Donato Aranda

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  • Conclusões Motores Diesel são, em média, 30% mais eficientes que os motores Flex (balanço energético) Com os preços de mercado atuais, o custo efetivo do diesel é 44% menor que o do etanol e 50% menor que o da gasolina (balanço de custo/energia)
  • Conclusões Motores Diesel são, em média, 30% mais eficientes que os motores Flex (balanço energético) Com os preços de mercado atuais, o custo efetivo do diesel é 44% menor que o do etanol e 50% menor que o da gasolina (balanço de custo/energia)
  • Donato Aranda

    1. 1. Processo Industrial de Biodiesel a partir das Matérias-Primas Alternativas: Girassol, Pinhão Manso, Amendoim, Macaúba e Sebo Bovino Prof. Donato Aranda, Lab Tecnologias Verdes, Greentec Escola de Química/UFRJ Rio de Janeiro-BRASIL S Paulo, Setembro 2010
    2. 2. 85 million bbl/day 31 billion bbl/year Petroleum Global Numbers Too much for the global atmosphere..
    3. 3. Fossil Fuels
    4. 4. Brazil
    5. 8. Fuel Market Share (Billion gal/year) Demanda estimada (0-1% de aumento ao ano) Demanda estimada (2-4% de aumento ao ano) Demanda estimada (0-0,3% de aumento ao ano)
    6. 9. Mercado Mundial de Combustíveis <ul><li>Total Transportation Fuel Market : $2 trillion </li></ul><ul><ul><li>Diesel market: $1.061 billion </li></ul></ul><ul><ul><li>Gasoline Market: $789 billion </li></ul></ul><ul><ul><li>Jet-fuel market: $155 billion </li></ul></ul>
    7. 10. Consumo de Combustíveis * * * * Preços médios de São Paulo, calculados com base em dados de out/09
    8. 11. Particulate, Soot
    9. 12. Petrodiesel: SOx, CO, PM Emissions CH 3 -(CH 2 ) n -C O CH 3 O Biodiesel: Dramatic Reduction of Emissions + O 2 CO 2 + H 2 O + SOx + CO + MP + Arom. + O 2 + O 2 CO 2 + H 2 O More Oxidation, more complete oxidation
    10. 13. PROGRAMA DE BIODIESEL NO BRASIL <ul><li>B2 mandatory at Jan/2008 (850,000 ton/year) </li></ul><ul><li>B3 mandatory at Jul/2008 (1,300,000 ton/year) </li></ul><ul><li>B5 mandatory at 2010 (2013, originaly) </li></ul><ul><li>Now: </li></ul><ul><li>63 biodiesel plants working (> 5,000,000 ton/year) </li></ul><ul><li>36,000 gas stations providing B5 </li></ul><ul><li>LOWER FEDERAL TAXES JUST FOR SOCIAL PROJECTS </li></ul>
    11. 14. Soybean, Tallow, Cotton Palm Castor Sunflower Jatropha Canola Macaúba Peanut
    12. 15. Território Nacional: 8,51 milhões de Km² Milhões de Hectares Floresta Amazônica 350 Pastagens 210 Áreas Protegidas 55 Culturas Anuais 47 Culturas Permanentes 14 Cidades, Lagos, Estradas e Pântanos 20 Florestas Cultivadas 5 Outros Usos 60 Área ainda não-explorada disponível para agricultura 90 Total 851
    13. 16. FA FA FA G Triglicerídeos Tipicamente os óleos e gorduras possuem 99% de triglicerídeos e ácidos graxos
    14. 17. Triglyceride Fatty Acid FA FA + FA FA Water Glycerol Hidrólise + 3 G G 3 H 2 O Umidade é fundamental para que ocorra hidrólise e Consequentemente, aumento de acidez.
