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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-

GRADUAÇÃO DIRETORIA DE PESQUISA

PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA – PIBIC: CNPq,

CNPq/AF, UFPA, UFPA/AF, PIBIC/INTERIOR, PRODOUTOR, INTERDISCIPLINAR,

ACERVO, PIBIT, EBTT E FAPESPA

RELATÓRIO TÉCNICO - CIENTÍFICO

Período: Agosto/2016 a Julho/2017 ( )

PARCIAL

(X) FINAL

IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO

Título do Projeto de Pesquisa (ao qual está vinculado o Plano de Trabalho): Unidade de Craqueamento de

Óleo de Buriti (Mauritia flexuosa) para Produção de Biodiesel Convênio Eletrobrás S/A-UFPA-FADESP-

IME-RJ-FUNDAÇÃO RENATO FRANCO ECV-248/2007, PROJETO FADESP/N2009/2007.

RESUMO DO PROJETO DE PESQUISA: O Grupo de Processos de Separações Térmicas da UFPA

THERMTEK/FEQ/ITEC/UFPA em parceria com o Instituto Militar de Engenharia (IME) vem

desenvolvendo estudo em diversas áreas de conhecimento, destacando-se as transformações de óleos

vegetais e Materiais Residuais, objetivando a Produção de Produto Líquido Orgânico (PLO) ou Bio-Óleo

na Unidade de Produção de Biocombustível da UFPA.

Nome do Orientador: Hélio da Silva Almeida

Titulação do Orientador: Doutor

Faculdade: ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL Unidade: ITEC

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Laboratório: Processos de Separações Térmicas do THERMTEK/FEQ/ITEC/UFPA e Grupo de Estudos

em Gerenciamento de Água e Reuso de Efluentes (GESA) Laboratório Multiusuário de Tratabilidade de

Águas (LAMAG).

Título do Plano de Trabalho: Produção de biocombustíveis e biocarvões a partir de material residual

oriundo de sistema de tratamento de esgoto (lodo e gordura residual).

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Nome do Bolsista: Sâmella Harumy Nagata Silva

Tipo de Bolsa: ( ) PIBIC/CNPq

( ) PIBIC/CNPq – AF

( ) PIBIC/CNPq- Cota do pesquisador

( ) PIBIC/UFPA

( ) PIBIC/UFPA – AF

( ) PIBIC/INTERIOR

( ) PIBIC/PRODOUTOR

(X) PIBIC/PRODOUTOR RENOVAÇÃO

( ) PIBIC/FAPESPA

( ) PIBIC/ACERVO

( ) PIBIC/PE-INTERDISCIPLINAR

( ) PIBIC/VOLUNTÁRIO

( ) PIBIC/PIBIT

RESUMO DO RELATÓRIO ANTERIOR (alunos com bolsas renovadas):

Foram descritos a unidade geradora do lodo de esgoto e da gordura residual, assim como os

procedimentos de coleta/preparação das amostras, foram desenvolvidos dois experimentos para a

investigação e avaliação dos processos de craqueamento térmico e térmico catalítico em escala piloto de

resíduos oriundos de sistemas de tratamento de esgoto (relacionando a pesquisa bibliográfica com os dados

investigados na caracterização físico-química) e verificaram-se as possibilidades ambientalmente

adequadas de reaproveitamento do lodo de descarte através da investigação do processo de pirólise para

obtenção de biocombustível. Assim como a quantificação dos rendimentos a partir do balanço de massa, da

formação de subprodutos do processo de pirólise do lodo.

INTRODUÇÃO:

O lodo e a gordura residual são resíduos gerados em grandes quantidades nas estações de

tratamento de esgoto. Após o processo de tratamento de esgoto esses materiais precisam ser removidos e

encaminhados a um destino final sem causar agressões ao meio ambiente. De acordo com Bettiol e

Camargo (2006), os destinos mais comumente utilizados eram os aterros sanitários e, para o lodo, as

aplicações na agricultura. Entretanto, a destinação desses materiais residuais a aterros sanitários é uma

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alternativa que está sendo abandonada por eles apresentarem características que os tornam passivos de

reaproveitamento.

