BR112018015196B1

BR112018015196B1 - Reator de plasma e processo para alimentação de fluxo de compostos reagentes a um reator e descarga de plasma

Info

Publication number: BR112018015196B1
Application number: BR112018015196-3A
Authority: BR
Inventors: Xiao Wu; Shaobo Deng; Jun Zhu
Original assignee: Regents Of The University Of Minnesota
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2022-11-22
Also published as: CN114630478A; BR112018015196A2; US20190030509A1; US20230271156A1; WO2017132242A1; CA3012648A1; US11679369B2; EP3408020A1; CN109689198A; CN109689198B

Abstract

Processo que compreende a alimentação de fluxo de compostos reagentes a um reator e descarga de plasma líquido no fluxo de reagentes no reator, em que o plasma inicia ou acelera reação dos compostos reagentes para formar uma composição de produto. O reator pode compreender uma ou mais câmaras, um eletrodo de alta tensão posicionado em primeira parte de uma ou mais câmaras, um eletrodo de solo posicionado em segunda parte de uma ou mais câmaras e uma placa dielétrica entre o eletrodo de solo e o eletrodo de alta tensão que compreende aberturas através das quais o fluxo de reagentes pode passar da primeira parte para a segunda parte ou da segunda parte para a primeira parte. A descarga do plasma pode incluir o fornecimento de energia elétrica para o eletrodo de alta tensão, de tal forma que o plasma seja descarregado quando o fluxo de reagentes flui através das aberturas.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a um reator de plasma e a um processo para alimentação de fluxo de compostos reagentes a um reator e descarga de plasma.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Como combustível renovável, o biodiesel tornou-se alternativa atraente para o óleo diesel com base em petróleo. Biodiesel tipicamente possui queima mais limpa que o diesel com base em petróleo e é formado por meio de tecnologias de transesterificação maduras que se encontram em amplo uso desde a década de 1990. Como resultado, a produção industrial de biodiesel em larga escala vem sendo amplamente promovida nos Estados Unidos da América para abordar desafios da independência de energia, prosperidade econômica e sustentabilidade ambiental.

[003] Tradicionalmente, óleo vegetal e/ou gorduras animais têm sido a principal matéria-prima para a produção de biodiesel global. A síntese de biodiesel a partir de óleo vegetal e gorduras animais é uma reação química simples assistida por catalisador entre o triglicerídeo nos óleos ou gorduras (lipídios) e álcool que divide as moléculas de lipídio, de forma que o álcool possa combinar-se com os ésteres separados resultantes para reduzir a viscosidade do produto de óleo. A reação geral é tipicamente denominada “transesterificação”.

[004] A competitividade do biodiesel com relação ao diesel com base em petróleo depende principalmente do custo da matéria-prima de biomassa, tal como óleo vegetal, gorduras animais ou ambos. Recentemente, em uma instalação típica de produção de biodiesel, por exemplo, pelo menos cerca de 70-80% do custo depende do preço da matéria-prima de biomassa, em que os 20-30% restantes dependem dos custos de operação da tecnologia de conversão. Embora o uso de gorduras animais e óleos de cozinha residuais reciclados possa reduzir os custos de matéria-prima, pode ser importante aprimorar o processo de síntese para atingir produção econômica de biodiesel em larga escala. Os métodos convencionais de produção de biodiesel podem incluir a chamada transesterificação catalítica “homogênea” que inclui aquecimento acima no fluxo (por exemplo, até mais de 60 °C), agitação mecânica, longo tempo de reação (por exemplo, até duas a quatro horas), altos níveis de reagentes (por exemplo, álcoois), processos de purificação e separação posteriores com uso intensivo de energia e a mão de obra para operação em bateladas. Processos de transesterificação homogênea tendem a apresentar eficiências que dificultam a competitividade do preço do biodiesel resultante com relação ao óleo diesel com base em petróleo. Além disso, a operação de transesterificação homogênea de forma ambientalmente adequada pode também ser um desafio.

[005] Foram conduzidas extensas pesquisas para desenvolver tecnologias mais econômicas e ambientalmente adequadas de conversão de matéria-prima de biomassa, tal como óleo vegetal ou gorduras animais, como transesterificação catalítica heterogênea, transesterificação catalítica enzimática e transesterificação de metanol supercrítica. As limitações de transferência de massa causadas por problemas de difusão entre as fases dificultaram a utilidade e o estabelecimento dessas tecnologias.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[006] Os desenhos, que não se encontram necessariamente em escala, ilustram de forma geral, como exemplos, mas não em forma limitadora, diversas realizações discutidas na presente invenção.

[007] A Fig. 1 é um fluxograma de processo esquemático de um exemplo de processo de produção de biodiesel a partir de matéria-prima contendo um ou mais reagentes com base em lipídios, tal como um ou ambos dentre óleo vegetal ou gorduras animais.

[008] A Fig. 2 é um fluxograma de processo esquemático de um segundo exemplo de processo de produção de biodiesel a partir de matéria- prima contendo um ou mais reagentes com base em lipídios.

[009] A Fig. 3 é um fluxograma de processo esquemático de um terceiro exemplo de processo de produção de biodiesel a partir de matéria- prima contendo um ou mais reagentes com base em lipídios.

[0010] A Fig. 4 é uma vista transversal conceitual de um exemplo de reator capaz de descarregar plasma líquido em um fluxo de reagentes, por exemplo, para uso em um ou mais dos processos das Figs. 1-3.

[0011] A Fig. 5 é uma vista transversal conceitual de um segundo exemplo de reator capaz de descarregar plasma líquido em um fluxo de reagentes, por exemplo, para uso em um ou mais dos processos das Figs. 1-3.

[0012] A Fig. 6 é uma vista transversal conceitual de um terceiro exemplo de reator capaz de descarregar plasma líquido em um fluxo de reagentes, por exemplo, para uso em um ou mais dos processos das Figs. 1-3.

[0013] A Fig. 7 é uma vista transversal conceitual de um reator alternativo capaz de descarregar plasma líquido em um fluxo de reagentes, por exemplo, para uso em um ou mais dos processos das Figs. 1-3, em que o reator alternativo da Fig. 7 é similar ao terceiro exemplo de reator da Fig. 6, mas com configuração diferente de um ou mais eletrodos no reator, outro exemplo de reator que gera plasma líquido que compreende eletrodos de bastão.

[0014] A Fig. 8 é uma vista transversal conceitual de um quarto exemplo de reator capaz de descarregar plasma líquido em um fluxo de reagentes, por exemplo, para uso em um ou mais dos processos das Figs. 1-3.

[0015] A Fig. 9 é uma vista transversal conceitual de um quinto exemplo de reator capaz de descarregar plasma líquido em um fluxo de reagentes, por exemplo, para uso em um ou mais dos processos das Figs. 1-3.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0016] A presente invenção descreve um processo de produção de biodiesel a partir de um ou mais reagentes com base em lipídios, tais como ambos dentre um ou mais óleos ou uma ou mais gorduras, utilizando um reator capaz de gerar descarga de plasma líquido no fluxo de reagente.

[0017] A presente invenção descreve um reator de plasma para geração de descarga de plasma estável. Em um exemplo, o reator de plasma compreende um abrigo que define uma ou mais câmaras internas, um eletrodo de alta tensão posicionado ao menos parcialmente em primeira parte de uma ou mais câmaras ou perto dela, primeiro eletrodo de solo posicionado ao menos parcialmente em segunda parte de uma ou mais câmaras ou perto dela, em que a segunda parte está localizada sobre primeiro lado do eletrodo de alta tensão, primeira placa dielétrica entre o primeiro eletrodo de solo e o eletrodo de alta tensão, em que a primeira placa dielétrica compreende uma ou mais primeiras aberturas através das quais pode passar um fluxo de reação da primeira parte para a segunda parte ou da segunda parte para a primeira parte, uma entrada de alimentação para alimentar o fluxo de reação para uma ou mais câmaras e uma saída de produto para retirada do fluxo de reação de uma ou mais câmaras.

[0018] A presente invenção também descreve um processo de produção de composição de produto. Em um exemplo, o processo compreende a alimentação de fluxo de reagentes que compreende um ou mais compostos reagentes a um reator de plasma e descarga de plasma líquido no fluxo de reagentes no reator de plasma, em que o plasma líquido inicia ou acelera reação de pelo menos um dentre um ou mais compostos reagentes para formar uma composição de produto. Em um exemplo, o reator de plasma utilizado no processo compreende um abrigo que define uma ou mais câmaras internas, um eletrodo de alta tensão posicionado ao menos parcialmente em primeira parte de uma ou mais câmaras ou perto dela, primeiro eletrodo de solo posicionado ao menos parcialmente em segunda parte de uma ou mais câmaras ou perto dela, em que a segunda parte está localizada sobre primeiro lado do eletrodo de alta tensão, e primeira placa dielétrica entre o primeiro eletrodo de solo e o eletrodo de alta tensão e a primeira placa dielétrica compreende uma ou mais primeiras aberturas através das quais o fluxo de reagentes pode passar da primeira parte para a segunda parte ou da segunda parte para a primeira parte. Neste exemplo, a descarga do plasma líquido para o fluxo de reagentes compreende o fornecimento de energia elétrica pelo menos para o eletrodo de alta tensão, de forma que o plasma líquido seja descarregado no local onde o fluxo de reagentes flui através de uma ou mais primeiras aberturas ou perto dele.

[0019] Será feita agora referência detalhada a certas realizações do objeto revelado, cujos exemplos são parcialmente ilustrados nas figuras anexas. Embora o objeto revelado seja descrito em conjunto com as reivindicações indicadas, compreender-se-á que o objeto exemplificado não se destina a limitar as reivindicações para o objeto revelado.

[0020] A descrição detalhada a seguir inclui referências às figuras anexas, que fazem parte da descrição detalhada. As figuras exibem, como forma de ilustração, realizações específicas nas quais se pode praticar a presente invenção. Estas realizações, que são denominadas no presente “exemplos”, são descritas em detalhes suficientes para permitir que os técnicos no assunto pratiquem a presente invenção. Os exemplos de realização podem ser combinados, outras realizações podem ser utilizadas ou alterações lógicas e estruturais podem ser realizadas sem abandonar o escopo da presente invenção. Embora o objeto revelado seja descrito em conjunto com as reivindicações indicadas, compreender-se-á que o objeto exemplificado não se destina a limitar as reivindicações para o objeto revelado. A descrição detalhada a seguir não deve, portanto, ser tomada em sentido limitador e o escopo da presente invenção é definido pelas reivindicações anexas e seus equivalentes.

[0021] Referências no relatório descritivo a “uma realização”, “realização”, “exemplo de realização” etc. indicam que a realização descrita pode incluir uma característica, estrutura ou função específica, mas cada realização pode não incluir necessariamente a característica, estrutura ou função específica. Além disso, essas expressões não se referem necessariamente à mesma realização. Adicionalmente, quando uma função, estrutura ou característica específica for descrita com relação a uma realização, compreende-se que se encontra dentro do conhecimento dos técnicos no assunto como afetar essa função, estrutura ou característica com relação a outras realizações, sejam elas explicitamente descritas ou não.

[0022] Os valores expressos em forma de faixa deverão ser interpretados de maneira flexível para incluir não apenas os valores numéricos explicitamente indicados como limites da faixa, mas também para incluir todos os valores numéricos individuais ou subfaixas englobados naquela faixa, como se cada valor numérico e subfaixa fossem explicitamente indicados. Faixa de “cerca de 0,1% a cerca de 5%” ou “cerca de 0,1% a 5%”, por exemplo, deverá ser interpretada como incluindo não apenas cerca de 0,1% a cerca de 5%, mas também os valores individuais (por exemplo, pelo menos cerca de 1%, pelo menos cerca de 2%, pelo menos cerca de 3% e 4%) e as subfaixas (por exemplo, 0,1% a 0,5%, pelo menos cerca de 1,1% a 2,2%, pelo menos cerca de 3,3% a 4,4%) dentro da faixa indicada. A indicação “cerca de X a Y” possui o mesmo significado de “cerca de X a cerca de Y”, a menos que indicado em contrário. De forma similar, a indicação “cerca de X, Y ou cerca de Z” possui o mesmo significado de “cerca de X, cerca de Y ou cerca de Z”, a menos que indicado em contrário.

[0023] No presente documento, os termos “um”, “uma” e “o/a” são utilizados para incluir um ou mais de um, a menos que o contexto indique claramente o contrário. O termo “ou” é utilizado para indicar “ou” não exclusivo, a menos que indicado em contrário. A indicação “pelo menos um dentre A e B” possui o mesmo significado de “A, B ou A e B”. Além disso, deve-se compreender que a fraseologia ou terminologia empregada no presente, e não definida em contrário, destina-se unicamente ao propósito de descrição e não de limitação. Qualquer uso dos títulos de seção destina-se a auxiliar a leitura do documento e não se destina a ser interpretado como limitador; informações que são relevantes para um título de seção podem ocorrer dentro ou fora daquela seção específica. Pode-se utilizar ponto como delimitador ou separador de grupos de dígitos à esquerda ou à direita de uma vírgula decimal; “0,000.1”, por exemplo, é equivalente a “0,0001”. Todas as publicações, patentes e documentos de patentes indicados no presente são integralmente incorporados ao presente como referência, como se incorporados individualmente como referência. No caso de usos inconsistentes entre este documento e os documentos incorporados como referência, o uso na referência incorporada deverá ser considerado suplementar ao do presente documento; para inconsistências irreconciliáveis, prevalece o uso neste documento.

[0024] Nos métodos descritos no presente, as etapas podem ser conduzidas em qualquer ordem, sem abandonar o escopo da presente invenção, exceto quando se indicar explicitamente uma sequência temporal ou operacional. A indicação em uma reivindicação de que uma etapa é realizada em primeiro lugar e diversas outras etapas são realizadas subsequentemente deverá ser interpretada como indicando que a primeira etapa é realizada antes de qualquer uma das outras etapas, mas as demais etapas podem ser realizadas em qualquer sequência apropriada, a menos que uma sequência seja adicionalmente indicada nas demais etapas. Elementos de reivindicações que indiquem “Etapa A, Etapa B, Etapa C, Etapa D e Etapa E”, por exemplo, deverão ser interpretados como indicando que a etapa A é conduzida em primeiro lugar, a etapa E é conduzida em último lugar, as etapas B, C e D podem ser conduzidas em qualquer sequência entre as etapas A e E e a sequência ainda se enquadra dentro do escopo literal do processo reivindicado. Uma dada etapa ou um subconjunto de etapas podem também ser repetidos.

