BRPI0803465A2 - biokerosene and process for obtaining it - Google Patents
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Abstract
BIOQUEROSENE E PROCESSO DE OBTENçàO DO MESMO A presente invenção pertence ao campo dos biocombustíveis. Mais especificamente, o biocombustível da presente invenção é o bioquerosene obtido a partir da transesterificação de óleos vegetais na presença de um catalisador. Adicionalmente, a reação da presente invenção é uma reação que transcorre em 10 minutos e o processo de obtenção do bioquerosene compreende ainda uma etapa de purificação do produto obtido. Especificamente, o bioquerosene obtido na presente invenção tem potencial aplicação como combustível para aviação.BIOCHEROSENE AND PROCESS OF OBTAINING THE SAME The present invention belongs to the field of biofuels. More specifically, the biofuel of the present invention is the biokerosene obtained from the transesterification of vegetable oils in the presence of a catalyst. Additionally, the reaction of the present invention is a reaction that takes 10 minutes and the process of obtaining the biokerosene also comprises a step of purifying the obtained product. Specifically, the biokerosene obtained in the present invention has potential application as an aviation fuel.
Description
Relatório Descritivo de Patente de InvençãoPatent Invention Descriptive Report
Bioquerosene ε processo de obtenção do mesmoBiokerosene ε process for obtaining same
Campo da InvençãoField of the Invention
A presente invenção pertence ao campo dos biocombustíveis. Maisespecificamente, o biocombustível da presente invenção é o bioqueroseneobtido a partir da transesterificação de óleos vegetais na presença de umcatalisador. Adicionalmente, a reação da presente invenção é uma reação quetranscorre em 10 minutos e o processo de obtenção do bioquerosenecompreende ainda uma etapa de purificação do produto obtido.Especificamente, o bioquerosene obtido na presente invenção tem potencialaplicação como combustível para aviação.The present invention belongs to the field of biofuels. More specifically, the biofuel of the present invention is biokerosene obtained from transesterification of vegetable oils in the presence of a catalyst. Additionally, the reaction of the present invention is a 10 minute reaction and the process of obtaining the biosynthesis further comprises a purification step of the obtained product. Specifically, the biosynthesis obtained in the present invention has potential application as aviation fuel.
Fundamentos da InvençãoBackground of the Invention
O biodiesel é definido pela American Society for Testing Materials(ASTM), como um combustível líquido sintético, originário de matéria primarenovável e constituída por mistura de ésteres alquílicos de ácidos graxos decadeias longas, derivados de óleos vegetais ou gorduras animais.Biodiesel is defined by the American Society for Testing Materials (ASTM) as a synthetic liquid fuel originating from renewable material and consisting of a mixture of long decade fatty acid alkyl esters derived from vegetable oils or animal fats.
O freqüente aumento do preço do petróleo e a possibilidade deesgotamentos dos combustíveis fósseis vêm motivando inúmerospesquisadores pela busca de combustível alternativo. Essa preocupaçãotambém existe por parte dos ambientalistas visando reduzir a poluiçãoprovocada pelo uso do diesel e foi intensificada após o Protocolo de Kyoto.The frequent rise in the price of oil and the possibility of fossil fuel depletion have motivated numerous researchers to search for alternative fuel. This concern also exists on the part of environmentalists aiming to reduce the pollution caused by the use of diesel and was intensified after the Kyoto Protocol.
A utilização do biodiesel como combustível vem apresentando umpotencial promissor no mundo todo, sendo um mercado que cresceaceleradamente devido a inúmeras vantagens, tais como:The use of biodiesel as a fuel has shown promising potential worldwide, being a market that is growing rapidly due to numerous advantages, such as:
- é um combustível produzido a partir de fontes renováveis, comoóleos vegetais, resíduos de fritura ou gordura animal. A utilização de resíduoscomo matéria-prima reduz os custos com tratamento de esgotos e disposiçãode resíduos.- é biodegradável. Estudos mostram que o biodiesel de óleo desoja e canola são facilmente absorvidos pelo meio ambientes. A utilização demisturas contendo 20% v/v de biodiesel (B20) aumenta a biodegradabilidadedo diesel em presença de água. Além disso, foi observado o crescimento dealgas em tanques de estocagem de biodiesel.- is a fuel produced from renewable sources such as vegetable oils, frying waste or animal fat. The use of waste as a raw material reduces the costs of sewage treatment and disposal.- is biodegradable. Studies show that biodiesel from oil spills and canola are easily absorbed into the environment. The use of mixtures containing 20% v / v biodiesel (B20) increases the biodegradability of diesel in the presence of water. In addition, the growth of algae in biodiesel storage tanks was observed.
- é um combustível não tóxico, pois a utilização de biodieselprovoca redução substancial na emissão de monóxido de carbono e materialparticulado. Além disso, é livre de enxofre e aromáticos, impede a formação defuligem pois possui 10% v/v de oxigênio. A utilização de 20% v/v de biodieselao diesel reduz a emissão de dióxido de carbono em 15,66% v/v.- It is a non-toxic fuel as the use of biodiesel causes a substantial reduction in carbon monoxide and particulate matter emissions. In addition, it is sulfur free and aromatic, prevents the formation of soot because it has 10% v / v oxygen. Using 20% v / v diesel biodiesel reduces carbon dioxide emissions by 15.66% v / v.
