Biodiesel production from oleic acid and ethanol using niobia based catalysts

Abstract

No presente trabalho de doutorado, materiais a base de nióbio foram avaliados como catalisadores ácidos sólidos na reação de esterificação contínua. O ácido oleico foi utilizado como componente modelo para representar os ácidos graxos livres (AGL) e o etanol foi selecionado como agente esterificante, uma vez que não é tóxico, renovável, obtido a partir de produtos agrícolas e muito disponível no Brasil. Amostras de ácido nióbico e fosfato de nióbio foram calcinadas a diferentes temperaturas (de 300 a 600 °C), caracterizadas pelas técnicas de adsorção de nitrogênio, análise termogravimétrica (ATG), difração de raios X (DRX) e dessorção de amônia a temperatura programada (DTP-NH3) e, então, submetidas a testes catalíticos. Para as amostras que apresentaram melhores atividades catalíticas, as condições experimentais de temperatura, massa de catalisador e razão molar etanol:ácido oleico foram otimizadas, utilizando a técnica de planejamento de experimentos e análise canônica. Os resultados mostraram que a temperatura de calcinação afetou as propriedades texturais, a estrutura e a acidez dos materiais. O aumento na temperatura de calcinação provocou decréscimos na área superficial, na acidez total e, consequentemente, no desempenho catalítico para a reação de esterificação, em ambos os catalisadores. No entanto, se comparado ao ácido nióbico, o fosfato de nióbio apresentou maior estabilidade térmica, com diminuições não tão significativas nas conversões obtidas. Esse fato ocorreu, pois o ácido nióbico muda sua estrutura de amorfa para cristalina quando calcinado a 500 °C e o fosfato de nióbio somente sofre alterações em sua estrutura quando submetido a temperaturas de calcinação maiores que 700 °C. Todos os parâmetros afetaram significativamente o rendimento em ésteres. Rendimentos em ésteres de até 70% foram obtidos em condições operacionais otimizadas, para ácido nióbico e fosfato de nióbio. Em outra etapa deste projeto, o processo de hidroesterificação para a produção de biodiesel foi simulada, utilizando o software UniSim, e uma análise econômica preliminar foi realizada. Os dados de conversão obtidos em laboratório para as reações de hidrólise e esterificação foram utilizados como dados de entrada para os reatores simulados. O processo de hidroesterificação mostrou-se tecnicamente viável, produzindo biodiesel em uma vazão mássica de 770 kg/h (6736 toneladas/ano) com alta pureza (97%), no entanto, baseado no diagrama de fluxo de caixa obtido, o processo não se mostrou economicamente viável.