 1-10%

22 Ácido PalmíticoC16:06-8 Ácido EsteáricoC18:02-6 Ácido OleicoC18: Ácido LinoleicoC18: Ácido LinolênicoC18:31-2 Ácido AraquídicoC20:01,0 - 3,0 Acidez tipicamente inferior a 2% Ceras compostas de ácidos graxos e álcoois graxos de C20-C30 Devem ser eliminadas por winterização

23 Ácido Mirístico C14:01,0 - 6,0 Ácido Palmítico C16:020,0 - 37,0 Ácido Palmitoleico C16:11,0 - 9,0 Ácido Margárico C17:01,0 - 3,0 Ácido Esteárico C18:025,0 - 40,0 Ácido OleicoC18:131,0 - 50,0 Ácido Linoleico C18:21,0 - 5,0 Acidez: 1-10%

24 Macaúba Capacidade de produzir cerca de 5 ton óleo/ha.ano ou mais. Problema: Elevada acidez (tipicamente mais de 10%) Ácido PalmíticoC16: Ácido PalmitoleicoC16:11-2 Ácido EsteáricoC18:02-6 Ácido OleicoC18: Ácido LinoleicoC18:213,0 - 45,0 Ácido LinolênicoC18:3<1 Ácido AraquídicoC20:01-2

25 FA: fatty acid A: alcohol G: glycerol TriglycerideBiodiesel FA AlcoholGlycerol Transesterificação Feedstock acidity have to be very low !

26 Transesterification vs. Saponification

27 Acidez Umidade Fósforo Insaponificáveis

28 M1C1 R1 M2 R2 Óleo vegetal VaporAcido fosfóricoSoda Cáustica Vapor Óleo Neutralizado Soap Stock C2 M3 R3 Vapor H 2 O quente Óleo umido Sabão VS Óleo Seco M4 MeOH e MeONa Óleo Seco Vapor R4 D2 R5 D3 MeOH e MeONa Glicerina Biodiesel Biodiesel M5 H 2 O quente e ácido cítrico D4 Glicerina M6 H 2 O quente D5 H2OH2O Biodiesel Biodiesel umido SV Biodiesel Seco Biodiesel Seco M7C3 R6 M8 R7 E1 Ácido clorídricoSoda Cáustica Soap Stock Glicerina M9 Glicerina Oleína (ácido sulfúrico) H 2 O e MeOH C4 H2OH2O MeOH Feedstock pre-treatment Biodiesel separation and purification Glycerol separation and purification Biodiesel Production Transesterification

29 Biodiesel – Custo de Produção Óleo Vegetal87,98% Catalisador2,41% Metanol5,36% Outros insumos Ácido Fosfórico0,20% Ácido Cítrico0,13% Ácido Clorídrico0,47% Soda Cáustica0,38% Ácido Sulfúrico0,01% Utilidades Água de processo e resfriamento0,03% Energia Elétrica 60 HZ0,29% Vapor de 15kgf/cm²1,17% Ar de instrumento0,04% Nitrogênio Líquido0,02% Serviços (Manutenção)0,58% Pessoal0,92% Total100,00% Custos por tonelada de biodiesel produzido

30 HETEROGENEOUS CATALYSIS Cleaner Process Zero Soap High Selectivity Catalyst reuse Cleaner Biodiesel Glycerol (99% instead of 75-80%)

31 AGROPALMA BIODIESEL PLANT, USING HETEROGENEOUS CATALYST TO ESTERIFICATION, 2005 Patent:D. A. G. Aranda et al; PI , D. A. G. Aranda et al, WO , 2004.

32 Fatty Acids Esterification (AGROPALMA) Industrial Hydrolysis (Known Process) Why don t integrate both processes ??? +

33 TriglycerideFatty Acid FA FA +FA WaterGlycerol Hidoesterificação + 3G H2OH2O G 3 FA A A H2OH2O + Fatty Acid Alcohol Biodiesel Water (No acidity restriction in feedstock) Complete transformation of fatty material

34 Fatty Material Steam Glycerol And water c1 Steam e Glycerol water c2 Biodiesel Methanol Ethanol waterFatty material

35 H2OH2O FA A A + Fatty acid Alcohol Biodiesel water

36 Hydroesterification: animal fat and used fried oil

37

38 Biobrax 60,000 ton/year

39

40 BIO-BASED PRODUCTS H 2 + Fatty acids -> Ácido Esteárico (processo conhecido, baixa pressão) H 2 + Fatty acids -> Hidrocarbonetos (Neste Oil, Turku Univ, Média pressão) H 2 + Fatty acids -> Álcoois Graxos (processo conhecido, alta pressão)

41 Ácido Graxo Glicerina Aquosa Ácidos Graxos Destilados Glicerina Pharma Hidrogênio Níquel Ácido Esteárico Açúcares Níquel / H2 Oleatos, Estearatos e Palmitatos de Sorbitan Níquel / H 2 Alcoóis Graxos Pt-Cr / H 2 Hidrocarboneto Grau Alimentício Pd / H 2 BIOREFINARIA Hidrólise de Óleos e Gorduras Shampoo Condicionador Cosméticos Embalagens Alimentícias Lubrificantes Tintas Pneus

42 Ácido Graxo Glicerina Aquosa Metil ou Etil Éster (Biodiesel) Metil Éster C16 Hidrogenado Níquel / H 2 MES (Metil Éster Sulfonado) Hidrólise de Óleos e Gorduras Metil Éster C18 Metil Éster C16 SO 3 MeOH / EtOH Glicerina Pharma H2 Poliól Graxo Poliuretanas Di-isocianatos Hidratação

43 CONCLUSÕES Acidez é o principal parâmetro a definir o processo para produção de biodiesel Na transesterificação, sebo e macaúba exigem refino físico. Girassol, Pinhão Manso e Amendoim – refino químico. A hidroesterificação pode ser aplicada diretamente a qualquer dos óleos e gorduras Sem necessidade de refino. Ao adotar a hidroesterificação, o produtor de biodiesel diversifica seu portfolio de produtos para a oleoquímica.

44 ACKNOWLEDGMENTS (GREENTEC/UFRJ) Postdocs: Luciana Camacho, Neyda Om, Yordanka Reyes Ph D : Gisel Chenard, Angel Amarales, Jose Sotolongo, Rosana Amorim, Chaline Detoni, Marcelo Tondello, Elisa Cruz, Anderson Kurunczi, Jussara Goncalves, Carla Pereira. Ana Paula Duarte, Luciana Rios, Laura Valente, Rodolfo Salazar, Cristiane Mesquita, Vivian Vicentini, Ana Encarnação, Luana Leão, Diniara Soares, Michelle Gomes M Sc :, Priscila Henriques, Leonardi Almeida, Margarida Castello, Kevin Buchner Researchers: Nélder Galvão, Alex Constantino, Cláudia Carvalho, Robson Monteiro, Leôncio Diógenes Companies: Petrobras, Agropalma, BASF and Evonik-Degussa

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49 Obrigado ! God causes all things to work together for good to those who love Him ( Rm 8,28)


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