PRODUÇÃO DE BIODIESEL POR TECNOLOGIA SUPERCRÍTICA

Apresentação em tema: "PRODUÇÃO DE BIODIESEL POR TECNOLOGIA SUPERCRÍTICA"— Transcrição da apresentação:

1 PRODUÇÃO DE BIODIESEL POR TECNOLOGIA SUPERCRÍTICA
Profa. Dra. Camila da Silva Universidade Estadual de Maringá Toledo- Maio de 2012.

2 Busca por Fontes Alternativas de Energia.
DIESEL DE PETRÓLEO Função essencial na economia industrial de um país. A demanda brasileira atual de diesel é de cerca de 50 bilhões de litros por ano (ANP). Problemas: Escassez de combustíveis fósseis e poluição ambiental gerada. Busca por Fontes Alternativas de Energia.

3 (óleos vegetais ou gorduras animais)
Os combustíveis alternativos ao diesel devem ser tecnicamente e economicamente competitivos, ambientalmente aceitáveis e facilmente disponíveis. TRIGLICERÍDEOS (óleos vegetais ou gorduras animais)

4 VISCOSIDADE ELEVADA E BAIXA VOLATILIDADE
Problemas associados ao uso de óleos vegetais diretamente no motor diesel: VISCOSIDADE ELEVADA E BAIXA VOLATILIDADE depósitos de carbono nos motores devido à combustão incompleta; obstrução nos filtros de óleo e bicos injetores; alteração do comportamento da durabilidade do motor; um aumento de custos de manutenção. Metodologias para que as propriedades se tornassem mais adequadas para seu uso como combustível

5 Objetivo de melhorar a qualidade de ignição, e ajustar os seus índices de viscosidade e densidade específica. Decomposição térmica, micro emulsão, diluição, craqueamento catalítico e TRANSESTERIFICAÇÃO Ésteres derivados de óleos vegetais têm grande potencial como alternativa, substituto ou aditivo ao diesel de petróleo.

6 BIODIESEL Conceito: ésteres de ácidos graxos derivados de triglicerídeos.

7 .... etapas da Reação de Transesterificação

8 B2 Autorizado B3 Obrigatório B4 Obrigatório
800 milhões de Litros/ano bilhão de Litros/ano bilhões de Litros/ano Figura 1. Cronograma oficial do Programa Brasileiro de Biodiesel (Adaptado de Portal Wolkswagen, 2009).

9 Métodos de Produção do Biodiesel
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10 Transesterificação Óleo Vegetal Biodiesel Gordura Animal Reação de
Catalisador Reação de Transesterificação Óleo Vegetal Gordura Animal Metanol ou Etanol Biodiesel Glicerina Ácido Básico Enzimático

11 Fatores que influenciam no rendimento
Catalisador Reação de Transesterificação Tempo de reação Temperatura Razão molar (óleo:álcool) Pureza dos reagentes Ácido Básico Enzimático Intensidade da mistura

12 Catálise Homogênea Alcalina
conversões em  tempos de reação; Restrição do método ao teor de água e ácidos graxos livres (necessidade de tratamento ácido); Dificuldade de purificação e separação dos produtos da reação;  Custo do processo;

13 PROCESSO (Fukuda et al., 2001).

14 Catálise Heterogênea Enzimática
Facilidade de separação do catalisador e possibilidade de reutilização; Maior grau de pureza dos produtos; INCONVENIENTES custo das enzimas comerciais; tempos de reação (comparando com a catálise alcalina); ↓ Reutilização das Enzimas (glicerol)

15 Solvente Orgânico PROCESSO (Fukuda et al., 2001).

16 Processo Alternativo para Produção de Biodiesel
Método não catalítico ou Supercrítico Álcool em condições sub e supercríticas

17 Diagrama PT para uma substância pura.
↑ Solubilidade ↓ Densidade ↓ Viscosidade ↑ Difusividade Diagrama PT para uma substância pura. - Propriedades Físicas-Químicas de Fluidos:

18 Características do Método
Pureza dos produtos da reação Sem restrições em relação a teor de água e ácidos graxos Método Supercrítico  solubilidade entre as fases Separação facilitada dos produtos e do solvente Não há custo com catalisador  tempo de reação  conversões ↑ Temperatura ↑ Pressão

19 Processo Contínuo - custo competitivo ao Biodiesel e melhor controle do processo.
Consumo de energia similar ao processo utilizando catálise homogênea alcalina; Simples separação / Pureza da glicerina; Menor Geração de Efluente.

20 Comparação entre Processos
(Marchetti et al., 2007)

21 PROCESSO (Kusdiana e Saka, 2001)

22 APARATO EXPERIMENTAL - PROCESSO BATELADA
(Kusdiana e Saka, 2001).

23 APARATO EXPERIMENTAL - PROCESSO CONTÍNUO
Legenda – (MR) Mistura reacional, (AG) agitador mecânico, (BI) bomba isocrática, V1 (válvula de alimentação), (AD) Sistema de aquisição de dados, (RT) reator tubular, (T1 e T2) indicadores de temperatura, (SR) sistema de resfriamento, (V2) válvula de controle de pressão e amostragem. (Silva, 2007).