A transesterificação é a forma mais usual de produção de biodiesel.Essa reação consiste na mistura de um álcool, preferencialmente de baixopeso molecular, com um óleo vegetal ou gordura animal. Também chamada dealcoólise, a reação de transesterificação pode ocorrer na presença ou ausênciade catalisador. A reação de transesterificação ocorre de forma mais rápida empresença de álcool de baixo peso molecular, como metanol e etanol.Transesterification is the most common form of biodiesel production. This reaction consists of mixing an alcohol, preferably of low molecular weight, with a vegetable oil or animal fat. Also called dealcoolysis, the transesterification reaction may occur in the presence or absence of catalyst. The transesterification reaction occurs most rapidly in low molecular weight alcohol such as methanol and ethanol.
A reação de transesterificação é acelerada por catalisadoreshomogêneos ou heterogêneos. Os catalisadores homogêneos podem serácidos, bases ou enzimas. Esses catalisadores têm como inconvenientes: anecessidade de purificação dos produtos (éster e glicerina) para retirada dosresíduos de catalisadores e a impossibilidade de seu reaproveitamento após areação. Os catalisadores heterogêneos podem ser reaproveitados após reaçãoe são facilmente removidos, tornando a etapa de purificação dos produtos(glicerina e éster) mais simples.The transesterification reaction is accelerated by homogeneous or heterogeneous catalysts. Homogeneous catalysts may be acids, bases or enzymes. These catalysts have the drawbacks: the need for product purification (ester and glycerin) to remove catalyst residues and the impossibility of reuse after sandblasting. Heterogeneous catalysts can be reused after reaction and are easily removed, making the purification step of products (glycerin and ester) simpler.
Nesse contexto, essa invenção descreve a produção de bioquerosenemediante transesterificação de óleo de côco. Esse combustível foi obtido comalto grau de pureza (99% em peso de ésteres) utilizando o protótipo dodestilador molecular centrifugo de alto desempenho. O bioquerosene éproveniente de óleos vegetais e possui as mesmas características doquerosene proveniente do petróleo. Ressalta-se que, o querosene de origemfóssil contribui para a poluição ambiental (efeito estufa). Nesse sentido,pretende-se substituir o querosene por um produto similar de origem vegetal,renovável e que contribuirá significativamente para a redução da poluição.In this context, this invention describes the production of biosynthesizing transesterification of coconut oil. This fuel was obtained with a high degree of purity (99% by weight of esters) using the high performance centrifugal molecular distiller prototype. Biokerosene is derived from vegetable oils and has the same characteristics as petroleum-derived kerosene. It is noteworthy that fossil kerosene contributes to environmental pollution (greenhouse effect). In this sense, it is intended to replace kerosene with a similar product of plant origin, renewable and that will contribute significantly to the reduction of pollution.
A busca na literatura patentária apontou alguns documentos relevantesque serão descritos a seguir.The search in the patent literature has pointed out some relevant documents that will be described below.
O documento US 2007/0194016 revela um método de obtenção debiocombustíveis como o biodiesel, a biogasolina, o bioquerosene dentre outroscujo processo de obtenção compreende a passagem das espécies químicaspor uma estrutura macroscópica dielétrica para um susceptor permeável a gásrecebendo energia eletromagnética. Vários tipos de óleos vegetais e animaispodem ser utilizados neste processo. A presente invenção difere destedocumento pelo fato do processo de produção compreender o uso de umcatalisador.US 2007/0194016 discloses a method of obtaining biofuels such as biodiesel, biogasoline, biokerosene, among others, which process comprises the passage of chemical species through a dielectric macroscopic structure to a gas permeable susceptor receiving electromagnetic energy. Various types of vegetable and animal oils can be used in this process. The present invention differs from this document in that the production process comprises the use of a catalyst.
O documento WO 2007/143803 revela um método de transesterificaçãopara a produção de alquil ésteres, que compreende o uso de um materialglicerídeo de origem vegetal e um catalisador básico ou ácido e um catalisadorà base de guanidina. Os catalisadores básicos são NaOH1 KOH1 NaOCH3,NaOCH2CH3l KOCH3l KOCH2CH3l e os ácidos são H2SO4l HCI e oscatalisadores à base de guanidina são: N-alquil guanidina, Ν,Ν'-de alquilguanidina; N1N - dialquil guanidina; N1N11N " - trialquil guanidina; N1 N1 N'-trialquil guanidina; N5 N N11 N tetraalquil guanidina; N5 N, N11N ' tetraalquilguanidina e Ν, Ν, N', N N" pentaalquil guanidina. Especificamente, o alquil ésterproduzido pelo processo deste documento é o biodiesel. A presente invençãodifere deste documento pelo fato do alquil éster produzido ser o bioquerosene.WO 2007/143803 discloses a transesterification method for the production of alkyl esters which comprises the use of a plant glyceride material and a basic or acid catalyst and a guanidine-based catalyst. The basic catalysts are NaOH1 KOH1 NaOCH3, NaOCH2CH3l KOCH3l KOCH2CH3l and the acids are H2SO4l HCl and guanidine-based catalysts are: N-alkyl guanidine, Ν, Ν'-alkylguanidine; N 1 N - dialkyl guanidine; N1N11N "- trialkyl guanidine; N1 N1 N'-trialkyl guanidine; N5 N N11 N tetraalkyl guanidine; N5 N, N11N 'tetraalkyl guanidine and Ν, Ν, N', N N" pentaalkyl guanidine. Specifically, the alkyl ester produced by the process of this document is biodiesel. The present invention differs from this document in that the alkyl ester produced is biokerosene.
