ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: ESTUDO DO PROCESSO DE CRAQUEAMENTO TERMOCATALÍTICO DE ÓLEO DE SOJA EM ESCALA DE BANCADA E SEMI-PILOTO UTILIZANDO CATALISADOR COMERCIAL
AUTORES: Santos Neto, O. (IC/UFPA) ; Conceição, L.R.V. (PPGQ/UFPA) ; Marinho, V.H.S. (IC/UFPA) ; Tavares, L.C. (UFPA) ; Rocha Filho, G.N. (FQ/UFPA) ; Zamian, J.R. (FQ/UFPA)
RESUMO: Neste trabalho foi avaliado o processo de craqueamento termocatalítico de óleo de soja em 400, 420 e 450°C utilizando catalisador comercial em escala de bancada sendo reproduzida a melhor condição em termos de rendimento, índice de acidez, viscosidade e densidade de acordo com as especificações para diesel da ANP 15 em semi-piloto além de espectrometria no infravermelho deste último com o objetivo de sugerir uma fonte alternativa e renovável de energia. Os resultados mostraram que a 400°C foi obtido o maior rendimento, menor índice de acidez e menor viscosidade sendo que somente a densidade atendeu as especificações para todas as temperaturas sendo então sugerida uma destilação do produto craqueado tendo em vista a obtenção de produtos com propriedades físico-químicas similares ao diesel.
PALAVRAS CHAVES: craqueamento; termocatalítico; óleo de soja
INTRODUÇÃO: Com a eminente possibilidade de esgotamento de reservas petrolíferas e a importante mobilização de organizações ambientais internacionais têm se estimulado o desenvolvimento de pesquisas por fontes alternativas e renováveis de energia bem como processos para obtenção de biocombustíveis aliado a um possível desenvolvimento social e econômico com implantações de matrizes energéticas regionais (FRÉTY et al, 2011; MUNIYAPPA, 1996), como exemplo, o craqueamento de óleos e gorduras. Neste processo que pode ou não ocorrer na presença de catalisadores, as moléculas de triglicerídeos são quebradas em elevadas temperaturas produzindo uma mistura de compostos principalmente hidrocarbonetos com propriedades físico-químicas similares ao diesel (SUAREZ et al, 2005) além de compostos oxigenados. Quando é empregado catalisador na reação além de aumentar a sua velocidade contribui para a diminuição da acidez do produto e muda a rota reacional devido a sua seletividade (IDEM et al, 1996). Analisando a matriz energética brasileira é notório que o país possui elevado potencial para produção de energia a partir da biomassa (RODRIGUES et al, 2007) destacando-se a soja (RODRIGES, 2007). Existem trabalhos na literatura que relatam o efeito da temperatura na produção do bio-óleo a partir desta matéria-prima utilizando diferentes catalisadores (PRADO & ANTÔNIOSI FILHO, 2009; QUIRINO et al, 2009). Desta forma surge o interesse em se estudar o craqueamento termocatalítico de óleo de soja com catalisador comercial em escala de bancada e posteriormente reproduzir a melhor condição em semi-piloto comparando as propriedades físico-químicas do craqueado com as especificações para o diesel da ANP para permitir sugerir sua possível utilização como fonte alternativa e sustentável de energia.
MATERIAL E MÉTODOS: A matéria-prima empregada para o desenvolvimento deste estudo foi o óleo de soja
adquirido comercialmente e todo os equipamentos e softwares utilizados pertencem
ao LCO (Laboratório de Catálise e Oleoquímica) e LAPAC (Laboratório de Pesquisa
e Análise de Combustível) da UFPA. O processo termocatalítico foi conduzido
inicialmente em um protótipo de reator de bancada sob 400, 420 e 450°C por 2 h à
taxa de aquecimento de 15°C/min e temperatura do sistema de refrigeração em
10°C, com 100 g de amostra do óleo e 10% de catalisador comercial, obtido da
Fábrica Carioca de Catalisadores, previamente ativado a 400°C por 2 h em mufla.
Em seguida o craqueado foi separado de sua fase aquosa por decantação sendo
então determinados o seu índice de acidez de acordo com o método da AOCS Cd3d63
e viscosidade cinemática a 40°C conforme o método ASTM D 445 além de sua
densidade. A melhor condição apresentada nestes ensaios catalíticos foi
reproduzida em escala semi-piloto com 1200 g de amostra e agitação mecânica de
1300 rpm mantendo as mesmas condições que as anteriores sendo realizadas além
das análises citadas , espectrometria de absorção na região do infravermelho
médio de 4000-400 cm-1 em um espectrofotômetro da THERMO SCIENTIFIC modelo
Nicolet: S-10 utilizando a técnica de ATR em célula de vidro.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A tabela 1 apresenta os resultados das análises físico-químicas do bio-óleo obtido em escala de bancada sob diferentes temperaturas e a melhor condição reproduzida em escala semi-piloto. No protótipo de reator de bancada foi observado que o maior rendimento do produto craqueado foi obtido na menor temperatura, 400°C, corroborando com estudos similares na literatura (ANJOS et al, 1983) com o índice de acidez aumentando com a temperatura indicando que as moléculas de triglicerídeos foram quebradas produzindo compostos oxigenados principalmente ácidos carboxílicos ocorrendo o mesmo comportamento para a viscosidade à qual aumentou devido à formação de ácidos graxos livres (RIBEIRO, 2006).
