Estudo da qualidade do Bio-querosene oriundo do craqueamento térmico catalítico de óleo de fritura utilizando como catalisador carbonato de sódio (Na2CO3) com grau de pureza de 98 % e revestimento de forno in natura

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Santanna, J.S. (UNIFESSPA) ; Gama, V.J.P. (UNIFESSPA) ; Lopes, M.J.A. (UNIFESSPA) ; Monteiro, M.S. (UNIFESSPA) ; Aragão, P.H.P. (UNIFESSPA) ; Lima, E.C. (UNIFESSPA) ; Mota, S.A.P. (UNIFESSPA)

Resumo

Tendo em vista a necessidade fontes renováveis o presemte trabalho, avaliou a qualidade do bioquerosene obtido a partir dos catalisadores: Carbonato de sódio (Na2CO3) com grau de pureza de 98% e revestimento de forno in natura. Os resultados mostraram que os valores de propriedades físico-químicas do bioquerosene apontam que o carbonato de sódio 98% é mais eficiente como catalisador que o revestimento de forno, pois o mesmo demonstrou excelentes resultados quanto à diminuição da acidez do produto obtido, bem como rendimento do mesmo. Neste contexto, as frações de bioquerosene obtidas com o carbonato de sódio 98% podem ser utilizadas como substituto parcial ou total do querosene oriundo do petróleo.

Palavras chaves

Craqueamento catalítico; Catálise heterogênea; Biocombustíveis

Introdução

A alta no preço do petróleo e seus derivados que se instaurou nas ultimas décadas, bem como o aumento da necessidade energética da sociedade moderna, aliado à crescente preocupação com o meio ambiente (MORTENSEN et al., 2011) tem desencadeado o surgimento de diversas pesquisas que visam o desenvolvimento e a otimização de novos processos de produção de energia tendo como matéria prima fontes renováveis, que não prejudiquem o meio ambiente e que possuam baixo custo econômico. (FENGWEN et al, 2013; MOTA, 2014). Dentre estes processos estão as rotas tecnológicas de transesterificação, fermentação, esterificação e craqueamento (SILVA, 2010). O estudo de biomassas como fonte alternativa para produção de energia é o que melhor se encaixa no ambiente natural, bem como no social, uma vez que possui natureza renovável, ampla disponibilidade, biodegradabilidade e baixo custo (CASTELLANI, 2008), além da possibilidade da promoção de um possível desenvolvimento econômico (SUAREZ et al, 2007). Dessa forma, combustíveis oriundos de fontes renováveis, por exemplo, biomassas triglicerídicas, tem sido bastante visados por pesquisas cientificas nos últimos anos (BISWAS & SHARMA, 2013). Dentre as várias rotas possíveis para a obtenção de biocombustíveis tendo como matéria prima óleos e gorduras, destacam-se o craqueamento térmico e o craqueamento térmico catalítico. Uma das vantagens apresentadas por essa rota é o uso de insumos residuais de baixa pureza e baixo custo (SUAREZ et al, 2009). O processo de craqueamento consiste basicamente na quebra de moléculas grandes utilizando-se de altas temperaturas na presença ou não de um catalisado (WIGGER et al, 2013). Compreende em duas etapas, a primeira denominada craqueamento primário, onde há a formação de ácidos carboxílicos e a segunda denominada craqueamento secundário, onde ocorre a desoxigenação dos produtos (PRADO, 2009) O craqueamento térmico catalítico de triglicerídeos é um método alternativo para a produção de biocombustíveis e apresenta vantagens significativas quando comparado com o craqueamento térmico, uma vez que pretende melhorar a qualidade e aumentar o rendimento dos produtos obtidos; em detrimento à transesterificação, o craqueamento térmico catalítico apresenta menores custos de processamento, os biocombustíveis produzidos são compatíveis com motores atuais, além de a matéria prima a ser empregada ser bastante flexível (JUNMING et al, 2010). Neste contexto, a presente pesquisa investiga a obtenção do bio-querosene oriundo do craqueamento térmico catalítico de óleo residual de fritura tendo como material catalítico um revestimento de forno da marca ETIL”LTDA, tipo: QC, n°: 2811 e carbonato de sódio (Na2CO3) com grau de pureza de 98%, com o intuito de verificar a qualidade dos produtos obtidos, bem como o rendimento dos mesmos.