O documento US 2006/0058540 revela um método de transesterificaçãode óleos vegetais com álcoois de cadeia curta na presença de um catalisador.Especificamente, o catalisador descrito neste documento é um sal ou uma basede um composto orgânico e um ácido carbônico. Especificamente, o compostoorgânico é um composto contendo nitrogênio, e o composto básico é umaguanidina, como o carbonato de guanidina, e derivados da 1-aminoguanidina,como o 1-aminoguanidina hidrogenocarbonato. Especificamente, o produtoobtido no processo deste documento é o biodiesel. A presente invenção diferedeste documento pelo fato de compreender uma etapa de purificação doproduto obtido originando o bioquerosene.US 2006/0058540 discloses a method of transesterification of vegetable oils with short chain alcohols in the presence of a catalyst. Specifically, the catalyst described herein is a salt or base of an organic compound and a carbonic acid. Specifically, the organic compound is a nitrogen-containing compound, and the basic compound is umaguanidine, such as guanidine carbonate, and 1-aminoguanidine derivatives, such as 1-aminoguanidine hydrogen carbonate. Specifically, the product obtained in the process of this document is biodiesel. The present invention differs from this document in that it comprises a product purification step obtained yielding the biokerosene.
O documento WO 2007/025360 revela um método de transesterificaçãoque compreende a reação entre mono, di e triglicerídeos de óleos vegetais egorduras animais e um álcool de cadeia curta em proporção molar que variaentre 3 e 15. Especificamente, a reação deste documento transcorre atemperaturas entre 80 e 250°C, pressões maiores que a pressão atmosférica,velocidades de agitação entre 400 e 1500 rpm, tempo de residência ou tempoespacial de 5 a 1000 minutos. Especificamente, o álcool utilizado é um álcoolhidratado e o catalisador é um catalisador sólido básico à base de hidrotalcitaque passa por um processo de calcinação entre 250 e 900 0C. A presenteinvenção difere deste documento pelo processo de transesterificação nãocompreender um catalisador à base de hidrotalcita.WO 2007/025360 discloses a transesterification method which comprises the reaction between mono-, di- and triglycerides of vegetable oils and animal fats and a molar ratio short chain alcohol ranging from 3 to 15. Specifically, the reaction of this document takes place at temperatures between 80 ° C and 80 ° C. and 250 ° C, pressures greater than atmospheric pressure, stirring speeds between 400 and 1500 rpm, residence time or space time from 5 to 1000 minutes. Specifically, the alcohol used is a hydrochloride alcohol and the catalyst is a basic solid hydrotalcite based catalyst undergoing a calcination process between 250 and 900 ° C. The present invention differs from this document in that the transesterification process does not comprise a hydrotalcite based catalyst.
O documento US 6,359,157 revela um processo de transesterificação deóleos e gorduras vegetais com álcoois de cadeia curta que compreende o usode um catalisador que é um sal metálico de um aminoácido ou um derivado deaminoácido. Especificamente, o catalisador utilizado é um catalisador insolúvelno álcool de cadeia curta, sendo a catálise uma catálise heterogênea. Apresente invenção difere deste documento pelo fato do catalisador ser umcatalisador homogêneo e por não compreender um sal metálico de umaminoácido ou um derivado de aminoácido.US 6,359,157 discloses a process of transesterification of vegetable oils and fats with short chain alcohols comprising a catalyst which is a metal salt of an amino acid or an amino acid derivative. Specifically, the catalyst used is a short chain alcohol insoluble catalyst, with catalysis being a heterogeneous catalysis. The present invention differs from this document in that the catalyst is a homogeneous catalyst and does not comprise an amino acid metal salt or amino acid derivative.
O documento US 6,187,939 revela um método de esterificação deácidos graxos e de obtenção de combustíveis compreendendo ácidos graxoscuja reação com um álcool não compreende o uso de um catalisador.Especificamente, o álcool utilizado neste processo encontra-se em estadosupercrítico e o produto obtido compreende o diesel, aditivos para combustíveise óleos lubrificantes. A presente invenção difere deste documento pelo fato denão compreender o uso de álcool em estado supercrítico e pelo fato decompreender o uso de um catalisador.US 6,187,939 discloses a method of esterifying fatty acids and obtaining fuels comprising fatty acids which reaction with an alcohol does not comprise the use of a catalyst. Specifically, the alcohol used in this process is in supercritical states and the product obtained comprises diesel. , fuel additives and lubricating oils. The present invention differs from this document in that it does not include the use of alcohol in a supercritical state and the fact that it misunderstands the use of a catalyst.
Portanto, não foi encontrado na literatura nenhum documento queantecipe ou sequer sugira as particularidades da presente invenção.Sumário da InvençãoTherefore, no document has been found in the literature that suggests or even suggests the particularities of the present invention.
É um objeto da presente invenção, um combustível obtido de fontevegetal renovável. Especificamente, o biocombustível da presente invenção éo bioquerosene.It is an object of the present invention, a fuel obtained from renewable fontevegetal. Specifically, the biofuel of the present invention is biokerosene.
Especificamente, o bioquerosene da presente invenção apresentacaracterísticas semelhantes ao querosene derivado petróleo e pode serutilizado como querosene de aviação.Specifically, the biokerosene of the present invention has characteristics similar to petroleum derived kerosene and may be used as aviation kerosene.
