Óleo diesel aditivado com éteres de glicerina

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Tecnológica

Autores

Santos, A.M.C.M.S. (IFMA) ; Mendonça, S.J.R. (UFMA) ; Silva, F.C. (UFMA) ; Maciel, A.P. (UFMA) ; Louzeiro, H.C. (UFMA)

Resumo

A glicerina proveniente da produção de biodiesel pode ser aproveitada quando convertidas em éteres de glicerina, aplicada como aditivos oxigenados em óleo diesel. No presente trabalho fez-se estudo da produção de éteres de glicerina, na presença da resina de troca iônica Amberlyst-15 com os agentes eterificantes álcool terc-butílico e benzílico, realizadas em reator de alta pressão e com uso de balão com sistema de refluxo, respectivamente. As amostras de óleo diesel puras foram aditivadas com éteres de glicerina na proporção 0,4 e 5,0% (v/v). Os aditivos oxigenados foram analisados quantitativamente por CG-EM e realizado análises físico- químicas do óleo diesel aditivado comparando com as especificações do óleo diesel, segundo ANP.

Palavras chaves

glicerina; aditivo; diesel

Introdução

O Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel (PNPB) foi instituído no Brasil, pelo Governo Federal, com objetivo da implementação de forma sustentável, a obrigatoriedade da adição de um percentual mínimo de biodiesel ao óleo diesel comercializado, em qualquer parte do território nacional (PNPB, 2009). O aumento na mistura obrigatória de biodiesel no óleo diesel iniciou num percentual de 2% (B2), em 2008, sendo aumentado esse percentual nos últimos anos para 3% (B3), 4% (B4), 5% (B5) em 2010 e este ano já está aprovado, segundo ANP, o aumento da mistura para 11% a partir de setembro de 2019 (ANP, 2019). Portanto, pesquisas sobre rotas químicas à base de glicerina estão sendo desenvolvidas para produção de aditivos, uma alternativa para a utilização deste volume excedente de glicerina produzida a partir da cadeia produtiva de biodiesel. O aproveitamento da glicerina com um aditivo de combustível seria inovador, pois aumentaria a receita das indústrias de biocombustíveis e produção de um aditivo de alta qualidade que auxiliaria na eficiência do motor. Os éteres de glicerina são compostos oxigenados, que poderiam melhorar a qualidade da combustão, aumentando a taxa de octano, reduzindo tanto a emissão de partículas como produção de monóxido de carbono (RAHMAT; ABDULLAH; MOHAMED, 2010). O presente trabalho tem como objetivo sintetizar éteres de glicerina a partir da eterificação utilizando catálise heterogênea (Amberlyst 15) e agentes eterificantes (álcool terc-butílico e álcool benzílico) e fazer adição do produto obtido ao óleo diesel em percentual de 0,5 e 5,0% (v/v). Para caracterização dos éteres de glicerina foram utilizadas a técnicas cromatográficas e espectroscópicas e determinar as propriedades físico- química das amostras de diesel aditivados.

Material e métodos

A síntese dos aditivos de glicerina com álcool terc-butílico (TBA) foram realizadas utilizando um reator de alta pressão, marca Parr modelo 4560 e com álcool benzílico (AB) usando balão de vidro utilizando aparelhagem típica de refluxo com agitação magnética, banho- maria com de óleo, marca Quimis, Forno de Mufla e outras vidrarias e acessórios como: pipetas graduadas, béqueres, cadinho de porcelana e Balança Analítica Shimadzu. A resina de troca Amberlyst-15 (A-15) foi lavada com metanol e seco a 100º C a vácuo utilizando papel de filtro qualitativo, e então avaliada sua atividade catalítica nas reações de eterificação com os álcoois terc-butílico e benzílico, na razão glicerina:álcool (1:4 e 1:6), temperaturas de 70, 80, 120 e 140°C e tempos reacionais de 3 a 6 horas. Os éteres de glicerina obtidos foram analisados por Cromatografia Gasosa utilizando um Cromatógrafo da marca Shimadzu modelo GC- 17A acoplado em espectrômetro de massas modelo GCMS-QP5050A com uma coluna de separação LM-5 (5% fenil- dimetilpolisiloxano) com 30 m de comprimento, diâmetro interno de 0,25 mm e espessura de filme de 0,35 m. As misturas de éter de glicerina com diesel foram caracterizadas utilizando os seguintes equipamentos: Densímetro Digital Atom Paar, Viscosímetro Herzog, Destilador Automático Optidist PAC e Ponto de Fulgor Automático HFP360 Herzog. Os produtos de maior rendimento obtidos na eterificação da glicerina foram adicionados nas proporções de 0,5% e 5,0%, v/v ao diesel puro, ou seja, sem aditivos, e suas características avaliadas segundo ensaios físico- químicos, como viscosidade, densidade, ponto de fulgor, destilação e índice de cetano.

