Exemplo para integrar energias alternativas
O tema energia aparece cada vez mais no noticiário com justa razão, pois nos afeta em nossas atividades diárias, desde o preparo das nossas refeições, nossa locomoção e também na produção de bens que consumimos. Na coluna deste mês, chamo a atenção do leitor para a energia consumida no processo de produção de biodiesel. Embora tenha escolhido este exemplo, o consumo de energia, quer na produção de combustíveis, na geração e distribuição de energia elétrica ou ainda na construção de um coletor de energia solar, além de todos os demais produtos usados em nossa sociedade, é um aspecto a ser considerado na eficiência global da particular forma de energia final considerada.
O Brasil se esforça para implementar energias renováveis complementares àquelas que são oferecidas nas formas convencionais, a fim de aumentar a nossa oferta sem introduzir cargas poluentes irreversíveis no meio ambiente. Assim temos os pares: gasolina/álcool; diesel/biodiesel; hidroeletricidade + térmicas a gás ou a óleo/eólica + energia solar fotovoltaica ou térmica; vapor de processo (por óleo combustível + gás/energia solar – conversão térmica + biogás). Em qualquer um deles existe um consumo próprio de energia até sua utilização final. Um exemplo de redução do consumo de energia no processamento de petróleo foi mostrado na coluna Ponto Crítico de outubro de 2012, QD nº 526. O artigo revelava que a percepção da possibilidade da separação de componentes em correntes de processo por nanofiltração levou a reduções significativas no tamanho e no consumo de energia de torres de destilação, que, com a operação unitária de secagem, são intensivas consumidoras de energia.
Figura 1 – Reação química simplificada para produção de biodiesel (metil éster)
O biodiesel pode ser obtido, do ponto de vista químico, por meio da reação esquematizada na Figura 1. Nela é apresentado o triglicerídeo extraído como óleo de algum vegetal que se faz reagir com um álcool – neste exemplo, metanol, em presença de um catalizador. Isso produz o metil-éster (biodiesel) e também glicerol.
Essa viabilidade química é traduzida em forma de processo em várias concepções. A Figura 2 mostra um esquema adaptado de Tapasvi et al.¹ para a produção de biodiesel. O óleo vegetal refinado [1] é inserido no Reator 1 em conjunto com álcool e catalisador [2] em excesso, dando origem à mistura de metil-éster, glicerol, metanol e triglicerídeo [3]. O Decantador 1 faz a separação entre as fases glicerol, contendo glicerol, álcool e catalizador [4], e a fase éster, contendo metil-éster, óleo vegetal e álcool [5]. Esta fase éster [5] é inserida no Reator 2, ao qual se adiciona, em excesso, metanol e catalizador [6]. Neste segundo reator, aumenta-se a conversão global do óleo vegetal em metil-éster. A corrente de saída do Reator 2 [7] é composta também por uma fase glicerol e outra metil-éster, separadas no Decantador 2 em corrente de glicerol [8] e metil-éster [9]. Esta corrente de metil-éster [9] ainda contém álcool, algum óleo e glicerol. Ela é aquecida no Trocador de Calor TC 1 até 70°C [10] e inserida em uma Torre de Lavagem. Essa torre recebe uma corrente de água aquecida a 70°C [11] e desta operação emergem duas correntes: uma aquosa [12] e outra contendo o éster [13], que é enviada ao Decantador 3, do qual o metil-éster sai na corrente [15] separado do remanescente aquoso com glicerol, que é retirado na corrente [14]. Finalmente o metil-éster [15] é aquecido no Trocador de Calor TC 3 até 95°C; em seguida, ele é enviado a uma Torre de Secagem TS a vácuo para originar o biodiesel [16] e uma corrente de umidade residual [17]. As correntes [4], [8], [12] e [14] são reunidas em um Tanque de Coleta.
Figura 2 – Fluxograma simplificado da produção de biodiesel
Como o fluxograma da Figura 2 sugere, o processamento do óleo vegetal para a produção de biodiesel não envolve grande número de operações unitárias. Se por um lado os equipamentos utilizados são relativamente poucos, os reagentes são caros. Além disso, o excesso de álcool utilizado na reação química, seja ele metanol ou etanol, precisa ser recuperado, e também uma quantidade significativa de glicerol precisa ser separada como um subproduto de valor comercial.
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