BRPI1005000A2 - processo para obtenÇço de biodiesel a partir de àleos e/ou gorduras vegetais e/ou gorduras animais, virgens ou usados e biodiesel assim obtido - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA OBTENÇçO DE BIODIESEL A PARTIR DE àLEOS E/OU GORDURAS VEGETAIS E/OU GORDURAS ANIMAIS, VIRGENS OU USADOS E BIODIESEL ASSIM OBTIDO. A presente invenção refere-se a um processo para obter biodiesel a partir de óleos e/ou gorduras vegetais e/ou gorduras animais, compreendendo as etapas de passá-los por pelo menos uma coluna (2) contendo bauxita ativada, conforme figura 1, percolando-os de forma continua pela referida coluna, clarificar), misturar o referido óleo com álcool metílico ou etílico, e percolar o óleo assim obtido em pelo menos uma outra coluna (6) de bauxita ativada, conforme figura 2 para obtenção do biodiesel propriamente dito.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE BIODIESEL A PARTIR DE ÓLEOS E/OU GORDU- RAS VEGETAIS E/OU GORDURAS ANIMAIS, VIRGENS OU USADOS E BIODIESEL ASSIM OBTIDO".

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um processo para a obtenção de biodiesel a partir de óleos e/ou gorduras vegetais e/ou gorduras animais. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

O biodiesel é um combustível natural e considerado uma alterna- tiva promissora aos combustíveis derivados do petróleo. Por ser fabricado a partir de fontes renováveis, emite menos poluentes em comparação ao die- sel convencional. A produção de biodiesel, renovável e biodegradável, obtido a partir de reações químicas de óleo, vem crescendo de forma significativa.

Os processos conhecidos do estado da técnica para a obtenção de biodiesel pela redução de ácidos graxos, fosfatídeos e de umidade em óleos vegetais degomados e/ou gorduras vegetais e/ou gorduras animais, tais como o "Processo Crown" (Crown Iron Technology), por exemplo, são processos complexos, os quais partem de sementes oleaginosas (no caso dos óleos vegetais) ou de gorduras animais que, quando processadas acar- retam em uma primeira etapa, um óleo denominado "degomado".

"Óleo degomado" é um óleo que passa por um processo de hi- dratação onde as gomas existentes conjuntamente com o óleo se misturam com a água, tornando-se insolúveis no óleo, podendo então ser separadas por centrifugação. Os "óleos degomados" são gerados pelas Cooperativas de moagem de sementes, assim como nas plantas verticalizadas produtoras de óleos vegetais.

"Miscela" é o óleo extraído com hexano a partir de "óleos dego- mados". Constitui-se de 38% de óleo em hexano e mais um resíduo sólido denominado "farelo".

Uma vez obtido, o "óleo degomado" inicia-se um processo contí-

nuo para neutralização, filtração com sílica ou terra-ativada (denominado, refino químico). A neutralização utiliza soda cáustica ou outros alcalinos for- tes, em que se elimina a maior parte dos fosfatídeos e ácidos graxos ainda presentes no "óleo degomado", convertendo-os em borras (material resultan- te da reação alcalina, denominada processo de saponificação). Através de centrífugas, a borra é separada do óleo purificado.

A partir dessa etapa, o referido óleo purificado sofre uma reação

de transesterificação onde ocorrem as reações entre o óleo e o álcool (me- tanol ou etanol) adicionados ao sistema, sob ação de catalisadores (tais co- mo, metilato de sódio ou soda cáustica), obtendo-se uma mistura líquida constituída por óleo+álcool+catalisador. Essa mistura líquida, por sua vez, é aquecia à temperatura de reação em um aquecedor de alimentação antes de ser introduzida no reator, onde a maior parte do óleo se transforma em bio- diesel (éster metílico ou etílico) e glicerina. A separação dessa mistura é fei- ta em decantadores, aproveitando a diferença de densidade dos componen- tes da mistura, ou através de centrífugas, obtendo-se o éster. O referido éster, ainda impuro, segue para um segundo reator

para se obter purezas de 90 a 95%. Entretanto, ainda assim, o éster contém pequenas quantidades de catalisador e glicerina. Para remoção dessas im- purezas utilizam-se misturadores com adição de ácido clorídrico. Através de ato contínuo, a mistura é diluída com água e, em um decantador, os ésteres dessa mistura aquosa são separados pela drenagem da água decantada.

