Estudo dos parâmetros da reação de transesterificação para produção de biodiesel

Abstract

Os biocombustíveis são uma alternativa para substituir os combustíveis fósseis no futuro, uma vez que esses provêm de fontes de energia renováveis, contribuem para o desenvolvimento sustentável e a segurança energética no planeta. Dentre eles, destaca-se o biodiesel proveniente de óleos vegetais e gordura animal. Esse combustível é uma mistura de ésteres alquílicos de ácidos graxos e pode ser produzido através da reação de transesterificação do metanol e óleo de soja. Essa reação pode ser conduzida via catálise homogênea ou heterogênea. Essa última apresenta a vantagem de separar mais facilmente o biodiesel formado da glicerina (co-produto da reação), gerando menos custos com tratamento e um produto de melhor qualidade, além de simplificar a produção, utilizando menos operações unitárias. Este trabalho teve como objetivo avaliar os parâmetros da reação heterogênea, como tempo, razão metanol/óleo de soja, proporção mássica de catalisador, utilizando dois catalisadores comerciais sólidos à base de óxido de cálcio e magnésio com o intuito de otimizar a produção do biodiesel. Os catalisadores utilizados foram CaCO3 e CaMg(CO3)2, e ambos foram testados com e sem tratamento térmico prévio. Obteve-se maior rendimento quando esses foram calcinados previamente a 800°C. Utilizando o CaCO3 calcinado como catalisador, foram realizados ensaios para a avaliar a influência dos parâmetros da reação. Foi avaliada a razão metanol/óleo de soja em proporções que variaram de 3:1 até 15:1, a proporção em massa de catalisador de 1 a 5 wt% e o tempo de reação entre 1 h e 4 h. Ao final, obteve-se uma condição ótima de produção de biodiesel através da reação de transesterificação utilizando CaCO3 calcinado como catalisador a 4 wt%, a uma temperatura de 65°C, razão metanol/óleo 9:1 e tempo de reação de 2 horas.

Biofuels are an alternative to replacing fossil fuels in the future, as they come from renewable energy sources, contributing to sustainable development and energy security on the planet. Among them, there is the biodiesel which comes from vegetable oils and animal fat. This fuel is a mixture of alkyl esters of fatty acids and can be produced through the transesterification reaction of methanol and soy oil. This reaction can be conducted via homogeneous or heterogeneous catalysis. The latter presents the advantage of separating more easily the biodiesel formed from Glycerin (co-product of the reaction), generating less costs with treatment and a product of better quality, besides the fact that it simplifies production by using fewer unit operations. This work aims to evaluate the parameters of the heterogeneous reaction, such as time, ratio of methanol/soy oil, catalyst amount, using two solid commercial catalysts based on calcium oxide and magnesium with the aim of optimizing biodiesel production. The catalysts used were CaCO3 and CaMg(CO3)2, and both were tested with and without prior heat treatment. Higher yields were obtained when they were previously calcined at 800 °C. Using the calcined CaCO3 as a catalyst, tests were carried out to evaluate the influence of the reaction parameters. Methanol/soy oil ratio was evaluated in proportions ranging from 3:1 to 15:1, the amount of catalyst from 1 to 5 wt% and reaction time between 1 h and 4 h. At the end, an optimal biodiesel production condition was obtained through the transesterification reaction using 4 wt% of calcined CaCO3 as a catalyst, at a reaction temperature of 65 °C, methanol/oil ratio 9:1 and reaction time of 2 h.