BR102022019345B1 - Processo de produção de biodiesel - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL. A invenção pertence ao setor tecnológico dos biocombustíveis, mais especificamente refere-se a um processo para produção de biodiesel de éster metílico de ácido graxo, de alta qualidade, apto para o consumo eficiente, em misturas ou puro, em motores de ignição por compressão (motores ciclo-diesel), inclusive em climas frios. O processo de produção de biodiesel apresenta etapas convencionais compostas por: obtenção da matéria-prima de origem vegetal (1) e origem animal (2), degomagem do óleo vegetal (3), refinamento da gordura animal (4), transesterificação (5), decantação do biodiesel e glicerina (6), acidulação do biodiesel (7), destilação do metanol e água do biodiesel (8), purificação do metanol (9), neutralização da glicerina (10), destilação do metanol e água da glicerina do biodiesel (11), obtenção da glicerina purificada (12) e filtração do biodiesel (13). As etapas extras de aditivação com antioxidantes (14), destilação do biodiesel (16), filtração com adsorção (17) e aditivação com melhorador de fluxo a frio (18) foram adicionadas ao processo convencional de produção e são fundamentais para a elaboração de um biodiesel de alta qualidade, com elevado potencial de utilização em misturas ou puro.

Description

Setor técnico

[001] A invenção pertence ao setor tecnológico dos biocombustíveis, mais especificamente refere-se a um processo para produção de biodiesel de éster metílico de ácido graxo, renovável, apto para o consumo eficiente em motores de ignição por compressão (motores ciclo-diesel).

Estado da técnica

[002] O Plano Decenal de Energia (PDE 2030) com o planejamento energético para 10 anos, indica que o setor de transporte continuará a ser o principal responsável pelas emissões de gases de efeito estufa (GEE), respondendo ao fim desse período por 45% do total de emissões. O relatório também mostra que os combustíveis mais representativos em termos de emissões GEE são o óleo diesel (38%), o gás natural (20%) e a gasolina (13%). O documento cita que “as maiores oportunidades de redução de emissões no consumo de energia ocorrerão com a substituição do diesel de origem fóssil e da gasolina no setor de transportes”. Neste contexto, a necessidade de diversificação e melhoria na qualidade dos biocombustíveis, de forma a fornecer para a população e indústria de transportes, alternativas com melhor custo-benefício, bem como redução nas emissões de GEE e poluentes atmosféricos, tem impulsionado pesquisas e investimentos que visam otimizar o processo de produção de biocombustíveis.

[003] O biodiesel é um combustível renovável que compreende uma mistura de ésteres alquil de ácidos graxos de cadeia longa, derivado da transesterificação de óleos vegetais ou gorduras animais com metanol ou etanol, na presença de um catalisador. A forma mais comum de transesterificação emprega metanol, produzindo biodiesel de éster metílico de ácido graxo (na sigla em inglês, FAME, Fatty Acid Methyl Ester). Como resultado, originam-se o biodiesel e glicerina. Porém, resíduos de glicerina, bem como outras impurezas, como solvente, catalisador, metanol, tri-, di- e monogliceróis, precisam ser removidos do produto final.

[004] Para que o biodiesel possa atender a demanda do mercado e consumidores, ser comercializado em larga escala, garantindo o adequado e sustentável desempenho do motor, além de contribuir para a redução de emissões de GEE, é fundamental que o biocombustível possua determinadas propriedades físicas e químicas que influenciam na qualidade do combustível, como, por exemplo, baixo teor de contaminantes, metais, glicerina residual, água, um alto conteúdo de ésteres e uma proporção adequada de aditivos. Além disso, são necessárias otimizações para a diminuição dos impactos gerados na produção do biodiesel, como o consumo de água e volume de efluentes líquidos. Dessa forma, esforços estão sendo empreendidos visando a otimização do processo produtivo, com melhoria na qualidade do combustível e redução dos impactos ambientais oriundos do processo industrial.