É também um objeto da presente invenção um processo de obtenção dobioquerosene que compreende as etapas de:Also an object of the present invention is a process for obtaining the biorosene comprising the steps of:
a) reagir uma mistura compreendendo:a) reacting a mixture comprising:
- um material rico em glicerídeos;- a material rich in glycerides;
- um álcool de cadeia curta C1-C5; ea C1-C5 short chain alcohol; and
- pelo menos um catalisador homogêneo; e- at least one homogeneous catalyst; and
b) separar as fases éster e glicerina.b) separate the ester and glycerin phases.
O tempo de reação da etapa a) pode variar de 5 minutos a 3 horas. Emuma realização preferencial, o tempo de reação da etapa a) é 10 minutosThe reaction time from step a) can range from 5 minutes to 3 hours. In a preferred embodiment, the reaction time from step a) is 10 minutes.
O material rico em glicerídeos pode ser um óleo vegetal, um óleo animal,um óleo mineral bem como a mistura dos mesmos. Especificamente, o materialglicerídeo da presente invenção é o óleo de côco e/ou babaçu e o álcool decadeia curta da presente invenção é o etanol.The glyceride rich material may be a vegetable oil, an animal oil, a mineral oil as well as a mixture thereof. Specifically, the glyceride material of the present invention is coconut oil and / or babassu and the short alcohol of the present invention is ethanol.
Descrição Detalhada da InvençãoDetailed Description of the Invention
Os exemplos mostrados a seguir não tem a intenção de limitar o escopoda invenção, mas apenas de mostrar uma das formas de concretização dentrevárias possíveis.The following examples are not intended to limit the scope of the invention, but merely to show one of the possible embodiments.
O Bioquerosene da presente invenção foi obtido utilizando um óleovegetal como matéria-prima, álcool etílico como solvente, e catalisadores. Emseguida, o bioquerosene foi purificado utilizando um destilador molecular.The Biokerosene of the present invention was obtained using an oil-vegetable as a feedstock, ethyl alcohol as a solvent, and catalysts. Then, the biokerosene was purified using a molecular distiller.
Material GlicerídeoGlyceride Material
A expressão "material glicerídeo" diz respeito a óleos e/ou gordurasvegetais e/ou animais que contenha triglicerídeos e/ou diglicerídeos e/oumonoglicerídeos e/ou ácidos graxos livres. Os materiais glicerídeos úteis para arealização da invenção incluem, mas não se limitam a óleo de soja, óleo dealgodão, óleo de côco, óleo de babaçu, óleo de milho, óleo de canola, óleo demacaúba (Acrocomia aculeata e/ou Acrocomia totai mart), óleo de palma(dendê), óleo de amendoim, óleo de pequi (Carioear brasiliensis e/ou Carioeareoriaeeous), óleo de ouricuri (Syagrus eoronata), óleo de pinhão manso(Jatropha eureas e/ou Jatropha marcocarpa), demais gorduras vegetais e/ouanimais, como por exemplo gorduras de frango, porco e/ou sebo bovino,incluindo-se também óleos e gorduras residuais de frituras. Adicionalmente, o"material glicerídeo" pode ser escolhido dentre óleos, neutros, ácidos, brutos,degomados, semi-refinados e/ou refinados bem como a mistura dos mesmos.The term "glyceride material" refers to vegetable and / or animal oils and / or fats containing triglycerides and / or diglycerides and / or monoglycerides and / or free fatty acids. Useful glyceride materials for carrying out the invention include, but are not limited to soybean oil, cottonseed oil, coconut oil, babassu oil, corn oil, canola oil, macauba oil (Acrocomia aculeata and / or Acrocomia totai mart) palm oil, peanut oil, pequi oil (Carioear brasiliensis and / or Carioeareoriaeeous), ouricuri oil (Syagrus eoronata), jatropha oil (Jatropha eureas and / or Jatropha marcocarpa), other vegetable fats and / or animals, such as chicken, pork and / or beef tallow fats, including waste oil and fat from frying. Additionally, the "glyceride material" may be chosen from oils, neutrals, acids, crude, degummed, semi-refined and / or refined as well as the mixture thereof.
O óleo vegetal correspondeu especificamente a óleo de côco de praia oude babaçu.The vegetable oil corresponded specifically to babassu or beach coconut oil.
Álcool de cadeia curtaShort Chain Alcohol
Os álcoois de cadeia curta da presente invenção são preferencialemnteescolhidos dentre os álcoois com até 5 átomos de carbono. Exemplos de taisálcoois incluem, sem contudo limitar, metanol, etanol, propanol, butanol,isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutanol, amílico e/ou seus isômerosdentre outros possíveis, bem como a mistura dos mesmos.The lower alcohols of the present invention are preferably chosen from alcohols of up to 5 carbon atoms. Examples of such alcohols include, but are not limited to, methanol, ethanol, propanol, butanol, isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutanol, amyl and / or isomers among others, as well as a mixture thereof.
Especificamente, o solvente da presente invenção deve apresentarproporção molar solvente: óleo vegetal variando de 3:1 a 15:1 (p/p).Specifically, the solvent of the present invention should have a solvent to vegetable molar ratio ranging from 3: 1 to 15: 1 (w / w).
Especificamente o solvente da presente invenção é o etanol utilizado naproporção 10:1 em relação ao óleo vegetal.Specifically the solvent of the present invention is ethanol used in the 10: 1 ratio to vegetable oil.
