Biodiesel: Propriedades e Tecnologias de Produção

Apresentação em tema: "Biodiesel: Propriedades e Tecnologias de Produção"— Transcrição da apresentação:

1 Biodiesel: Propriedades e Tecnologias de Produção
Prof. Donato Aranda, Ph. D Escola de Química/UFRJ Brasília Abril, 2007

2 Potencial Brasileiro Área Agricultável (milhões de hectares)
Fonte: FAO, 1994, 2000, 2002

3 99% of Vegetable Oils and Animal Fats are Triglycerides ...
Glyceride Fatty Acid Triglyceride Molecule “If you want to understand function, study structure” Francis, H.C. Crick, 1916

4 Diesel x Biodiesel Petro-Diesel
H3C-CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2-CH3 Biodiesel – Ethyl Ester or Methyl Ester H3C-CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2-COC2H5 H3C-CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2-COCH3 O Ethyl Methyl

5 LUBRICIDADE: Biodiesel vs. Diesel
Petro-Diesel with Sulphur:High Lubricity, without Sulphur: Poor Lubricity Metallic Surface Biodiesel: High Lubricity without sulphur O CH3-(CH2)n-COCH3 Metallic Surface

6 Emissões: Biodiesel vs. Diesel
Petrodiesel: SOx, CO, PM Emissions + O2 CO2 + H2O + SOx + CO + MP + Arom. + O2 Biodiesel: Dramatic Reduction of Emissions O + O2 CO H2O CH3-(CH2)n-COCH3 More Oxidation, more complete oxidation

7 Poluição Direta – Impacto dos Particulados
B20 decreases 12% particulate emissions. Impact in S. Paulo city: 350 avoided deaths/year

8 Cold Properties palmitate oleate linoleate

9 Ácidos Graxos, Estruturas Moleculares

10 CFPP additives The effect of cold flow improver additive on Cold Filter Plugging Point (CFPP) in soybean biodiesel, sunflower biodiesel, cotton biodiesel and jatropha curcas biodiesel.

11 Oxidation Stability Conductivity measurement Air Reaction vessel
Platine electrode Volatile reception Heater block Sample Air Reaction vessel

12 Oxidation Stability - Induction Period

13 Transesterificação FA FA FA FA
FA: fatty acid A: alcohol G: glycerol FA FA FA FA Triglyceride Alcohol Biodiesel Glycerol Principais tecnologias: Tecbio, Ballestra, Crown, Westfalia, Lurgi

14 A Transesterificação em Etapas
TG + Metanol  DG + Biodiesel DG + Metanol  MG + Biodiesel MG + Metanol  Glicerol + Biodiesel

15 Freedman, B et al (1984) Ulf Schuchartd (1998)
OH- + CH3 OH ↔ CH3O H2O Etapa 1 H3 C O H H2 14 + H3O CH3 Etapa 2 O C H + H2 14 H3 CH3 Etapa 3 O C H + H3OH H3O Etapa 4

16 Energias dos orbitais HOMO e LUMO dos glicerídeos e álcoois

17 Energias dos orbitais HOMO e LUMO dos glicerídeos e álcoois
-57,06 -62,72 -38,52 -45,53

18 Energias dos orbitais HOMO e LUMO dos glicerídeos e álcoois
-296,68 -279,40 -250,33

19 Simetria. Lóbulos regulares em tamanho e energia
RESULTADOS PARCIAIS E DISCUSSÃO Simetria. Lóbulos regulares em tamanho e energia

20 Análise de Álcool EN 14110

21 Ésteres Totais EN 14103 soybean jatropha

22 Análise de Glicerídeos
ASTM D 6584 (On column)

23 Acompanhamento do Processo
Método enzimático para avaliar a conversão de triglicerídeos. Espectrofotômetro, reagentes ~ 15 min PI (Brazilian Patent)

24 Reações

25 Metodologia 20 L prepared sample Bath Time: 10 min Temperature: 37ºC
2000 L reactants Spectrofotometer 500 nm

26 Metodologia Spectrofotometer 500 nm Absorbance Standard curve

27 Acidez e Saponificação
As tecnologias de transesterificação trabalham com Matérias primas de acidez limitada. Preocupação: Minimizar a saponificação

28 Processo Natural de Hidrólise produz ácidos graxos em qualquer óleo ou gordura
H2O + Lypases H3C-CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2-COCH2 H3C-CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2-COCH O

29 Hidrólise Industrial Fábricas no Brasil: SGS (Ponta Grossa),
ICSG (Campinas), Irgovel (Pelotas) Ácido Graxo: 99%

30 Agropalma

31 AGROPALMA

32 AGROPALMA, BELÉM-PA, ABRIL/2005
Patent: D. A. G. Aranda e O. A. C. Antunes; PI , 2003. D. A. G. Aranda e O. A. C. Antunes, WO , 2004.

33 Catalisador de esterificação
Heterogeneous Catalyst Reusable Zero Soap Easy to remove No neutralization step Nobic Acid (CBMM)

34 CATÁLISE HETEROGÊNEA Não implica riscos de contaminação dos produtos, uma vez que há facilidade de separação. Não necessita de etapas de neutralização de produtos. Industrialmente, existem catalisadores em processos petroquímicos e oleoquímicos com durabilidade de meses ou até mesmo anos. Quando adequadamente regenerados, os catalisadores sólidos podem ser reutilizados com manutenção de sua atividade, gerando grande economia no processo.

35 Theoretical Calculations
Palmitic Acid

36 Protonated Palmitic Acid
Density of Charges Protonated Palmitic Acid

37 Transition State + H3OH C OH HO H2 14 H3 O CH3 H

38 Methanol + Protonated Palmitic Acid

39 LUMOmetanol E= 0,075 eV HOMOacido protonado E= -0,442 eV

40 HOMOmetanol E= -0,264 eV LUMOacido protonado E= -0,230 eV
Um bom catalisador interage com o LUMO do ácido protonado

41 Hidroesterificação FA FA FA + FA (No acidity restriction in feedstock)
H2O FA 3 FA + G + 3 G FA Triglyceride Water Fatty Acid Glycerol H2O FA A FA A + Fatty Acid Alcohol Biodiesel Water

42 Custos Operacionais: Hidroesterificação
Hydrolysis + Esterification Chemicals (¢/L) 1 Energy (¢/L) 2 Oper.Costs (¢/L) 3 If biodiesel plant is integrated with an ethanol or crushing plants, operating costs will be less than 2 ¢/L. No acidity limits in the feedstocks

43 CONCLUSÕES As propriedades do biodiesel estão relacionadas com sua própria estrutura. Transesterificação é a forma mais popular porém não é a única forma de se produzir biodiesel. A Hidroesterificação é viável técnica e economicamente. Para comercializar produto bem especificado é preciso mais do que um bom equipamento. Assistência técnica e bom treinamento são fundamentais nesse caso, onde as análises são de complexidade acima da média.

44 Obrigado ! www.greentec-ufrj.com
“Todas as coisas cooperam para o bem daqueles que amam a Deus. Aqueles que andam segundo o Seu propósito” Rm 8, 28