[0025] Além disso, etapas especificadas podem ser conduzidas simultaneamente, a menos que expressões de reivindicações explícitas indiquem que elas sejam conduzidas separadamente. Uma etapa reivindicada de realização de X e uma etapa reivindicada de realização de Y, por exemplo, podem ser conduzidas simultaneamente em uma única operação e o processo resultante enquadrar-se-á dentro do escopo literal do processo reivindicado.

[0026] A expressão “cerca de”, da forma utilizada no presente, pode permitir grau de variabilidade em valor ou faixa, por exemplo, até 10%, até 5% ou até 1% de um valor indicado ou de um limite indicado de uma faixa.

[0027] O termo “substancialmente”, da forma utilizada no presente, refere-se à maioria ou maior parte, como em pelo menos cerca de 50%, pelo menos cerca de 60%, pelo menos cerca de 70%, pelo menos cerca de 80%, pelo menos cerca de 90%, pelo menos cerca de 95%, pelo menos cerca de 96%, pelo menos cerca de 97%, pelo menos cerca de 98%, pelo menos cerca de 99%, pelo menos cerca de 99,5%, pelo menos cerca de 99,9%, pelo menos cerca de 99,99%, pelo menos cerca de 99,999% ou mais.

DEFINIÇÕES

[0028] Deve-se compreender que a fraseologia ou terminologia empregada no presente, e não definida em contrário, destina-se unicamente ao propósito de descrição e não de limitação. Qualquer uso dos títulos de seção destina-se a auxiliar a leitura do documento, não se destina a ser interpretado como limitador e informações que são relevantes para um título de seção podem ocorrer dentro ou fora daquela seção específica. Todas as publicações, patentes e documentos de patentes indicados no presente são integralmente incorporados ao presente como referência, como se incorporados individualmente como referência. No caso de usos inconsistentes entre este documento e os documentos incorporados como referência, o uso na referência incorporada deverá ser considerado suplementar ao do presente documento; para inconsistências irreconciliáveis, prevalece o uso neste documento.

[0029] A expressão “grupo orgânico”, da forma utilizada no presente, indica, mas sem limitações, qualquer grupo funcional que contém carbono. Um grupo que contém oxigênio tal como grupo alcóxi, grupo arilóxi, grupo aralquilóxi, grupo oxo(carbonila), grupo carboxila que inclui ácido carboxílico, carboxilato e éster de carboxilato; grupo que contém enxofre tal como grupo sulfeto de alquila e arila; e outros grupos que contêm heteroátomos. Exemplos não limitadores de grupos orgânicos incluem OR, OOR, OC(O)N(R)2, CN, CF3, OCF3, R, C(O), metilenodióxi, etilenodióxi, N(R)2, SR, SOR, SO2R, SO2N(R)2, SO3R, C(O)R, C(O)C(O)R, C(O)CH2C(O)R, C(S)R, C(O)OR, OC(O)R, C(O)N(R)2, OC(O)N(R)2, C(S)N(R)2, (CH2)0-2N(R)C(O)R, (CH2)0-2N(R)N(R)2, N(R)N(R)C(O)R, N(R)N(R)C(O)OR, N(R)N(R)CON(R)2, N(R)SO2R, N(R)SO2N(R)2, N(R)C(O)OR, N(R)C(O)R, N(R)C(S)R, N(R)C(O)N(R)2, N(R)C(S)N(R)2, N(COR)COR, N(OR)R, C(=NH)N(R)2, C(O)N(OR)R ou C(=NOR)R, em que R pode ser hidrogênio (em exemplos que incluem outros átomos de carbono) ou uma porção com base em carbono e a própria porção com base em carbono pode ser adicionalmente substituída.

[0030] O termo “composição”, da forma utilizada no presente, designa um produto químico, composto, substância, mistura ou combinação de dois ou mais desses produtos químicos, compostos ou substâncias.

[0031] O termo “solvente”, da forma utilizada no presente, designa um líquido que pode dissolver um sólido, outro líquido ou gás. Exemplos não limitadores de solventes são silicones, compostos orgânicos, água, álcoois, líquidos iônicos e fluidos supercríticos.

[0032] A expressão “temperatura ambiente”, da forma utilizada no presente, designa temperatura de cerca de 15 °C a cerca de 28 °C.

[0033] A expressão "pressão e temperatura padrão”, da forma utilizada no presente, designa 20 °C e 101 kPa.

SISTEMA DE SÍNTESE DE BIODIESEL

[0034] A presente invenção descreve diversas realizações de um dispositivo que descarrega plasma líquido para uso na produção de biodiesel. Os métodos e dispositivos de descarga de plasma líquido descritos no presente fornecem produção sustentável de biodiesel. O dispositivo de descarga de plasma líquido pode, por exemplo, fornecer um processo de plasma líquido alimentado por corrente alternada (“AC”). Sob tensões suficientemente altas, tais como cerca de 3 quilovolts (kV) a cerca de 30 kV, a energia associada à descarga elétrica no fluxo de reação é suficiente para decompor a ligação química em um ou mais dentre óleos, gorduras ou álcoois. Em alguns exemplos, o plasma líquido gerado induz reação de transesterificação e fornece a energia necessária para completar a reação para síntese de biodiesel. Os inventores descobriram que um sistema de reação que inclui dispositivo de descarga de plasma líquido conforme descrito no presente é capaz de gerar plasma líquido para síntese bem-sucedida de biodiesel utilizando fonte de energia AC pequena e barata, em vez de fonte de energia de pulso de alto custo e grandes dimensões. Os inventores também descobriram que, ao utilizar-se um sistema que inclui um dispositivo de descarga de plasma líquido descrito no presente, é possível a produção contínua de biodiesel de alta qualidade a partir de substratos renováveis que contêm óleo. Os inventores também descobriram que a tecnologia de descarga de plasma líquido descrita no presente oferece vantagens sobre métodos convencionais e outros disponíveis para síntese de biodiesel, incluindo pelo menos um e, em alguns exemplos, todos dentre: seletividade de matéria-prima aprimorada, rápida reação (por exemplo, pelo menos cerca de um segundo ou menos), pouco ou nenhum aquecimento prévio necessário e necessidade significativamente reduzida de separação ou purificação do fluxo de produto resultante. Também é descrito no presente um processo de produção de biodiesel utilizando plasma líquido descarregado na mistura de reagentes como fonte de energia para a reação de transesterificação.

[0035] Conforme indicado acima, em alguns exemplos, biodiesel é formado por meio da transesterificação de biomassa com base em lipídios, tal como óleo vegetal, gorduras animais ou ambos. Em um exemplo, a biomassa com base em lipídios reage com um álcool, tipicamente metanol (CH3OH), na presença de catalisador por meio da Reação geral [1].

[0036] A Fig. 1 é um fluxograma esquemático de um exemplo de processo 10 de produção de biodiesel utilizando tecnologia de plasma líquido, conforme resumido acima. Em um exemplo, o processo de produção de biodiesel 10 inclui matéria-prima de biomassa 12 que é alimentada para um reator 20 que pode descarregar plasma estável na mistura de reagentes que é alimentada para o reator 20. Por esta razão, o reator 20 será denominado a seguir “reator de plasma líquido 20” ou simplesmente “reator de plasma 20” por brevidade. Exemplos do reator de plasma 20 são descritos com mais detalhes abaixo.

[0037] Em um exemplo, a matéria-prima de biomassa 12 é mantida em um recipiente de armazenagem, tal como tanque de matéria-prima 14, antes de ser fornecida para o reator de plasma 20. A matéria-prima de biomassa 12 pode compreender, por exemplo, um reagente com base em lipídios tal como óleo vegetal e/ou gorduras animais. Por brevidade, o reagente com base em lipídios pode ser descrito no presente como "óleo vegetal" ou simplesmente "óleo". Os técnicos no assunto apreciarão, entretanto, que a matéria-prima de biomassa 12 pode compreender uma ou mais gorduras animais ou uma combinação de óleo vegetal e uma ou mais gorduras animais.

[0038] Um ou mais reagentes com base em lipídios que estão sendo convertidos pelo reator de plasma 20 são misturados com um ou mais álcoois reagentes, tais como metanol (denominado a seguir simplesmente “álcool”, por brevidade) para formar a matéria-prima de biomassa final 12. Um reagente com base em lipídios, tal como óleo vegetal, uma ou mais gorduras animais ou uma combinação de óleo vegetal e uma ou mais gorduras animais, pode ser misturado, por exemplo, com um ou mais álcoois reagentes para produzir a mistura de reagentes da matéria-prima de alimentação de biomassa 12. No exemplo exibido na Fig. 1, um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes são combinados no tanque de matéria-prima 14 para formar a mistura de reagentes da matéria-prima de biomassa 12 que é alimentado para o reator de plasma 20. Em alguns exemplos, a mistura de reagentes pode incluir um catalisador, tal como partículas de catalisador misturadas com o reagente com base em lipídios e o álcool reagente. Conforme descrito com mais detalhes abaixo, entretanto, em alguns exemplos, não se necessita incluir um catalisador na mistura de reagentes.

[0039] Os reagentes não necessitam ser misturados entre si no mesmo recipiente de armazenagem, como ocorre com o tanque de matéria- prima 14 exibido na Fig. 1. A Fig. 2 exibe um fluxograma esquemático de processo alternativo 50, em que um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes são alimentados para o reator de plasma 20 a partir de fontes separadas. Um ou mais reagentes com base em lipídios, tais como matéria-prima de óleo, por exemplo, podem ser armazenados em um tanque de armazenagem de óleo 52 e retirados na forma de fluxo de reagentes com base em lipídios 54 e um ou mais álcoois reagentes podem ser mantidos em um tanque de armazenagem de álcool 56 e retirados na forma de fluxo de álcool 58. O fluxo de reagentes com base em lipídios 54 e o fluxo de reagentes de álcool 58 podem ser misturados entre si com um dispositivo de mistura 60, denominado simplesmente "misturador 60", para formar a mistura de reagentes imediatamente ou de forma substancialmente imediata, antes da sua alimentação ao reator de plasma 20. O misturador 60 pode ser qualquer tipo de dispositivo de mistura que seja útil para misturar dois ou mais fluxos de líquido entre si para formar uma mistura uniforme ou substancialmente uniforme, particularmente aqueles que são capazes de misturar os dois ou mais fluxos de líquido como parte de uma linha de processo de fluxo (frequentemente denominada “misturador em linha”). O misturador 60 pode ser um misturador estático ou misturador dinâmico. O misturador 60 pode também ser capaz de misturar partículas de catalisador com um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes da mistura de reagentes. As partículas de catalisador podem ser previamente misturadas com um ou ambos dentre um ou mais reagentes com base em lipídios ou um ou mais álcoois reagentes, ou podem ser alimentadas ao misturador 60 separadas dos fluxos de reagente.

[0040] Em alguns exemplos, um misturador como o misturador 60 pode ser utilizado para misturar a mistura de reagentes, mesmo se for formado acima no fluxo do misturador 60, tal como quando o reagente com base em lipídios e o álcool reagente forem misturados inicialmente no tanque de matéria-prima 14. Em outras palavras, o misturador 60 pode ser utilizado para “remisturar” uma mistura dos reagentes formada anteriormente. O uso de um dispositivo de mistura como o misturador 60, mesmo se a mistura de reação houver sido previamente misturada, por exemplo, em um tanque de matéria- prima 14, pode fornecer mais garantia de que a mistura de reagentes que é alimentada para o reator de plasma 20 é misturada uniformemente ou de forma substancialmente uniforme para reação mais eficiente no reator de plasma 20. O restante do processo 50 exibido na Fig. 2 pode ser substancialmente idêntico ao processo 10 da Fig. 1, descrito com mais detalhes abaixo.

[0041] Voltando para a Fig. 1, em um exemplo, a mistura de reagentes é fornecida ao reator de plasma 20 por meio de uma linha de alimentação 16 por uma bomba de alimentação 18. Conforme descrito com mais detalhes abaixo, no reator de plasma líquido 20, produz-se plasma que é descarregado no líquido da mistura de reagentes. O plasma líquido gerado pelo reator de plasma líquido 20 fornece energia suficiente para assistir uma ou mais reações químicas ou biológicas de um ou mais compostos na mistura de reagentes para formar um composto de produto de biodiesel. Em um exemplo, o plasma líquido gerado pelo reator de plasma líquido 20 induz e, em alguns exemplos, proporciona a realização de uma reação de transesterificação para converter o óleo e álcool em biodiesel, tal como a Reação [1] descrita acima. Uma fonte de energia 22 fornece energia elétrica para o reator de plasma 20, a fim de dirigir essa formação de plasma. Em um exemplo, a fonte de energia 22 impõe tensão elétrica relativamente alta à mistura de reagentes que flui através do reator de plasma 20. A fonte de energia 22 será, portanto, denominada “fonte de energia de alta tensão 22”, por brevidade. Em um exemplo, a fonte de energia de alta tensão 22 compreende fonte de energia de corrente alternada (“AC”) e pode, portanto, ser denominada “fonte de energia AC de alta tensão 22”, em alguns exemplos. Em um exemplo, a aplicação de tensão relativamente alta à mistura de reagentes, tal como tensão de pelo menos 2 quilovolts (kV), por exemplo, cerca de 2 kV a cerca de 15 kV ou mais, permite que o reator de plasma 20 gere plasma líquido continuamente, ou de forma substancialmente contínua, e de forma estável, ou substancialmente estável.

[0042] O plasma líquido gerado pelo reator de plasma 20 é descarregado na mistura de reagentes para formar um fluxo de reação que compreende a matéria-prima de óleo ou algum outro reagente com base em lipídios, o álcool reagente, água, o plasma descarregado e, em alguns exemplos, catalisador. Em alguns exemplos, o fluxo de reação que compreende o reagente com base em lipídios, o álcool reagente e o plasma líquido é rapidamente convertido em fluxo de produto que compreende uma mistura de reagentes não convertidos (por exemplo, álcool ou óleo não convertido), água, um ou mais compostos de biodiesel (por exemplo, metil éster de ácido graxo, também denominado “FAME”, ou outros compostos de éster de biodiesel) e glicerol, em que os compostos de biodiesel e glicerol são formados, por exemplo, por meio da Reação [1]. Caso se incluísse um catalisador na mistura de reagentes, o fluxo de produto também incluiria catalisador. O fluxo de produto passa do reator de plasma 20 através de uma linha de produto de reator 24. Em alguns exemplos, essa conversão rápida tem lugar principalmente no interior do reator de plasma 20, ou seja, dentro do abrigo do reator de plasma 20 e em boa proximidade dos eletrodos ou outras estruturas nas quais é gerado o plasma líquido. Em alguns exemplos, entretanto, pelo menos uma parte da reação dirigida pelo plasma líquido pode ocorrer abaixo no fluxo do reator de plasma 20 na linha de produto de reator 24.