Os ésteres assim obtidos são secos a vácuo, eliminando-se também traços de metanol ou etanol. Nessa etapa, os ésteres são resfria- dos, precipitando-se os esteroides gliconados (flocos brancos). Novamente filtrado, os ésteres são transferidos para armazenamento. Esses ésteres são denominados biodiesel.

Alguns documentos do estado da técnica já apresentam proce- dimentos alternativos para a referida etapa de neutralização, como por e- xemplo, a patente norte-americana US 4.154.750, que descreve um proces- so para o refino de óleos vegetais, especialmente óleo de soja, compreen- dendo a degomagem do óleo bruto, contato do óleo degomado através de um leito contendo carvão ativado granular e finalmente submetendo o óleo vegetal tratado a uma destilação a vácuo. O processo segundo este docu- mento, entretanto, apresenta ainda algumas desvantagens, dentre as quais se cita a necessidade do uso de vapor, altas temperaturas e também a ne- cessidade de que a reativação do carvão ativado gasto seja efetuada fora do reator, o que implica em custos adicionais e uma demanda maior de tempo.

Existem ainda outros documentos do estado da técnica que já

mencionam a obtenção de biodiesel. Por exemplo, a patente brasileira PI0105888-6 revela um processo para a produção de biodiesel usando se- mentes oleaginosas, preferivelmente a mamona, para uso combustível ou para aditivos de combustível. Contudo, esse documento ensina um processo para a produção através de um processo de transesterificação, onde as se- mentes de mamona reagem com álcool na presença de um catalisador alca- lino, apresentando, porém, desvantagens técnicas e econômicas

O documento brasileiro PI0603857-3 descreve um processo de transesterificação de óleos vegetais e gorduras animais, através do uso de catalisadores. Já o processo de preparação de biodiesel descrito no docu- mento Pl 0502795-0 utiliza catalisadores convencionais como NaOH, KOH1 Ba(OH)2, K2CO3, Na2CO3, dentre outros.

O pedido de patente brasileiro PI9805440-6, por sua vez, refere- se a um processo para tratamento de óleos vegetais, o qual visa a obtenção de óleo vegetal comestível tratado em coluna de bauxita ativada na qual o óleo vegetal é contatado com um leito de bauxita termicamente ativada para retirada dos ácidos graxos livres presentes no óleo.

É, portanto, um objetivo da presente invenção prover um pro- cesso para obtenção de biodiesel a partir de óleos vegetais degomados e/ou gorduras vegetais e/ou gorduras animais e/ou óleos e gorduras já utilizados, permitindo a obtenção de um óleo com grau de pureza alto, e cujo processo não apresenta as desvantagens dos métodos já conhecidos. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A invenção refere-se a um processo para obter o biodiesel a par- tir de óleos vegetais degomados e/ou gorduras vegetais e/ou gorduras ani- mais compreendendo a etapa de contatar o óleo vegetal e/ou gordura animal com pelo menos uma coluna compreendendo bauxita termicamente ativada, percolar de forma contínua o óleo e/ou a gordura pela referida coluna, mistu- rar o óleo percolado com um álcool, e realizar uma segunda percolação da mistura por pelo menos uma coluna contendo bauxita termicamente ativada para obtenção do biodiesel. Os óleos e as gorduras utilizáveis para a pre- sente invenção podem ainda ser óleos já previamente utilizados.