Comparando as características obtidas a 400°C foi observado um aumento significativo na acidez em relação à escala de bancada enquanto a viscosidade sofreu uma diminuição em seu valor aproximando-se da faixa específica para diesel da ANP 15 com diminuição do rendimento do produto craqueado. A densidade foi a única propriedade que atendeu as especificações para todas as temperaturas analisadas.
A Figura 1 apresenta o espectro de absorção na região do infravermelho do craqueado em escala semi-piloto. A análise do espectro de FTIR mostra bandas características de estiramento C-H de alifáticos entre 2800-2992 cm-1 e assinala a presença de grupos de compostos carbonilados com banda de estiramento de C=O em 1710,61 cm-1 além do modo vibracional de deformação axial de C-O em 1284,94 cm-1 que representa ácidos carboxílicos (RIBEIRO, 2006) e em 1457,24 com absorbância do grupamento C=C (SANTOS, 2007) e pode ter ocorrido uma possível diminuição da linha de base na região espectral entre 3300-2500 cm-1 na menor temperatura na qual a absorção típica é devido à dimerização de ácidos carboxílicos via ligações de hidrogênio entre grupos carboxila (SANTOS, 2007).
Tabela 1. Propriedades físico-químicas do bio-óleo
Figura 1. Espectro de infravermelho do produto craqueado semi-piloto.
CONCLUSÕES: Baseado nos resultados das análises físico-químicas realizadas foi concluído que a melhor condição desenvolvida foi a 400°C devido apresentar o maior rendimento, menor índice de acidez e menor viscosidade. A densidade foi a única propriedade que foi consoante com as especificações para diesel da ANP 15. A formação de hidrocarbonetos foi identificada na espectroscopia de infravermelho além de compostos oxigenados como ácidos carboxílicos corroborando com a acidez do produto podendo então sugerir uma possível destilação para fracionar o produto tendo em vista a melhora dessas propriedades.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Anjos, J. R. S.; Gonzalez, W. A.; Lam, Y. L.; Fréty, R. 1983. Catalytic Decomposition of vegetable oils. Appl. Catal., 5: 299.
Fréty, R.; Rocha, M. G. C.; Brandão, S. T.; Pontes, L. A. M.; Padilha, J. F.; Borges, L. E. P.; Gonzalez, W. A. 2011. Cracking and Hidrocracking of Triglycerides for Renewable Liquid Fuels: Alternative Process to Transesterification. J. Braz. Chem. Soc. Vol. 22. No. 7 1206-1220.
Idem, R. O.;Katikaneni, S. P. R.; Bakhski, N. N. 1996. Energy & Fuels, 10: 1150.
Muniyappa, P. R.; Brammer, S. C.; Noweddi, H.; Bioresource Technol. 1996. Improved Con~enionof Plant Oils and Animal Fats into Biodiesel and CO-Product. Bioresource Technology, 56: 19.
Prado, C. M. R.; Antoniosi Filho, N. R. 2009. Production and characterization of the biofuels obtained by thermal cracking and thermal catalytic cracking of vegetable oils. J. Anal. Appl. Pyrolysis, 86: 338.
Quirino, R. L.; Tavares, A. P.; Peres, A. C.; Rubim, J. C.; Suarez, P. A. Z. 2009. Studying the Influence of Alumina Doped Catalyts With Tn and Zinc oxides in the soybean oil Pyrolysis Reaction. J. Am. Oil Chem. Soc., 86: 167.
Ribeiro, E. B. O. O estudo da desoxigenação do produto de craqueamento catalítico de óleo de mamona (Ricinus communis) na presença de diversos catalisadores. 2006. 58 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade de Brasília. Brasília-DF 2006.
Rodrigues, J. P.; Santos, A. L. F.; Oliveira, F. C. C.; Brandão, C. R. R.; Ramalho, H. F.; Ramos, M. B.; Iha, O. K.; Martins, R. S.; Rubim, J. C.; Suarez, P. A. Z. Estudo termo-catalítico do craqueamento do sebo bovino. Anais Congresso Brasileiro de Catálise – 2007.
Rodrigues, J. P. Avaliação da produção de combustíveis em processo de craqueamento térmico de óleo de soja em regime contínuo. 2007. 50 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade de Brasília. Brasília-DF 2007.
Santos, A. L. F. Produção de bio-óleo a partir do craqueamento térmico de gorduras residuais derivadas de biomassa vegetal e animal. 2007. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade de Brasília.
Suarez, P. A. Z.em: Energia para o Mercosul: edição 2004 do Prêmio MERCOSUL de Ciência e Tecnologia, UNESCO, RECyT, MCT, 2005.