[0043] O processo 10 pode incluir processamento adicional do fluxo de produto para fornecer um produto de biodiesel final 34 que possui propriedades desejadas. Em um exemplo, o processo 10 inclui um sistema de separação de biodiesel 26 para separar um ou mais compostos de biodiesel 28 dos demais componentes na linha de produto do reator 24, tais como glicerol e reagentes não convertidos 30, denominados simplesmente “fluxo de glicerol 30”, por brevidade. Em um exemplo, um ou mais compostos de biodiesel separados 28 são adicionalmente processados em um sistema de purificação de biodiesel 32 para fornecer o produto de biodiesel final 34 que possui pureza especificada. O sistema de separação de biodiesel 26 pode compreender quaisquer processos ou equipamento de operação, conhecidos ou ainda por serem conhecidos, para separar compostos de biodiesel de outros compostos, tais como os compostos de biodiesel separados de um fluxo de glicerol. De forma similar, o sistema de purificação de biodiesel 32 pode compreender quaisquer processos ou equipamentos de operação, conhecidos ou ainda a serem conhecidos, para purificar compostos de biodiesel, tais como os compostos de biodiesel 28.

[0044] Um ou mais dos reagentes que são alimentados para o reator de plasma 20 podem ser previamente tratados, a fim de modificar um ou mais dos compostos reagentes antes da sua alimentação ao reator. A Fig. 3 é um fluxograma esquemático de um exemplo de processo 70 que inclui um exemplo de etapa de tratamento prévio 72 que pode ser incluída no processo para tratar previamente um fluxo de alimentação de reagentes 74. Como será apreciado pelos técnicos no assunto, FFAs são de difícil processamento e tipicamente não podem ser convertidos diretamente em compostos de biodiesel, tais como FAME. Os reagentes com base em lipídios que são formados por meio da conversão de FFAs no fluxo de alimentação 74 durante o tratamento prévio de FFA 72 combinam-se com outros reagentes com base em lipídios que já se encontravam no fluxo de alimentação 74 para fornecer um fluxo de reagentes de lipídios 76.

[0045] O restante do processo 70 após o tratamento prévio de FFA 72 para fornecer o fluxo de reagentes de lipídios 76 pode ser substancialmente similar a um ou mais aspectos do processo 10 descrito acima com relação à Fig. 1 ou do processo 50 descrito acima com relação à Fig. 2. O processo 70 pode incluir, por exemplo, um fluxo de reagentes de álcool 78 que compreende um ou mais álcoois reagentes que devem reagir com um ou mais reagentes com base em lipídios no fluxo de reagentes de lipídios 76. O fluxo de reagentes de lipídios 76 e o fluxo de reagentes de álcool 78 podem ser combinados com um misturador 80 para misturar, uniformemente ou de forma substancialmente uniforme, um ou mais reagentes com base em lipídios do fluxo de reagentes de lipídios 76 e um ou mais álcoois reagentes do fluxo de reagentes de álcool 78 para fornecer uma mistura de reagentes em um fluxo de mistura de reagentes 82. Em alguns exemplos, o fluxo de mistura de reagentes 82 pode ser alimentado para um tanque de armazenagem opcional (não exibido) para armazenagem antes da sua alimentação para um reator de plasma 20. Em outros exemplos, o fluxo de mistura de reagentes 82 pode ser alimentado diretamente para o reator de plasma 20. Como ocorre no processo 10 descrito acima, o reator de plasma 20 é configurado para descarregar plasma na mistura de reagentes do fluxo de mistura de reagentes 82 ao fornecer-se eletricidade para o reator de plasma 20 por meio de uma fonte de energia 22. O plasma descarregado pode iniciar, induzir ou assistir de outra forma uma ou mais reações para converter os reagentes com base em lipídios no fluxo de mistura de reagente 82 em um ou mais compostos de biodiesel em um fluxo de produto de reação 24. O fluxo de produto de reação 24 pode ser submetido a processamento back-end de biodiesel adicional para fornecer o produto de biodiesel final 34, tal como um ou ambos dentre o sistema de separação de biodiesel 26 e o sistema de purificação de biodiesel 32 (descritos acima com relação à Fig. 1).

[0046] Em um exemplo, a etapa de tratamento prévio 72 inclui um ou mais sistemas ou equipamentos que são configurados para converter ácidos graxos livres (também denominados a seguir “FFA” ou “FFAs”) em um ou mais compostos reagentes com base em lipídios que podem ser convertidos mais facilmente em composto de biodiesel desejado, tal como FAME. Em um exemplo, a etapa de tratamento prévio 72 converte FFAs em matéria-prima com base em lipídios no fluxo de alimentação 74 em um ou mais compostos de glicerídeos que comporão o fluxo de reagentes de lipídios 76, tal como o composto de triglicerídeos exibido como primeiro reagente na Reação [1] (marcado como “gordura ou óleo” na Reação [1]). Pode ser preferível composto de triglicerídeos para conversão em biodiesel, pois, conforme exibido na Reação [1], cada composto de triglicerídeo pode produzir três compostos de biodiesel diferentes.

[0047] Uma fonte de lipídios potencial que conhecidamente possui proporção relativamente alta de FFAs e convencionalmente é de difícil conversão em produto de biodiesel são óleos vegetais que tenham sido utilizados para a preparação de alimentos, tais como óleo de fritura usado, também denominado “óleo de cozinha usado”. O tratamento prévio de FFA 72 descrito acima pode seguir matéria-prima com alto teor de FFAs, tal como óleo de cozinha usado, para que seja útil no processo 70 por meio de conversão de pelo menos uma parte dos FFAs em um ou mais reagentes com base em lipídios que podem ser convertidos em um ou mais compostos de biodiesel, tais como um ou mais compostos de glicerídeos que podem ser convertidos em um ou mais compostos de biodiesel por meio de reação de transesterificação com um ou mais álcoois reagentes.

[0048] O tratamento prévio com FFA 72 pode ser qualquer processamento químico que possa converter pelo menos uma parte dos FFAs presentes no fluxo de alimentação 74 em um ou mais reagentes com base em lipídios que podem ser convertidos mais facilmente em um ou mais compostos de biodiesel. Conforme descrito acima, em alguns exemplos, um reagente com base em lipídios preferido que é formado a partir dos FFAs no tratamento prévio de FFA 72 é um composto de glicerídeo, particularmente triglicerídeo. Exemplos de métodos ou processos que podem ser realizados no tratamento prévio de FFAs 72 inclui, mas sem limitações, esterificação catalisada por ácido ou esterificação de glicerol (também denominada a seguir “glicerólise”).

[0049] Esterificação catalisada por ácidos pode incluir a reação dos FFAs no fluxo de alimentação 74 com metanol na presença de ácido para produzir compostos de glicerídeos e água (por exemplo, mistura de monoglicerídeos, diglicerídeos e triglicerídeos). Esterificação catalisada por ácidos pode fornecer redução do valor ácido (AV) do fluxo de alimentação 74, que prepara os reagentes com base em lipídios para conversão em compostos de biodiesel por meio de transesterificação. Após o término da reação de esterificação catalisada por ácidos, o tratamento prévio com FFA 72 pode incluir separação em fração orgânica, tal como o fluxo de reagentes de lipídios 76, e uma fração aquosa, tal como água e metanol não reagido. O metanol não reagido da fração aquosa pode ser reciclado de volta para uso como uma parte do metanol para esterificação catalisada por ácido ou como pelo menos uma parte do fluxo de reagentes de álcool 78.

[0050] A glicerólise pode incluir a reação dos FFAs no fluxo de alimentação 74 com glicerol para formar água e glicerídeos (por exemplo, uma mistura de monoglicerídeos, diglicerídeos e triglicerídeos). À medida que as reações de glicerólise são conduzidas ao longo do tempo, a mistura de reação resultante pode incluir FFAs não reagidos, água, glicerol livre e uma mistura de monoglicerídeos, diglicerídeos e triglicerídeos. A água e o glicerol livre podem ser separados dos monoglicerídeos, diglicerídeos e triglicerídeos (denominados coletivamente no presente “glicerídeos”) para fornecer fluxo de glicerol separado e o fluxo de reagentes de lipídios 76. O glicerol no fluxo de glicerol separado pode ser reciclado de volta e utilizado como pelo menos uma parte do glicerol para a glicerólise. Em alguns exemplos, a glicerólise pode ser catalisada com ácido ou catalisada com base.

[0051] Tradicionalmente, plasma líquido foi gerado por meio de descarga elétrica em volume gasoso. Mais recentemente, tem havido interesse crescente no estudo de descarga elétrica de plasma pulsado em soluções que compreendem água e compostos orgânicos, o que gerou diversas aplicações na indústria e na pesquisa acadêmica. Demonstrou-se que a descarga de plasma pulsado em líquido é capaz de induzir diversas reações, incluindo a degradação de compostos orgânicos, a destruição de bactérias e vírus, a oxidação de íons inorgânicos, a síntese de nanomateriais e polímeros e aplicações de engenharia biomédica. Concluiu-se que as reações foram tipicamente iniciadas por meio da produção, por meio de descarga elétrica de pulsos, de um ou mais dentre: diversas substâncias reativas, radiação de UV, ondas de choque, altos campos elétricos ou calor. Além disso, relatou-se também a produção de regiões localizadas de alta temperatura e pressão e a formação de ondas acústicas. Estes efeitos resultantes completam, sinérgica ou independentemente, diversas reações, de forma rápida e eficiente. Fontes de energia pulsadas, entretanto, são caras, de operação complicada e necessitam de muita energia.

[0052] Foram conduzidas outras pesquisas na área de produção de biodiesel sob condições fluidas supercríticas. Demonstrou-se, por exemplo, que a produção não catalítica de biodiesel por meio de transesterificação de álcool supercrítica é capaz de produzir altas conversões em períodos de tempo relativamente curtos, com pouca ou nenhuma necessidade de separação de catalisador. A temperatura de operação deste processo supercrítico é, entretanto, muito alta (por exemplo, cerca de 350 °C) e necessita de pressão muito alta, tal como até 10 megapascals (MPa). Aplicações de ultrassom e/ou micro-ondas em escala de laboratório para produção de biodiesel também foram pesquisadas e demonstraram o potencial de atingir bons resultados em comparação com métodos de transesterificação homogênea convencionais. Tem havido, entretanto, ceticismo dos pesquisadores de que a tecnologia de ultrassom ou micro-ondas possa ser escalonada para produção de biodiesel em larga escala devido à baixa penetração da energia de ultrassom ou microondas, o que limita a capacidade de processamento de volume.

[0053] Os processos de plasma e líquido 10, 50 e 70 das Figs. 1-3 podem ser comparados com outras condições de plasma com alta energia que proporcionam produção química direta de biodiesel. Os processos de plasma e líquido 10, 50, 708 podem produzir alta conversão no produto de biodiesel final 34 e fornecer vantagens sobre métodos de produção de biodiesel convencionais, tais como os métodos de transesterificação homogêneos descritos acima. Em alguns exemplos, as vantagens sobre a produção de biodiesel convencional incluem, mas sem limitações, um ou mais dentre: a. maior seletividade de matéria-prima: descobriu-se que o processo de plasma e líquido 10 pode manusear não apenas óleos vegetais virgens, mas também graxas de cozimento residuais e gorduras animais com alto teor de ácidos graxos livres e água; b. processamento contínuo e pequeno tamanho de reator: o processo de plasma e líquido 10 pode ser operado como processo contínuo, o que permite que o reator de plasma 20 seja de tamanho muito menor em comparação com o necessário para processamento em bateladas (o que é comum na produção de biodiesel convencional); c. reação rápida e alta taxa de conversão: o plasma líquido gerado no reator de plasma 20 pode liberar energia suficiente para ionização de compostos biológicos, o que resulta em taxa de conversão e reação substancialmente mais alta; descobriu-se, por exemplo, que o reator de plasma 20 no processo 10 da Fig. 1 pode atingir a reação em compostos de biodiesel em até um segundo ou menos, em comparação com até 2-4 horas para a transesterificação homogênea convencional; descobriu-se ainda que a taxa de reação fornece taxas de conversão e reação mais rápidas que os métodos de micro-ondas e ultrassom que atingem apenas a transferência de calor; d. reduzidas necessidades de aquecimento: como fonte de energia, o plasma líquido gerado pelo reator de plasma 20 produz calor por meio de sua interação com materiais em nível molecular, fornecendo transferência de energia em vez de transferência de calor, o que resulta em aquecimento mais rápido e eficiente de catalisadores, de forma que o aquecimento prévio do leito de reator seja substancialmente reduzido e, em alguns exemplos, completamente eliminado, ao contrário de métodos convencionais que necessitam de aquecimento prévio substancial; e. necessidades reduzidas de processamento posterior: as cargas elétricas conduzidas devido ao plasma descarregado pelo reator de plasma 20 podem acelerar muito a separação entre biodiesel e glicerol; além disso, a necessidade de álcool adicional para a reação de transesterificação no reator de plasma 20 (ou imediatamente abaixo dele) é muito reduzida ou até eliminada pelo uso de plasma líquido, o que pode reduzir muito ou eliminar a necessidade de reciclagem de álcool em comparação com processos de produção de biodiesel convencionais; e f. aumento da capacidade de escalonamento: pode-se atingir descarga de plasma e líquido estável pelo reator de plasma 20 com projetos de reator relativamente simples, como se demonstra pelos exemplos de projetos de reator exibidos nas Figs. 2-6 e conforme descrito abaixo; acredita-se que o escalonamento do processo 10 para produção de biodiesel em larga escala possa ser facilmente conseguido.

[0054] Os processos de plasma e líquido 10, 50, 70 descritos no presente também possuem vantagens sobre os métodos de produção de biodiesel anteriores, tais como os descritos acima, incluindo um ou mais dentre: menores exigências de temperatura, menores exigências de pressão, projeto menor e mais simples (por exemplo, volume reduzido do dispositivo) ou menor sensibilidade a contaminantes. Por fim, os processos de plasma e líquido 10, 50, 708 descritos no presente foram considerados capazes de produzir plasma com energia suficiente para dirigir a reação de transesterificação com exigências de energia substancialmente menores e investimento de capital substancialmente menor em comparação com outros métodos de produção de plasma de alta energia (tais como os métodos de descarga de plasma pulsado descritos acima) e em comparação com outros métodos de produção de biodiesel de alta energia (tais como os métodos de ultrassom ou micro-ondas em escala de laboratório descritos acima).