Em uma outra concretização, a presente invenção refere-se ao biodiesel obtido através do processo acima descrito. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 mostra um fluxograma de engenharia de sistema de tratamento de óleos e/ou gorduras com bauxita ativada, ilustrativo do pro- cesso da presente invenção.

A figura 2 mostra um fluxograma de sistema de obtenção de bi- odiesel a partir de óleos e/ou gorduras tratados de acordo com o sistema ilustrado na figura 1. O sistema é o mesmo para os dois casos (figura 1 e figura 2). No primeiro, obtêm-se os óleos ou as gorduras adequados para a produção do biodiesel, enquanto o segundo inicia com os óleos ou as gordu- ras tratados conforme o primeiro sistema da figura 1 mais adição de álcool. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

O processo de acordo com a presente invenção tem por finali- dade a preparação de biodiesel utilizando óleos vegetais degomados e/ou gorduras vegetais e/ou gorduras animais e/ou óleos e gorduras já utilizados, percolados através de bauxita termicamente ativada.

Os óleos vegetais úteis para a presente invenção incluem, mas não se limitam a óleos de soja (Glycine max (L.) Merrill), de milho (Zea mays), de algodão (Gossypium herbaceum, Gossypium arboreum, Gossypi- um barbadense, Gossypium hirsutum, entre outras), de mamona (Ricinus communis L.), de amendoim (Arachis hypogaea L.), de girassol (Helianthus annuus), de canola, de palma (dendê), de macaúba (Acrocomia aculeata), de crambe (Crambe abyssinica), de pinhão manso (Jatropha curcas L.), den- tre outros. As gorduras vegetais e/ou gorduras animais e/ou óleos vegetais degomados e/ou gorduras já utilizados são os mesmos citados anteriormen- te após utilização.Já as gorduras animais compreendem todas aquelas ex- traídas de quaisquer animais terrestres, aquáticos ou aves, por exemplo, mas que não se limitam a gorduras ou sebos de boi, de porcos, de aves e de peixe.

O processo compreende a percolação dos óleos vegetais e/ou gorduras vegetais e/ou gorduras animais e/ou óleos e gorduras já utilizados, através de dois grupos de colunas verticais, cada um compreendendo pelo menos uma coluna de percolação (2), figura 1, ou (6), figura 2, preenchida, cada uma, com bauxita ativada com qualquer faixa granulométrica compre- endida entre a faixa de 4 a 150, preferencialmente em uma faixa de 10 a 60, e mais preferencialmente em uma faixa de 20 a 50. Preferencialmente, o número de colunas, ou o volume de bauxita ativada nela ou nelas contidas relativamente ao primeiro sistema, é função da qualidade do óleo ou gordura degomados (matéria-prima inicial do processo), vazão do sistema e qualida- de final do óleo final pronto para a produção do biodiesel desejado. O núme- ro de colunas, ou volume de bauxita ativada nela ou nelas contidas relativa- mente ao segundo sistema, é semelhante à descrição feita do primeiro sis- tema, exceto que nesse caso as matérias-primas serão aquelas purificadas pelo primeiro sistema.

A primeira etapa do processo da presente invenção ocorre em uma primeira coluna 2, como observado na figura 1, ou em um primeiro gru- po de colunas que, em função da vazão desejada de processo e qualidade dos óleos e gorduras requeridos, com pressões e temperaturas ajustadas, o óleo vegetal degomado e/ou gordura vegetal e/ou gordura animal e/ou óleos e gorduras já utilizados são forçados a percolar através da bauxita termica- mente ativada contida nas colunas nas condições descritas acima.

Após essa etapa, que ocorre preferencialmente de forma contí- nua, os óleos e as gorduras podem ainda ser clarificados, neutralizados e os fosfatídeos podem ser eliminados, obtendo-se assim, um produto com pure- za variando de 95% a 100%, preferivelmente de 95% a 98% ou mais preferi- velmente de 96% a 98%.