Catalisador Homogêneo e HeterogêneoHomogeneous and Heterogeneous Catalyst
O catalisador da presente invenção é um catalisador escolhido do grupoque compreende os catalisadores básicos tais como o NaOH, KOH, NaOCH3,NaOCH2 CH3, KOCH3, KOCH2 CH3, dentre outras possíveis bem como amistura das mesmas, as guanidinas tais como 1,5,7-triazabiciclo[4.4.0]dec-5-eno (TBD)1 1,1,3,3-tetrametilguanidina (TMG)1 dentre outras possíveis, bemcomo a mistura das mesmas.The catalyst of the present invention is a catalyst chosen from the group which comprises basic catalysts such as NaOH, KOH, NaOCH3, NaOCH2 CH3, KOCH3, KOCH2 CH3, among others as well as a mixture thereof, guanidines such as 1.5,7 -triazabicyclo [4.4.0] dec-5-ene (TBD) 1 1,1,3,3-tetramethylguanidine (TMG) 1 among others, as well as the mixture thereof.
Especificamente, o catalisador é utilizado em proporção molar que variade 0,01 a 3% em peso em relação ao óleo vegetal.Especificamente, na presente invenção o catalisador homogêneo é oNaOH e KOH e o catalisador heterogêneo é a guanidina. Sendo utilizado umamassa de catalisador de até 1% em peso da massa de óleo vegetal.Specifically, the catalyst is used in molar ratio ranging from 0.01 to 3% by weight relative to vegetable oil. Specifically, in the present invention the homogeneous catalyst is NaOH and KOH and the heterogeneous catalyst is guanidine. A catalyst mass of up to 1% by weight of the vegetable oil mass being used.
Processo de produção do biogueroseneBioguerosene Production Process
O processo de produção do bioquerosene da presente invençãocompreende as etapas de:The biokerosene production process of the present invention comprises the steps of:
a) reagir uma mistura compreendendo:a) reacting a mixture comprising:
- um material rico em glicerídeos;- a material rich in glycerides;
- um álcool de cadeia curta C1-C5; ea C1-C5 short chain alcohol; and
- pelo menos um catalisador homogêneo; e- at least one homogeneous catalyst; and
b) separar as fases éster e glicerina.b) separate the ester and glycerin phases.
Diversos fatores influenciam o resultado do processo. Pode-se citar porexemplo o tempo de reação, a temperatura e proporção de reagentes. Emrelação ao tempo de reação, ele deve ser ajustado de forma a consumir todosos reagentes. Ele pode variar dentro de uma faixa que vai de 5 minutos a 3horas, sendo que preferencialmente a reação tem a duração de 10 minutos. Atemperatura do processo é escolhida de forma a manter uma velocidade dereação adequada sem causar degradação aos reagentes. Preferencialmente atemperatura é escolhida dentro de uma faixa que vai de 20 e 80 0C. Em relaçãoa razão entre os reagentes, a proporção molar entre o álcool de cadeia curta eo material rico em glicerídeos varia de 3:1 a 15:1 (p/p). Especificamente, aproporção molar da presente invenção é 10:1.Several factors influence the outcome of the process. Examples include reaction time, temperature and proportion of reagents. Regarding the reaction time, it must be adjusted to consume all reagents. It can vary within a range of 5 minutes to 3 hours, and preferably the reaction lasts 10 minutes. The process temperature is chosen to maintain a suitable dropping speed without causing degradation to the reagents. Preferably the temperature is chosen within a range of from 20 to 80 ° C. Regarding the ratio between reagents, the molar ratio between short chain alcohol and glyceride rich material ranges from 3: 1 to 15: 1 (w / w). Specifically, the molar ratio of the present invention is 10: 1.
O processo de produção da presente invenção pode ser realizado emdiversos tipos de reatores conhecidos do estado da técnica, bem como pode-seoptar pelo por um processo em batelada ou um processo contínuo.The production process of the present invention may be carried out in various types of reactors known in the prior art, as well as by a batch process or a continuous process.
Separação de fases éster-glicerinaEster-glycerine phase separation
A separação das fases é realizada por qualquer método de separaçãode fases já descrito no estado da técnica como a lavagem, neutralização,métodos de destilação como a destilação em destilador molecular centrífugo, apurificação em coluna, dentre outros possíveis, bem como a mistura dosmesmos.Especificamente, a purificação/separação da presente invenção érealizada pela lavagem com água acidificada a temperaturas entre 75°C e90°C, que proporciona a neutralização do produto obtido, em seguida, amistura é filtrada a vácuo, em presença de sulfato de sódio anidro(desumidificante), e destilação em destilador molecular à 150 - 70°C e pressãoentre 4-90μό8Γ. Especificamente, temperatura de 90°C e pressão de 70 μόβΓfavoreceram uma maior concentração do produto desejado.Phase separation is performed by any phase separation method already described in the prior art such as washing, neutralization, distillation methods such as centrifugal molecular distillation distillation, column purification, among others possible, as well as mixing of the same. The purification / separation of the present invention is performed by washing with acidified water at temperatures between 75 ° C and 90 ° C, which provides neutralization of the obtained product, then the mixture is vacuum filtered in the presence of anhydrous sodium sulfate (dehumidifying agent). ), and distillation in molecular distillers at 150 - 70 ° C and pressure between 4-90μό8Γ. Specifically, temperature of 90 ° C and pressure of 70 μόβΓ favored a higher concentration of the desired product.
