TÍTULO: Produção de bio-óleo por craqueamento térmico de óleo de aves residual
AUTORES: WISNIEWSKI, A.JR. (FURB) ; WIGGERS, V.R. (FURB) ; MEIER, H.F. (FURB) ; BARROS, A.A.C. (FURB) ; SIMIONATTO, E.L. (FURB)
RESUMO: Neste trabalho estão apresentados os resultados da aplicação do processo de craqueamento térmico contínuo a 450°C e 550°C, para a conversão de resíduos de óleo de aves (biomassa) em bio-óleo, visando a produção de biocombustíveis. Foram realizados 9 experimentos. Os melhores rendimentos em bio-óleo foram obtidos nos experimentos 8 e 9, 45% e 46% (m/m) respectivamente. O bio-óleo foi obtido em duas frações distintas, separadas pela diferença de temperatura de condensação na saída do reator e foram submetidas a análise por cromatografia gasosa. O perfil cromatográfico mostrou semelhanças na composição química do bio-óleo em relação a fração de hidrocarbonetos derivados do petróleo, indicando que o bio-óleo pode dar origem a biocombustíveis alternativos aos combustíveis fósseis.
PALAVRAS CHAVES: craqueamento térmico; pirólise; biocombustíveis.
INTRODUÇÃO: As fontes de energias estão divididas em três categorias: combustíveis fósseis, fontes renováveis e fontes nucleares (Demirbas, 2001).
De todas as fontes renováveis de energia, a biomassa é a única em que ocorre efetivamente o acumulo de energia solar. Além disso, é a única fonte renovável de carbono apta a ser convenientemente convertida em combustíveis sólidos, líquidos e gasosos (Demirbas, 2001). Entre as fontes alternativas e renováveis para a obtenção de combustíveis podem se considerar vários tipos de gorduras e óleos derivados de plantas e animais (Adebanjo et al., 2005; Maher e Bressler, 2007). Gorduras animais entretanto, não foram estudados na mesma extensão como os óleos vegetais, e isto o torna uma matéria-prima interessante por apresentar aproximadamente a metade do valor de óleos vegetais virgens (Adebanjo et al., 2005).
Estes biocombustíveis (bio-óleos), apresentam várias vantagens: são facilmente obtidos a partir de fontes comuns de biomassa; sua combustão integra o ciclo do dióxido de carbono; possuem alto apelo ambiental, econômico e social; são biodegradáveis e contribuem para a sustentabilidade (Demirbas, 2008).
São dois os processos termoquímicos de conversão de biomassa em bio-óleo, o craqueamento térmico ou pirólise e a gaseificação (Wample, 2007; Demirbas, 2001; Bridgwater, 2004).
Hua et al. (2008) apresentam o craqueamento térmico catalítico de óleo de soja, de palma e de gordura de frango. O bio-óleo de frango também foi estudado quanto as suas principais propriedades físico-químicas por Santos et al. (2008).
MATERIAL E MÉTODOS: A unidade experimental utilizada para a realização de experimentos deste trabalho, possui uma seção de alimentação que é composta por um reservatório e uma bomba para transporte dos resíduos gordurosos através da seção de pré-aquecimento, onde uma serpentina promove a vaporização. Após a seção de pré-aquecimento, os vapores seguem para o reator tubular que possui resistências elétricas divididas em 4 malhas de controle responsáveis pelo controle de temperatura do reator. Os produtos da reação seguem para um sistema de condensação, composto por dois trocadores de calor em série que acoplados a separadores gás-líquido e reservatórios independentes para armazenamento dos produtos líquidos. Instrumentos de medição e controladores conectados a um micro-computador são responsáveis pela aquisição de dados e controle do processo.
Para a realização destes experimentos utilizou-se o óleo de aves residual. O procedimento experimental consiste no “start-up” da unidade, através do ativamento das malhas de controle de acordo com o “set-point” desejado até identificação do estado estacionário. Os experimentos de craqueamento foram realizados variando-se a Temperatura do reator, porcentagem de água na matériaprima e Vazão da matériaprima através do reator conforme planejamento descrito nos resultados e discussão.
As frações líquidas (bio-óleo) obtidas do craqueamento térmico, foram analisadas em um cromatógrafo gasoso Schimadzu equipado com Detector de Ionização por Chama e coluna OV 5 (30 m x 0,25 mm – filme 0,25 m), com injetor a 250 ºC, detector a 280 ºC e forno 50 ºC (1 min) – 5 ºC min-1 @ 270 ºC (10 min).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Para este experimento, desenvolveu-se um planejamento experimental do tipo 2n, explorando os seguintes parâmetros do processo: Temperatura de craqueamento térmico; Relação % água; e tempo de residência, variável diretamente associada a Vazão de alimentação.