A segunda etapa do processo consiste na obtenção do biodiesel propriamente dito. Nessa etapa, o óleo é misturado com álcool metílico ou etílico de 30 a 60% do óleo purificado com 70% a 40% de álcool metílico ou etílico, preferencialmente 45% a 55% de óleo purificado e 55% a 45% de ál- cool metílico ou etílico, ou mais preferencialmente, 50% de cada um deles e a seguir, de forma contínua, percolado por uma outra coluna 6, como observado na figura 2, ou outro grupo de colunas também com bauxita termicamente ati- vada, obtendo-se diretamente o biodiesel pronto para tancagem e posterior comercialização. Preferencialmente o número de colunas, ou o volume de bauxita ativada nela ou nelas contidas relativamente ao segundo sistema, da mesma forma que para o primeiro sistema, é função da qualidade do óleo ou da gordura purificada para biodiesel e da vazão do sistema e da qualidade final do óleo final pronto para a produção do biodiesel desejado.

Em princípio, quaisquer qualidades de bauxita podem ser utiliza- das para a obtenção de bauxitas ativadas úteis no processo da invenção. A bauxita é uma mistura de óxidos de alumínio hidratados de composição in- definida contendo minerais acessórios de ferro, silício, titânio, sódio e potás- sio. Os constituintes principais da bauxita podem ser: a gibsita [AI(OH)3], a bohemita [AIO(OH)] e o diásporo [HAIO2]. Quanto maior o teor em AI2O3, maiores serão as possibilidades de se obter uma bauxita de máxima ativa- ção. Por outro lado, outros componentes podem ser importantes para garan- tir as características mecânicas do produto final e, consequentemente, res- salta-se que toda e qualquer bauxita pode servir de matéria-prima inicial pa- ra a fabricação da bauxita ativada, não sendo sua qualidade Iimitante ao es- copo desse pedido de patente.

A qualidade da bauxita ativada utilizada no processo da presente invenção pode variar amplamente, mas de preferência utiliza-se uma bauxita

com as características químicas da ta bela abaixo: Óxido Teor AI2O3 40 a 85 Fe2O3 1,0 a 20,0 TiO2 0,5 a 4,0 SiO2 0,5 a 12,0 P.F. 0,00 a 6,0 Com maior preferência a bauxita ativada apresenta a composi-

Óxido Teor(%) AI2O3 56 a 80 Fe2O3 9,0a 16,0 TiO2 1,0 a 3,0 SiO2 3,0 a 12,0 P.F. 2,0 a 5,0

O processo de ativação térmica da bauxita para uso na presente invenção já é amplamente conhecido do estado da técnica e os parâmetros de operação podem ser prontamente determinados por um versado na téc- nica.

As bauxitas ativadas são produtos com características absorven- tes e adsorventes, utilizadas na purificação de óleos e gorduras, de parafi- nas, na eliminação de arsênio em águas potáveis, na eliminação de umida- de, cor e odor presentes em diferentes produtos, em sistemas de percolação ou contato. São produtos conhecidos e produzidos industrialmente há muito tempo. Seu processo de fabricação tradicional é amplamente descrito. Os dois produtos adsorventes mais comumente usados atualmente são: a argila ativada e a bauxita ativada. As bauxitas ativadas apresentam-se no mercado em três diferentes formatos de grão: angular, esférico e cilíndrico. O angular é aquele que se conhece há mais tempo. As bauxitas esféricas e extrudadas são de conhecimento relativamente recente. Todas essas bauxitas ativadas são obtidas a partir do minério de bauxita. A bauxita ativada angular é obtida geralmente a partir da bauxita calcinada, moída e classificada. A bauxita ati- vada esférica é obtida a partir de uma suspensão aquosa de bauxita moída, calcinada pela pulverização em calcinadores do tipo "flash". A bauxita ativa- da extrudada é obtida a partir da bauxita seca, moída e extrudada. Fisica- mente, o processo de ativação da bauxita se dá pela calcinação, sendo por isso também conhecida como bauxita termoativada. Uma bauxita ativada de boa qualidade deve apresentar uma alta

capacidade absortiva e adsortiva e, ao mesmo tempo, apresentar uma boa resistência mecânica.