24 Reatores Contínuo Tubular
(Silva, 2009).

25 Efeito da Temperatura Processo Batelada – 1:42 (óleo:metanol); 20 MPa.
(Kusdiana e Saka, 2001). Processo Contínuo – 1:20 (óleo:etanol); 20 MPa. (Silva et al., 2007).

26 Efeito da Razão Molar (óleo:álcool)
Processo Batelada –350 0C; 20 MPa. (Kusdiana e Saka, 2001). Processo Contínuo – 350 0C; 20 MPa. (Silva et al., 2007).

27 Efeito da Pressão Processo Contínuo – 1:40 (óleo:metanol) e 25 minutos. (He et al., 2007). Processo Contínuo – 1:20 (óleo:etanol) e 325 0C. (Silva et al., 2010).

28 Efeito do Teor de Água Processo Batelada –350 0C; 1:40 (óleo:etanol); 20 MPa. (Kusdiana e Saka, 2001). Processo Contínuo – 325 0C; 1:40 (óleo:etanol); 20 MPa. (Berlote et al., 2012).

29 Efeito do Teor de Ácidos Graxos Livres
Processo Batelada –350 0C; 1:40 (óleo:etanol); 20 MPa. (Kusdiana e Saka, 2001). Processo Contínuo –350 0C; 1:40 (óleo:etanol); 20 MPa. (Vieitez et al., 2012).

30 RESULTADOS DA LITERATURA
* Configuração batelada ** Reação em etanol supercrítico

31 Limitações do Método Degradação Térmica dos ésteres produzidos;
Elevadas condições de Temperatura e Pressão (↑ 300 ºC e 20 MPa). Degradação Térmica dos ésteres produzidos; Reações paralelas com o glicerol formado Reações de isomerização dos ésteres.

32 Decomposição e Isomerização
Processo Contínuo – 1:40 (óleo:etanol); 20 MPa. (Vietez et al., 2009). Processo Contínuo – 1:40 (óleo:etanol); 20 MPa. (Vietez et al., 2008).

33 Qualidade do Produto gerado; Condições amenas de reação
Elevadas Razões de álcool para óleo (R óleo:álcool de 1:40) Alto Custo Energético ao Processo Adaptações ao Método Supercrítico são necessárias Qualidade do Produto gerado; Condições amenas de reação

34 Utilização de co-solventes
Aumentam a miscibilidade do álcool no triglicerídeo; Aumenta as taxas de reação; ↓ Temperatura, pressão e R (óleo:álcool). CO2, metano, etano, propano, n-butano.

35 PROPANO DIÓXIDO DE CARBONO Processo Batelada
(Han et al., 2005; Cao et al., 2005).

36 Utilização de catalisadores
Aumenta as taxas de reação; ↓ Temperatura, pressão e R (óleo:álcool); Homogêneos e Heterogêneos. NaOH; MgO; CaO; Líquidos Iônicos.

37 CATALISADOR MgO CATALISADOR CaO
Processo Batelada – 250 0C , 1:36 (óleo:metanol) e 24 MPa (Wang et al., 2007). Processo Batelada – 250 0C , 1:41 (óleo:metanol). (Demirbas, 2007).

38 Diferentes Configurações de Reatores
Conversões superiores ao sistema em uma etapa obtidas, em ↓ Temperatura, pressão e R (óleo:álcool); Reatores em série; Reatores com Reciclo; Remoção do glicerol formado em cada etapa.

39 Processo Contínuo – 300 0C , 1:20 (óleo:etanol) e 20 MPa
REATOR COM RECICLO REATORES EM SÉRIE Processo Contínuo – 300 0C , 1:20 (óleo:etanol) e 20 MPa (Silva et al., 2011).

40 Reações em Micro Reatores
Aumento da Transferência de Massa e Calor ↑Conversões e ↓Tempos de reação. Processo Contínuo: 20 MPa; 1:20 óleo:etanol; 25 minutos. (Silva et al., 2010).

41 Reações em Reatores Empacotados
Aumento da Transferência de Massa; ↑Conversões e ↓Tempos de reação. Processo Contínuo: 20 MPa; 1:20 óleo:etanol; 25 minutos. (Berlote et al., 2012).

42 TENDÊNCIAS EM RELAÇÃO AO ESTADO DA ARTE
Estudo aprofundado das reações de decomposição no meio reacional; Emprego de co-solventes, reações com reciclo, reatores em série (modo contínuo); Reações em reatores empacotador (diferentes recheios); Reações com substratos de baixa qualidade; Otimização da obtenção do subproduto (glicerol).

43 Obrigada!!