Simulação do processo de produção de biodiesel a partir do destilado de desodorização de óleos vegetais usando hidrotalcita-hidroxiapatita como catalisador
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v10i6.15452Palavras-chave:
Biodiesel; DWSIM; Catálise heterogênea; Simulação; Transesterificação.Resumo
Existem poucos estudos de simulação na literatura com foco na produção de biodiesel a partir do destilado da desodorização de óleo vegetal (DDOV), um resíduo originado da etapa de processamento do óleo vegetal, utilizando hidrotalcita-hidroxiapatita como catalisador heterogêneo. Neste estudo, o processo de simulação foi realizado no software de interface aberta DWSIM® Versão 6.3. A motivação baseou-se no desempenho positivo do catalisador durante os estudos experimentais. Assim, no projeto do simulador, a matéria-prima lipídica, o etanol e o catalisador foram alimentados juntos em um reator de conversão CSTR-01. O pacote de fluido termodinâmico usado para este processo foi o modelo de coeficiente de atividade de dois líquidos não aleatórios (NRTL). O fluxograma do processo consistiu na etapa de reação (transesterificação do óleo), e etapas de separação dos ésteres etílicos produzidos, excesso de etanol e purificação do biodiesel. Como resultado, diferentes cenários foram simulados, usando óleo de soja comercial como forma comparativa, diferentes tipos de catalisadores e diferentes razões molares de álcool e DDOV. Dentre as principais diferenças entre os casos simulados, foi demonstrado que o excesso de álcool (1:45) ocasionou maior quantidade de consumo de DDOV e, consequentemente, maior formação de ésteres etílicos (biodiesel), resultando em maiores conversões (> 95%). Além disso, os resultados obtidos confirmaram a adequação do DDOV como matéria-prima com potencial para a produção de biodiesel, por ser relativamente mais barato que os óleos comestíveis e contribuir para o aproveitamento de resíduos. Assim, comprovando que o catalisador químico foi capaz de formar os principais ésteres dos ácidos graxos mesmo utilizando uma matéria-prima residual.
Referências
Abdurakhman, Y. B., Putra, Z. A., & Bilad, M. R. (2017). Process simulation and economic analysis of biodiesel production from waste cooking oil with membrane bioreactor. In: AIP Conference Proceedings. AIP Publishing LLC, 1891(1), 020011. https://doi.org/10.1063/1.5005344
Aboelazayem, O., Gadalla, M., & Saha, B. (2018). Design and simulation of an integrated process for biodiesel production from waste cooking oil using supercritical methanolysis. Energy, 161, 299-307. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.07.139
Aghbashlo, M., Tabatabaei, M., Rastegari, H., & Ghaziaskar, H. S. (2018). Exergy-based sustainability analysis of acetins synthesis through continuous esterification of glycerol in acetic acid using Amberlyst® 36 as catalyst. Journal of Cleaner Production, 183, 1265-1275. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.02.218
ASTM D6751-15, Standard Specification for Biodiesel Fuel Blend Stock (B100) for Middle Distillate Fuels, ASTM Internacional, West Conshohocken, PA, 2015, www.astm.org.
Baskar, G., & Aiswarya, R. (2016). Trends in catalytic production of biodiesel from various feedstocks. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 57, 496-504. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.12.101
Borugadda, V. B., & Goud, V. V. (2012). Biodiesel production from renewable feedstocks: Status and opportunities. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(7), 4763-4784. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.04.010
Brasil, H., Pereira, P., Corrêa, J., Nascimento, L., Rumjanek, V., Almeida, V., & Rodrigues, E. (2017). Preparation of hydrotalcite–hydroxyapatite material and its catalytic activity for transesterification of soybean oil. Catalysis Letters, 147(2), 391-399. https://doi.org/10.1007/s10562-016-1961-9
Chen, G., Shan, R., Shi, J., Liu, C., & Yan, B. (2015). Biodiesel production from palm oil using active and stable K doped hydroxyapatite catalysts. Energy Conversion and Management, 98, 463-469. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.04.012
Chilev, C., & Simeonov, E. (2014). Simulation of biodiesel production by transesterification of vegetable oils. Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 49(5), 479-486.