    15. 19. palmitate oleate linoleate
    16. 20. Aflotoxina (20 ppm) Acidez 1-2,5% Acido Mirístico C14:0 < 0,6 Ácido Palmítico C16:0 6,0 - 16,0 Ácido Palmitoleico C16:1 < 1,0 Ácido Margárico C17:0 < 0,1 Heptadecenoico C17:1 < 0,1 Ácido Esteárico C18:0 1,3 - 6,5 Ácido Oleico C18:1 35,0 - 72,0 Ácido Linoleico C18:2 13,0 - 45,0 Ácido Linolênico (Ômega 3) C18:3 < 0,3 Ácido Araquídico C20:0 1,0 - 3,0 Ácido Eicosenoico C20:1 0,5 - 2,1 Ácido Behênico C22:0 1,0 - 5,0 Ácido Erúcico C22:1 < 0,3 Ácido Lignocérico C24:0 0,5 - 3,0
    17. 21. Acidez: 1-10% Ácido Palmítico C16:0 14-16 Ácido Palmitoleico C16:1 < 1,0 Ácido Esteárico C18:0 5-6 Ácido Oleico C18:1 41-44 Ácido Linoleico C18:2 34-38 Ácido Linolênico C18:3 < 1
    18. 22. Acidez tipicamente inferior a 2% Ceras compostas de ácidos graxos e álcoois graxos de C20-C30 Devem ser eliminadas por winterização Ácido Palmítico C16:0 6-8 Ácido Esteárico C18:0 2-6 Ácido Oleico C18:1 26-36 Ácido Linoleico C18:2 54-62 Ácido Linolênico C18:3 1-2 Ácido Araquídico C20:0 1,0 - 3,0
    19. 23. Acidez: 1-10% Ácido Mirístico C14:0 1,0 - 6,0 Ácido Palmítico C16:0 20,0 - 37,0 Ácido Palmitoleico C16:1 1,0 - 9,0 Ácido Margárico C17:0 1,0 - 3,0 Ácido Esteárico C18:0 25,0 - 40,0 Ácido Oleico C18:1 31,0 - 50,0 Ácido Linoleico C18:2 1,0 - 5,0
    20. 24. Macaúba Capacidade de produzir cerca de 5 ton óleo/ha.ano ou mais. Problema: Elevada acidez (tipicamente mais de 10%) Ácido Palmítico C16:0 14-23 Ácido Palmitoleico C16:1 1-2 Ácido Esteárico C18:0 2-6 Ácido Oleico C18:1 60-75 Ácido Linoleico C18:2 13,0 - 45,0 Ácido Linolênico C18:3 <1 Ácido Araquídico C20:0 1-2
    21. 25. Triglyceride Biodiesel FA FA FA FA Alcohol Glycerol Transesterificação Feedstock acidity have to be very low ! FA: fatty acid A: alcohol G: glycerol
    22. 26. Transesterification vs. Saponification
    23. 27. <ul><li>Acidez </li></ul><ul><li>Umidade </li></ul><ul><li>Fósforo </li></ul><ul><li>Insaponificáveis </li></ul>
    24. 28. M1 C1 M2 R2 Óleo vegetal Vapor Acido fosfórico Soda Cáustica Vapor Óleo Neutralizado Soap Stock C2 M3 R3 Vapor Vapor H 2 O quente Óleo umido Sabão Óleo Seco M4 MeOH e MeONa Óleo Seco Vapor Vapor R4 D2 R5 D3 MeOH e MeONa Glicerina Glicerina Biodiesel Biodiesel M5 H 2 O quente e ácido cítrico D4 Glicerina M6 H 2 O quente D5 H 2 O Biodiesel Biodiesel umido Biodiesel Seco Biodiesel Seco M7 C3 R6 M8 R7 E1 Ácido clorídrico Soda Cáustica Soap Stock Glicerina M9 Glicerina Oleína (ácido sulfúrico) H 2 O e MeOH C4 H 2 O MeOH Feedstock pre-treatment Biodiesel separation and purification Glycerol separation and purification Biodiesel Production Transesterification R1 VS SV
    25. 29. Biodiesel – Custo de Produção Custos por tonelada de biodiesel produzido Óleo Vegetal 87,98% Catalisador 2,41% Metanol 5,36% Outros insumos   Ácido Fosfórico 0,20% Ácido Cítrico 0,13% Ácido Clorídrico 0,47% Soda Cáustica 0,38% Ácido Sulfúrico 0,01% Utilidades   Água de processo e resfriamento 0,03% Energia Elétrica 60 HZ 0,29% Vapor de 15kgf/cm² 1,17% Ar de instrumento 0,04% Nitrogênio Líquido 0,02% Serviços (Manutenção) 0,58% Pessoal 0,92%     Total 100,00%
    26. 30. HETEROGENEOUS CATALYSIS Cleaner Process Zero Soap High Selectivity Catalyst reuse Cleaner Biodiesel Glycerol (99% instead of 75-80%)
    27. 31. AGROPALMA BIODIESEL PLANT, USING HETEROGENEOUS CATALYST TO ESTERIFICATION, 2005 Patent: D. A. G. Aranda et al; PI0301103-8, 2003. D. A. G. Aranda et al, WO2004096962, 2004.