[005] O documento de patente WO17187237 divulga um método de produção do biodiesel a partir de gordura animal. O método não possui uma etapa de destilação para remoção da água residual proveniente da lavagem do biodiesel, permanecendo assim um conteúdo de água no produto. Da mesma forma, a ausência de etapas extras de adsorção e filtração acarreta um residual de contaminação total no biodiesel, o que pode influenciar negativamente o funcionamento dos motores e vida útil do combustível, além do impacto na emissão de gases de efeito estufa e particulados.

[006] O documento de patente WO2009061169 revela um processo para a obtenção de biodiesel com conversão da matéria-prima animal ou vegetal atingindo, pelo menos, 99 % de éster metílico de ácido graxo. O processo não descreve etapas extras de aditivação com antioxidantes e melhoradores de fluxo a frio (CFI), destilação do biodiesel e filtração com adsorção, tampouco indica substâncias químicas e concentrações dessas substâncias que poderiam proporcionar um biodiesel com alto teor de ésteres e baixa concentração de contaminantes e monoglicerídeos, ínfimo residual de diglicerídeos e triglicerídeos, isento de metais, além de um Ponto de Entupimento de Filtro a Frio (CFPP) de 0 a - 10°C.

[007] O documento WO2009143566 aborda a aditivação de biodiesel com éster de sacarídio ou polímeros destes ésteres de sacarídios para promover propriedades melhoradas ao biodiesel ou misturas de biodiesel com diesel. Embora seja citado o uso de éster de sacarídeo para baixar a temperatura mínima utilizável do biodiesel, o documento não cita o uso de antioxidantes ou outras substâncias químicas para controle da atividade oxidativa, nem o uso de melhoradores de fluxo a frio (CFI) ou suas concentrações para obtenção de um biodiesel com Ponto de Entupimento de Filtro a Frio (CFPP) de 0 a - 10°C.

[008] O documento não-patentário EDITH, O. et al.: “Factors Affecting the Cold Flow Behaviour of Biodiesel and Methods for Improvement - A Review”. Pertanika Journal of Science & Technology, v. 20, n.1, p. 1 - 14, 2012, cita o uso de materiais poliméricos (poliacrilato, polimetilacrilato, copolímero de etileno acetato de vinila (EVA)) como aditivos químicos melhoradores de fluxo a frio (CFI). O artigo de revisão não ensina qual das substâncias químicas divulgadas no estado da técnica e qual concentração dessa substância deve ser adicionada no processo industrial para proporcionar um biodiesel com Ponto de Entupimento de Filtro a Frio (CFPP) de 0 a - 10°C.

[009] O documento não-patentário YAMANE, K. et al.: “Effect of Additives in Various Biodiesels and Their Blends on Cold Flow Properties, Oxidation Stability and Diesel Exhaust Emissions”. SAE International Journal of Fuels and Lubricants. v. 6, n. 3, p.745-754, 2013, fornece estudos de performance de combustíveis aditivados com antioxidantes e CFI como, por exemplo, de Butil Hidroxi Anisol (BHA), alfatocoferol ou butil-hidroxi-tolueno (BHT) e terc-butil-hidroquinona (TBHQ) como aditivos antioxidantes. O documento não ensina qual das substâncias químicas divulgadas no estado da técnica e qual concentração dessa substância deve ser adicionada no processo para obtenção de um biodiesel com estabilidade oxidativa e CFPP de 0 a - 10°C.

Novidades e objetivo da invenção

[010] A presente invenção tem como objetivo apresentar um processo de produção de biodiesel de éster metílico de ácido graxo, renovável, de alta qualidade, apto para o consumo eficiente, em misturas ou puro, em motores de ignição por compressão (motores ciclo-diesel), inclusive em climas frios, ao mesmo tempo que possibilita uma melhor qualidade das emissões durante o processo de combustão.

[011] O processo de produção de biodiesel apresenta etapas convencionais compostas por: obtenção da matéria-prima, pré-tratamento do óleo vegetal e da gordura animal, transesterificação, decantação, acidulação, destilação do metanol e água do biodiesel, purificação do metanol, neutralização, destilação do metanol e água da glicerina do biodiesel e filtração do biodiesel. As etapas extras de aditivação com antioxidantes, destilação do biodiesel, filtração com adsorção e aditivação com CFI foram adicionadas ao processo convencional de produção e são fundamentais para a elaboração de um biodiesel de alta qualidade, com elevado potencial de utilização em misturas ou puro.