[0055] O reator de plasma 20 nos processos 10, 50, 70 permite o uso de fonte de energia AC para realizar a função de energia de pulso. Como resultado, o volume e o custo de operação do dispositivo podem ser substancialmente reduzidos. Os técnicos no assunto apreciarão, entretanto, que se pode utilizar energia de corrente direta (“DC”) ou energia com base em pulso com o reator de plasma 20 e o processo 10 descrito no presente, se desejado.

[0056] Em tensão elétrica suficiente fornecida, pode-se processar fluxo de reação com combinação apropriada de reagentes, tais como um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes para a produção de biodiesel e, em alguns exemplos, um catalisador, por meio do reator de plasma 20. Em um exemplo, a fonte eletrônica de tensão pode ser considerada “suficiente”, para os propósitos do reator de plasma 20, caso o plasma líquido resultante possua energia suficiente para romper uma ou mais ligações químicas de um ou mais reagentes e/ou para formar uma ou mais ligações químicas de um ou mais compostos de produto. Para compostos de biodiesel, em alguns exemplos, a tensão eletrônica pode ser considerada “suficiente”, por exemplo, caso a energia de plasma líquido possa romper uma ou mais ligações químicas de um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes na mistura de reagentes para induzir a transesterificação ou fornecer energia suficiente para realização da transesterificação em um ou mais compostos de biodiesel, ou ambos.

[0057] Em um exemplo, uma fonte de tensão para o reator de plasma 20 que é suficiente para os propósitos dos processos de plasma e líquido 10, 50, 70, por exemplo, que é suficiente para romper as ligações químicas de um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes para induzir reação de transesterificação e fornecer energia suficiente para realizar a reação em um ou mais compostos de biodiesel é de pelo menos 2 quilovolts (kV), tal como cerca de 2 kV a cerca de 15 kV.

[0058] Em um exemplo, a fonte de tensão para o reator de plasma 20 para produzir plasma líquido que possui energia suficiente para o processo 10 é de pelo menos cerca de 2 kV, pelo menos cerca de 2,5 kV, pelo menos cerca de 2,6 kV, pelo menos cerca de 2,7 kV, pelo menos cerca de 2,8 kV, pelo menos cerca de 2,9 kV, pelo menos cerca de 3 kV, pelo menos cerca de 3,1 kV, pelo menos cerca de 3,2 kV, pelo menos cerca de 3,3 kV, pelo menos cerca de 3,4 kV, pelo menos cerca de 3,5 kV, pelo menos cerca de 3,6 kV, pelo menos cerca de 3,7 kV, pelo menos cerca de 3,8 kV, pelo menos cerca de 3,9 kV, pelo menos cerca de 4 kV, pelo menos cerca de 4,1 kV, pelo menos cerca de 4,2 kV, pelo menos cerca de 4,3 kV, pelo menos cerca de 4,4 kV, pelo menos cerca de 4,5 kV, pelo menos cerca de 4,6 kV, pelo menos cerca de 4,7 kV, pelo menos cerca de 4,8 kV, pelo menos cerca de 4,9 kV, pelo menos cerca de 5 kV, pelo menos cerca de 5,1 kV, pelo menos cerca de 5,2 kV, pelo menos cerca de 5,3 kV, pelo menos cerca de 5,4 kV, pelo menos cerca de 5,5 kV, pelo menos cerca de 5,6 kV, pelo menos cerca de 5,7 kV, pelo menos cerca de 5,8 kV, pelo menos cerca de 5,9 kV, pelo menos cerca de 6 kV, pelo menos cerca de 6,1 kV, pelo menos cerca de 6,2 kV, pelo menos cerca de 6,3 kV, pelo menos cerca de 6,4 kV, pelo menos cerca de 6,5 kV, pelo menos cerca de 6,6 kV, pelo menos cerca de 6,7 kV, pelo menos cerca de 6,8 kV, pelo menos cerca de 6,9 kV, pelo menos cerca de 7 kV, pelo menos cerca de 7,1 kV, pelo menos cerca de 7,2 kV, pelo menos cerca de 7,3 kV, pelo menos cerca de 7,4 kV, pelo menos cerca de 7,5 kV, pelo menos cerca de 7,6 kV, pelo menos cerca de 7,7 kV, pelo menos cerca de 7,8 kV, pelo menos cerca de 7,9 kV, pelo menos cerca de 8 kV, pelo menos cerca de 8,1 kV, pelo menos cerca de 8,2 kV, pelo menos cerca de 8,3 kV, pelo menos cerca de 8,4 kV, pelo menos cerca de 8,5 kV, pelo menos cerca de 8,6 kV, pelo menos cerca de 8,7 kV, pelo menos cerca de 8,8 kV, pelo menos cerca de 8,9 kV, pelo menos cerca de 9 kV, pelo menos cerca de 9,1 kV, pelo menos cerca de 9,2 kV, pelo menos cerca de 9,3 kV, pelo menos cerca de 9,4 kV, pelo menos cerca de 9,5 kV, pelo menos cerca de 9,6 kV, pelo menos cerca de 9,7 kV, pelo menos cerca de 9,8 kV, pelo menos cerca de 9,9 kV, pelo menos cerca de 10, pelo menos cerca de 10,1 kV, pelo menos cerca de 10,2 kV, pelo menos cerca de 10,3 kV, pelo menos cerca de 10,4 kV, pelo menos cerca de 10,5 kV, pelo menos cerca de 10,6 kV, pelo menos cerca de 10,7 kV, pelo menos cerca de 10,8 kV, pelo menos cerca de 10,9 kV, pelo menos cerca de 11 kV, pelo menos cerca de 11,1 kV, pelo menos cerca de 11,2 kV, pelo menos cerca de 11,3 kV, pelo menos cerca de 11,4 kV, pelo menos cerca de 11,5 kV, pelo menos cerca de 11,6 kV, pelo menos cerca de 11,7 kV, pelo menos cerca de 11,8 kV, pelo menos cerca de 11,9 kV, pelo menos cerca de 12 kV, pelo menos cerca de 12,1 kV, pelo menos cerca de 12,2 kV, pelo menos cerca de 12,3 kV, pelo menos cerca de 12,4 kV, pelo menos cerca de 12,5 kV, pelo menos cerca de 12,6 kV, pelo menos cerca de 12,7 kV, pelo menos cerca de 12,8 kV, pelo menos cerca de 12,9 kV, pelo menos cerca de 13 kV, pelo menos cerca de 13,1 kV, pelo menos cerca de 13,2 kV, pelo menos cerca de 13,3 kV, pelo menos cerca de 13,4 kV, pelo menos cerca de 13,5 kV, pelo menos cerca de 13,6 kV, pelo menos cerca de 13,7 kV, pelo menos cerca de 13,8 kV, pelo menos cerca de 13,9 kV, pelo menos cerca de 14 kV, pelo menos cerca de 14,1 kV, pelo menos cerca de 14,2 kV, pelo menos cerca de 14,3 kV, pelo menos cerca de 14,4 kV, pelo menos cerca de 14,5 kV, pelo menos cerca de 14,6 kV, pelo menos cerca de 14,7 kV, pelo menos cerca de 14,8 kV, pelo menos cerca de 14,9 kV ou pelo menos 15 kV.

[0059] A tensão real que será suficiente para um processo específico 10, 50, 70, por exemplo, que será suficiente para a transesterificação de um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes na mistura de reagentes no interior do reator de plasma 20 pode depender de diversos fatores, tais como o reagente com base em lipídios reagentes específicos ou composições e álcool(is) reagente(s) sendo utilizados, o(s) composto(s) de produto de biodiesel desejado(s), a concentração do(s) reagente(s) no reator de plasma 20, o catalisador específico sendo utilizado, a carga ou concentração do catalisador na mistura de reagentes ou no reator de plasma 20, a temperatura de operação do reator de plasma 20 durante a reação, a pressão de operação no interior do reator de plasma 20 durante a reação e a velocidade de produção desejada do processo 10, 50, 70.

REATOR DE DESCARGA DE PLASMA LÍQUIDO

[0060] As Figs. 4-9 exibem diversos exemplos de estruturas de reator de plasma líquido que podem ser utilizados para assistir uma ou mais reações químicas ou biológicas de um ou mais compostos em mistura de reagentes. Cada um dos exemplos de estruturas de reator de plasma líquido das Figs. 4-9 pode, por exemplo, ser utilizado como reator de plasma líquido 20 nos exemplos de processos de produção de biodiesel 10, 50, 70 exibidos nas Figs. 1-3. Conforme resumido acima, o reator de plasma líquido gera plasma líquido induzido por eletricidade que fornece energia para dirigir uma ou mais reações químicas ou biológicas, a fim de converter rapidamente um ou mais compostos reagentes da mistura de reagentes, tais como um ou mais óleos ou outros reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes, em um ou mais compostos de biodiesel.

[0061] A Fig. 4 é um diagrama esquemático que exibe primeiro exemplo de reator de plasma líquido 100 configurado para gerar descarga de plasma líquido em um fluxo de reação líquido. Conforme discutido acima, o plasma líquido possui energia suficiente para auxiliar na reação química ou biológica de um ou mais compostos no fluxo de reação. O reator de plasma 100 da Fig. 4 pode ser utilizado, por exemplo, para transesterificação de um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes, de forma que o exemplo de reator de plasma líquido 100 exibido na Fig. 4 possa ser utilizado como o reator de plasma 20 nos processos de produção de biodiesel 10, 50, 70 das Figs. 1-3. Em um exemplo, o reator de plasma 100 compreende eletrodos 102, 104, 106 que se encontram em contato com um trajeto de fluxo da mistura de reagentes que flui através do reator de plasma 100. Ao fornecer- se energia elétrica a um ou mais dos eletrodos 102, 104, 106, por exemplo, energia elétrica de uma fonte de energia tal como a fonte de energia de alta tensão 22 no processo 10 da Fig. 1, plasma líquido é descarregado no trajeto de fluxo, de forma que o plasma líquido se misture com a mistura de reagentes. Em um exemplo, a mistura de reagentes (por exemplo, a mistura de matéria- prima de um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes, como nos processos 10, 50, 70 das Figs. 1-3) entra no reator de plasma 100 por meio de uma linha de alimentação 110 e o fluxo de reação (por exemplo, plasma líquido descarregado e/ou produtos de reação de transesterificação, reagente com base em lipídios não reagido e álcool reagente não reagido) sai do reator de plasma 100 por meio de uma linha de saída 112. O reator de plasma 100 é ilustrado sem carga de catalisador no reator de plasma 100. O exemplo de reator de plasma 100 exibido na Fig. 4 pode, portanto, ser utilizado em um processo no qual catalisador é incluído na mistura de reagentes, por exemplo, em que partículas de material catalisador são misturadas e capturadas na mistura de reagentes.

[0062] O reator de plasma 100 compreende um eletrodo de alta tensão 102 e um ou mais eletrodos de solo 104, 106. No exemplo ilustrado na Fig. 4, o eletrodo de alta tensão 102 é posicionado longitudinalmente entre um par de eletrodos do solo 104, 106. Em um exemplo, primeiro eletrodo de solo 104 é posicionado na linha de alimentação 110 ou perto dela e segundo eletrodo de solo 106 é posicionado na linha de saída 112 ou perto dela. No exemplo da Fig. 4, o eletrodo de alta tensão 102 e um ou mais eletrodos de solo 104, 106 possuem formato tubular ou geralmente tubular, de forma que cada eletrodo 102, 104, 106 rodeie ou rodeie substancialmente uma parte do trajeto de fluxo da mistura de reagentes.

[0063] Em um exemplo, uma estrutura dielétrica 114, 116 é posicionada entre o eletrodo de alta tensão 102 e cada um dentre um ou mais eletrodos do solo 104, 106. Pode-se posicionar uma primeira placa dielétrica 114, por exemplo, entre o eletrodo de alta tensão 102 e o primeiro eletrodo do solo 104, de forma que a primeira placa dielétrica 114 fique acima no fluxo do eletrodo de alta tensão 102 e, portanto, seja denominada “placa dielétrica acima no fluxo 114”. Segunda placa dielétrica 116 pode ser posicionada sobre um lado oposto do eletrodo de alta tensão 102 a partir da placa dielétrica acima no fluxo 114 e entre o eletrodo de alta tensão 102 e o segundo eletrodo do solo 106, de forma que a segunda placa dielétrica 116 fique abaixo no fluxo do eletrodo de alta tensão 102 e, portanto, seja também denominada “placa dielétrica abaixo no fluxo 116”.

[0064] Em um exemplo, a mistura de reagentes passa da linha de alimentação 110 para um lúmen 118 que é rodeado ou substancialmente rodeado pelo primeiro eletrodo do solo tubular 104A, que será denominado a seguir “primeiro lúmen do solo 118”. Em um exemplo, o primeiro lúmen do solo 118 é delimitado sobre os seus lados ou a periferia pelo primeiro eletrodo do solo 104 e nas suas extremidades longitudinais pela extremidade do reator de plasma 100 (por exemplo, perto da linha de alimentação 110) e pela placa dielétrica acima no fluxo 114.

[0065] A mistura de reagentes passa do primeiro lúmen do solo 118 para outro lúmen 120 que é rodeado ou substancialmente rodeado pelo eletrodo de alta tensão tubular 102, que será denominado a seguir “lúmen de alta tensão 120”. Em um exemplo, o lúmen de alta tensão 126 é delimitado sobre os seus lados ou periferia pelo eletrodo de alta tensão 102 e, nas suas extremidades longitudinais, pela placa dielétrica acima no fluxo 114 e a placa dielétrica abaixo no fluxo 116. Em um exemplo, a mistura de reagentes passa do primeiro lúmen do solo 118 para o lúmen de alta tensão 120 por meio de passagem através de uma ou mais aberturas 122 na placa dielétrica acima no fluxo 114. Exemplos de configurações de uma ou mais aberturas 122 incluem, mas sem limitações, uma ou qualquer combinação de: uma ou mais perfurações da placa dielétrica acima no fluxo 114, uma ou mais fendas na placa dielétrica acima no fluxo 114, um ou mais orifícios na placa dielétrica acima no fluxo 114 ou um ou mais tipos diferentes de aberturas na placa dielétrica acima no fluxo 114.