    28. 32. Fatty Acids Esterification (AGROPALMA) Industrial Hydrolysis (Known Process) Why don t integrate both processes ??? +
    29. 33. Triglyceride Fatty Acid FA FA + FA FA Water Glycerol Hidoesterificação + 3 G H 2 O G 3 FA A FA A H 2 O + Fatty Acid Alcohol Biodiesel Water (No acidity restriction in feedstock) Complete transformation of fatty material
    30. 34. Fatty Material Steam Glycerol And water c1 Steam e Glycerol water c2 Biodiesel Methanol Ethanol water Fatty material
    31. 35. H 2 O FA A FA A + Fatty acid Alcohol Biodiesel water
    32. 36. Hydroesterification: animal fat and used fried oil
    33. 38. Biobrax 60,000 ton/year
    34. 40. BIO-BASED PRODUCTS <ul><li>H 2 + Fatty acids -> Ácido Esteárico </li></ul><ul><li>(processo conhecido, baixa pressão) </li></ul><ul><li>H 2 + Fatty acids -> Hidrocarbonetos </li></ul><ul><li>(Neste Oil, Turku Univ, Média pressão) </li></ul><ul><li>H 2 + Fatty acids -> Álcoois Graxos </li></ul><ul><li>(processo conhecido, alta pressão) </li></ul>
    35. 41. Ácido Graxo Glicerina Aquosa Ácidos Graxos Destilados Glicerina Pharma Hidrogênio Níquel Ácido Esteárico Açúcares Níquel / H2 Oleatos, Estearatos e Palmitatos de Sorbitan Níquel / H 2 Alcoóis Graxos Pt-Cr / H 2 Hidrocarboneto Grau Alimentício Pd / H 2 BIOREFINARIA Hidrólise de Óleos e Gorduras Shampoo Condicionador Cosméticos Embalagens Alimentícias Lubrificantes Tintas Pneus
    36. 42. Ácido Graxo Glicerina Aquosa Metil ou Etil Éster (Biodiesel) Metil Éster C16 Hidrogenado Níquel / H 2 MES (Metil Éster Sulfonado) Hidrólise de Óleos e Gorduras Metil Éster C18 Metil Éster C16 SO 3 MeOH / EtOH Glicerina Pharma H2 Poliól Graxo Poliuretanas Di-isocianatos Hidratação
    37. 43. CONCLUSÕES <ul><li>Acidez é o principal parâmetro a definir o processo para produção de biodiesel </li></ul><ul><li>Na transesterificação, sebo e macaúba exigem refino físico. Girassol, Pinhão Manso e </li></ul><ul><li>Amendoim – refino químico. </li></ul><ul><li>A hidroesterificação pode ser aplicada diretamente a qualquer dos óleos e gorduras </li></ul><ul><li>Sem necessidade de refino. </li></ul><ul><li>Ao adotar a hidroesterificação, o produtor de biodiesel diversifica seu portfolio de produtos para a oleoquímica. </li></ul>
    38. 44. <ul><li>Postdocs : Luciana Camacho, Neyda Om, Yordanka Reyes </li></ul><ul><li>Ph D : Gisel Chenard, Angel Amarales, Jose Sotolongo , Rosana Amorim, Chaline Detoni, Marcelo Tondello, Elisa Cruz, Anderson Kurunczi, Jussara Goncalves, Carla Pereira. Ana Paula Duarte, Luciana Rios, Laura Valente, Rodolfo Salazar, Cristiane Mesquita, Vivian Vicentini, Ana Encarnação, Luana Leão, Diniara Soares, Michelle Gomes </li></ul><ul><li>M Sc :, Priscila Henriques, Leonardi Almeida, Margarida Castello, Kevin Buchner </li></ul><ul><li>Researchers : Nélder Galvão, Alex Constantino, Cláudia Carvalho, Robson Monteiro, Leôncio Diógenes </li></ul>Companies : Petrobras, Agropalma, BASF and Evonik-Degussa
    39. 49. Obrigado ! www.greentec-ufrj.com www.biodieselbr.com/blog/donato/ “ God causes all things to work together for good to those who love Him” ( Rm 8,28)

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