As condições operacionais que proporcionaram maior conversãoreacional em menor tempo foram as correspondentes a 1% em peso decatalisador básico, razão molar etanol: óleo de côco de 10:1, tempo de reaçãode 10 minutos e temperatura de reação correspondente a 50°C.Exemplo 1. Caracterização da matéria primaThe operating conditions that provided the greatest reaction conversion in the shortest time were 1 wt.% Of basic catalyst, 10: 1 ethanol: coconut oil molar ratio, 10 minute reaction time and 50 ° C reaction temperature. Characterization of the raw material
O bioquerosene foi produzido mediante transesterificação de óleo decôco de praia, em presença de catalisadores alcalinos, derivados de guanidinae álcool etílico. O óleo de côco (matéria prima) foi caracterizado utilizando asseguintes metodologias:Biokerosene was produced by transesterification of beach decoction in the presence of alkaline catalysts derived from guanidine and ethyl alcohol. Coconut oil (raw material) was characterized using the following methodologies:
Exemplo 1.1. Identificação dos ácidos graxos por cromatografia gasosaA identificação dos ácidos graxos foi realizada por cromatografia gasosa.Os ácidos graxos foram convertidos em ésteres metílicos (FAME) e analisadosno cromatógrafo gasoso, utilizando uma coluna tipo DB23 (30 m χ 0.53 mm) edetector de ionização de chamas. A Tabela 1 mostra a composição do óleo decôco. A determinação da composição do óleo de côco permitiu o cálculo dopeso molecular desse óleo. Verifica-se na Tabela 1 que o óleo de côco éconstituído em sua maioria de ácidos graxos de cadeia curta (entre C8-C14), oque possibilita a formação de ésteres de baixo peso molecular e característicassemelhantes ao querosene de aviação.Example 1.1. Fatty acid identification by gas chromatographyFatty acid identification was performed by gas chromatography. Fatty acids were converted to methyl esters (FAME) and analyzed in the gas chromatograph using a DB23 column (30 m χ 0.53 mm) flame ionization detector. . Table 1 shows the composition of the decco oil. The determination of the coconut oil composition allowed the molecular dope calculation of this oil. Table 1 shows that coconut oil is mostly composed of short chain fatty acids (between C8-C14), which enables the formation of esters of low molecular weight and characteristics similar to aviation kerosene.
Tabela 1 - Composição do óleo de côcoTable 1 - Coconut oil composition
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Exemplo 1.2. Determinação da acidezExample 1.2. Determination of acidity
A análise dos ácidos graxos livres foi realizada de acordo com ametodologia AOCS Ca 5a - 40. A amostra foi dissolvida em álcool etílico etitulada com hidróxido de sódio. A percentagem de ácidos graxos livres foicalculada em termos de ácido oléico, de acordo com a equação (1).The analysis of free fatty acids was performed according to AOCS Ca 5a - 40 methodology. The sample was dissolved in ethyl alcohol etched with sodium hydroxide. The percentage of free fatty acids was calculated in terms of oleic acid according to equation (1).
<formula>formula see original document page 10</formula><formula> formula see original document page 10 </formula>
Nesta equação, mL de alcali representa o volume de hidróxido de sódioutilizado e N corresponde a normalidade do hidróxido de sódio. A constante28,2 está relacionada ao peso molecular do ácido oléico. A acidez do óleo decôco foi correspondente a 0,131% ou 0,262 mg de KOH/g. Ressalta-se que, adeterminação da acidez é de fundamental importância para a escolha docatalisador da reação, uma vez que acidez superior a 1% ocasionaria consumodo catalisador, formação de sabão e redução da conversão reacional.In this equation, mL of alkali represents the volume of sodium hydroxide used and N corresponds to the normality of sodium hydroxide. The constant28,2 is related to the molecular weight of oleic acid. The acidity of the decoc oil corresponded to 0.131% or 0.262 mg KOH / g. It is noteworthy that the determination of acidity is of fundamental importance for the choice of catalyst of the reaction, since acidity greater than 1% would cause catalyst consumption, soap formation and reduced reaction conversion.
Exemplo 1.3. Cromatografia líquidaExample 1.3. Liquid chromatography
A análise da composição da reação de transesterificação foi realizadapor cromatografia líquida por exclusão de tamanho, também conhecida comohigh-performance size-exclusion chromatography (HPSEC), essa análisepermitiu a medida exata da composição da reação, ou seja, concentração detriglicerídeos, diglicerídeos, monoglicerídeos, ésteres e glicerina.Analysis of the composition of the transesterification reaction was performed by size exclusion liquid chromatography, also known as high performance size-exclusion chromatography (HPSEC). This analysis allowed the exact measurement of the reaction composition, ie concentration of glycerides, diglycerides, monoglycerides, esters and glycerin.
As colunas cromatográficas utilizadas formam duas colunas WatersStyragel® HR1 e HR2, em série. Foi utilizado detector de índice de refração. Afase móvel utilizada foi tetrahidrofurano, com fluxo de 1 mL / min, a 40°C. Apreparação da amostra consiste na diluição de 100 mg da amostra em 10 mLdesse solvente (tetrahidrofurano).The chromatographic columns used form two WatersStyragel® HR1 and HR2 columns in series. Refractive index detector was used. The mobile phase used was tetrahydrofuran, with a flow rate of 1 mL / min at 40 ° C. Sample preparation consists of diluting 100 mg of the sample in 10 mL of this solvent (tetrahydrofuran).
