BR112016021665B1 - Biocombustível contendo acetais e óleos vegetais - Google Patents
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Abstract
composição de biocombustível a presente invenção diz respeito a combustíveis e pode ser usada na economia nacional como um combustível para motor que é equivalente, em suas propriedades físico-químicas, ao combustível para motor à base de petróleo. o resultado técnico da invenção consiste em produzir um biocombustível que permite aumentar a eficiência do processo de combustão durante o funcionamento do motor, aumentar a potência do motor e diminuir os tempos de aceleração. adicionalmente, o presente produto pode ser usado para: reduzir emissões tóxicas de um motor ao mesmo tempo em que reduz significativamente os custos por meio do uso de componentes que são à base de produtos baratos e amplamente acessíveis, providos por fontes materiais domésticas, incluindo fontes renováveis; melhorar as características do fluido em ambientes frios e aumentar o número de cetano. tal efeito é alcançado pelo fato de que o biocombustível consiste em uma mistura de dietilformal (40% a 80% em volume) e glicerídeos de ácidos graxos insaturados (20% a 60% em volume). quaisquer óleos vegetais são usados como os glicerídeos dos ácidos graxos insaturados.
Description
[0001] A presente invenção diz respeito aos combustíveis e pode ser usada na economia nacional como um combustível para motor que é equivalente, em suas características físico-químicas, ao combustível para motor à base de petróleo.
[0002] Os combustíveis utilizados atualmente para motores a diesel contêm componentes oriundos predominantemente do petróleo bruto.
[0003] Gás natural e dimetil-éter são usados como um combustível alternativo para motores a diesel. O principal ponto fraco de tal combustível é sua pouca compatibilidade com o óleo diesel, uma vez que este gera gases sob condições normais. Além disso, de maneira a operar o veículo com esses combustíveis alternativos, requer-se a sua modificação (dimetil-éter - Wikipedia).
[0004] Existe uma demanda, no que concerne uma composição de combustível de alta qualidade, por motores a diesel que contenham componentes de origem biológica e que também atendam aos requisitos da qualidade dos combustíveis a diesel quando operam sob quaisquer condições de temperatura. Ademais, o combustível deve ser seguro para o meio ambiente. Atualmente, o componente mais comum de origem biológica nos combustíveis é o éster metílico de semente de colza, ou RME (RU 2393209).
[0005] O ponto fraco do RME é sua alta viscosidade e seu alto ponto de fluidez, impossibilitando seu uso em temperaturas abaixo de zero. Um subproduto do RME é a glicerina, a qual pode causar alguns problemas no caso de um grande vazamento do produto. Ésteres oriundos de outros óleos vegetais e ésteres metílicos de ácido graxo podem ser produzidos de maneira similar, conhecidos, geralmente, por FAME (fatty acid methyl ester - éster metílico de ácido graxo). Tais “FAMEs” podem ser usados para as mesmas aplicações como o éster metílico de semente de colza, porém eles também têm um impacto negativo no que concerne a qualidade do combustível a diesel, particularmente quanto ao seu desempenho a baixas temperaturas, e, ainda, seu uso em combustíveis aumenta as emissões de óxidos de nitrogênio. Em alguns casos, FAMEs e RMEs provocam maiores emissões de partículas e geram fumaça quando é dada a partida a frio.
[0006] O pedido de patente WO 2001012581 (ano) descreve um método de produção de ésteres metílicos usados como combustível a diesel biológico, com base no qual misturas de ácidos graxos e triglicerídeos são esterificados em uma única fase. De acordo com este método, uma solução de ácidos graxos, triglicerídeos, álcool, catalisador ácido e co-solventes é produzida a uma temperatura abaixo do ponto de ebulição da solução. O co-solvente deve ser usado em quantidades, de maneira a garantir uma única fase, e, então, deixa-se por um tempo suficiente que a solução sofra esterificação catalisada por ácidos de ácidos graxos. Depois disso, o catalisador ácido é neutralizado, o catalisador alcalino é adicional para transesterificação de triglicerídeos e, por fim, os ésteres são removidos da solução. Ao fazer isso é possível obter biocombustível contendo ésteres com teor de glicerina de pelo 0,4% em peso.
[0007] O ponto fraco é a complexidade do processo e sua natureza de multiestágios, além do alto custo do produto.
[0008] Aquilo que mais se assemelha à invenção reivindicada é o pedido de patente US 6013114 (tomado como um protótipo). O combustível com óleo vegetal e componentes de acetais é proposto com ponto de inflamação superior a +550 °C (vide trecho 5 da fórmula).
[0009] A desvantagem desta invenção é o alto custo do produto. Álcoois (butanol) e outros maiores, os quais são bastante caros, são as matérias-primas para os acetais propostos. Portanto, acetais derivados desses álcoois também terão um alto custo. Formais à base de álcoois C4 e maiores têm relativos alto ponto de viscosidade e ponto de fluidez e, em mistura com óleos vegetais, não podem ser usados a baixas temperaturas. Além disso, os acetais descritos na patente não se referem a bioprodutos renováveis, logo aumentam o nível de emissões de gases do efeito estufa na atmosfera.