[0066] Uma ou mais aberturas 122 na placa dielétrica acima no fluxo 114 fazem com que o fluxo de mistura de reagentes forme uma ou mais regiões de descarga 124 imediatamente abaixo no fluxo da placa dielétrica acima no fluxo 114. Os inventores descobriram que a descarga de plasma líquido pode ser particularmente predominante em uma ou mais regiões de descarga 124. O plasma descarregado tende a iniciar reação de transesterificação entre os reagentes na mistura de reagentes (por exemplo, um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes) para produzir um ou mais produtos de reação de transesterificação (por exemplo, um ou mais compostos de biodiesel) que são misturados com reagentes não reagidos da mistura de reagentes no lúmen de alta tensão 120 para formar o fluxo de reação.

[0067] O fluxo de reação, que inclui agora um ou mais produtos de reação de transesterificação gerados devido à energia de início fornecida pelos plasmas líquidos descarregados, passa do lúmen de alta tensão 120 para outro lúmen 126 que é rodeado ou substancialmente rodeado pelo segundo eletrodo do solo tubular 106, que é denominado a seguir “segundo lúmen do solo 126”. Em um exemplo, o segundo lúmen do solo 126 é delimitado sobre os seus lados ou periferia pelo segundo eletrodo do solo 106 e nas suas extremidades longitudinais pela placa dielétrica abaixo no fluxo 116 e na extremidade do reator de plasma 100 (por exemplo, perto da linha de saída 112). Em um exemplo, o fluxo de reação passa do lúmen de alta tensão 120 para o segundo lúmen do solo 126 por meio de passagem através de uma ou mais aberturas 128 na placa dielétrica abaixo no fluxo 116. Exemplos de configurações de uma ou mais aberturas 128 incluem, mas sem limitações, uma ou qualquer combinação de: uma ou mais perfurações na placa dielétrica abaixo no fluxo 116, uma ou mais fendas na placa dielétrica abaixo no fluxo 116, um ou mais orifícios na placa dielétrica abaixo no fluxo 116 ou um ou mais tipos diferentes de aberturas na placa dielétrica abaixo no fluxo 116.

[0068] No exemplo de configuração ilustrado na Fig. 4, cada placa dielétrica 114, 116 age não apenas como barreira dielétrica entre o eletrodo de alta tensão 102 e um eletrodo do solo correspondente 104, 106, mas também age como barreira de fluxo para obstruir temporariamente a velocidade de fluxo da mistura de reagentes ou do fluxo de reação entre lúmens adjacentes correspondentes, tal como entre o primeiro lúmen do solo 118 e o lúmen de alta tensão 120 ou entre o lúmen de alta tensão 120 e o segundo lúmen do solo 126. O fluxo de reação passa do segundo lúmen do solo 126 e, portanto, para fora do reator de plasma 100, através da linha de saída 112.

[0069] A Fig. 5 exibe segundo exemplo de reator de plasma líquido 200 capaz de gerar descarga de plasma líquido em uma mistura de reagentes líquidos para auxiliar na reação química ou biológica de um ou mais compostos da mistura de reagentes. Desta forma, o reator de plasma 200, como o reator de plasma 100 exibido na Fig. 4, pode ser utilizado para transesterificação de um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes, de tal forma que o exemplo de reator de plasma líquido 200 exibido na Fig. 5 possa ser utilizado como o reator de plasma 20 nos processos de produção de biodiesel 10, 50, 70 das Figs. 1-3. O reator de plasma 200 da Fig. 5 é similar ao exemplo de reator de plasma 100 ilustrado na Fig. 4. O reator de plasma 200 inclui, por exemplo, eletrodos 202, 204, 206 que se encontram em contato com um trajeto de fluxo da mistura de reagentes através do reator de plasma 200.

[0070] A energia elétrica fornecida para os eletrodos 202, 204, 206 causa a descarga de plasma líquido para o trajeto de fluxo, de forma que o trajeto de fluxo possa entrar em contato com os reagentes e iniciar ou possibilitar o início de reação de transesterificação. Em um exemplo, o reator de plasma 200 inclui eletrodo de alta tensão 202 e um ou mais eletrodos do solo 204, 206. Em um exemplo, o eletrodo de alta tensão 202 é posicionado longitudinalmente entre um par de eletrodos do solo 204, 206, tal como entre primeiro eletrodo do solo 204 posicionado em uma linha de alimentação 210 que alimenta o reator de plasma 200 ou perto dela e segundo eletrodo do solo 206 posicionado em uma linha de saída 212 do reator de plasma 200 ou perto dela. Como o reator de plasma 100 da Fig. 4, em um exemplo, o eletrodo de alta tensão 202 e um ou mais eletrodos de solo 204, 206 possuem formato tubular ou geralmente tubular, de forma que cada eletrodo 202, 204, 206 rodeie ou rodeie substancialmente uma parte do trajeto de fluxo da mistura de reagentes.

[0071] Uma estrutura dielétrica 214, 216 pode ser posicionada entre o eletrodo de alta tensão 202 e cada um ou mais eletrodos do solo 204, 206, tais como a primeira placa dielétrica 214 posicionada entre o primeiro eletrodo do solo 204 e o eletrodo de alta tensão 202 acima no fluxo do eletrodo de alta tensão 202 (denominado “placa dielétrica acima no fluxo 214”) e segunda placa dielétrica 216 posicionada entre o segundo eletrodo do solo 206 e o eletrodo de alta tensão 202 abaixo no fluxo do eletrodo de alta tensão 202 (denominado “placa dielétrica abaixo no fluxo 216”). As placas dielétricas 214, 216 e o recipiente do reator de plasma 200 podem agir como fronteiras para um ou mais lúmens, em que a mistura de reagentes ou o fluxo de reação fluem no reator de plasma 200. Uma extremidade do reator de plasma 200 perto da linha de alimentação 210 e da placa dielétrica acima no fluxo 114 são fronteiras para um lúmen 218 que é rodeado ou substancialmente rodeado pelo primeiro eletrodo do solo 204 (denominado “primeiro lúmen do solo 218”), as placas dielétricas 214, 216 são fronteiras para um lúmen 220 que é rodeado ou substancialmente rodeado pelo eletrodo de alta tensão 202 (denominado “lúmen de alta tensão 220”) e a placa dielétrica abaixo no fluxo 216 e uma extremidade do reator de plasma 200 perto da linha de saída 212 são fronteiras para um lúmen 226 que é rodeado ou substancialmente rodeado pelo segundo eletrodo do solo 206 (denominado “segundo lúmen do solo 226”).

[0072] Em um exemplo, uma ou mais aberturas 222 são fornecidas na placa dielétrica acima no fluxo 214 e uma ou mais aberturas 228 são fornecidas na placa dielétrica abaixo no fluxo 216. Como as aberturas 122, 128 nas placas dielétricas 114, 116 descritas acima, exemplos de configurações de uma ou mais aberturas 222 na placa dielétrica acima no fluxo 214 e uma ou mais aberturas 228 na placa dielétrica abaixo no fluxo 216 incluem, mas sem limitações, um ou qualquer combinação de: uma ou mais perfurações, uma ou mais fendas, um ou mais orifícios ou um ou mais tipos diferentes de aberturas na placa dielétrica correspondente 214, 216.

[0073] Em um exemplo, a mistura de reagentes flui através do reator de plasma 200 de forma muito similar ao exemplo de reator de plasma 100 da Fig. 4. A mistura de reagentes pode fluir da linha de alimentação 210 para o primeiro lúmen do solo 218, em seguida através de uma ou mais aberturas 222 na placa dielétrica acima no fluxo 214 para formar uma ou mais regiões de descarga 224 dentro do lúmen de alta tensão 220, em seguida através de uma ou mais aberturas 228 na placa dielétrica abaixo no fluxo 216 para o segundo lúmen do solo 226 e, finalmente, para fora do segundo lúmen do solo 226 (e, portanto, para fora do reator de plasma 200) por meio da linha de saída 212.

[0074] A diferença primária entre o exemplo de reator de plasma 200 da Fig. 5 e o reator de plasma 100 da Fig. 4 é que o reator de plasma 200 inclui um catalisador 230 carregado em um ou mais lúmens 218, 220, 226 no reator de plasma 200. Em um exemplo, o catalisador 230 compreende uma série de partículas de catalisadores carregadas em um ou mais lúmens 218, 220, 226, em que as partículas de catalisadores podem compreender partículas de material catalisador ou partículas de material de sustentação às quais é acoplado o material catalisador.

[0075] Em um exemplo, o catalisador 230 é carregado pelo menos no lúmen de alta tensão 220. Em um exemplo, o catalisador 230 é carregado no lúmen de alta tensão 220 e em pelo menos um dos lúmens do solo 218, 226. Em um exemplo, o catalisador 230 é carregado no lúmen de alta tensão 220 e nos dois lúmens do solo 218, 226 (não exibidos na Fig. 5). No exemplo exibido na Fig. 5, o catalisador 230 é carregado no lúmen de alta tensão 220 e o segundo lúmen do solo 226 (por exemplo, o lúmen do solo abaixo no fluxo 226, que é ilustrado como o lúmen do solo superior na Fig. 5). A quantidade do catalisador 230 que é carregada no reator de plasma 200 é suficiente para a reação desejada, tal como a(s) reação(ões) de transesterificação a um ou mais compostos de produto de biodiesel, e atingir rendimento especificado dentro do reator de plasma 200 sob as condições que estarão presentes no reator de plasma 200. O catalisador 230 carregado no reator de plasma 200, conforme ilustrado na Fig. 5, pode ser utilizado no lugar ou além de partículas de catalisador que são misturadas na mistura de reagentes e alimentadas para o reator de plasma 200 por meio da linha de alimentação 210.

[0076] A Fig. 6 exibe terceiro exemplo de reator de plasma líquido 300 capaz de gerar descarga de plasma líquido em uma mistura de reagentes líquidos para auxiliar na reação química ou biológica de um ou mais compostos da mistura de reagentes, por exemplo, para auxiliar ou facilitar a reação de transesterificação de um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes. Como os reatores de plasma 100 e 200 das Figs. 2 e 3, portanto, o reator de plasma 300 pode ser utilizado para transesterificação de um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes, tais como o exemplo de reator de plasma líquido 300 exibido na Fig. 6 podem ser utilizados como o reator de plasma 20 nos processos de produção da biodiesel 10, 50, 70 das Figs. 1-3.

[0077] Ao contrário dos exemplos de reatores de plasma 100 e 200, o exemplo de reator de plasma 300 da Fig. 6 utiliza eletrodos em forma de placa geralmente planos 302, 304, 306 (denominados a seguir “eletrodos de placa 302, 304, 306” ou simplesmente “eletrodos 302, 304, 306 por brevidade), em vez dos eletrodos tubulares ou substancialmente tubulares 102, 104 e 106 e dos eletrodos 202, 204 e 206 descritos acima com relação aos reatores de plasma 100 e 200 das Figs. 4 e 5, respectivamente. De muitas outras formas, entretanto, o reator de plasma 300 da Fig. 6 é similar aos reatores de plasma 100 e 200. A energia elétrica fornecida para os eletrodos de placa 302, 304, 306 podem, por exemplo, causar descarga do plasma líquido na mistura de reagentes no reator de plasma 300, o que pode iniciar ou facilitar o início de reação de transesterificação. Em um exemplo, o reator de plasma 300 inclui eletrodo de placa de alta tensão 302 e um ou mais eletrodos de placa do solo 304, 306. Em um exemplo, o eletrodo de placa de alta tensão 302 é posicionado longitudinalmente entre um par de eletrodos de placa do solo 304, 306, tal como entre primeiro eletrodo de placa do solo 304 posicionado em uma linha de alimentação 310 para o reator de plasma 300 ou perto dela e segundo eletrodo de placa do solo 306 posicionado em uma linha de saída 312 do reator de plasma 300 ou perto dela.

[0078] No exemplo ilustrado na Fig. 6, cada eletrodo de placa 302, 304, 306 inclui uma ou mais aberturas através das quais a mistura de reagentes pode passar à medida que flui através do reator de plasma 300. Uma ou mais aberturas 314 podem, por exemplo, passar através do primeiro eletrodo de placa de solo 304, uma ou mais aberturas 316 podem passar através do eletrodo de placa de alta tensão 302 e uma ou mais aberturas 318 podem passar através do segundo eletrodo de placa de solo 306. Exemplos de estruturas que podem formar qualquer uma das aberturas 314, 316, 318 incluem, mas sem limitações um ou qualquer combinação de: uma ou mais perfurações, uma ou mais fendas, um ou mais orifícios ou um ou mais tipos diferentes de aberturas do eletrodo de placa correspondente 302, 304, 306.

[0079] No exemplo, o reator de plasma 300 inclui uma estrutura dielétrica 320, 322 posicionada entre o eletrodo de placa de alta tensão 302 e cada um ou mais eletrodos de placa de solo 304, 306. Em um exemplo, cada estrutura dielétrica 320, 322 compreende uma placa dielétrica 320, 322 similar às placas dielétricas 114, 116, 214, 215 nos reatores de plasma 100, 200 descritos acima. Em um exemplo, primeira placa dielétrica 320 é posicionada entre o primeiro eletrodo de placa de solo 304 e o eletrodo de placa de alta tensão 302 acima no fluxo do eletrodo de placa de alta tensão 302 (denominado “placa dielétrica acima no fluxo 320”) e segunda placa dielétrica 322 é posicionada entre o segundo eletrodo de placa de solo 306 e o eletrodo de placa de alta tensão 302 abaixo no fluxo do eletrodo de placa de alta tensão 302 (denominado “placa dielétrica abaixo no fluxo 322”).

[0080] Em um exemplo, uma ou mais aberturas 324 são fornecidas na placa dielétrica acima no fluxo 320 e uma ou mais aberturas 326 são fornecidas na placa dielétrica abaixo no fluxo 322, similar às aberturas 122, 128, 222, 228 nas placas dielétricas 114, 116, 214, 216, respectivamente, nos exemplos de reatores de plasma 100, 200 das Figs. 4 e 5. Como ocorre com essas aberturas, uma ou mais aberturas 324, 326 nas placas dielétricas 320, 322 podem produzir regiões de descarga 328 imediatamente abaixo no fluxo das placas dielétricas 320, 322 que, segundo descobriram os inventores, podem ser particularmente favoráveis para a descarga de plasma. Em alguns exemplos, uma ou mais aberturas 314, 316, 318 nos eletrodos de placa 302, 304, 306 podem gerar regiões de descarga similares às regiões de descarga 328 formadas pelas aberturas 324, 326 nas placas dielétricas 320, 322.