Vantagens e efeitos técnicos da invenção

[012] O processo de produção de biodiesel, objeto da invenção, resulta nas seguintes vantagens e alcança os seguintes efeitos técnicos sobre os incorporadores do estado da técnica: • As etapas extras de destilação e filtração com adsorção promovem a redução dos monoglicerídeos, diglicerídeos e triglicerídeos no biodiesel. Assim, a invenção apresenta elevado conteúdo de ésteres (> 99%), o que gera um impacto positivo no desempenho dos motores a combustão; • O reduzido conteúdo de enxofre, contaminação total e isenção de metais, alcançado pelas etapas de destilação e adsorção reduz o efeito que as emissões resultantes da queima podem causar na qualidade do ar; • A etapa de destilação também promove a remoção dos conteúdos de água, glicerol, metanol, acarretando maior durabilidade do sistema de combustão e do biodiesel durante a estocagem; • A adequada aditivação com antioxidantes (90 wt ppm a 500 wt ppm), com valores proporcionais à quantidade de matéria graxa (óleo e gordura) alimentada no processo, garante a estabilidade oxidativa e assim retarda a degradação do biodiesel durante a estocagem; • A utilização de aditivos para melhorar o escoamento do biodiesel a frio, com a incorporação de melhoradores de fluxo a frio (na sigla em inglês, CFI, Cold Flow Improvers), visa alterar a estrutura morfológica dos cristais de cera sólidos, precipitados na mistura, de modo que os cristais são menores em tamanho e mais fáceis de passar pelo filtro, evitando assim que eles obstruam os poros do sistema de filtração e ocasionem problemas na partida do motor quando o veículo fica parado em local de baixa temperatura. O incremento de aditivos CFI, com valores proporcionais à quantidade de matéria graxa (óleo e gordura) alimentada no processo, produz um biodiesel com um ponto de entupimento de filtro a frio (na sigla em inglês, CFPP, cold filter plugging point) de 0 a - 10°C. Assim, o biodiesel pode ser utilizado em regiões de clima frio, sem causar danos de entupimento em componentes do ciclo de combustão; • Apresenta um ótimo custo-benefício em comparação aos concorrentes, pois trata-se de uma solução intermediária entre o biodiesel (low cost) e o green diesel (high cost); • Representa uma solução mais sustentável e de baixo impacto ambiental quando comparado ao diesel fóssil.

Relação dos desenhos anexos

[013] A fim de que a presente invenção seja plenamente compreendida e levada à prática por qualquer técnico desse setor tecnológico, a mesma passa a ser descrita de forma clara, precisa e suficiente, com base no desenho anexo, abaixo listado: Figura 1 - ilustra as etapas do processo de produção de biodiesel de éster metílico de ácido graxo.

Descrição detalhada da invenção

[014] O processo de produção de biodiesel inicia-se com a obtenção da matéria- prima de origem vegetal (1) e origem animal (2). A matéria-prima utilizada na produção do biodiesel consiste em óleos e gorduras provenientes de fontes renováveis, como óleos vegetais, gorduras animais e UCO (used cooking oil). A origem e propriedades da matéria-prima são descritas na Tabela 1. Tabela 1. Propriedades da matéria-prima utilizada na produção do biodiesel. wt: peso (do inglês, weight) ppm: partes por milhão (do inglês, parts per million)

[015] A proporção de óleo processado nas etapas seguintes é determinada por três fatores: teor de ácidos graxos livres no óleo bruto, graus de Baumé do cáustico diluído e o volume necessário para uma neutralização completa e uma ótima eficácia de separação.

[016] A instalação tem como finalidade a geração de óleo vegetal degomado e neutralizado para uso no processo de biodiesel. Assim, o óleo vegetal é enviado para a etapa de degomagem (3) que tem como finalidade eliminar substâncias coloidais, proteínas e ácidos graxos livres e reduzir a acidez, pois altos índices de acidez diminuem o rendimento reacional.