Material e métodos

Para a fomentação deste trabalho foram realizados dois processos de craqueamento em batelada, tendo como matéria-prima óleo residual de fritura, adquirido junto a uma lanchonete da cidade de Marabá-PA, o óleo, oriundo de fritura de salgados, foi levado ao Laboratório de Polímeros, Processos e Transformações de Materiais (LPTM), localizado na Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará (Unifesspa), onde foi submetido a processos de filtragem simples com intuito de remover o material particulado. Os catalisadores empregados foram o Carbonato de Sódio (Na2CO3), com grau de pureza 98% e um material usado como isolante térmico em fornos, este material foi usado in natura, vale ressaltar que este material seria descartado. O carbonato passou por processo de classificação, no qual foi utilizado um jogo de peneiras de malhas com granulometrias pré-determinadas. A maior parte do material foi passante em 250 mesh. A fim de obter-se informações quanto a microestrutura e composição dos materiais empregados como catalisadores foram realizadas análises de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Análise de Espectroscopia de Energia Dispersiva (EED). O equipamento utilizado foi o microscópio eletrônico de varredura modelo TM- 3000 da Hitachi, instalado no Laboratório de Caracterização Estrutural da Unifesspa. Foi pré-determinado que a quantidade de material catalítico usada seria 10% da massa da matéria-prima empregada em cada experimento. Dessa forma, foram pesadas 200 gramas de óleo de fritura para cada experimento, realizou-se balanço de massa em ambos os procedimentos, a fim de que o material catalítico adicionado fosse equivalente a porcentagem previamente estabelecida. O aparato utilizado na realização do procedimento de craqueamento segue na Figura 1. Alguns parâmetros foram determinados e mantidos padrão em ambos os experimentos, tais como, temperatura de trabalho, 450°C; tempo de trabalho, 60 minutos; temperatura do banho de gelo, 12°C. Uma alíquota da matéria-prima foi submetida a testes de índice de acidez (IA). Alíquotas dos produtos foram submetidas a testes de IA, índice de saponificação (IS), índice de éster (IE) e densidade. O Índice de Acidez foi determinado segundo o método da AOCS Cd 3d-63 (AOCS, 1999). O Índice de saponificação foi determinado segundo o método AOCS Cd 3-25 (AOCS, 2001). O índice de Éster é a diferença, entre o número de miligramas de hidróxido de potássio consumidos para saponificar (I.S.) e o número de hidróxido de potássio consumido para neutralizar 1 grama de amostra (I.A). A densidade foi medida segundo o método oficial AOCS Cc 10c-95 (1997). Os principais reagentes utilizados nestas analises foram: Álcool Isopropilico PA (99,5%), Tolueno PA (99,5%), Hidróxido de Potássio PA (85%) e Fenolftaleina (solução alcoólica e aquosa).

Resultado e discussão

As análises de MEV e EED nos permite observar diferenças significativas entre os materiais empregados como catalisadores. Sendo o carbonato de sódio um material poroso, com grande potencial catalítico, o mesmo já foi objeto de outros estudos e mostrou-se eficiente quanto ao rendimento e a qualidade dos produtos obtidos (JUMING et al, 2009; MOTA et al, 2014; MANCIO et al, 2017). O revestimento do forno foi caracterizado como sendo constituído majoritariamente por silício e apresentou microestrutura com vários canais vazios. A fração bio-querosene obtida apresentou características físicas bem distintas que foram notadas já no decorrer dos experimentos, dentre estas, coloração e odor. Outro fator foi a grande perda de massa que ocorreu nos dois procedimentos, esta pode ter ocorrido devido ao tamanho do condensador utilizado (35 cm), pois grande quantidade de gás não condensou. Ambos os catalisadores apresentaram rendimentos similares para a fração BioQuerosene. Ressaltando que ambos os experimentos partiram da mesma quantidade de matéria-prima e catalisador. O carbonato de sódio apresentou 32% de rendimento em massa na fração BioQuerosene e o material empregado como revestimento de forno, apresentou 29% de rendimento, no entanto houve perca de material na forma de gás em ambos. O craqueamento realizado com o catalisador carbonato de sódio 98%, iniciou- se na temperatura de 310°C, desta forma, este catalisador demonstrou-se muito eficiente, uma vez que a temperatura inicial de craqueamento no processo térmico não catalítico é de aproximadamente 400°C (QUIRINO, 2006) Em contrapartida, o procedimento realizado tendo como catalisador o revestimento de forno demonstrou-se menos eficiente, uma vez que a temperatura inicial de craqueamento foi de 381° C, ou seja, muito próxima ao craqueamento térmico. O índice de acidez para a amostra de óleo de fritura foi 24mgde KOH/g, as análises físico-químicas para os produtos (Tabela 1), mostram que o Bioquerosene (BQ) obtido a partir do craqueamento com Carbonato de sódio apresentou baixo IA, isso demonstra o potencial do catalisador quanto a diminuição da acidez dos produtos. No entanto, o BiQ obtido com o revestimento de forno apresentou um IA superior ao da matéria prima, esse resultado expressa a ineficácia do material empregado como catalisador quanto à desoxigenação dos produtos. Os índices de saponificação para ambas as amostras indicam a presença de ácidos ligados à cadeia, o que pode expressar a passagem de matéria prima pelo tubo condensador durante o processo, ou, ainda, a ineficiência dos catalisadores na etapa do craqueamento primário que corresponde a formação dos ácidos carboxílicos. A presença de sabões no biocombustível acarreta vários problemas nos motores, além de que quanto maior o índice de saponificação, maior a quantidade de catalisador deve ser usada na transformação química para eliminar todos os triglicerídeos.

Sistema Craqueador/Destilador


Propriedades físico-químicas

Conclusões

De acordo com os resultados obtidos no desenvolvimento deste trabalho, tornou- se possível chegar as seguintes conclusões:  O revestimento de forno empregado como catalisador não apresentou eficiência no processo de craqueamento térmico catalítico, uma vez que o produto apresentou altos índices de acidez e saponificação. No entanto, o mesmo possui uma microestrutura interessante e pode ser melhor aproveitado se usado suportado ou impregnado.  O Carbonato de sódio 98% apresentou um bom resultado quanto a diminuição da acidez do produto, entretanto, apresentou um índice de saponificação alto, o que remete à presença de ácido carboxílico.

Agradecimentos

À Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará - UNIFESSPA. Ao Programa de Pós Graduação em Química - PPGQ/UNIFESSPA À CAPES.

Referências

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