[0081] Em um exemplo, a mistura de reagentes é alimentada por meio da linha de alimentação 310 para uma primeira câmara 332 perto do primeiro eletrodo de placa de solo 304, denominado no presente “primeira câmara de solo de entrada 332”. Em seguida, a mistura de reagentes passa através de uma ou mais aberturas 314 no primeiro eletrodo de placa de solo 304 para segunda câmara 334 próxima, mas em lado oposto do primeiro eletrodo de placa de solo 304 da primeira câmara de solo de entrada 332, denominada a seguir “segunda câmara de solo de entrada 334”. A mistura de reagentes passa em seguida através de uma ou mais aberturas 324 na placa dielétrica acima no fluxo 320 para primeira câmara 336 perto do eletrodo de placa de alta tensão 302, denominada a seguir “primeira câmara de alta tensão 336”.

[0082] A descarga de plasma para uma ou mais das câmaras no reator de plasma 300, tal como para pelo menos a primeira câmara de alta tensão 336 ou a segunda câmara de alta tensão 338, ou ambas, pode induzir, iniciar ou auxiliar de outra forma a reação de um ou mais reagentes na mistura de reagentes, para fornecer pelo menos um produto de reação que é misturado com reagentes não reagidos da mistura de reagentes para fornecer fluxo de reação.

[0083] Da primeira câmara de alta tensão 336, o fluxo de reação passa através de uma ou mais aberturas 316 no eletrodo de placa de alta tensão 302 e para segunda câmara 338 próxima, mas sobre lado oposto do eletrodo de placa de alta tensão 302 da primeira câmara de alta tensão 336, denominada a seguir “segunda câmara de alta tensão 338”. O fluxo de reação passa em seguida através de uma ou mais aberturas 326 na placa dielétrica abaixo no fluxo 322 para primeira câmara 340 perto da placa dielétrica abaixo no fluxo 322 e o segundo eletrodo de placa do solo 306, denominado a seguir “primeira câmara de solo de saída 340”. O fluxo de reação pode passar em seguida através de uma ou mais aberturas 318 no segundo eletrodo de placa de solo 306 para segunda câmara 342 próxima, mas sobre lado oposto do segundo eletrodo de placa de solo 306 da primeira câmara de solo de saída 340, denominada a seguir “segunda câmara de solo de saída 342”. Da segunda câmara de solo de saída 342, o fluxo de reação sai do reator de plasma 300 por meio da linha de saída 312.

[0084] O reator de plasma 300 da Fig. 6 pode ser configurado sem carregamento de catalisador no seu interior (conforme exibido no exemplo da Fig. 6) ou com catalisador carregado em uma ou mais câmaras 332, 334, 336, 338, 340 ou 342 no reator de plasma 300, similar ao catalisador carregado em um ou mais lúmens 218, 220, 226 do exemplo de reator de plasma 200 da Fig. 5. Em um exemplo, o catalisador (por exemplo, partículas de catalisador ou catalisador carregado sobre um suporte de catalisador) pode ser carregado em uma ou ambas dentre a primeira e a segunda câmara de alta tensão 336, 338. Em um exemplo, catalisador pode ser carregado em uma ou ambas as câmaras de alta tensão 336, 338, em uma ou ambas as câmaras de solo de entrada 332, 334 e uma ou mais das câmaras de solo de saída 340, 342. Em um exemplo, catalisador pode ser carregado em uma ou ambas as câmaras de alta tensão 336, 338, em uma ou ambas as câmaras de solo de entrada 332, 334 ou em uma ou ambas as câmaras de solo de saída 340, 342 (mas não em ambas, a câmara de solo de entrada e a câmara de solo de saída).

[0085] Em exemplo alternativo, ilustrado na Fig. 7, é exibido um exemplo de reator de plasma 350 que é substancialmente similar ao reator de plasma 300 descrito acima com relação à Fig. 6. O reator de plasma 350 inclui eletrodos de placa 352, 354, 356 que são substancialmente idênticos aos eletrodos de placa 302, 304, 306 (ou seja, eletrodo de placa de alta tensão 352 e um ou mais eletrodos de placa de solo 354, 356), mas, em vez de ter uma ou mais aberturas 314, 316, 318 como ocorre com os eletrodos de placa 302, 304, 306, um ou mais dos eletrodos de placa 352, 354, 356 são dimensionados com área transversal que é menor que o corte transversal do reator de plasma 350 imediatamente próximo àquele eletrodo de placa específico 352, 354, 356, de tal forma que pelo menos um espaço 358 seja formado entre o eletrodo de placa 352, 354, 356 e uma parede 360 do reator de plasma 350, de forma que seja fornecido um trajeto de fluxo através do reator de plasma 350 para a mistura de reagentes e o fluxo de reação em volta de um ou mais dos eletrodos de placa 352, 354, 356.

[0086] A Fig. 8 exibe quarto exemplo de reator de plasma 400 capaz de gerar descarga de plasma líquido em uma mistura de reagentes líquidos para iniciar, induzir ou auxiliar de outra forma a reação química ou biológica de um ou mais compostos da mistura de reagentes, por exemplo, para a transesterificação de um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes nos processos de produção de biodiesel 10, 50, 70 das Figs. 1-3. O exemplo de reator de plasma 400 da Fig. 8 utiliza eletrodos geralmente em forma de bastão 402, 404, 406 (denominados “eletrodos de bastão” a seguir por brevidade) e não os eletrodos geralmente tubulares 102, 104, 106, 202, 204, 206 nos reatores de plasma 100 e 200 das Figs. 4 e 5 ou os eletrodos de placa geralmente planos 302, 304, 306, 352, 354, 356 nos reatores de plasma 300 e 350 das Figs. 6 e 7. De muitas outras formas, entretanto, o reator de plasma 400 da Fig. 8 é similar aos reatores de plasma 100, 200 e 300. A energia elétrica fornecida para os eletrodos de bastão 402, 404, 406 pode, por exemplo, causar descarga do plasma líquido na mistura de reagentes no reator de plasma 400, o que pode iniciar ou facilitar o início de reação de transesterificação. Em um exemplo, os eletrodos de bastão 402, 404, 406 incluem um eletrodo de bastão de alta tensão 402 e um ou mais eletrodos de bastão de solo 404, 406, tais como primeiro eletrodo de bastão de solo 404 perto de uma linha de alimentação 410 sobre primeiro lado do eletrodo de bastão de alta tensão 402 e segundos eletrodos de bastão de solo 404, 406 perto de uma linha de saída 412 sobre segundo lado do eletrodo de bastão de alta tensão 402.

[0087] O reator de plasma 400 pode incluir uma estrutura dielétrica posicionada entre pelo menos o eletrodo de bastão de alta tensão 402 e cada um dentre um ou mais eletrodos de bastão de solo 404, 406. Em um exemplo, cada estrutura dielétrica compreende uma placa dielétrica 414, 416 similar às placas dielétricas 114, 116, 214, 215 nos reatores de plasma 100, 200 descritos acima. Em um exemplo, primeira placa dielétrica 414 é posicionada entre o primeiro eletrodo de bastão de solo 404 e o eletrodo de bastão de alta tensão 402 acima no fluxo do eletrodo de bastão de alta tensão 402 (denominado “placa dielétrica acima no fluxo 414”) e segunda placa dielétrica 416 é posicionada entre o segundo eletrodo de bastão de solo 406 e o eletrodo de bastão de alta tensão 402 abaixo no fluxo do eletrodo de bastão de alta tensão 402 (denominado “placa dielétrica abaixo no fluxo 416”).

[0088] No exemplo ilustrado na Fig. 8, cada placa dielétrica 414, 416 inclui uma ou mais aberturas através das quais a mistura de reagentes pode passar à medida que flui através do reator de plasma 300. Uma ou mais aberturas 418 podem ser fornecidas, por exemplo, na placa dielétrica acima no fluxo 414 e uma ou mais aberturas 420 podem ser fornecidas na placa dielétrica abaixo no fluxo 416, similar às aberturas 122, 128, 222, 228, 324, 326 nas placas dielétricas 114, 116, 214, 216, 320, 326, respectivamente, nos exemplos de reatores de plasma 100, 200 e 300 das Figs. 4, 5, 6 e 7. Como ocorre com essas aberturas, uma ou mais aberturas 418, 420 nas placas dielétricas 414, 416 podem produzir regiões de descarga 422 imediatamente abaixo no fluxo das placas dielétricas 414, 416 que, segundo descobriram os inventores, podem ser particularmente favoráveis para a descarga de plasma.

[0089] Em um exemplo, a mistura de reagentes é alimentada por meio da linha de alimentação 410 para primeira câmara 424 à qual se estende ao menos parcialmente o primeiro eletrodo de placa de solo 404, denominada no presente “câmara de solo de entrada 424”. Em seguida, a mistura de reagentes passa através de uma ou mais aberturas 418 na placa dielétrica acima no fluxo 414 e para segunda câmara 426 à qual se estende ao menos parcialmente o eletrodo de bastão de alta tensão 402, denominada a seguir “câmara de alta tensão 426”. O fluxo da mistura de reagentes através de uma ou mais aberturas 418 produz uma ou mais regiões de descarga 422 na câmara de alta tensão 426. Conforme descrito acima, os inventores descobriram que a formação de uma ou mais regiões de descarga, tais como as regiões de descarga 422 em uma ou mais aberturas 418 na placa dielétrica acima no fluxo 414, é particularmente favorável para a formação e descarga de plasma no reator de plasma 400. A descarga de plasma pelo menos na câmara de alta tensão 426 pode induzir, iniciar ou auxiliar de outra forma a reação de um ou mais reagentes na mistura de reagentes, para fornecer pelo menos um produto de reação que é misturado com reagentes não reagidos da mistura de reagentes para fornecer fluxo de reação. Da câmara de alta tensão 426, o fluxo de reação passa através de uma ou mais aberturas 420 na placa dielétrica abaixo no fluxo 416 para terceira câmara 428 na qual o segundo eletrodo de bastão de solo 406 estende-se ao menos parcialmente, denominada a seguir “câmara de solo de saída 428”. O fluxo de reação pode passar em seguida da câmara de solo de saída 428 para fora do reator de plasma 400 através do reator de plasma 400.

[0090] O reator de plasma 400 da Fig. 8 pode ser configurado sem carregamento de catalisador ou com catalisador carregado em uma ou mais das câmaras 424, 426, 428 no reator de plasma 400, similar ao catalisador carregado em um ou mais lúmens 218, 220, 226 do exemplo de reator de plasma 200 da Fig. 5. Em um exemplo, o catalisador (por exemplo, partículas de catalisador ou catalisador carregado sobre um suporte de catalisador) pode ser carregado na câmara de alta tensão 426. Em um exemplo, catalisador pode ser carregado na câmara de alta tensão 426, na câmara de solo de entrada 424 e na câmara de solo de saída 428. Em um exemplo, catalisador pode ser carregado na câmara de alta tensão 426 e na câmara de solo de entrada 424 ou na câmara de solo de saída 428, mas não em ambas, a câmara de solo de entrada 424 e a câmara de solo de saída 428.

[0091] A Fig. 9 exibe quinto exemplo de reator de plasma 500 que é capaz de gerar descarga de plasma líquido em uma mistura de reagentes líquidos para iniciar, induzir ou auxiliar de outra forma a reação química ou biológica de um ou mais compostos no fluxo de reação, por exemplo, para transesterificação de um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes nos processos de produção de biodiesel 10, 50, 70 das Figs. 1-3. O exemplo de reator de plasma 500 da Fig. 9 é similar aos reatores de plasma 100, 200, 300, 350 e 400 das Figs. 4-8, exceto porque, além de um eletrodo de alta tensão 502, o reator de plasma 500 inclui apenas um único eletrodo de solo 504 e não um par de eletrodos de solo como nos reatores de plasma 100, 200, 300, 350 e 400. Como o reator de plasma 500 utiliza apenas um único eletrodo de solo 504, o exemplo de reator de plasma 500 da Fig. 9 também compreende apenas uma estrutura dielétrica 506, tal como uma placa dielétrica 506, entre o eletrodo de alta tensão 502 e o eletrodo de solo isolado 504. O exemplo de reator de plasma 500 exibido na Fig. 9 exibe o eletrodo de alta tensão 502 e o eletrodo de solo isolado 504 como sendo eletrodos em forma de bastão 502, 504. Os técnicos no assunto reconhecerão, entretanto, que outras formas de eletrodos podem ser utilizadas para cada um dos eletrodos 502, 504, tais como o eletrodo geralmente tubular exibido nas Figs. 4 e 5 do eletrodo geralmente em forma de placa exibido nas Figs. 6 e 7.

[0092] A placa dielétrica 506 no reator de plasma 500 é posicionada entre o eletrodo de alta tensão 502 e o eletrodo de solo 504. Em um exemplo, a placa dielétrica 506 inclui uma ou mais aberturas 508 para permitir a passagem de fluido através da placa dielétrica 506. Em um exemplo, uma mistura de reagentes é alimentada através de uma linha de alimentação 510 para primeira câmara 512, que pode também ser denominada “câmara de entrada 512”. No exemplo exibido na Fig. 9, a câmara de entrada 512 encontra- se perto do eletrodo de solo 504, tal como com o eletrodo de solo geralmente em forma de bastão 504 ilustrado na Fig. 9 que é ao menos parcialmente inserido na câmara de entrada 512 (ou na qual poderá ser posicionado o eletrodo de solo geralmente em forma de placa ou em volta do qual poderá rodear-se um eletrodo de solo geralmente em formato tubular). Em alguns exemplos, portanto, a primeira câmara será denominada “câmara de solo 512”.

[0093] Em seguida, a mistura de reagentes passa através de uma ou mais aberturas 508 na placa dielétrica 506 e para segunda câmara 514. Em alguns exemplos, a mistura de reagentes produz uma ou mais regiões de descarga 516 na segunda câmara 514 perto da placa dielétrica 506 à medida que flui através de uma ou mais aberturas 508. Conforme descrito acima, os inventores descobriram que a formação de uma ou mais regiões de descarga, tais como as regiões de descarga 516 em uma ou mais aberturas 508 na placa dielétrica 506, é particularmente favorável à formação de plasma ao aplicar-se tensão suficientemente alta a eletrodos, tais como o eletrodo de alta tensão 502 e o eletrodo de solo 504. A descarga de plasma para a segunda câmara 514 pode induzir, iniciar ou auxiliar de outra forma a reação de um ou mais reagentes na mistura de reagentes para fornecer pelo menos um produto de reação que é misturado com reagentes não reagidos da mistura de reagentes para fornecer um fluxo de reação. O fluxo de reação pode sair em seguida do reator de plasma 500 por meio de uma linha de saída 518. Por esta razão, a segunda câmara 514 pode também ser denominada câmara de saída 514.

