Conversão de resíduos gordurosos de fritura com a produção de biodiesel por rota catalítica heterogênea

Abstract

Convencionalmente a produção industrial de biodiesel emprega o processo de transesterificação de óleos vegetais in natura como o óleo de soja, de mamona, de girassol entre outros, com a catálise homogênea. Apesar desta rota se encontrar muito difundida nos processos industriais, principalmente pela alta eficiência de transferência de calor e massa em meios homogêneos, ainda apresenta alguns inconvenientes associados às atividades de purificação do biodiesel, de maneira a atender às normas padronizadas pela Agência Nacional de Petróleo (ANP), que levam à geração de significativas quantidades de efluentes líquidos e a impossibilidade tecno-econômica de recuperação e reutilização do catalisador. A busca por tecnologias que maximizem a conversão dos óleos vegetais em biodiesel, através de rotas limpas, tem sido objetivo de pesquisas em todo o mundo. Portanto, a presente pesquisa científica tem como objetivo realizar estudos de conversão de resíduos gordurosos de fritura com a produção de biodiesel por rota catalítica heterogênea etanólica, eliminando a etapa de lavagem e reaproveitando os resíduos gordurosos de fritura (RGF) para a produção do biodiesel. A metodologia desenvolvida consiste na preparação, caracterização e aplicação do catalisador heterogêneo (Nb2O5/Al2O3-SiO2) na reação de transesterificação em escala de laboratório, análises físico-químicas do biodiesel, constituição de modelos e estudos cinéticos da reação. Os estudos experimentais de transesterificação foram realizados nas temperaturas a 63°C, 73°C e 83°C com tempo de reação de 6 h. A reação foi realizada na proporção 1:1 em massa (RGF/ etanol), a massa de catalisador foi de 10% em relação à massa de RGF. Os resultados obtidos através das técnicas de análises de DRIFTS, o método BET e microscopia eletrônica de transmissão de alta-resolução mostraram que a metodologia desenvolvida foi eficiente na preparação e aplicação do catalisador. Os melhores rendimentos da reação foram obtidos a 83°C, indicando que o aumento da temperatura favorece o mecanismo da reação em relação ao mecanismo de adsorção e dessorção. E que os modelos Hom-3, Hom-7 e Het-c2, tiveram o melhor comportamento, podendo ser utilizados em projetos futuros de mudança de escala. Com isso conclui-se que houve a conversão dos RGF com a produção de biodiesel por rota catalítica heterogênea etanólica.

Conventionally the industrial biodiesel production process employs the transesterification of vegetable oils in natura as soybean oil, castor oil, sunflower and others, with homogeneous catalysis. Although this route is thoroughly widespread in industrial processes, mainly owing to the high efficiency of heat and mass transfer in homogeneous media, still has some drawbacks associated with the activities of purifying biodiesel in order to meet the norms established by the National Petroleum Agency (ANP), which lead to the generation of significant quantities of liquid effluents and the impossibility of techno-economic recovery and reuse of the catalyst. The search for technologies that maximize the conversion of vegetable oils into biodiesel, through clean routes, has been the purpose of research worldwide. Therefore, this research aims to conduct scientific studies of conversion of waste frying fat into biodiesel following the heterogeneous catalytic ethanol route, eliminating the step of washing and reusing the waste frying fat (FGR) for biodiesel production. The methodology developed consists of the preparation, characterization and application of heterogeneous catalyst (Nb2O5/Al2O3-SiO2) in the transesterification reaction in a laboratory scale, physic-chemical analysis of biodiesel, setting up models and kinetic studies of the reaction. Experimental studies of transesterification were carried out at temperatures of 63°C, 73°C and 83°C with a reaction time of 6 h. The reaction was performed in a 1:1 ratio by weight (FGR / ethanol), the mass of catalyst was 10% compared to the mass of FGR. The results obtained through the techniques of analysis of DRIFTS, BET method and high resolution transmission electron microscopy, showed that the methodology was effective in preparing and implementing the catalyst. The best results were obtained from the reaction at 83°C, indicating that increasing temperature favors the reaction mechanism vis-à-vis the mechanism of adsorption and desorption. And the models Hom-3, Hom-7 and Het-c2, had the best performance and can be used in future projects for the change of scale. With all these elements, it is concluded that there was a conversion of the FGR with the production of biodiesel following the heterogeneous catalytic ethanol route.