[017] O óleo vegetal passa por uma etapa de pré-tratamento por degomagem (3), onde o óleo bruto é continuamente bombeado, em uma taxa constante, a partir da armazenagem através da bomba de alimentação de óleo bruto. O óleo é pré-aquecido pelo economizador e posteriormente aquecido com vapor no aquecedor de óleo bruto (faixa de 50°C a 75°C). Para remoção de fosfatídeos não-hidratáveis, ácido fosfórico ou ácido cítrico são adicionados em doses de 10 ppm a 1000 ppm. O ácido é misturado de forma intensa no misturador de ácido de alta intensidade. O óleo condicionado a ácido é tratado posteriormente com soda cáustica diluída de forma a saponificar os ácidos graxos livres presentes no óleo. O óleo flui através do aquecedor de separação para aquecer a mistura a fim de melhorar as condições necessárias para a separação na centrífuga de refino (faixa de 70°C a 95°C). O separador de refino remove fosfatídeos e conteúdos saponificáveis do óleo. Após deixar o separador, o óleo neutralizado adentra o tanque de terra de branqueamento que possui agitador para mistura, onde são adicionados auxiliares filtrantes. Os auxiliares filtrantes são compostos por diferentes substâncias, geralmente sólidas, que auxiliam na filtração de óleos e gorduras. As substâncias mais comuns são sílica, terra de diatomácea, fibra de celulose e argila. Alternativamente, também podem ser utilizados materiais mais sustentáveis, como fibra de coco e minérios reutilizáveis.

[018] Os auxiliares filtrantes agem como um absorvente para a remoção de sabão residual e/ou fosfolipídios do óleo antes deste entrar no secador de óleo, que opera sob vácuo. Então, o óleo adentra um dos dois filtros alternados para remoção do adsorvente. O óleo pré-tratado é então pré-resfriado em seu trajeto para a armazenagem via economizador (faixa de 30°C a 75°C).

[019] A gordura de origem animal é encaminhada para o pré-tratamento por refinamento (4), onde ocorre o processo de pré-tratamento de gordura animal, que utiliza uma lavagem contínua da gordura animal com água e ácido fosfórico diluído e uma posterior destilação da gordura animal para separação dos triglicerídeos dos ácidos graxos.

[020] Na etapa de lavagem durante o refinamento (4), a gordura animal é bombeada a uma taxa constante pela bomba de alimentação de gordura animal. Desta bomba, o fluxo segue para o conjunto de filtros bags para polimento e contenção de impurezas. A gordura continua seu fluxo pelo pré-economizador de gordura animal de entrada (trocador de calor que utiliza fluido do processo para resfriar/aquecer outra corrente do processo) e pelo pré-aquecedor de gordura animal de entrada, sendo aquecido indiretamente com vapor, enquanto o E-104 (trocador de calor ajustado para não ter TAGs no descritivo) é aquecido indiretamente com gordura animal aquecida (faixa de 50°C a 85°C). Deste ponto o percurso continua e a gordura recebe a corrente de água para lavagem, além de receber o ácido fosfórico ou ácido cítrico da bomba de dosagem de ácido. Então, a mistura é agitada vigorosamente por um misturador dinâmico de gordura animal e por um misturador estático antes de ser conduzida para o reator de lavagem.

[021] O fundo do reator de lavagem é encaminhado para a centrífuga, na qual, originam-se duas correntes: a fase leve (gordura animal lavada) e a fase pesada (água gordurosa). Este reator recebe, além da gordura animal acidificada, óleo recuperado da bomba de óleo e, se necessário, reciclo da fase leve da centrífuga separadora. A fase pesada desce por gravidade para o receptor de fase pesada para ser bombeada em seguida pela bomba de fase pesada até o decantador de água de lavagem, que tem como objetivo separar resquícios de gordura da água. A água, por ser mais densa, decanta e é reutilizada na lavagem, já a gordura - sobrenadante - escoa por gravidade para o tanque de óleo recuperado, para então retornar ao processo.