[0094] No exemplo ilustrado na Fig. 9, a câmara de saída 514 encontra-se perto do eletrodo de alta tensão 502, de tal forma que a câmara de saída 514 possa também ser denominada “câmara de alta tensão 514”. O exemplo ilustrado na Fig. 9 exibe a câmara de entrada 512 próxima ao eletrodo de solo 504 e a câmara de saída encontra-se próxima ao eletrodo de alta tensão 502, ou seja, de forma que a câmara de entrada 512 seja uma câmara de solo 512 e a camada de saída 514 seja uma câmara de alta tensão 514. Em outros exemplos, entretanto, a câmara de entrada 512 pode encontrar-se próxima ao eletrodo de alta tensão 502 e a camada de saída 514 pode encontrar-se próxima ao eletrodo de solo 504, de tal forma que a câmara de entrada 512 possa ser considerada câmara de alta tensão 512 e a câmara de saída 514 pode ser considerada câmara de solo 514.

[0095] O reator de plasma 500 da Fig. 9 pode ser configurado sem catalisador carregado no seu interior (conforme exibido no exemplo da Fig. 9) ou com catalisador carregado em uma ou mais das câmaras 512, 514 no reator de plasma 500, similar ao catalisador carregado em um ou mais lúmens 218, 220, 226 do exemplo de reator de plasma 200 da Fig. 5. Em um exemplo, catalisador (por exemplo, partículas de catalisador ou catalisador carregado sobre um suporte de catalisador) pode ser carregado na câmara de alta tensão, seja ela a câmara de entrada 512 ou a câmara de saída 514. Em um exemplo, catalisador pode ser carregado na câmara de solo, seja ela a câmara de entrada 512 ou a câmara de saída 514. Em um exemplo, catalisador pode ser carregado na câmara de alta tensão e na câmara de solo, ou seja, na câmara de entrada 512 e na câmara de saída 514.

[0096] Cada exemplo de reator das Figs. 4-9 é exibido compreendendo o mesmo tipo de eletrodo para o eletrodo de alta tensão e um ou mais eletrodos de solo para um reator de plasma específico. Os técnicos comuns no assunto apreciarão, entretanto, que pode ser utilizada uma combinação de dois ou mais tipos de eletrodos, tal como um eletrodo geralmente tubular para um primeiro dentre o eletrodo de alta tensão, o primeiro eletrodo de solo e o segundo eletrodo de solo e um eletrodo de placa ou eletrodo de bastão para um segundo dentre o eletrodo de alta tensão, o primeiro eletrodo de solo e o segundo eletrodo de solo. Em um exemplo, um terceiro dentre o eletrodo de alta tensão, o primeiro eletrodo de solo e o segundo eletrodo de solo pode ser o mesmo tipo do primeiro ou segundo dentre o eletrodo de alta tensão, o primeiro eletrodo de solo e o segundo eletrodo de solo. Em um exemplo, os eletrodos que possuem o mesmo tipo podem ser os primeiro e segundo eletrodos de solo, enquanto o eletrodo de alta tensão é de tipo diferente. Em um exemplo, o eletrodo de alta tensão e um dos eletrodos de solo podem ser do mesmo tipo, em que o outro eletrodo de solo é de tipo diferente. Em outro exemplo, o terceiro dentre o eletrodo de alta tensão, o primeiro eletrodo de solo e o segundo eletrodo de solo podem ser de tipo diferente de cada um dos outros dois eletrodos. Os técnicos no assunto também apreciarão que eletrodos geralmente tubulares, eletrodos geralmente planos ou geralmente em forma de placas e eletrodos geralmente em forma de bastão, tais como os descritos acima, são apenas três exemplos potenciais de estruturas de eletrodos que podem ser utilizadas nos reatores de plasma e sistemas de acordo com a presente invenção. Outros tipos e estruturas de eletrodos podem ser facilmente contemplados pelos técnicos no assunto.

TIPOS DE REAÇÃO PARA O REATOR DE PLASMA

[0097] Cada um dos exemplos de reatores de plasma 100, 200, 300, 350, 400 e 500 exibidos e descritos com relação às Figs. 4-9 foi descrito em primeiro lugar com referência ao seu uso na produção de plasma líquido, a fim de induzir ou auxiliar reações de produção de um ou mais compostos de biodiesel para preparar um produto de biodiesel, tal como para induzir ou auxiliar reação de transesterificação para converter um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes em um ou mais compostos de biodiesel como nos processos 10, 50 e 70 das Figs. 1-3. Os reatores de plasma e os processos gerais de acordo com a presente invenção, entretanto, não são limitados. Alternativamente, um reator de plasma de acordo com a presente invenção, incluindo os exemplos de reatores de plasma 100, 200, 300, 350, 400 e 500, pode ser utilizado para qualquer reação que possa ser iniciada, induzida ou assistida de outra forma pela presença de plasma líquido que é produzido pelo reator de plasma de acordo com a presente invenção.

[0098] Os reatores de plasma podem ser utilizados, por exemplo, para outras reações com base orgânica, incluindo, mas sem limitações, reações de polimerização ou reações de conversão de ou para compostos orgânicos que incluem, mas sem limitações: alcanos, alquenos, alquinas, álcoois, polióis (tais como dióis, trióis ou polióis de ordens superiores), ácidos carboxílicos, anidridos ácidos, haletos de acila, aciloínas, haletos de alquila, nitritos de alquila, amidas, aminas, iminas, arenos, azidas, aziridinas, ciclopropanos, compostos azo, compostos diazo, éteres, ésteres, cetonas (tais como halocetonas), cianatos, isocianatos, lactonas, lactamas, sacarídeos (incluindo simplesmente açúcares, oligossacarídeos, polissacarídeos e amidos), nitrilas, compostos nitro, fenóis, polifenóis (incluindo bisfenóis e polifenóis de ordens superiores) ou tióis. Os reatores de plasma de acordo com a presente invenção podem também ser úteis para reações não orgânicas que podem ser iniciadas, induzidas ou assistidas de outra forma pela entrada de energia de plasma que é descarregado pelo reator de plasma.

[0099] Além disso, os reatores de plasma de acordo com a presente invenção podem ser particularmente úteis para reações que têm lugar em fase líquida ou de solução porque, conforme descrito acima, os reatores de plasma de acordo com a presente invenção são particularmente configurados para descarregar plasma em uma mistura de reagentes com base em líquido. Os reatores de plasma descritos no presente podem, entretanto, ser também utilizados para reações em outras fases.

[00100] Os reatores de plasma líquido de acordo com a presente invenção podem ser configurados, por exemplo, para reação na qual um ou mais reagentes é sólido, mas um ou mais reagentes sólidos podem ser capturados (como partículas pequenas), dissolvidos ou dissociados, parcialmente dissolvidos ou dissociados, ou dispersos (seja de forma coloidal ou não coloidal) em fluxo de veículo líquido. De forma similar, os reatores de plasma líquido de acordo com a presente invenção podem ser configurados para reação de um ou mais reagentes que se encontram tipicamente na fase gasosa, em que um ou mais reagentes gasosos podem ser capturados (por exemplo, na forma de bolhas de gás pequenas), dissolvidos, parcialmente dissolvidos ou dispersos (de forma coloidal ou não coloidal) em um fluxo de veículo líquido. Além disso, o próprio fluxo de veículo líquido que é veículo de um ou ambos os um ou mais reagentes sólidos ou um ou mais reagentes gasosos pode incluir um ou mais reagentes líquidos ou um ou mais reagentes com base em solução. A descarga de plasma no fluxo de veículo líquido pelos reatores de plasma de acordo com a presente invenção pode iniciar, induzir ou auxiliar de outra forma a reação e conversão de um ou mais reagentes sólidos que são conduzidos pelo fluxo de veículo líquido, um ou mais reagentes gasosos que são conduzidos pelo fluxo de veículo líquido ou ambos.

[00101] Em alguns exemplos, um ou mais dos reatores de plasma de acordo com a presente invenção podem também ser capazes de fornecer a reação de um ou mais reagentes que se encontram na fase gasosa, tal como quando a mistura de reagentes é um fluxo gasoso ou principalmente um fluxo gasoso e não as misturas de reagentes com base em solução ou líquidas que são principalmente descritas acima.

CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO DE REATOR DE PLASMA

[00102] A operação de cada um dos exemplos de reatores de plasma 100, 200, 300, 350, 400 e 500 das Figs. 4-9 pode ser controlada com base na composição da mistura de reagentes, tais como os compostos específicos que são utilizados para a matéria-prima (por exemplo, o teor de composição de um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes que são convertidos em biodiesel) e as capacidades de produto desejadas. Em um exemplo, parâmetros do reator de plasma 20, tais como quaisquer dos exemplos de reatores de plasma 100, 200, 300, 350, 400 ou 500 das Figs. 4-9, que podem ser modificados e controlados incluem, mas sem limitações: a. velocidade de fluxo do fluxo de reação/mistura de reagentes através do reator de plasma - em alguns exemplos, a velocidade de fluxo do fluxo de reação/mistura de reagentes pode ser escalonável com base na capacidade de processo desejada; b. tensão de energia AC aplicada ao reator de plasma - em alguns exemplos, a tensão de energia AC pode ser selecionada dentro da faixa de cerca de 110 V a cerca de 30.000 V; c. frequência de potência da eletricidade fornecida para o reator de plasma - em alguns exemplos, a frequência de potência pode ser selecionada na faixa de cerca de 10 Hz a cerca de 15.000 Hz; d. tempo de tratamento, que pode ser definido como tempo de permanência da mistura de reagentes ou fluxo de reação que passa através de uma região de descarga, tal como uma ou mais regiões de descarga 124, 224, 328, 422 das estruturas dielétricas (por exemplo, placas dielétricas) ou um eletrodo (por exemplo, eletrodos de placas) no reator de plasma; alternativamente, o tempo de tratamento pode ser definido como o tempo que o fluxo de reação/mistura de reagentes experimenta no reator de plasma (por exemplo, tempo de permanência no interior do reator de plasma), que pode ser definido pelo tempo de permanência no interior de todo o reator de plasma, o que significa, em todas as câmaras ou lúmens do reator de plasma, ou pode ser definido como tempo de permanência em uma parte específica do volume de reator de plasma, tal como o volume associado ao eletrodo de alta tensão (por exemplo, uma ou mais câmaras ou lúmens de alta tensão) ou o volume associado à câmara de alta tensão e um ou mais dos eletrodos de solo; em um exemplo, o tempo de tratamento pode ser selecionado na faixa de cerca de 10 microssegundos (μS) a cerca de 10 minutos; e. espessura de cada estrutura dielétrica no interior do reator de plasma, ou seja, espessura de placa dielétrica, em que “espessura” é definida como a distância medida traçando-se uma linha entre um eletrodo de alta tensão e um eletrodo de solo que passa através da estrutura dielétrica; em alguns exemplos, a espessura da estrutura dielétrica pode ser selecionada para que seja de cerca de 1 milímetro (mm) a cerca de 100 mm; f. número de aberturas em cada estrutura dielétrica - em alguns exemplos, cada estrutura dielétrica (ou seja, cada placa dielétrica) pode ter de uma abertura a 50 aberturas, tal como de 1 a 25 aberturas, por exemplo de 1 a 10 aberturas; e g. o tamanho transversal de cada uma das aberturas na estrutura dielétrica - em um exemplo, o diâmetro de cada abertura na placa dielétrica (caso as aberturas possuam corte transversal geralmente circular) pode ser de cerca de 0,1 mm a cerca de 100 mm; no caso de aberturas não circulares, a área transversal que corresponde substancialmente à área transversal de aberturas geralmente circulares que possuem diâmetro de cerca de 0,1 mm a cerca de 100 mm.

EXEMPLO

[00103] Diversas realizações da presente invenção podem ser mais bem compreendidas por meio de referência ao Exemplo a seguir, que é oferecido como forma de ilustração. A presente invenção não se limita ao Exemplo fornecido no presente.

[00104] Matéria-prima de óleo vegetal foi misturada com metanol e alimentada para o exemplo de reator de plasma de eletrodos de bastão descrito com referência à Fig. 8. A matéria-prima de óleo vegetal foi alimentada continuamente para a reação de plasma com bomba e tubulação de acordo com o fluxograma de processo da Fig. 1.

[00105] No reator de plasma, o eletrodo de bastão de alta tensão foi conectado a uma fonte de energia AC e a tensão e a frequência foram definidas pelo módulo de controle. Catalisador ácido ou alcalino (concentração: 0-1 mol/mol) foi dissolvido em álcool (por exemplo, um ou mais dentre metanol, etanol etc.) e a solução de álcool e catalisador foi adicionada a um substrato de óleo com razão molar entre álcool e óleo de 3:1-12:1. A mistura foi agitada até mistura completa e bombeada através do reator de plasma. Quando a mistura de álcool e óleo passou através das regiões de descarga, que são os orifícios sobre as duas placas dielétricas no reator de plasma, ocorreu a descarga de plasma. Quando necessário, ar ou gases diferentes foram introduzidos no reator de plasma para formar bolhas de gás no fluxo de reação através de uma entrada de gases. O ar ou outros gases auxiliam a geração de plasma mais facilmente e economizam energia elétrica reduzindo a tensão de descarga necessária.

[00106] Ao gerar-se descarga de plasma na mistura líquida de álcool e óleo, induz-se a reação de transesterificação. A reação ocorre em até 10 μs a 10 minutos. Passando a zona de descarga de plasma, a mistura de álcool e óleo segue para tratamento abaixo no fluxo para separação e purificação.

[00107] O biodiesel resultante foi testado por um laboratório de teste de terceiros independente. A Tabela 1 exibe alguns dados de qualidade do biodiesel sintetizado com plasma. TABELA 1 DADOS DE QUALIDADE DO BIODIESEL SINTETIZADO

[00108] Os termos e expressões que foram empregados são utilizados como termos descritivos e não limitadores, não existindo, no uso desses termos e expressões, a intenção de excluir nenhum equivalente das características exibidas e descritas ou suas partes, mas reconhece-se que são possíveis diversas modificações. Dever-se-á compreender, portanto, que, embora sejam descritas no presente realizações específicas com referência a características opcionais, os técnicos comuns no assunto podem recorrer a modificações e variações dos conceitos descritos no presente e essas modificações e variações são consideradas dentro do escopo de realizações da presente invenção.

