Produção contínua de biodiesel por transesterificação de óleo do fruto de macaúba (Acrocomia aculeata) e óleo de fritura em metanol e etanol supercrítico

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2012O biodiesel é produzido a partir de fonte renovável, é um combustível de queima limpa e atrativo devido aos benefícios ambientais, pode ser produzido a partir de óleos vegetais, gordura animal, resíduo de óleo vegetal e algas. O Brasil possui uma grande diversidade de oleaginosas, podendo pesquisar outras fontes de matérias primas para produção de biocombustível. Uma fonte renovável e alternativa é o óleo de macaúba, devido ao grande potencial para produção de óleo. Outra fonte é o óleo de fritura, esse resíduo possui vantagens como: não competir com o alimento comercializado e; conseguir dar destino adequado a um resíduo na forma de energia. Entre os processos para converter óleo vegetal em combustível, o processo de transesterificação se posiciona atualmente como o mais viável. A utilização da transesterificação em condições supercríticas, não catalítico, empregando metanol e etanol, vem sendo desenvolvido como um processo rápido e apresenta altos conteúdos de ésteres. Além de ser mais tolerante à presença de ácidos graxos livres e de água, sendo uma técnica viável para óleos brutos e óleos usados. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo, a produção contínua de biodiesel empregando óleo de fritura e óleo de macaúba, Acrocomia aculeata, em metanol e etanol supercrítico, transesterificação não catalítica. Os experimentos foram realizados em reator tubular operando em modo contínuo em diferentes sistemas reacionais. Os parâmetros estudados nas reações foram a temperatura de 300 a 375 °C, pressão de 10 a 20 MPa, razão molar óleo/álcool de 1:20 a 1:40 e teor de água de 0 a 10 %. Com os resultados obtidos na transesterificação do óleo de fritura em metanol e etanol supercrítico constatou-se que a temperatura de 350 °C foi uma condição drástica para produção de ésteres devido provavelmente a degradação dos mesmos. Nas reações com temperatura de 300 °C, a variação da pressão de 10 para 20 MPa, teve um efeito positivo. O aumento da pressão resulta num aumento do poder de solubilização dos reagentes. Para temperatura de 350 °C, os resultados apresentaram um efeito contrário, redução nos conteúdos de ésteres com o aumento da pressão, devido provavelmente a degradação dos compostos. A variação dos parâmetros razão molar óleo/álcool e teor de água ocasionou um aumento do conteúdo de ésteres (efeito positivo). Com o aumento da razão molar houve um maior contato entre as moléculas de triacilglicerídeos e de álcool e também ocorreu o deslocamento do equilíbrio da reação no sentido da formação dos produtos. A adição de água no meio reacional acarretou a presença de mecanismos paralelos como a hidrólise dos triacilgliceróis e esterificação dos ácidos graxos, aumentando o conteúdo de ésteres. A água, também, evitou o efeito negativo da decomposição térmica e atuou como catalisador na reação. Para os experimentos de transesterificação em condições supercríticas do óleo de macaúba com metanol e etanol verificou-se que o aumento da temperatura até 375 °C teve um efeito positivo em relação aos conteúdos de ésteres. Constatou-se que o aumento da pressão para 20 MPa ocasionou nos melhores resultados devido aumento do poder de solubilização dos reagentes. A variação da razão molar óleo/álcool (1:20 para 1:40) na metanólise obteve um efeito positivo, observou-se efeito negativo para etanólise principalmente no sistema reacional com teor de 10 % de água. Verificou-se que a adição de água pode proporcionar um efeito positivo na transesterificação com óleo de macaúba mas seu teor deve ser menor que 10 %. Na comparação entre os valores de conteúdos de ésteres da metanólise e etanólise do óleo de fritura e de macaúba, observou-se conteúdos máximos tanto com metanol quanto etanol. Deste modo, dependendo da condição reacional existe a possibilidade da etanólise obter conteúdo superiores que a metanólise. Neste cenário, as vantagens econômicas e ecológicas do etanol em relação ao metanol, o torna uma opção valiosa a ser considerada para a produção de biodiesel com tecnologia supercrítica.<br>Abstract : Biodiesel is produced from a renewable source, is a clean burning fuel and attractive due to the environmental benefits, it can be produced from vegetable oils, animal fat, vegetable oil residue and algae. Brazil has a wide variety of oleaginous and could investigate other sources of raw materials for biofuel production. A renewable and alternative source is the macaúba oil due to its the large potential for oil production. Another source is the frying oil, this residue has advantages such as: it does not compete with marketed food and, it gives a better destination for a residue in the form of energy. Among the processes to convert vegetable oil to fuel, the process of transesterification is positioned as the most viable today. The use of transesterification in supercritical conditions, non-catalyst, using methanol and ethanol, has been developed as a simple, safe and fast process and has high yields of esters. Besides being more tolerant to the presence of free fatty acids and water, and a viable technique for crude oils and used oils. In this context, this study aimed at the continuous production of biodiesel using cooking oil and macaúba oil, Acrocomia aculeata, in supercritical methanol and ethanol, non-catalytic transesterification. The experiments were performed in a tubular reactor operating in continuous mode at different reaction systems. The parameters studied in the reaction were temperature from 300 up to 375 ° C, pressure from 10 up to 20 MPa, an oil / alcohol molar ratio from 1:20 up to 1:40 and a water content from 0 up to 10 %. The results obtained in the transesterification of the frying oil in supercritical methanol and ethanol were found that the temperature of 350 ° C was a drastic conditions for the production of esters probably due to degradation. In the reactions at 300 ° C, the pressure variation from 10 up to 20 MPa, has a positive effect. The pressure increased results in an increase in the power of solubilization of the reagents. To temperature of 350 ° C, the results showed an opposite effect, reducing the ester content values, probably due to degradation of the compounds. The variation of the parameters oil/alcohol molar ratio and water content resulted in an increase in the content of ester (positive effect). With increasing molar ratio was greater contact between the molecules of alcohol and triacylglycerides and also occurred shifting the equilibrium of the reaction in direction the products. Addition of water in the reaction medium resulted in the presence of parallel mechanisms such as hydrolysis of triglycerides and esterification of fatty acids, increasing the content of esters. The water also prevented the negative effect of thermal decomposition and acted as a catalyst in the reaction. For transesterification experiments in supercritical conditions of the macaúba oil with methanol and ethanol it was found that the increase temperature up to 375 ° C had a positive effect on the ester content values. It was found that increasing the pressure to 20 MPa resulted in better results due to increase in the power of solubilization of the reagents. The variation of the oil / alcohol molar ratio (1:20 to 1:40) in the methanolysis resulted in a positive effect, to the ethanolysis observed a negative effect mainly on reaction system with a content of 10 % water. It was found that the addition of water can provide a positive effect on transesterification with oil macaúba but its content should be less than 10 %. Comparing the values of content of methanolysis and ethanolysis of frying oil and macaúba oil, it has been observed maximum content with both methanol and ethanol. Thus, depending on the reaction conditions there is the possibility to obtain higher contents in the ethanolysis than in methanolysis. In this scenario, considering the economic and ecological advantages of the ethanol relative to methanol, it makes a valuable option to be considered for biodiesel production with supercritical technology