Foram executados 8 experimentos descritos conforme o exemplo a seguir: Exp X (Temp. oC : % H2O : Vazão kg h-1). Exp 1 (550 : 50 : 6); Exp 2 (550 : 50 : 3); Exp 3 (550 : 30 : 6); Exp 4 (450 : 50 : 6); Exp 5 (450 : 30 : 3); Exp 6 (450 : 30 : 6); Exp 7 (450 : 50 : 3) e Exp 8 (550 : 30 : 3). Adicionalmente ao planejamento experimental foi realizado mais um experimento definido de Experimento 09 Exp 1 (550 : 0 : 3).
O bio-óleo produzido pelo craqueamento térmico segundo as condições acima, foi separado em duas frações na saída do reator, segundo a temperatura de condensação: Fração I (~180oC) e Fração II (~ 11oC).
Os melhores rendimentos considerando a soma das frações, foram obtidos para os experimentos 08 e 09, 45% e 46% respectivamente. O experimento 08 apresentou uma maior quantidade da Fração I e o ensaio é realizado sem adição de água, Experimento 09, apresentou maior rendimento da Fração II.
As fases orgânicas I e II, oriundas dos experimentos 08 e 09, foram submetidas a análise por cromatografia gasosa. Os resultados obtidos foram comparados com os cromatogramas de uma amostra de gasolina e de diesel de origem fóssil, analisados sob as mesmas condições (Figuras 1 e 2).
Através dos cromatogramas pode-se concluir que o sistema de fracionamento por condensação não é efetivo quando espera-se comparar a similaridade das frações do bio-óleo com os combustíveis fósseis. A Fração I apresenta maior similaridade com o diesel convencional e a Fração II possui hidrocarbonetos similares a gasolina derivada do petróleo.
CONCLUSÕES: Este trabalho mostrou a possibilidade de utilizar o processo contínuo de craqueamento térmico de resíduos para a produção de biocombustíveis, e também como alternativa de tratamento e disposição final de resíduos gordurosos de fonte animal. O bio-óleo obtido do óleo de aves, apresentou produtos com características semelhantes ao diesel e a gasolina derivados do petróleo, porém o rendimento não foi satisfatório, apontando para uma necessidade de otimização das condições operacionais.
AGRADECIMENTOS: Os autores gostariam de agradecer ao CNPQ, ANP, FINEP, FAPESC e FURB pelo apoio financeiro no desenvolvimento deste trabalho.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ADEBANJO, A. O., DALAI, A. K., BAKHSHI, N. N.; Production of Diesel-Like Fuel and Other Value-Added Chemicals from Pyrolysis of Animal Fat, Energy & Fuels, 19, 1735-1741, 2005.
BRIDGWATER, A. V.; Biomass Fast Pyrolysis, Thermal Science, Vol. 8, no 2, 21-49, 2004.
DEMIRBAS, A.; Biomass resource facilities and biomass conversion processing for fuels and chemicals, Energy Conversion and Management, 42, 1357-1378, 2001.
DEMIRBAS, A.; Biofuels sources, biofuel policy, biofuel economy and global biofuel projections, Energy Conversion and Management, 49, 2106-2116, 2008.
HUA, T., CHUNYI, L., CHAOHE, Y., HONGHONG, S.; Alternative Processing Technology for Converting Vegetable Oils and Animal Fats to Clean Fuels and Light Olefins, Chinese Journal of Chemical Engineering, 16, 3, 394-400, 2008.
MAHER, K.D., BRESSLER, D.C., Production of triglyceride materials for the production of renewable fuels and chemicals. Bioresource Technology, 98 2351-2368, 2007.
SANTOS, A. L. F.; QUIRINO, R. L.; RIBEIRO, R. A. M.; MARTINS, D. U.; IHA, O. K.; RUBIM, J. C.; SUAREZ, P. A. Z.; Propriedades Físico-Químicas do Bio-óleo de Gordura de Frango - http://www.biodiesel.gov.br/docs/congresso2007/ producao/59.pdf - acessada em 15/04/2008.
WAMPLER, T. Apllied Pyrolysis handbook, 2ª Edição, CRC Press, Taylor & Francis Group, Estados Unidos da América, 2007;