Exemplo 2. Reação de TransesterificaçãoA reação de transesterificação é influenciada por diversas variáveis, taiscomo: nível de agitação, tempo de reação, temperatura de reação,concentração de catalisador, quantidade e qualidade da matéria-prima,concentração de álcool utilizado (medida em termos de razão molar etanol:óleo de côco). Visando obter uma alta conversão da reação num menor tempoforam testadas as seguintes condições operacionais:Example 2. Transesterification ReactionThe transesterification reaction is influenced by several variables such as: agitation level, reaction time, reaction temperature, catalyst concentration, quantity and quality of the raw material, alcohol concentration used (measured in terms of molar ratio ethanol: coconut oil). In order to obtain a high reaction conversion in a shorter time the following operating conditions have been tested:
• Temperatura de reação: 30, 40, 50, 60 e 75°C.• Reaction temperature: 30, 40, 50, 60 and 75 ° C.
• Concentração de catalisador: 0,5 a 1,5% em peso do óleo de côco.• Catalyst concentration: 0.5 to 1.5% by weight of coconut oil.
• Razão molar: 6:1 a 12:1• Molar ratio: 6: 1 to 12: 1
Para cada ensaio foram retiradas amostras nos seguintes intervalos: 0,5;1; 2; 5; 7; 10; 12; 15; 20 e 30 minutos. Essas amostras foram analisadas noHPSEC, através do qual foi determinada a conversão em bioquerosene.For each assay samples were taken at the following intervals: 0.5; 1; 2; 5; 7; 10; 12; 15; 20 and 30 minutes. These samples were analyzed in HPPSEC, through which the conversion to biokerosene was determined.
As condições operacionais que proporcionaram maior conversãoreacional em menor tempo foram as correspondentes a 1% em peso decatalisador básico, razão molar etanol:óleo de côco de 10:1, tempo de reaçãode 10 minutos e temperatura de reação correspondente a 50°C. Nessascondições, foi atingida uma conversão de 97% em peso de bioquerosene, ouseja, para cada 400 gramas de óleo de côco utilizado restaram apenas 12gramas de óleo de côco sem reagir (monoglicerídeo).The operating conditions that provided the highest reaction conversion in the shortest time were 1% by weight of basic catalyst, 10: 1 ethanol: coconut oil molar ratio, 10 minute reaction time and 50 ° C reaction temperature. Under these conditions, a 97% by weight conversion of biokerosene was achieved, ie, for every 400 grams of coconut oil used, only 12 grams of unreacted coconut oil (monoglyceride) remained.
A obtenção do bioquerosene em escala de laboratório pode serrealizada da seguinte forma:Laboratory scale biokerosene can be obtained as follows:
Inicialmente, o óleo de côco (400g), foi adicionado ao reator (reator comagitação mecânica de 1 litro) e aquecido até a temperatura desejada. Emseguida, o catalisador (NaOH) foi diluído no etanol e adicionado ao óleo. Apóso tempo desejado, foi interrompida a agitação e a mistura foi resfriada,finalizando a reação. Em seguida, a mistura foi para o rota-evaporador, nesseequipamento é realizada a destilação do excesso de álcool usado na reação. Aconcentração de catalisador correspondeu a 1 % p/p da massa de óleo de côco,enquanto que, a quantidade de álcool etílico foi calculada com base no númerode moles do óleo de côco, como detalhado na Equaçãol. Foram testadasdiversas razões molares entre o etanol e o óleo de côco, sendo que aproporção 10:1 proporcionou maior conversão. Dessa forma, para cada 400 gde óleo de côco foi utilizado 253 g de álcool etílico e 4 gramas de catalisador.Initially, coconut oil (400g) was added to the reactor (1 liter mechanical comagination reactor) and heated to the desired temperature. Then the catalyst (NaOH) was diluted in ethanol and added to the oil. After the desired time, stirring was stopped and the mixture was cooled, terminating the reaction. Then the mixture went to the rotary evaporator, in which the excess alcohol used in the reaction is distilled. Catalyst concentration corresponded to 1% w / w of coconut oil mass, while the amount of ethyl alcohol was calculated based on the number of moles of coconut oil, as detailed in Equation. Several molar ratios between ethanol and coconut oil were tested, and 10: 1 proportion provided higher conversion. Thus, for each 400 g of coconut oil, 253 g of ethyl alcohol and 4 grams of catalyst were used.
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Onde: Mwc0co corresponde ao peso molecular do óleo de côco calculadocom base na composição dos ácidos graxos.Where: Mwc0co is the molecular weight of coconut oil calculated on the basis of fatty acid composition.
A mistura obtida no rota-evaporador foi para um funil de separação,sendo obtidas duas fases. A fase inferior é rica em glicerina e possui coloraçãoalaranjada em conseqüência do resíduo de catalisador. A fase superior éconstituída de éster e impurezas e possui coloração amarelada.The mixture obtained in the rotary evaporator went to a separatory funnel and two phases were obtained. The lower phase is rich in glycerin and is orange in color as a result of the catalyst residue. The upper phase consists of ester and impurities and is yellowish in color.