[00109] A descrição detalhada acima inclui referências às figuras anexas, que fazem parte da descrição detalhada. As figuras exibem, como forma de ilustração, realizações específicas nas quais se pode praticar a presente invenção. Essas realizações são também denominadas no presente “exemplos”. Esses exemplos podem incluir elementos adicionais aos exibidos ou descritos. Os inventores do presente também contemplam, entretanto, exemplos nos quais apenas esses elementos exibidos ou descritos são fornecidos. Além disso, os inventores do presente também contemplam exemplos que utilizam qualquer combinação ou permuta desses elementos exibidos ou descritos (ou uma ou mais de suas realizações), seja com relação a um exemplo específico (ou uma ou mais de suas realizações) ou com relação a outros exemplos (ou uma ou mais de suas realizações) exibidos ou descritos no presente.

[00110] No caso de usos inconsistentes entre o presente documento e quaisquer documentos incorporados como referência, prevalece o uso neste documento.

[00111] No presente, os termos “um” ou “uma” são utilizados, como é comum em documentos de patente, para incluir um ou mais de um, independentemente de outros casos ou usos de “pelo menos um” ou “um ou mais”. Neste documento, o termo “ou” é utilizado para designar ou não exclusivo, de tal forma que “A ou B” inclua “A mas não B”, “B mas não A” e “A e B”, a menos que indicado em contrário. Neste documento, as expressões “que inclui” e “em que” são utilizadas como equivalentes em português das expressões correspondentes “que compreende” e “no qual”. Além disso, nas reivindicações a seguir, as expressões “que inclui” e “que compreende” possuem significado aberto, ou seja, um sistema, dispositivo, artigo, composição, formulação ou processo que inclui elementos além dos relacionados após essa expressão em uma reivindicação ainda são considerados enquadrados dentro do escopo daquela reivindicação. Adicionalmente, nas reivindicações a seguir, os termos “primeiro”, “segundo”, “terceiro” etc. são utilizados apenas como marcas e não se destinam a impor exigências numéricas sobre seus objetos.

[00112] Exemplos de métodos descritos no presente podem ser implementados por máquina ou computador, ao menos em parte. Alguns exemplos podem incluir meio legível por computador ou meio legível por máquina codificado com instruções operativas para configurar um dispositivo eletrônico para realizar métodos conforme descrito nos exemplos acima. Uma realização desses métodos pode incluir código, tal como microcódigo, código em linguagem de máquina, código em linguagem de nível superior ou similares. Esse código pode incluir instruções legíveis por computador para realizar diversos métodos. O código pode formar partes de produtos de programa de computador. Além disso, em um exemplo, o código pode ser armazenado de forma tangível em um ou mais meios legíveis por computador tangíveis voláteis, não transitórios ou não voláteis, tal como durante a execução ou em outros momentos. Exemplos desses meios legíveis por computador tangíveis podem incluir, mas sem limitações, discos rígidos, discos magnéticos removíveis, discos ópticos removíveis (por exemplo, discos compactos e discos de vídeo digital), cassetes magnéticos, cartões ou bastões de memória, memórias de acesso aleatório (RAMs), memórias somente de leitura (ROMs) e similares.

[00113] O relatório descritivo acima destina-se a ser ilustrativo e não restritivo. Os exemplos descritos acima (ou uma ou mais de suas realizações) podem ser utilizados, por exemplo, em combinação entre si. Podem ser utilizadas outras realizações, por exemplo, pelos técnicos comuns no assunto mediante análise do relatório descritivo acima. O Resumo é fornecido para permitir ao leitor determinar rapidamente a natureza do relatório descritivo técnico. Ele é apresentado com a compreensão de que não será utilizado para interpretar ou limitar o escopo ou o significado das reivindicações. Além disso, na Descrição Detalhada acima, diversas características podem ser reunidas para agilizar a descrição. Isso não deverá ser interpretado como indicando que uma característica descrita não reivindicada é essencial para qualquer reivindicação. Ao contrário, o objeto da presente invenção pode não estar em todas as características de uma realização descrita específica. Desta forma, as reivindicações a seguir são incorporadas ao presente na Descrição Detalhada como exemplos ou realizações, em que cada reivindicação aparece independentemente como realização separada, e contempla-se que essas reivindicações podem ser combinadas entre si em diversas combinações ou permutas. O escopo da presente invenção deverá ser determinado com referência às reivindicações anexas, em conjunto com o escopo total de equivalentes aos quais essas reivindicações se destinam.

Claims

1. REATOR DE PLASMA (20, 100, 200, 300) para geração de uma descarga de plasma estável em um fluxo líquido de reagentes (82), o reator de plasma (20, 100, 200, 300) compreendendo: um abrigo que define uma ou mais câmaras internas (118, 218, 332); o reator de plasma (20, 100, 200, 300) caracterizado por compreender adicionalmente: um recipiente de armazenagem com uma alimentação líquida entregue a uma entrada de alimentação (110, 210, 310) para formar um fluxo líquido de reagentes (82); um eletrodo de alta tensão (102, 202, 502) posicionado ao menos parcialmente em ou em proximidade a uma primeira parte da uma ou mais câmaras (118, 218, 332); um primeiro eletrodo de solo (104, 204, 404, 504) posicionado ao menos parcialmente em ou em proximidade a uma segunda parte da uma ou mais câmaras (118, 218, 332) e em proximidade à entrada de alimentação (110, 210, 310), em que a segunda parte está localizada sobre um primeiro lado do eletrodo de alta tensão (102, 202, 502); um segundo eletrodo de solo (106) posicionado ao menos parcialmente em ou em proximidade a uma terceira parte de uma ou mais câmaras (118, 218, 332) e em proximidade a uma saída de produto (112, 212, 312), em que a terceira parte está localizada sobre um segundo lado do eletrodo de alta tensão (102, 202, 502) que é oposto ao primeiro lado do eletrodo de alta tensão (102, 202, 502); uma primeira placa dielétrica (114, 214, 320) entre o primeiro eletrodo de solo (104, 204, 404, 504) e o eletrodo de alta tensão (102, 202, 502), em que a primeira placa dielétrica (114, 214, 320) compreende uma ou mais primeiras aberturas (122, 222, 322) maiores que 1 mm através das quais o fluxo líquido de reagentes (82) pode passar da primeira parte para a segunda parte ou da segunda parte para a primeira parte; uma segunda placa dielétrica (116, 216, 322) posicionada entre o segundo eletrodo de solo (106) e o eletrodo de alta tensão (102, 202, 502), em que a segunda placa dielétrica (116, 216, 322) compreende uma ou mais segundas aberturas (128, 228, 326) maiores que 1 mm através das quais o fluxo líquido de reagentes (82) pode passar da primeira parte para a terceira parte; a entrada de alimentação (110, 210, 310) sendo configurada para alimentar o fluxo líquido de reagentes (82) para o interior de uma ou mais câmaras (118, 218, 332); e a saída de produto (112, 212, 312) sendo configurada para retirada do fluxo líquido de reagentes (82) de uma ou mais câmaras (118, 218, 332); em que o eletrodo de alta tensão (102, 202, 502) é configurado para descarregar um plasma em ou em proximidade a onde o fluxo de reagente flui através de uma ou mais primeiras aberturas (122, 222, 322) e uma de mais segundas aberturas (128, 228, 326) quando alimentado com energia elétrica.

2. REATOR DE PLASMA (20, 100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um tamanho das uma ou mais primeiras aberturas (122, 222, 322) na primeira placa dielétrica (114, 214, 320) ou das uma ou mais segundas aberturas (128, 228, 326) na segunda placa dielétrica (116, 216, 322) ser menor do que uma área das uma ou mais câmaras (118, 218, 332) em ou próximas às quais o eletrodo de alta tensão (102, 202, 502) ou o eletrodo de solo (104, 204, 404, 504) está posicionado.

3. REATOR DE PLASMA (20, 100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira parte encontrar-se em posição intermediária em uma ou mais câmaras (118, 218, 332) e a segunda parte encontrar-se em primeira posição externa em uma ou mais câmaras (118, 218, 332) com relação à posição intermediária.

4. REATOR DE PLASMA (20, 100, 200, 300), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender uma ou mais das seguintes características: (a) um catalisador (230) carregado em pelo menos uma dentre a primeira parte ou a segunda parte de uma ou mais câmaras (118, 218, 332); (b) o catalisador (230) carregado para a primeira parte de uma ou mais câmaras (118, 218, 332) próximas ao eletrodo de alta tensão (102, 202, 502); (c) o catalisador (230) carregado para a segunda parte de uma ou mais câmaras (118, 218, 332) próximas ao primeiro eletrodo de solo (104, 204, 404, 504).

5. REATOR DE PLASMA (20, 100, 200, 300), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por compreender uma ou ambas das seguintes características: (a) uma fonte de energia (22) que fornece energia elétrica pelo menos para o eletrodo de alta tensão (102, 202, 502); (b) a fonte de energia (22) compreendendo uma dentre uma fonte de energia de corrente alternada, fonte de energia de corrente direta ou fonte de energia de pulsos.

6. REATOR DE PLASMA (20, 100, 200, 300), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender uma ou ambas das seguintes características: (a) a entrada de alimentação (110, 210, 310) ser configurada para alimentar o fluxo líquido de reagentes (82) para a primeira parte ou a segunda parte de uma ou mais câmaras (118, 218, 332); (b) a saída de produto (112, 212, 312) ser configurada para retirar o fluxo líquido de reagentes (82) da primeira parte ou da segunda parte de uma ou mais câmaras (118, 218, 332).

7. REATOR DE PLASMA (20, 100, 200, 300), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por compreender uma ou mais das seguintes características: (a) um segundo eletrodo de solo (106) posicionado ao menos parcialmente em ou em proximidade a uma terceira parte de uma ou mais câmaras (118, 218, 332), em que a terceira parte está localizada sobre um segundo lado do eletrodo de alta tensão (102, 202, 502) que é oposto ao primeiro lado do eletrodo de alta tensão (102, 202, 502); (b) a primeira parte encontra-se em posição intermediária em uma ou mais câmaras (118, 218, 332), a segunda parte encontra-se em primeira posição externa em uma ou mais câmaras (118, 218, 332) com relação à posição intermediária e a terceira parte encontra-se em segunda parte externa oposta à primeira posição externa com relação à posição intermediária; (c) uma segunda placa dielétrica (116, 216, 322) posicionada entre o segundo eletrodo de solo (106) e o eletrodo de alta tensão (102, 202, 502), em que a segunda placa dielétrica (116, 216, 322) compreende uma ou mais segundas aberturas (128, 228, 326) através das quais o fluxo líquido de reagentes (82) pode passar da primeira parte para a terceira parte.

8. REATOR DE PLASMA (20, 100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela entrada de alimentação (110, 210, 310) alimentar o fluxo líquido de reagentes (82) para a segunda parte de uma ou mais câmaras (118, 218, 332) e a saída de produto (112, 212, 312) retirar o fluxo líquido de regentes (82) da terceira parte de uma ou mais câmaras (118, 218, 332).

9. REATOR DE PLASMA (20, 100, 200, 300), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo reator de plasma (20, 100, 200, 300) converter um ou mais reagentes com base em lipídios e um ou mais álcoois reagentes em um ou mais compostos de biodiesel.

10. REATOR DE PLASMA (20, 100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo um ou mais reagentes com base em lipídios serem incluídos em um ou mais óleos, uma ou mais gorduras ou em ambos um ou mais óleos e uma ou mais gorduras.

11. REATOR DE PLASMA (20, 100, 200, 300), de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 10, caracterizado pelo um ou mais compostos de biodiesel incluírem metil éster de ácido graxo.

12. PROCESSO PARA ALIMENTAÇÃO DE FLUXO DE COMPOSTOS REAGENTES A UM REATOR E DESCARGA DE PLASMA, caracterizado por compreender: alimentar um fluxo líquido de reagentes (82) que compreende um ou mais compostos reagentes a um reator de plasma (20, 100, 200, 300), em que o reator de plasma (20, 100, 200, 300) compreende: descarregar um plasma líquido no fluxo líquido de reagentes (82) no reator de plasma (20, 100, 200, 300), em que o plasma líquido inicia ou acelera uma reação de pelo menos um dentre um ou mais compostos reagentes para formar uma composição líquida de produto; em que o reator de plasma (20, 100, 200, 300) compreende: um abrigo que define uma ou mais câmaras internas (118, 218, 332); um eletrodo de alta tensão (102, 202, 502) posicionado ao menos parcialmente em ou em proximidade a uma primeira parte da uma ou mais câmaras (118, 218, 332); um primeiro eletrodo de solo (104, 204, 404, 504) posicionado ao menos parcialmente em ou em proximidade a uma segunda parte da uma ou mais câmaras (118, 218, 332) e em proximidade a uma entrada de alimentação (110, 210, 310), em que a segunda parte está localizada sobre um primeiro lado do eletrodo de alta tensão (102, 202, 502); uma primeira placa dielétrica (114, 214, 320) entre o primeiro eletrodo de solo (104, 204, 404, 504) e o eletrodo de alta tensão (102, 202, 502), em que a primeira placa dielétrica (114, 214, 320) compreende uma ou mais primeiras aberturas (122, 222, 322) através das quais o fluxo líquido de reação (82) pode passar da primeira parte para a segunda parte ou da segunda parte para a primeira parte; um segundo eletrodo de solo (106) posicionado ao menos parcialmente em ou em proximidade a uma terceira parte de uma ou mais câmaras (118, 218, 332) e em proximidade a uma saída de produto (112, 212, 312), em que a terceira parte está localizada sobre um segundo lado do eletrodo de alta tensão (102, 202, 502) que é oposto ao primeiro lado do eletrodo de alta tensão (102, 202, 502); e em que descarregar o plasma no fluxo líquido de reagentes (82) compreende fornecer energia elétrica pelo menos para o eletrodo de alta tensão (102, 202, 502), de forma que o plasma seja descarregado no ou em proximidade ao local em que o fluxo líquido de reagentes (82) flui através da uma ou mais primeiras aberturas (122, 222, 322); em que a reação que é acelerada ou iniciada é uma reação de transesterificação entre um ou mais compostos com base em lipídios e um ou mais álcoois; e em que a composição de produto compreende um ou mais compostos de biodiesel.

13. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por um ou mais compostos reagentes compreendem um ou mais álcoois e um ou mais compostos com base em lipídios.

14. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelos um ou mais compostos com base em lipídios compreenderem um ou mais óleos, uma ou mais gorduras ou ambos um ou mais óleos e uma ou mais gorduras.

15. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 14, caracterizado pelo um ou mais compostos de biodiesel incluírem metil éster de ácido graxo.

16. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, caracterizado pelo reator de plasma (20, 100, 200, 300) compreender adicionalmente um catalisador (230) para a reação carregado em uma ou mais das câmaras internas (118, 218, 332).