[022] A fase leve proveniente da centrífuga segue então para o tanque de mistura onde recebe o auxiliar de filtração e é aquecida indiretamente. Estando a gordura já aquecida, o produto adentra no novo secador de gordura animal que opera sob vácuo. A pressão de vácuo é alcançada com auxílio de um sistema de condensadores e ejetores, refrigerados com água da torre de resfriamento.

[023] Por fim, a gordura lavada e seca é bombeada do secador para a próxima etapa de filtração em filtros folha. O sistema realiza a pré-capa dos filtros auxiliados pelo tanque de pré-capa. A pré-capa é um processo de formação de uma camada fina de auxiliar sobre as placas dos filtros, para que os filtros da filtração não atravessem e saiam junto com o óleo final. A gordura após passar pelos filtros é então armazenada no receptor de filtrado, o qual é responsável pela estocagem temporária da gordura animal antes do início da etapa de destilação. No fundo desse tanque, uma bomba encaminha a gordura para um sistema de filtros de polimento para, enfim, ser armazenada no tanque intermediário de gordura.

[024] Na sequência ocorre a etapa reacional que consiste na transesterificação (5) de óleo vegetal ou gordura animal. Para a produção do biodiesel através da transesterificação de óleo vegetal e/ou gordura animal é utilizado 17% a 22% de metanol (teores baixo de umidade), na presença de 0,8% a 1,5% de catalisadores (Tabela 2), sendo todos valores proporcionais à quantidade de matéria graxa (óleo e gordura) alimentada no processo industrial.

[025] A transesterificação é realizada em um processo contínuo em três etapas, com reatores do tipo Reator de Tanque com Agitação Contínua (CSTR), dotados de agitação mecânica por pás em série, com reator tubular do tipo Reator de Fluxo em Pistão (PFR). Entre cada trem de reatores é realizada a separação das fases por diferença de densidade em decantadores estáticos. Essa sequência é repetida 4 vezes e, ao final, é promovida uma conversão completa dos triglicerídeos em biodiesel, mais a glicerina como subproduto. Estas etapas ocorrem na faixa de temperatura de 50°C a 75°C, com atmosfera de nitrogênio a uma pressão de 1,1 bar g. O tempo de residência é de 2h a 5h. Tabela 2. Proporção de catalisadores e metanol utilizados no processo de transesterificação.

[026] A decantação do biodiesel e glicerina (6) visa a separação física das correntes de biodiesel e glicerina por ação da gravidade. Devido a diferença de densidade, a fração de biodiesel é retida pela parte superior do vaso, enquanto a porção rica em glicerina pelo fundo. Na sequência, o biodiesel é encaminhado para o processo de acidulação (7) e a glicerina é encaminhada para o processo de neutralização (10).

[027] Após separação física do biodiesel, realizada na etapa de decantação (6), a corrente de glicerina é neutralizada (10).

[028] Na etapa de acidulação e lavagem (7) é realizado a reação do ácido mineral diluído com o catalisador homogêneo da fração de biodiesel, deste modo ocorrendo primeiramente a neutralização do catalisador e posteriormente a conversão dos sabões em ácidos graxos livres. Este processo ocorre em um reator PFR, sendo que posteriormente o biodiesel é separado da fração ácida em um decantador. A corrente ácida é destinada para o processo de neutralização da glicerina (10), enquanto a fração de biodiesel segue para a etapa de lavagem. Nessa etapa, o biodiesel é lavado com água, na proporção de aproximadamente 5% (Tabela 3), sendo todos valores proporcionais à quantidade de matéria graxa (óleo e gordura) alimentada no processo industrial. Esta etapa ocorre em um reator CSTR agitado por um sistema de edutores. A separação da fase aquosa do biodiesel dá-se a partir de um decantador. A fase rica em água é destinada para o tanque de mistura de ácido para reaproveitamento na diluição do ácido mineral na etapa de acidulação e a fase rica em biodiesel é destinada para a etapa de destilação do metanol e água do biodiesel (8) e purificação do metanol (9). Tabela 3. Quantidade de água e ácido mineral utilizados no processo de acidulação do biodiesel. *Valores proporcionais à quantidade de matéria graxa (óleo e gordura) alimentada no processo industrial.

