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* Combustíveis alternativos: uma visão panorâmica Eduardo Falabella Sousa-Aguiar CENPES/CB/Petrobras e Escola de Química (UFRJ) * INTRODUÇÃO OS COMBUSTÍVEIS XTL DIMETILÉTER (DME) BIODIESEL TRADICIONAL HBIO MISTURAS E OUTROS CONCLUSÕES * INTRODUÇÃO OS COMBUSTÍVEIS XTL DIMETILÉTER (DME) BIODIESEL TRADICIONAL HBIO MISTURAS E OUTROS CONCLUSÕES * As exigências ambientais por combustíveis cada vez mais limpos, os quais requerem ausência de enxofre, conteúdo mínimo de aromáticos e mínima geração de óxidos de nitrogênio, fuligem e hidrocarbonetos não-reagidos, vêm modificando, de maneira bastante drástica, os tradicionais objetivos da indústria do refino Durante anos, tal indústria primou pela busca de aumento de conversão e seletividade a gasolina e destilados médios, principalmente quando petróleos pesados, apresentando inconveniente grau API e baixa reatividade para formação de produtos nobres, eram empregados como matéria prima A preocupação ambiental foi, nesta época, de importância secundária. INTRODUÇÃO * As novas regulamentações com respeito ao meio ambiente obrigaram os refinadores a rever seus propósitos Embora seja possível reduzir contaminantes tais como compostos de enxofre, nitrogênio e aromáticos introduzindo-se uma nova unidade de hidrotratamento do óleo e ou derivados, tais unidades requerem muita energia e diminuem consideravelmente a eficiência energética da refinaria, sem mencionar o seu custo elevado de instalação (CAPEX) e operação (OPEX) Estima-se que a CAPEX de uma nova refinaria, que na sua forma tradicional oscila entre 12000-14000 dólares por barril diário, dependendo do grau de sofisticação requerido, sobe verticalmente para 18000-20000 US$/bbl, quando há necessidade de unidades de hidrotratamento. INTRODUÇÃO * Ademais, em face de seu alto consumo energético, é bastante possível que uma melhoria na qualidade do ar seja levada a cabo às custas de um aumento de efeito estufa devido às emissões ocorridas durante a produção deste mesmo diesel Portanto, a busca por matérias primas alternativas tais como gás natural e material oriundo da biomassa, vem-se tornando uma obrigatoriedade. Cada matéria prima potencialmente interessante e cada tipo de combustível alternativo apresenta vantagens e desvantagens INTRODUÇÃO * Espera-se, pois, que o modelo energético praticado atualmente no mundo, onde o petróleo predomina, venha a sofrer consideráveis modificações, tornando-se cada vez maior a contribuição, por exemplo, do gás natural Admite-se que um modelo híbrido, no qual as duas fontes coexistirão, seja a melhor solução transitória para a economia do futuro, totalmente baseada no hidrogênio Tal modelo admite as transformações químicas do gás natural em derivados similares aos obtidos do petróleo (diesel, gasolina, nafta petroquímica), levando o gás natural a uma comercialização mais fácil, num evidente mercado de “commodities”. O modelo admite, ainda, a inclusão de combustíveis oriundos de biomassa, numa etapa posterior à do gás natural. INTRODUÇÃO * O modelo híbrido * INTRODUÇÃO OS COMBUSTÍVEIS XTL DIMETILÉTER (DME) BIODIESEL TRADICIONAL HBIO MISTURAS E OUTROS CONCLUSÕES * Gás de Síntese Petróleo Sintético Parafínico Matéria Prima ETAPAS DO PROCESSO Oxigênio Diesel – 75% Nafta – 20% GLP – 5% PROCESSOS XTL Matérias primas potenciais: Gás Natural (GTL) Carvão (CTL) Biomassa (BTL) Petróleo pesado, coque, outros (XTL) * PROCESSOS XTL Diesel XTL apresenta características muito superiores às do diesel convencional * COMBUSTÍVEIS XTL SÃO MENOS POLUENTES PROCESSOS XTL Chart9 100 62 100 54 100 92 100 71 diesel convencional diesel FT Emissões (%) Sheet1 diesel convencional diesel FT HC 100 62 CO 100 54 NOx 100 92 Particulados 100 71 Sheet1 diesel convencional diesel FT Emissões (%) Sheet2 Sheet3 * PLANTAS DE GTL E CTL Projetos Industriais em Operação OBS. Em junho de 2006 partiu a planta do Catar, com tecnologia SASOL a partir de GN e capacidade anunciada de 36000b/d. Proprietário/ Empreendedor Local Produto Capacidade Bpd Carga Processo Ano PetroSA Mossel Bay, África do Sul Combustíveis e Produtos Especiais 36 000 Gás Natural Sasol 1992 Sasol I, II, III Sasolburg, África do Sul Combustíveis e Produtos Especiais 170 000 Carvão Sasol 1955, 1999 Shell Bintulu, Malásia Produtos Especiais 12 500 Gás Natural Shell-SMDS 1993, Reinício 2000 * INTRODUÇÃO OS COMBUSTÍVEIS