Uso do Carbonato de Sódio como catalisador no craqueamento térmico catalítico para obtenção da fração bioquerosene.

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Iniciação Científica

Autores

Gama, V.J.P. (UNIFESSPA) ; Santanna, J.S. (UNIFESSPA) ; Lopes, M.J.A. (UNIFESSPA) ; Monteiro, M.S. (UNIFESSPA) ; Bentes, H.F.C. (UNIFESSPA) ; Mota, S.A.P. (UNIFESSPA)

Resumo

No intuito de buscar novas rotas para obtenção de energias renováveis para substituir os produtos oriundos do petróleo, o presente trabalho demonstra o potencial do catalisador carbonato de sódio, usado no processo de craqueamento térmico catalítico, para obtenção da fração bioquerosene, através do óleo de fritura residual como matéria-prima, visando também a reciclagem do mesmo.

Palavras chaves

Energias renováveis; Craqueamento catalítico; Resiíduos

Introdução

Atualmente, muitos pesquisadores estão se concentrando sobre o desenvolvimento de fontes alternativas e renováveis de combustíveis líquidos. Devido às propriedades adequadas dos óleos vegetais e gorduras animais (principalmente, triacilgliceróis em quantidades negligenciáveis de enxofre, nitrogênio e metais pesados), eles foram sugeridos como fontes importantes para a produção de combustíveis sintéticos e produtos químicos úteis (HUA et al., 2008). Uma das formas mais promissoras para a produção de combustíveis líquidos e produtos químicos a partir de culturas oleaginosas é a pirólise, também conhecida como craqueamento (DANDIK; AKSOY; ERDEM- SENATALAR, 1998). A reação de craqueamento de triglicerídeos consiste na quebra de ligações (SUAREZ et al,2007). Os produtos finais do craqueamento são influenciados por diversos fatores, tais como a composição química da matéria-prima utilizada, temperatura do processo, sistema de aquecimento, tipo de catalisador, percentual de catalizador, pressão, tipo de reator, tamanho do reator, tempo de residência e vapor (UZUN et al., 2006/ MAHER e BRESSLER, 2006). Entende-se por catalisador como uma substância que afeta a velocidade de uma reação, porem sai inalterado do processo (FOGLER, 2009; ATKINS, 2006). Nesta perspectiva, o presente trabalho tem por finalidade direcionar o descarte do óleo de fritura residual, visando contribuir com o meio ambiente e buscando novas rotas para obtenção de biocombustíveis, através do craqueamento térmico e catalítico deste resíduo com o uso do carbonato de sódio como catalisador.

Material e métodos

Em uma lanchonete na cidade de Marabá – PA, foi coletado uma certa quantidade de óleo residual de fritura ao qual passou por um procedimento de filtragem simples para separação de particulados da matéria prima no laboratório de polímeros e processos de transformação de materiais (LPTM). O catalisador, carbonato de sódio (Na2CO3), com grau de pureza 98%, foi submetido ao processo de classificação através de peneiras granulométricas passante em 325 mesh, com o intuito de uniformizar a granulometria do material em estudo, em seguida pesou-se 20g do mesmo e levou-se para o forno onde foi mantido em uma temperatura de 120 °C por 120 min, com objetivo de retirar as possíveis impurezas. Pesou-se 200 g da matéria-prima, e colocou- se no reator, porém houve perca de 2g do material, de acordo com o controle de massa, portanto adicionou-se 19,8g do catalisador (10% da massa da matéria-prima). O aparato experimental (Figura 1) consiste em um sistema craqueador e destilador constituído por: Manta térmica da marca Quimis, modelo Q321A25, com potência de 570 W, balão volumétrico de fundo redondo com capacidade de 1 L, uma coluna de destilação do tipo Vigreux, sem empacotamento e com 12 reentrâncias, um condensador de casco e tubo, e um funil de decantação. A caracterização físico-química da fração bioquerosene foi realizada seguindo métodos padrões da American Oil Chemists' Society (AOCS) e da American Society for Testing and Materials (ASTM), os quais são: densidade a 20 °C (AOCS Cc 10c-95), índice de acidez (ASTM D 974), índice de saponificação (AOCS Cd 3-25). Utilizou-se reagentes como: Álcool Isopropilico PA (99,5%), Tolueno PA (99,5%), Hidróxido de Potássio PA (85%) e Fenolftaleina (solução alcoólica e aquosa).