[029] Na etapa de destilação do metanol e água do biodiesel (8), a corrente de biodiesel, após acidulação, passa por um sistema para remoção do metanol e água residual. A destilação é um processo físico de separação de misturas homogêneas. Essa técnica é amplamente aplicada na indústria e se baseia na diferença de temperatura de ebulição entre as substâncias que compõem a mistura. Desta forma, esta etapa de destilação visa a separação/vaporização de uma corrente de topo composta por metanol e água dos produtos de fundo (biodiesel). Após condensação, a corrente de metanol e água é destinada a purificação (9) do metanol para recuperação do mesmo em termos da especificação de alimentação da instalação.

[030] O início da etapa de destilação (8) se dá com a sucção da gordura armazenada no tanque intermediário através da bomba de alimentação do desaerador. O desaerador é um vaso flash para remoção de O2 dissolvido do óleo, uma vez que a presença de O2 pode causar incêndios dentro da coluna na etapa de desacidificação devido a temperatura e pressão do processo.

[031] Ao adentrar na instalação, a gordura é submetida a um conjunto de filtros cartucho antes de ser aquecida por dois trocadores de calor. O primeiro economizador do desaerador, aquece a gordura com óleo desacidificado proveniente da etapa final de destilação, enquanto o segundo trocador aquece o remanescente requerido utilizando vapor de baixa pressão antes de entrar no desaerador. O desaerador é um equipamento que opera sob vácuo e recebe vapor direto de baixa pressão a fim de remover ar e vapores indesejados da gordura antes de submetê-la a temperaturas mais elevadas. A bomba de descarga do desaerador, alimenta um duplo trem de economizadores do sistema de destilação de gordura animal.

[032] A gordura animal lavada e seca é pré-aquecida e encaminhada para o aquecedor final da destilação de gordura animal, o qual é aquecido com ajuda de fluido térmico advindo do aquecedor de fluido térmico. A gordura, agora na condição térmica apropriada para destilação dos ácidos graxos, entra na coluna de destilação de gordura animal. Uma coluna de destilação de casco duplo, empacotada com enchimento estruturado que compõem o interior da coluna, opera sob alto vácuo e com condensação direta interna dupla (lavador de gases duplo). Deste vaso, a corrente de fundo é retirada pela bomba de retirada de gordura animal, que envia o fluxo de gordura para os trens-economizadores, trocadores de calor em série. A coluna de destilação também possui injeção direta de vapor para facilitar o processo de separação dos ácidos graxos. Quanto ao vácuo, este é obtido por um sistema duplo de ejetores a vapor e uma bomba de vácuo de anel líquido. Acoplado ao topo da coluna de destilação, localiza-se o primeiro ejetor da coluna de destilação de gordura animal. O ejetor faz a sua descarga nos trocadores de calor em série (Intercondenser) e acoplado nesse mesmo condensador encontra-se o segundo ejetor da coluna de destilação de gordura animal que, na sequência, descarrega no condensador barométrico. O condensador descarrega o condensado na caixa barométrica. A água barométrica se mantém em circuito fechado no sistema, impulsionada pela bomba da caixa barométrica.

[033] A purificação do metanol (9), onde metanol úmido, nomeado assim em função da presença de água, é recuperado como metanol anidro, destilado a uma pureza de 99,95%, possuindo especificação ideal para ser admitido novamente no processo de transesterificação.

[034] A água purificada, produto resultante da destilação do metanol, também é reaproveitada no processo de lavagem do biodiesel, gerando, desta forma, um circuito fechado, evitando despejo de efluentes líquidos.

[035] A corrente de topo (metanol) precisa ser purificada em umidade, conforme especificação de entrada. A separação ocorre em apenas uma coluna de destilação (11), na qual tem-se a separação da corrente de metanol da fração de água e glicerina. Dentro da coluna, primeiramente ocorre a separação de uma corrente de água e metanol da glicerina, porém até atingir o topo da coluna (etapa de retificação), o metanol é completamente separado da água. Assim, no fundo da coluna obtém-se uma corrente de água e glicerina com baixo teor de metanol. A glicerina neutralizada passa por uma etapa de destilação e evaporação (11) para separação do metanol e água da glicerina. Após isso, a água é evaporada da glicerina, obtendo-se uma glicerina com aproximadamente 12% de umidade. Assim, obtêm-se a glicerina purificada (12).