Uma vantagem do presente processo de obtenção do biodiesel reside no fato de que ele permite que as bauxitas ativadas utilizadas nos dois sistemas de colunas sejam novamente reativadas por completo após o uso, nas próprias colunas. Para tanto, pode ser utilizado um sistema de combustão por ignição (elétrica ou por uma chama qualquer) o qual inicia, nas próprias colunas, um processo de combustão com temperaturas contro- ladas de 200°C a IOOO0C, ou preferencialmente de 400°C a 800°C ou mais preferencialmente de 500°C a 700°C, queimando-se óleos remanescentes, glicerinas e ácidos graxos no primeiro sistema e ésteres remanescentes no segundo sistema, contaminantes, se existirem, reativando assim novamente a bauxita contida nas colunas.

Um sistema de exaustão conduz os gases de combustão, inclu- sive vapor de água, através de filtros antes de lançá-los na atmosfera. Esse processo de reativação da bauxita pode se repetir inúme-

ras vezes (com um mínimo de 500 vezes) sendo somente necessárias pe- quenas adições de bauxita ativada virgem para completar possíveis perdas pela exaustão durante a queima.

A presente invenção apresenta a vantagem de revelar um pro- cesso simples, sem movimentação considerável de materiais, de fácil opera- cionalidade, além de não requerer a utilização de álcalis, ácidos, filtragens e tampouco catalisadores, e principalmente, sem contaminar o meio ambiente.

A principal matéria-prima da presente invenção é a bauxita ati- vada, totalmente renovável. É um processo muito mais econômico e viável frente àqueles disponíveis do estado da técnica.

À vantagem técnica já mencionada acima, soma-se o fato de que o estado da técnica revela processos extremamente complexos, reque- rendo várias etapas, gerando resíduos sólidos que carreiam óleo de valor econômico (diminuindo ainda o rendimento de obtenção do biodiesel) e, a- carretando problemas ambientais em função de sua eliminação, além do custo inicial de instalação maior, custos operacionais altos e em conseqüên- cia, maior custo final em comparação ao processo de acordo com a presente invenção.

Adicionalmente, considerando o processo contínuo de percola- ção de acordo com a presente invenção, esse permite uma maior economia de tempo e reduz significativamente perdas durante o processo.

Não obstante, considerando as instalações com custo bem re-

duzido frente às instalações tradicionais, torna-se mais fácil a viabilização e o desenvolvimento do processo junto às regiões produtoras de óleo.

A obtenção de combustíveis alternativos, como o biodiesel, a- presenta a vantagem sobre as demais fontes de energia por não esgotar o solo e não agredir o meio ambiente.

Usualmente, a bauxita é descartada em aterros industriais. Sa- be-se que a destinação final de resíduos industriais normalmente é o aterro industrial, contudo isso gera diversos inconvenientes ambientais, sem men- cionar o desperdício de um material que pode ser reutilizado e reciclado. A bauxita, de acordo com a presente invenção, é totalmente renovável, pro- porcionando melhorias significativas do ponto de vista ambiental.

Os exemplos ilustrativos apresentados a seguir servirão para melhor descrever a presente invenção. Entretanto, os dados e os procedi- mentos ilustrados referem-se meramente a algumas modalidades de concre- tização da presente invenção e não devem ser tomados como Iimitativos do escopo da mesma. Exemplo 1:

Óleo bruto de soja inicialmente estocado em um tanque (1), figu- ra 1, foi passado de forma contínua por uma coluna de vidro com jaqueta (2), empacotada com bauxita ativada de acordo com as seguintes característi- cas:

