Equipamentos: Pré-tratamento e processamento de biodiesel

Pré-tratamento
“Cada matéria-prima (gordura animal, óleo de soja, óleo de girassol etc.) exige um tipo de tratamento diferente antes de ir para a unidade de processamento de biodiesel”, diz Pedro Macedo, consultor de vendas do escritório da Crown Iron Tecnologias no Brasil. Para uma boa operacionalização e rendimento da matéria-prima, é importante reduzir os teores de umidade, acidez, fósforo, ceras e ácidos graxos livres. Os óleos com baixo teor de fosfatídeos, tais como óleo de palma, geralmente podem ser refinados fisicamente (degomagem), enquanto que óleos com alto teor, tais como óleo de soja e de canola, devem ser neutralizados pelo processo químico para se obter melhor qualidade.

Para o óleo de soja, o mais utilizado pela indústria de biodiesel, é feito o pré-tratamento contínuo por neutralização e filtração com sílica ou terra ativada (refino químico). A neutralização elimina a maior parte do fósforo e dos ácidos graxos, convertendo-os em borra (material resultante da reação dos ácidos graxos livres com soda cáustica, chamado de saponificação). O processo é semelhante ao de degomagem, com a diferença que o óleo condicionado com ácido é tratado com maior quantidade de soda cáustica para neutralizar (saponificar) os ácidos graxos e remover as gomas e outras impurezas. O sabão resultante da neutralização é removido na separadora centrífuga.

Em seguida, a sílica, ou terra ativada, é adicionada ao óleo tratado para adsorver fosfatídeos residuais, traços de metal e sabões formados na etapa de neutralização. Tudo isso acontece no interior de um misturador. O óleo é enviado para um tanque com agitador, onde é mantido por cerca de 40 minutos a fim de melhorar o contato com a sílica ou a terra ativada.

No secador de óleo, a mistura é seca sob vácuo para remoção da umidade residual não absorvida pela sílica. A seguir, a mistura (óleo e sílica ou terra) é enviada para um sistema de filtragem para produzir um óleo livre de impurezas. Finalmente, a temperatura é corrigida antes de se armazenar o óleo ou enviá-lo para a usina de biodiesel.

Processamento de biodiesel
A unidade de processamento de biodiesel é composta por quatro setores: transesterificação, recuperação da glicerina, recuperação do álcool e recuperação da água. O setor de transesterificação é o coração da usina. É onde ocorre a reação química entre o óleo (ou gordura) e o álcool (metanol ou etanol), sob a ação de um catalisador (metilato de sódio ou soda cáustica). A reação poderá ser em etapas, quando se usa o processo contínuo, ou então em bateladas, em que o processo é executado em um único reator.

A corrente combinada de óleo, álcool e catalisador é aquecida à temperatura de reação em um aquecedor de alimentação antes de ser introduzida no reator, um tanque agitado mecanicamente onde a maior parte do óleo é transformada em biodiesel e glicerina. Para garantir que o óleo, o álcool e o catalisador estejam entrando na dosagem correta são utilizados medidores de vazão volumétrica.

O produto final da reação de transesterificação é o éster (metílico ou etílico), que então segue para o decantador, um vaso horizontal onde a mistura permanece pelo tempo necessário para que as fases de éster e de glicerina se separem devido à diferença de densidade. “No decantador é acoplado o detector de interface, instrumento que controla a separação do biodiesel e da glicerina”, explica Paulo Mêndola, gerente regional de vendas da Metroval, empresa especializada na medição e controle de vazão de fluídos industriais. Mêndola explica que em 2006, quando a empresa começou a fornecer equipamentos para o setor de biodiesel, não havia esse tipo de medidor no mercado. “Foi uma aplicação inovadora que desenvolvemos”, conta.

Esse processo também pode ser feito em um separador centrífugo. De acordo com Bullara, da GEA Westfalia Separator Brasil, empresa que tem em seu portfólio usinas como a da Fiagril (MT) e da Granol (RS), esse equipamento substitui com grande eficiência as colunas e tanques de decantação, pois consegue alta qualidade do produto com um mínimo de espaço. “Plantas com separadores centrífugos trabalham com baixíssimo volume de produtos em processo, o que é particularmente importante quando se trata de produtos inflamáveis. Além disso, têm rápida resposta às variações de matérias-primas ou desvios de processo”, diz.

Uma vez retirada a glicerina, o metil éster é transferido ao segundo reator, onde mais álcool e catalisador são acrescentados a fim de completar a reação de transesterificação. “O primeiro reator realiza 95% da reação. No segundo reator a reação se completa”, explica Macedo.

Depois o éster vai para um misturador estático, onde recebe ácido clorídrico para neutralizar qualquer catalisador remanescente e auxiliar na separação da glicerina restante.

Nesse ponto o éster é lavado com água num misturador para diluir o ácido e o catalisador. Outro decantador é utilizado para separá-lo da água – por ser mais densa, a água é drenada. O éster lavado vai para um tanque-pulmão e é bombeado para um stripper (uma coluna de purificação que trabalha sob vácuo, removendo umidade e traços de metanol). O produto então é resfriado para precipitar os esteróis glicosados (flocos brancos). Novamente ele é filtrado e só então segue para os tanques de armazenamento. Temos aí o biodiesel.

O segundo setor da unidade de processamento de biodiesel é o da recuperação da glicerina. A glicerina recuperada no processo é neutralizada adicionando-se ácido clorídrico num misturador. Nesta etapa, os sabões presentes são convertidos em ácidos graxos. Depois de neutralizada, ela é bombeada para o stripper de metanol, onde o excesso de álcool é recuperado e a glicerina é seca na mesma etapa. A glicerina resultante é a bruta, que contém impurezas como sais e ácidos e uma concentração ao redor de 85% de glicerol. Os sais são removidos quando a glicerina é destilada ou refinada a um grau técnico ou de qualidade superior.

O terceiro setor é o de recuperação de álcool. Nesta unidade, o metanol ou etanol colocado em excesso ou não consumido no processo de transesterificação (e aquele retirado na seção de recuperação da glicerina) é retificado e reaproveitado em outras reações com o óleo. O álcool das duas seções chega junto com água na forma de vapor e é transformado em líquido novamente por um condensador. Os dois líquidos são então separados por destilação. Esta unidade não é necessária caso o biodiesel seja fabricado pelo processo contínuo de esterificação.

E por fim, o quarto setor da unidade de processamento de biodiesel é o de recuperação de água, que recebe o material do decantador de água de lavagem do biodiesel e também da destilação do metanol. A água também é reutilizada no processo.

“Se o projeto da usina inclui as seções de recuperação de álcool e água, não há geração de efluentes”, diz Macedo, da Crown Iron Tecnologias.