[036] Após destilação (8), o biodiesel isento de metanol e água (conforme parâmetros da ANP), passa por um processo de filtração (13) para que sejam removidos sabões e impurezas, sendo adicionado auxiliar de filtração para isto. Este processo ocorre na faixa de temperatura de 10 a 40°C.

[037] A aditivação (14) do biodiesel com antioxidantes é realizada com a aplicação de soluções aquosas de ácido cítrico (C6H8O7), cloretos e carbonatos utilizando antioxidantes com concentração variando de acordo com os princípios ativos alfatocoferol ou butil-hidroxi-tolueno (BHT) ou terc-butil-hidroquinona (TBHQ). Os antioxidantes utilizados na produção do biodiesel são descritos na Tabela 4. Tabela 4. Especificações dos antioxidantes utilizados na produção do biodiesel. *Valores proporcionais à quantidade de matéria graxa (óleo e gordura) alimentada no processo industrial. wt: peso (do inglês, weight) ppm: partes por milhão (do inglês, parts per million)

[038] Após esta etapa, o biodiesel está de acordo com os parâmetros de qualidade exigidos pelo mercado e pela ANP e é destinado ao armazenamento (tancagem do biodiesel) (15).

[039] Para a produção da presente invenção são necessárias etapas adicionais de destilação e filtração com adsorção dos ésteres de óleos vegetais e gorduras animais. O biodiesel é destinado para o processo de destilação (16). Nesta etapa, o biodiesel é aquecido e destilado em uma coluna que opera de 170°C a 250°C a uma pressão de vácuo de 1 a 60 mbar(a). Deste modo, o biodiesel é vaporizado e destilado pelo topo, separando-se das moléculas de mono, di e triglicerídeos (produto de fundo). O biodiesel de topo é condensado e resfriado a temperaturas de 20°C a 50°C, através de troca térmica com correntes de processo e água de resfriamento. Assim, o biodiesel após condensação, apresenta alta pureza, alto teor de ésteres e baixo teor de enxofre e, então, o biodiesel é encaminhado para a etapa de filtração com adsorção (17).

[040] Na etapa de filtração com adsorção (17) é acrescentado adsorvente e misturado com o biodiesel resultante da destilação (16). A adsorção é o processo físico-químico no qual as moléculas ficam retidas sobre a superfície de outra substância, geralmente sólidas (adsorventes), que promovem a retenção dessas substâncias. No caso do processo é utilizado um auxiliar de filtração para que a etapa de adsorção ocorra. Esse fenômeno de interface ocorre somente na superfície do material, assim o adsorbato ou adsorvato (substâncias líquidas ou gasosas, ficam retidas na superfície de um sólido adsorvente). Ou seja, impurezas residuais, ainda presentes na corrente de biodiesel destilado são removidas da corrente. Esse fenômeno de interface ocorre somente na superfície do material, assim o adsorbato não é transferido para o interior do absorvente.

[041] A etapa de filtração com adsorção (17) utiliza um ultra-refino com agente adsorvente e aditivos químicos (aditivos que melhoram a performance dos agentes adsorventes), permite uma purificação adicional do biodiesel destilado, removendo as impurezas residuais. O ácido cítrico, cloretos e carbonatos são os aditivos mais comuns utilizados, porém são dependentes do fabricante do auxiliar de filtração utilizado. Assim, tem-se a produção de um biodiesel, utilizando um adsorvente comum e acessível, com teor de enxofre ultrabaixo (na sigla em inglês, ULSD, Ultra Low Sulfur Diesel), menor do que 10 ppm, com uma coloração levemente amarelada, quase incolor.