XTL DIMETILÉTER (DME) BIODIESEL TRADICIONAL HBIO MISTURAS E OUTROS CONCLUSÕES * APLICAÇÕES DO DME * APLICAÇÕES DO DME * PROPRIEDADES DO DME Alto número de cetano (60) Calor de combustão: 6,900 kcal/kg Características físico-químicas similares às do propano e butano, principais componentes do GLP Não há emissão de particulados nem de SOx durante a queima Não afeta a camada de ozônio Substância não-tóxica * CARACTERÍSTICAS DO DME * ROTAS PARA PRODUÇÃO DE DME * Atualmente existem plantas de demonstração da produção de DME no Japão, China e Coréia; China já tem uma unidade comercial de 110000t/a. Novos projetos estão sendo implementados na Rússia, Irã e Suécia; DME NO MUNDO * INTRODUÇÃO OS COMBUSTÍVEIS XTL DIMETILÉTER (DME) BIODIESEL TRADICIONAL HBIO MISTURAS E OUTROS CONCLUSÕES * Biodiesel 1ª máquina diesel O motor desenvolvido por Rudolf Diesel, em 1891, usava como matéria prima óleos vegetais; Durante a guerra, franceses e belgas propuseram o uso da reação de transesterificação com metanol ou etanol para suplantar problemas de viscosidade do óleo vegetal puro; No Brasil, em 1983, Carioca et al., já produziam biodiesel em escala piloto a partir de óleos variados tais como canola e soja. * NO BRASIL : Lei nº 11.097, de 13 de janeiro de 2005 - biodiesel é um “biocombustível derivado de biomassa renovável para uso em motores a combustão interna com ignição por compressão ou, conforme regulamento, para geração de outro tipo de energia, que possa substituir parcial ou totalmente combustíveis de origem fóssil”. Biodiesel Segundo ASTM (PS 121/99) : Biodiesel é “um combustível composto de ésteres mono-alquilados de ácidos graxos de cadeia longa obtidos de óleos vegetais ou gorduras animais” 1ª máquina diesel * Biodiesel 1ª máquina diesel H H Diesel : υ = 2,5 a 5,5 cSt Triglicerídeo : υ = 30 a 40 cSt Biodiesel : υ = 4 a 7 cSt * Biodiesel Adequação à faixa de propriedades do diesel : * Biodiesel ROTAS DE PRODUÇÃO BTL Craqueamento catalítico Esterificação – a apartir do ácido graxo Transesterificação – a partir do óleo Catálise Homogênea – ácida ou alcalina Catálise Heterogênea Cata´lise Enzimática Supercrítica V. Combinado – Transesterificação+Esterificação * Biodiesel Catálise Homogênea (Processo Connemann) * Biodiesel Catálise Heterogênea – Processo Esterfip-H * Craqueamento Trabalhos pioneiros ocorrem na China, na década de 70, usando óleo de soja e de tungue, obtendo diesel por pirólise. Em 1981, desenvolvimento conjunto entre a UFCe e o CENPES produz diesel por craqueamento de óleo de algodão. Em 1983, Petrobras realizou testes na refinaria REMAN, na sua unidade FCC, usando uma mistura de gasóleo e óleo de soja (10%) a 482C. Os resultados revelaram: Cerca de 69% de rendimento em combustíveis líquidos Boa qualidade do diesel produzido. Contudo, preços dos óleos vegetais na época desencorajaram a continuidadedos estudos. * INTRODUÇÃO OS COMBUSTÍVEIS XTL DIMETILÉTER (DME) BIODIESEL TRADICIONAL HBIO MISTURAS E OUTROS CONCLUSÕES * O processo envolve uma hidroconversão catalítica da mistura de frações de diesel e óleo de origem renovável, em um reator de HDT, sob condições controladas de alta temperatura e pressão de hidrogênio. Assim, o óleo vegetal é transformado em hidrocarbonetos parafínicos lineares, similares aos existentes no óleo diesel de petróleo. Esses compostos contribuem para a melhoria da qualidade do óleo diesel final, destacando-se o aumento do número de cetano, que garante melhor qualidade de ignição, e a redução da densidade e do teor de enxofre. HBIO * HBIO RENDIMENTO DO HBIO * HBIO * INTRODUÇÃO OS COMBUSTÍVEIS XTL DIMETILÉTER (DME) BIODIESEL TRADICIONAL HBIO MISTURAS E OUTROS CONCLUSÕES * Emulsões Diesel-Água Emulsificantes vêm sendo estudados com o objetivo de misturar-se água ao diesel, visando a diminuir emissões (NOX) e aumentar a eficiência do motor. Misturas Diesel/Etanol Desde os trabalhos de Meiring (1978), vem-se buscando adicionar etanol ao diesel. Verificou-se que a adição de 15% de etanol parece não alterar a potência do motor. Uso de co-solvente de óleo vegetal não-comestível Pesquisas que buscam gerar misturas estáveis contendo etanol, diesel e um co-solvente, ou ainda etanol, óleo vegetal e co- solvente. MISTURAS E OUTROS * Ação de co-solvente * INTRODUÇÃO OS COMBUSTÍVEIS XTL DIMETILÉTER (DME) BIODIESEL TRADICIONAL HBIO MISTURAS E OUTROS CONCLUSÕES * CONCLUSÕES * CONCLUSÕES * CONCLUSÕES * *