Coral, N., Brasil, H., Rodrigues, E., Da Costa, C. E., & Rumjanek, V. (2019). Microwave-modified hydrotalcites for the transesterification of soybean oil. Sustainable Chemistry and Pharmacy, 11, 49-53. https://doi.org/10.1016/j.scp.2019.01.002
Cruz, R. P., Ferreira, F. B., & Rodrigues, F. D. Á. (2017). Simulation and economic analysis of biodiesel production from macauba oil. The Journal of Engineering and Exact Sciences, 3(3), 533-560. https://doi.org/10.18540/2446941603032017533
El-Galad, M. I. (2018). Techno-economic analysis of biodiesel production using co-solvent.
Essamlali, Y., Amadine, O., Larzek, M., Len, C., & Zahouily, M. (2017). Sodium modified hydroxyapatite: Highly efficient and stable solid-base catalyst for biodiesel production. Energy Conversion and Management, 149, 355-367. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.07.028
Giwa, A., & Umanah, K. S. (2019). Optimization of Biodiesel Production from Used Cooking Oil: Aspen HYSYS Simulation and Experimental Validation. In: International Journal of Engineering Research in Africa. Trans Tech Publications Ltd, 43, 38-48. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/JERA.43.38
Guldhe, A., Singh, B., Mutanda, T., Permaul, K., & Bux, F. (2015). Advances in synthesis of biodiesel via enzyme catalysis: Novel and sustainable approaches. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 41, 1447-1464. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.09.035
Hanif, M. A., Nisar, S., Akhtar, M. N., Nisar, N., & Rashid, N. (2018). Optimized production and advanced assessment of biodiesel: A review. International Journal of Energy Research, 42(6), 2070-2083. https://doi.org/10.1002/er.3990
Hussein, R. Z., Attia, N. K., Fouad, M. K., & ElSheltawy, S. T. (2021). Experimental investigation and process simulation of biolubricant production from waste cooking oil. Biomass and Bioenergy, 144, 105850. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2020.105850
Karacan, S., & Cagatay, M. T. (2018). Simulation and optimization of reactive packed distillation column for biodiesel production using heterogeneous catalyst. International Journal of Energy Applications and Technologies, 5(4), 153-160. https://doi.org/10.31593/ijeat.438001
Knothe, G. (2001). Analytical methods used in the production and fuel Quality Assessment of Biodiesel. Transaction of the American Society of Agricultural Engineers, 2(44), 193-200. https://doi.org/10.13031/2013.4740
Lee, A. F., & Wilson, K. (2015). Recent developments in heterogeneous catalysis for the sustainable production of biodiesel. Catalysis Today, 242, 3-18. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2014.03.072
Ma, F., & Hanna, M. (1999). Biodiesel production: a review. Bioresource Technology, 70, 1-15. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(99)00025-5
Medeiros, D. (2021). DWSIM Wiki. https://dwsim.inforside.com.br.
Micic, R. D., Tomic, M. D., Kiss, F. E., Martinovic, F. L., Simikic, M. D., & Molnar, T. T. (2016). Comparative analysis of single-step and two-step biodiesel production using supercritical methanol on laboratory-scale. Energy Conversion and Management, 124, 377-388. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.07.043
Morais, S., Mata, T. M., Martins, A. A., Pinto, G. A., & Costa, C. A. (2010). Simulation and life cycle assessment of process design alternatives for biodiesel production from waste vegetable oils. Journal of Cleaner Production, 18(13), 1251-1259. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2010.04.014
Navajas, A., Campo, I., Moral, A., Echave, J., Sanz, O., Montes, M., Odriozola, J. A., Arzamendi, G., & Gandía, L. M. (2018). Outstanding performance of rehydrated Mg-Al hydrotalcites as heterogeneous methanolysis catalysts for the synthesis of biodiesel. Fuel, 211, 173–181. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.09.061
Okullo, A., & Noah, T. (2017). Process simulation of biodiesel production from jatropha curcas seed oil. American Journal of Chemical Engineering, 5(4), 56-63. https://doi.org/10.11648/j.ajche.20170504.12
Patel, R. L., & Sankhavara, C. D. (2017). Biodiesel production from Karanja oil and its use in diesel engine: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 71, 464-474. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.12.075
Rodrigues, E., Brasil, H., Barros, T., Pereira, C., Dos Reis, M. A. L., & Almeida, O. (2018). Synthesis and characterization of hydrotalcite-hydroxyapatite material doped with carbon nanotubes and its application in. Cerâmica, 64, 166-175. https://doi.org/10.1590/0366-69132018643702230