[042] Para a produção da invenção, também é realizada a aditivação do biodiesel com melhoradores de fluxo a frio (CFI) (18). Estes CFI são soluções benzênicas ou naftênicas de compostos derivados de polialfa olefina (PAO); polimetilacrilato (PMA); copolímero de etileno acetato de vinila (EVA); anidrido polimaleico hidrolisado (HPMA); copolímeros de alquil benzoatos com formaldeídos e alquil fenóis. São aplicados aditivos CFI conforme descrito na Tabela 5. Estes aditivos alteram a estrutura morfológica dos cristais de cera precipitados na mistura, fazendo com que o conteúdo de cristais ortorrômbicos precipitados seja reduzido, bem como o número de cristais monoclínicos. As estruturas monoclínicas apresentam características de não fácil agregação, ou seja, pela forma parecida a uma agulha, seus conglomerados não crescem rapidamente. Desta forma, tendem a retardar a formação da estrutura cerosa da rede tridimensional, de modo que os cristais são menores em tamanho e mais fáceis de passar pelo filtro. Tabela 5. Especificações dos aditivos melhoradores de fluxo a frio (CFI) utilizados na produção do biodiesel. *Valores proporcionais à quantidade de matéria graxa (óleo e gordura) alimentada no processo industrial.

[043] As etapas extras de destilação (16) e filtração com adsorção (17) foram adicionadas ao processo convencional de produção de biodiesel. Essas etapas fazem com que a invenção apresente características para a produção de biodiesel (19), com elevado potencial de utilização em misturas com o diesel comercial ou puro, representando uma solução intermediária entre o biodiesel (low cost) e green diesel (high cost).

Claims (5)

1 - “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL” que compreende as seguintes etapas: - etapa de obtenção da matéria-prima de origem vegetal (1) e origem animal (2); - etapa de degomagem do óleo vegetal (3); - etapa de refinamento da gordura animal (4); - etapa de transesterificação (5) de óleos vegetais e gorduras animais; - etapa de decantação do biodiesel e glicerina (6); - etapa de acidulação e lavagem (7) do biodiesel; - etapa de destilação do metanol e água do biodiesel (8); - etapa de purificação do metanol (9); - etapa de neutralização da glicerina (10); - etapa de destilação do metanol e água da glicerina (11); - obtenção da glicerina purificada (12); - etapa de filtração do biodiesel (13); caracterizado por compreender as seguintes etapas adicionais: - etapa de aditivação com antioxidantes (14), compreendendo a aplicação de soluções aquosas de ácido cítrico, cloretos e carbonatos utilizando antioxidantes com os princípios ativos alfatocoferol ou butil-hidroxi-tolueno (BHT) ou terc-butil- hidroquinona (TBHQ); - etapa de destilação do biodiesel (16); - etapa de filtração com adsorção (17); - etapa de aditivação com melhorador de fluxo a frio (18).

2 - “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a etapa de aditivação do biodiesel com alfatocoferol ou butil-hidroxi-tolueno (BHT) ou terc-butil-hidroquinona (TBHQ) na proporção de 90 wt ppm a 500 wt ppm.

3 - “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser o biodiesel durante a etapa de destilação (16) aquecido e destilado em uma coluna que opera de 170°C a 250°C a uma pressão de vácuo de 1 a 60 mbar(a), sendo o biodiesel vaporizado e destilado pelo topo, separando-se das moléculas de mono, di e triglicerídeos (produto de fundo) e o biodiesel de topo é condensado e resfriado a temperaturas de 20°C a 50°C, através de troca térmica com correntes de processo e água de resfriamento.

4 - “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser na etapa de filtração do biodiesel (17) acrescentado adsorvente e misturado com o biodiesel resultante da destilação (16) sendo utilizado como auxiliar de filtração um ultra-refino com agente adsorvente e aditivos químicos selecionados dentre ácido cítrico, cloretos e carbonatos.

5 - “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser a aditivação do biodiesel com melhoradores de fluxo a frio (18) que são soluções benzênicas ou naftênicas de compostos derivados de polialfa olefina (PAO); polimetilacrilato (PMA); copolímero de etileno acetato de vinila (EVA); anidrido polimaleico hidrolisado (HPMA); copolímeros de alquil benzoatos com formaldeídos e alquil fenóis na proporção de 10 ppmv a 1200 ppmv.