Resultado e discussão

O resultado cromatográfico da reação de eterificação da glicerina com álcool terc- butílico na presença da resina A-15, apresentou uma alta seletividade dos éteres de glicerina, com percentual de 83,29%. O composto majoritário obtido da reação do álcool terc-butílico e A-15 quando analisado em CG-MS, apresentou os seguintes fragmentos (M+) com m/z de 132 (íon molecular), m/z 100, 87, 77, 57 (100%), sugerido a fórmula molecular C7H16O2 correspondente a um éter denominado 1- tercbutoxi, 2-metoxietano, conforme pesquisa realizada na biblioteca CG-MS. Nas reações com álcool benzílico utilizando A-15, foi observado uma seletividade significativa para o éter dibenzílico, em torno de 35,41%. No entanto, pode-se observar a presença 2-(benziloxi)etano com percentual de 60,46% de seletividade. O pico do íon molecular correspondente do éter de glicerina obtido foi caracterizado, atribuindo-se a respectiva fórmula molecular C6H5CH2OCH2CH2OH, com m/z 152. O espectro da provável substância 2-(benziloxi)etanol, com os principais fragmentos m/z = 91 : C6H5-CH2+ , m/z = 107 : C6H5-CH2-O+ e m/z = 45 : OH-CH2-CH2+ . O diesel sem aditivo e aditivado com os éteres de glicerina na proporção de 0,5 e 5% foram caracterizadas e avaliadas as suas características físico-químicas, conforme resultados apresentados na Tabela 1. Na adição de 0,5% do ETBG verificou- se um aumento do ponto inicial de ebulição e diminuição do ponto de fulgor em relação ao diesel puro. O ponto de fulgor do ETBG adicionado a 5% diminui muito em relação ao diesel puro e observou-se que a quantidade de éteres adicionados não influenciou no índice de cetano do diesel.

Determinar as análises físico-químicas do óleo diesel puro e aditivado utilizando EBTG

Conclusões

A obtenção de éteres a partir da glicerina se mostraram promissoras no que diz respeito à obtenção de aditivos para o diesel, entretanto, sugere-se que as condições reacionais precisam ser otimizadas a fim de ter um produto ainda mais seletivo, além de utilização de outros catalisadores, como líquidos iônicos, que tem se destacado por apresentarem propriedades únicas, como pressão de vapor desprezível e alta estabilidade térmica, podendo ser promissor para conversão da glicerina em aditivos para o diesel.

Agradecimentos

NCCA, UFMA, FAPEMA

Referências

ANP. Óleo diesel passa a conter mínimo de 11% de biodiesel a partir de 1° de setembro. estatístico 2017, maio 2018. Disponivel em: < http://www.anp.gov.br/noticias/5298-oleo-diesel-passa-a-conter-minimo-de-11-de-biodiesel-a-partir-de-1-de-setembro>. Acesso em: 14 agosto 2019.

Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel (PNPB). Disponível em: <http://www.biodiesel.gov.br>, Acesso em 5 jun. 2009.

RAHMAT, N.; ABDULLAH, A. Z.; MOHAMED, A. R. Recent progress on innovative and potential technologies for glycerol transformation into fuel additives: a critical review. Renewable And Sustainable Energy Reviews, v. 14, n. 3, p. 987-1000, abr. 2010.

SILVERSTEIN, R. M.; WEBSTER, F.; KIEMLE, D. Identificação espectrométrica de compostos orgânicos. Rio de Janeiro: LTC, 2013. 371 p.

VISWANADHAM, N.; SAXENA, S. K. Etherification of glycerol for improved production of oxygenates. Fuel, v. 103, p. 980-986, jan. 2013.