Ruhul, A. M., Kalam, M. A., Masjuki, H. H., Fattah, I. R., Reham, S. S., & Rashed, M. M. (2015). State of the art of biodiesel production processes: a review of the heterogeneous catalyst. RSC Advances, 5(122), 101023-101044. https://doi.org/10.1039/C5RA09862A
Sajid, Z., Khan, F., & Zhang, Y. (2016). Process simulation and life cycle analysis of biodiesel production. Renewable Energy, 85, 945-952. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.07.046
Santana, H. S., Tortola, D. S., Reis, É. M., Silva Jr, J. L., & Taranto, O. P. (2016). Transesterification reaction of sunflower oil and ethanol for biodiesel synthesis in microchannel reactor: Experimental and simulation studies. Chemical Engineering Journal, 302, 752-762. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.05.122
Sousa, M. R., Santana, H. S., & Taranto, O. P. (2020). Modeling and simulation using OpenFOAM of biodiesel synthesis in structured microreactor. International Journal of Multiphase Flow, 132, 103435. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2020.103435
Souza, M. F., Hirata, G. F., & Batista, E. A. (2020). Evaluation of kinetics and thermodynamic parameters for simulation of palm oil biodiesel production. Fluid Phase Equilibria, 525, 112792. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2020.112792
Verma, P., & Sharma, M. P. (2016). Review of process parameters for biodiesel production from different feedstocks. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 62, 1063-1071. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.04.054
Vilas-Bôas, R. N., Da Silva, L. L., Fernandes, L. D., Augusto, B. L., & Mendes, M. F. (2020). Study of the Use of Hydrotalcite–Hydroxyapatite as Heterogeneous Catalysts for Application in Biodiesel Using By-Product as Raw Material. Catalysis Letters, 150, 3642-3652. https://doi.org/10.1007/s10562-020-03274-0
Wang, L., Du, W., Liu, D., Li, L., & Dai, N. (2006). Lipase-catalyzed biodiesel production from soybean oil deodorizer distillate with absorbent present in tert-butanol system. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 43(1-4), 29-32. https://doi.org/10.1016/j.molcatb.2006.03.005
West, A. H., Posarac, D., & Ellis, N. (2008). Assessment of four biodiesel production processes using HYSYS. Plant. Bioresource Technology, 99. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.11.046
Wong, K. Y., Jo-Han, N., Chong, C. T., Lam, S. S., & Chong, W. T. (2019). Biodiesel process intensification through catalytic enhancement and emerging reactor designs: A critical review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 116, 109399. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109399
Yang, L., Nieves-Remacha, M. J., & Jensen, K. F. (2017). Simulations and analysis of multiphase transport and reaction in segmented flow microreactors. Chemical Engineering Science, 169, 106–116. https://doi.org/10.1016/j.ces.2016.12.003
Yin, X., Duan, X., You, Q., Dai, C., Tan, Z., & Zhu, X. (2016). Biodiesel production from soybean oil deodorizer distillate using calcined duck egg shell as catalyst. Energy Conversion and Management, 112, 199-207. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.01.026
Yusuf, N. N. A. N., Kamarudin, S. K., & Yaakub, Z. (2011). Overview on the current trends in biodiesel production. Energy Conversion and Management, 52(7), 2741-2751. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.12.004
Zhang, Y., Dube, M., McLean, D., & Kates, M. (2003a). Biodiesel production from waste cooking oil: 1. Process Design and Technological Assessment. Bioresource Technology, 89(1), 1-16. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(03)00040-3
Zhang, Y., Dube, M. A., McLean, D. D., & Kates, M. (2003b). Biodiesel production from waste cooking oil: 2. Economic Assessment and Sensitivity Analysis. Bioresource Technology, 90(3), 229–240. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(03)00150-0
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
Copyright (c) 2021 Laura A. de Almeida; Renata N. Vilas Bôas; Marisa F. Mendes
Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos:
1) Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista.
2) Autores têm autorização para assumir contratos adicionais separadamente, para distribuição não-exclusiva da versão do trabalho publicada nesta revista (ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento de autoria e publicação inicial nesta revista.
3) Autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu trabalho online (ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) a qualquer ponto antes ou durante o processo editorial, já que isso pode gerar alterações produtivas, bem como aumentar o impacto e a citação do trabalho publicado.