Quantidade utilizada de bauxita ativada = 300 gramas

Altura da coluna de vidro = 260 mm

Temperatura da bauxita na coluna = 70°C Temperatura do óleo de soja = 80°C

Tempo de percolação do óleo pela coluna de bauxita = 6 minu- tos e 53 segundos (3,2 cm/min) Resultados o 10 btidos: Tempo (min) AGL (%) Cor P (PPm) Vazão (g/min) Amarela Vermelha Azul 0 0,69 70 13 0,65 209,3 _ 0-3 0,05 46,7 6,9 0,6 _ 13,6 3-6 0,05 _ _ _ 31,6 12,1 6-63 0,6 _ _ _ 4,3 63-74 0,05 46,7 5,9 _ 3,8 3,1 102-114 0,07 _ _ _ _ 3,1 155-168 0,10 60 8,8 0,06 40,7 2,7 186-236 0,12 _ _ _ _ 1,6

Notas: AGL = Ácido Graxo Livre

P = Fósforo elementar

A seguir, o óleo clarificado e neutralizado pelo processo anterior, obtido com pureza de 97% foi levado para um outro tanque onde foi mistura- do com álcool etílico em uma proporção de 50 % de óleo purificado e 50 % de álcooL

Prosseguindo, a mistura de óleo e álcool etílico foi passada por um sistema similar ao da figura 2, de forma contínua por uma coluna empa- cotada com bauxita ativada preaquecida a 70°C a uma pressão de 2 Kgf/cm2 e um tempo de percolação de 4 minutos, coletando-se o biodiesel obtido em um recipiente coletor.

O biodiesel resultante foi caracterizado como adequado dentro das normas recomendadas pela ANP (Agência Nacional de Petróleo), en- contrando-se totalmente isento de borras, sabões, monoglicerídios, diglicerí- deos e triglicerídeos

Estudos estão em andamento comparando-se o óleo diesel ven- dido no mercado nacional como combustível e o mesmo óleo diesel, ao qual se adicionou 5% de biodiesel de acordo com a presente invenção.

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Até o momento, os resultados apontam para o fato de que cami- nhões rodando com o óleo diesel tradicional,ou aqueles rodando com um combustível obtido pela adição de 5% de biodiesel ao óleo diesel tradicional e sem nenhuma modificação em seus motores, até agora com mais de 50.000 km rodados cada um deles, apresentam aproximadamente o mesmo consumo de combustível em km/litro, demonstrando que o biodiesel tem ca- racterísticas similares ao diesel tradicional.

Claims (7)

1. Processo para obtenção de biodiesel, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: a) percolar óleos vegetais degomados e/ou gorduras vegetais e/ou gorduras animais em pelo menos uma coluna (2), figura 1, contendo bauxita termicamente ativada; b) misturar o óleo e/ou a gordura obtida na etapa a) com álcool metílico ou etílico, c) percolar a mistura óleo/álcool obtida na etapa b) em pelo me- nos uma coluna (6), figura 2, contendo bauxita termicamente ativada para obtenção do biodiesel.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o óleo vegetal é selecionado do grupo consistindo em óleos de soja, de milho, de algodão, de mamona, de amendoim, de girasol, de canola, de palma (dendê), de macaúba, de crambe, de pinhão manso.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a gordura animal é selecionada do grupo consistindo em gordu- ras ou sebos de boi, de porcos, de aves e de peixe.

4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe- Io fato de que, antes da etapa (b), compreende ainda as etapas de clarificar, neutralizar e eliminar os fosfatídeos dos óleos e gorduras obtidos na etapa a) para obtenção de um óleo com pureza de 95% a 100%, preferivelmente de 95% a 98% ou mais preferivelmente de 96% a 98%.

5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a bauxita utilizada nas etapas (a) e (c) compreende a seguinte Óxido Teor AI2O3 40 a 85 Fe2O3 1,0 a 20,0 TiO2 0,5 a 4,0 SiO2 0,5 a 12,0 P.F. 0,00 a 6,0

6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as etapas de percolação ocorrem de forma contínua.

7. Biodiesel, caracterizado pelo fato de ser obtido por um pro- cesso, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.