[00010] O objetivo da presente invenção é o de desenvolver um biocombustível alternativo que não contenha componente à base de petróleo, mas que tenha um alto número de cetano, o qual, juntamente com propriedades melhoradas de óleo diesel a baixa temperatura e durante a partida, inibe corrosão, é usado sem modificação do motor e tem uma exaustão que não agride o meio ambiente.
[00011] O resultado técnico da invenção é a melhoria do processo de combustão na operação do motor, o aumento da potência do motor e a redução do tempo de partida. Além disso, esse produto pode ser usado para reduzir as emissões nocivas do motor juntamente com significativa redução de custos ao usar componentes à base de produtos baratos e de larga escala disponíveis, providos com as matérias-primas domésticas, incluindo aquelas renováveis, adicionalmente com a melhoria do desempenho com o fluido frio e com o aumento do número de cetano.
[00012] Tal efeito pode ser alcançado por meio do biocombustível contendo dietilformal com 40% a 80% em volume e glicerídeos de ácidos graxos insaturados com 20% a 60% em volume. Quaisquer óleos vegetais são usados como glicerídeos de ácidos graxos insaturados.
[00013] Dietilformal usado pode aumentar o número de cetano do combustível a diesel até 60 pontos. Bioetanol (matérias-primas de menor custo) é uma matéria-prima para a síntese do dietilformal, permitindo redução do custo dos produtos.
[00014] Adicionalmente, os parâmetros físico-químicos do dietilformal excedem os do dibutilformal, permitindo a produção de combustível biodiesel com um ponto de fluidez inferior a 600 °C.
[00015] Sabe-se que o Diesel testado no motor é um óleo vegetal. Entretanto, o óleo vegetal tem ponto de viscosidade e ponto de fluidez altos, logo os ésteres metílicos de petróleo são predominantemente usados em todos o mundo. 30% dos custos são relativos ao processo de transesterificação do petróleo, em que o álcali é usado e subprodutos são gerados.
[00016] Em uso conjunto (mistura simples) de dietilformal e glicerídeos de ácidos graxos insaturados, 11 parâmetros da Norma Europeia EN 14214 para o biodiesel são melhorados. O dietilformal é um biocombustível que pode ser facilmente produzido a partir de bioetanol e biogás, de fontes de energia renováveis, por meio de métodos conhecidos de condensação de etanol e formaldeído (Himik.ru Chemical Encyclopaedia), e de formaldeído a partir de metano por meio do metanol (ru.wikipedia.org Methanol e Formaldehyde).
[00017] O uso do dietilformal em uma mistura de glicerídeos de ácidos graxos insaturados, para os quais os óleos vegetais são usados em uma quantidade de 20% a 60% em volume, permite produzir biocombustível com um alto número de cetano e características correspondentes à Norma Russa GOST R53605-2009, Norma Europeia EN 14214-2003 e Norma dos EUA ASTMD 6751. Nesse caso, a necessidade de transesterificação de óleos com metanol é eliminada, o que responde a 30% dos custos, e a necessidade por uso de subprodutos - resíduos de glicerina e de catalisador alcalino - também é eliminada (Marketing research of the biofuel market, Bioethanol and Biodiesel, May 18, 2012 Research Techart, p. 54). Um amplo uso de matérias-primas vegetais e renováveis tem um efeito benéfico sobre o meio ambiente como um todo.
[00018] Mostramos previamente que, com a concentração de DEP maior do que 40%, todos os óleos vegetais (milho, linhaça, colza e palma) atendem as normas para o parâmetro de viscosidade e têm viscosidade abaixo de 5 mm2/s.
[00019] Testes foram realizados no Toyota Carina E (lançado em 1994) com motor de dois litros a diesel a uma temperatura abaixo de -200 °C. 100% do combustível biodiesel foi cheio em um tanque vazio em uma quantidade de 20 litros, e o veículo foi operado por vários dias. Testes foram realizados em três amostras de combustível biodiesel contendo 40% a 80% de dietilformal (DEF) e 20% a 60% de óleo de girassol. Os resultados são mostrados na tabela abaixo.
[00020] O veículo operou adequadamente com todas as amostras testadas, sem quaisquer alterações significativas. Com concentração de dietilformal abaixo de 40%, o índice de viscosidade não atende às normas - mais do que 5 mm2/s, e com concentração de dietilformal maior do que 80%, a capacidade de contato com superfície sólida (gliding) diminui e o valor de aquecimento do combustível biodiesel é reduzida.
Claims (3)
1. Biocombustível contendo acetais e óleos vegetais, o biocombustível caracterizado pelo fato de ser uma mistura de dietilformal com 40% a 80% em volume e glicerídeos de ácidos graxos insaturados com 20% a 60% em volume, e o biocombustível exibe um ou mais dos seguintes parâmetros: i) uma densidade a 15°C variando entre 0,86 g/cm3 e 0,89 g/cm3, ii) uma viscosidade a 40°C variando entre 1,0 mm2/s e 4,3 mm2/s; e iii) um ponto de fluidez variando entre -48°C e -62°C.
2. Biocombustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dietilformal é usado como acetais.
3. Biocombustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que quaisquer óleos vegetais são usados como glicerídeos de ácidos graxos insaturados.
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