Resultado e discussão

Durante a realização do experimento houve grande perda de massa no estado gasoso, isso pode ter ocorrido devido ao tamanho do condensador empregado na pesquisa, esse fato demonstra que o carbonato de sódio é bastante seletivo à combustíveis de cadeia curta. Entretanto o rendimento em massa do bioquerosene foi de 24,9%, esse baixo rendimento pode ser consequência da não condensação de grande parte dos gases formados. Um ponto positivo foi a temperatura na qual o processo de craqueamento teve inicio. A literatura aponta que craqueamento térmicos iniciam-se em temperaturas próximas a 400°C (QUIRINO, 2006), portanto para que um catalisador seja eficiente o processo de craqueamento deve ter inicio em temperaturas inferiores. No craqueamento com carbonato de sódio a temperatura de inicio foi de 310°C, desta forma o mesmo pode ser considerado um bom catalisador no que diz respeito a diminuição de energia necessária no processo. Os resultados das análises físico-químicas do biocombustível foram comparados com as análises físico- químicas da amostra da matéria-prima (Figura 2). O índice de acidez obtido demonstra que o catalisador foi eficiente quanto a desoxigenação do produto, uma vez que diminuiu significativamente a acidez em comparação com a matéria-prima empregada. no entanto apresentou um alto índice de saponificação, o que indica que o teor de catalisador utilizado poderia ser maior a fim de eliminar totalmente os materiais saponificáveis.

Sistema craqueador/destilador.


propriedades físico-químicas

Conclusões

É viável do ponto de vista ambiental e econômico, que a produção de biocombustíveis derivados de biomassa renovável são benéficos, tendo em vista que esses processos contribuem com a reciclagem do óleo de fritura residual e com a obtenção de biocombustíveis de forma mais limpa e barata, além de inibir a dependência tão forte que tem-se com as fontes de energia fósseis.

Agradecimentos

À Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, pelo espaço cedido a esta pesquisa.

Referências

ATKINS,P; DE PAULA,J. Físico química, LTC, v 02, ed 08, 2006.
DANDIK, L.; AKSOY, H. A; ERDEM-SENATALAR, A. Catalytic Conversion of Used Oil to Hydrocarbon Fuels in a Fractionating Pyrolysis Reactor, Energy & Fuels. V. 12, pag. 1148-1152, 1998.
FOGLER,H.S. Elementos de Engenharia das reações Químicas. LTC, 4 ed., 2009.
HUA, T.; CHUNYI, L.; CHAOHE, Y.; HONGHONG, S. Alternative processing technology for converting vegetable oil and animal fats to clean fuels and light olefins, Chinese Journal of Chemical Engineering, V. 16, pag. 394-400, 2008.
MAHER, K.D; BRESSLER, D.C. Pyrolysis of triglyceride materials for the production of renewable fuels and chemicals, Bioresource Technology, v 98, p. 2351–2368, 2006.
SANTOS, W.G.; CRAQUEAMENTO TERMOCATALÍTICO DO ÓLEO DE FRITURA RESIDUAL. Progama de pós-graduação em engenharia química, Belém, 2013.
SUAREZ, P. A. Z.; MENEGHETTI, S. M. P.; MENEGHETTI, M. R.; WOLF, C. R. Transformação de triglicerídeos em combustíveis, materiais poliméricos e insumos químicos: algumas aplicações da catálise na oleoquímica. Quimica Nova, v 30, p. 667-676. 2007.
UZUN, B. B.; PÜTÜN, A. E.; PÜTÜN, E. Fast pyrolysis of soybean cake: Product yields and compositions. Bioresource Technology, v 97, p.569-576. 2006.
QUIRINO, R. L. Estudo do efeito da presença de alumina dopada com TiO2 e ZrO2 no craqueamento de óleo de soja. 2006. 58 f. Dissertação (Mestrado em Química – Físico-Química) – Instituto de Química. Universidade de Brasília. Brasília. 2006.