Exemplo 3. Purificação dos produtos formadosExample 3. Purification of Formed Products
A purificação do bioquerosene foi realizada nas seguintes etapas:Biokerosene purification was performed in the following steps:
Exemplo 3.1 Lavagem e neutralizaçãoExample 3.1 Washing and neutralization
Após a separação, a fase éster foi lavada com água acidificada eaquecida a 75°C. Uma quantidade mínima de água foi utilizada,correspondente a 10% do peso de éster, o que possibilitou uma diminuição dasperdas de éster por lavagem. A água utilizada foi acidificada com gotas deácido clorídrico. A água foi adicionada ao éster e, após agitação vigorosa, essamistura vai para um funil de separação e em seguida, foi medida a acidez dafase aquosa com o uso de papel indicador de pH. Normalmente, foramnecessárias três lavagens para a obtenção de um pH neutro. Foram testadasvárias temperaturas e concluiu-se que temperaturas entre 75°C e 90°Cpermitiam uma separação mais rápida.After separation, the ester phase was washed with acidified water and heated to 75 ° C. A minimum amount of water, corresponding to 10% by weight of ester, was used, which enabled a reduction of ester losses by washing. The water used was acidified with drops of hydrochloric acid. Water was added to the ester and, after vigorous stirring, the mixture goes to a separatory funnel and then the acidity of the aqueous phase was measured using pH indicator paper. Normally, three washes were required to achieve a neutral pH. Various temperatures were tested and it was found that temperatures between 75 ° C and 90 ° C allowed for faster separation.
Em seguida, adicionou-se ao éster uma pequena quantidade dedesumidificante (sulfato de sódio anidro), para retirada de resíduos de água.Após filtração a vácuo, determinou-se a umidade do éster por meio do KarlFisher, foi encontrado um teor de água correspondente a 0,1%.Exemplo 3.2. Destilação molecularThen a small amount of dehumidifier (anhydrous sodium sulfate) was added to the ester to remove water residues. After vacuum filtration the ester moisture was determined by KarlFisher, a corresponding water content was found. 0.1%. Example 3.2. Molecular distillation
A concentração dos ésteres de menor peso molecular foi feita nodestilador molecular, ou destilação de passo curto (short path distillation) comotambém é conhecida, é um processo de separação não convencional indicadopara a separação de misturas líquidas homogêneas que contenhamsubstâncias termosensíveis de alto peso molecular (tipicamente superior a180g/mol) e baixa volatilidade. Neste processo, a mistura é alimentada a umdestilador que possui um evaporador dotado de um condensador interno. Esteevaporador opera sob alto vácuo e fornece o calor necessário para que partedas moléculas alimentadas se volatilize. As moléculas que se volatilizarammigram para o condensador, tornam a se liqüefazer e são retiradas doequipamento. Assim sendo, este processo origina duas correntes efluentes quesão retiradas do processo. Uma constituída de material que não se volatilizou,chamada de resíduo, e outra formada pelas moléculas que se volatilizaramdurante o processo, chamada de destilado.The concentration of the lower molecular weight esters was made by molecular distillation, or short path distillation as it is also known, it is an unconventional separation process indicated for the separation of homogeneous liquid mixtures containing high molecular weight thermosensitive substances (typically greater than 180g / mol) and low volatility. In this process, the mixture is fed to a distiller having an evaporator having an internal condenser. This evaporator operates under a high vacuum and provides the heat necessary for any powered molecules to volatilize. Molecules that volatilize migrate to the condenser, become liquefied and are removed from the equipment. Thus, this process gives rise to two effluent streams that are taken from the process. One made up of non-volatilized material, called waste, and another made up of molecules that volatilized during the process, called distillate.
A destilação do bioquerosene foi realizada a 90°C e pressão de 70pbar.Foi obtido o bioquerosene no destilado sem coloração (incolor) e no resíduouma mistura de ésteres de maiores pesos moleculares com coloraçãoamarelada. A destilação molecular permitiu a completa concentração dosésteres mais leves (C8-C14) e completa eliminação dos resíduos provenientesda matéria prima (ácidos graxos, monoglicerídeos, diglicerídeos etriglicerídeos), promovendo um produto de alta pureza.Exemplo 3.3. Determinação do rendimentoThe distillation of the biokerosene was carried out at 90 ° C and 70pbar pressure. Biokerosene was obtained in the colorless distillate and in the residue as a mixture of higher molecular weight yellowish esters. Molecular distillation allowed the complete concentration of lighter esters (C8-C14) and complete elimination of residues from the raw material (fatty acids, monoglycerides, diglycerides etriglycerides), promoting a high purity product.Example 3.3. Income Determination
O rendimento da reação foi determinado com base na massa de produtodestilado e correspondeu a 90%.Reaction yield was determined based on distilled product mass and corresponded to 90%.
Exemplo 3.4. Caracterização do produtoExample 3.4. Product Characterization
Foram realizadas várias análises que possibilitaram a caracterização dobioquerosene, tais como:Several analyzes were performed that allowed the characterization of the bilobososene, such as:
• curva de destilação a pressão reduzida (realizada no IPT);• reduced pressure distillation curve (performed at IPT);
· análise de umidade (IPT e UNICAMP);· Humidity analysis (IPT and UNICAMP);
• composição (IPT e UNICAMP);• ponto de fulgor (IPT)• composition (IPT and UNICAMP) • flash point (IPT)
• acidez (UNICAMP).• acidity (UNICAMP).
A Tabela 2 lista as análises realizadas e compara com as especificações daagência Nacional de Petróleo Gás Natural e Biocombustíveis (ANP).Table 2 lists the analyzes performed and compares with the specifications of the National Agency of Petroleum Natural Gas and Biofuels (ANP).
Tabela 2 - Propriedades do BioqueroseneTable 2 - Biokerosene Properties
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