O lodo apresenta composição química muito variável, sendo um material rico em matéria

orgânica (40-60%), em nitrogênio e alguns micronutrientes MELO & MARQUES (2000). Segundo

Demirbas e Kara (2006), os ácidos graxos que compõem as gorduras possuem, em geral, uma longa

cadeia constituída de átomos de carbono e hidrogênio e um grupo terminal, característico dos ácidos

orgânicos, o grupo carboxila. Neste contexto, o Plano Nacional de Resíduos Sólidos veio proibindo, a

partir de agosto de 2014, a disposição em aterro sanitário de qualquer resíduo passivo de

reaproveitamento (PNRS, 2011).

Muitas são as técnicas existentes para a disposição final do lodo de esgoto, assim como o

reaproveitamento adequado e uma dessas alternativas pode ser transformar esses resíduos em novos

produtos com valor comerciais agregados, atendendo aos requisitos mínimos impostos pela legislação

ambiental brasileira. Uma forma considerada inovadora de destiná-los adequadamente é a utilização dos

processos térmicos de transformação que, de acordo com Viana (2014), vem tornando-se a disposição

que apresentou maior evolução nos últimos anos nos países desenvolvidos. Para isto, pode-se utilizar o

processo de degradação ou transformação térmica de biomassa conhecida como pirólise.

O craqueamento térmico catalítico é uma das tecnologias que podem ser realizadas a qual

consiste na pirólise da biomassa. No processo clássico de craqueamento de óleos vegetais, os

triglicerídeos são transformados em moléculas de estrutura simples através do aquecimento a

temperaturas acima de 350 ºC, normalmente sob a ação de catalisadores. Os produtos obtidos são

constituídos de carbono e hidrogênio, semelhantes aos hidrocarbonetos e olefinas presentes nos

derivados de petróleo, com frações nas faixas do diesel, gasolina, e querosene (LHAMAS, 2013).

OBJETIVOS:

Os principais objetivos desse trabalho foram investigar o Processo de Craqueamento

Termocatalítico, em escala Piloto, de materiais residuais oriundos de sistemas de tratamento de esgoto,

como lodo proveniente do sistema de tratamento de esgoto da Vila da Barca, Reator UASB+BFs(biofiltro)

+DS(decantador secundário), através da técnica de secagem ao ar e secagem térmica, para obtenção da

biomassa do lodo e gordura residual das caixas de gordura de sistema de tratamento de esgoto do

Restaurante Universitário da Universidade Federal do Pará (UFPA) em Reator de Tanque Agitado.

Realizou-se o Pré-tratamento dos Produtos líquidos orgânicos obtidos do Processo de Craqueamento

Termocatalítico de lodo, somente, e da mistura lodo+gordura, na presença e ausência de catalizadores, em

Reator de Tanque Agitado (Decantação, Filtração, Extração líquido-líquido); assim como a Caracterização

físico-química dos Produtos líquidos orgânicos obtidos do processo de Craqueamento (Densidade, Índice

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de acidez, Índice de Refração).

JUSTIFICATIVA:

O extenso uso de energia originada de combustíveis fósseis em diversos setores como industrial,

residencial, comercial e setores de transportes, tem acarretado aumento da poluição no meio ambiente em

todo o mundo, seja pela emissão de gases de efeito estufa durante a combustão, seja pelo descarte de

resíduos ou pelos derramamentos, que eventualmente ocorrem na água e no solo (Silva e Freitas, 2008).

Desta forma, pesquisas estratégicas na área tecnológica têm buscado incessantemente, novas tecnologias

com foco na substituição de combustíveis de origem fóssil e que ao mesmo tempo sejam menos poluentes.

Neste contexto, a comunidade acadêmica científica vem desenvolvendo diversas pesquisas nessa área,

destacando-se diversas rotas tecnológicas, dentre estas o processo de transesterificação e o craqueamento

termocatalítico de óleos vegetais (Ribeiro, 2011).

De acordo com Barros et al. (2008), o craqueamento térmico consiste na quebra das moléculas

presentes nos óleos e gorduras por aumento da temperatura (acima de 623 K) em ausência de oxigênio e na

presença ou não de catalisadores. A quebra térmica e o subsequente rearranjo dos fragmentos moleculares

levam à formação de uma mistura de compostos químicos com propriedades muito similares a dos

combustíveis fósseis e que podem ser usados diretamente em motores convencionais. Os gases e óleos com

alto valor energético, gerados na pirólise, podem ser utilizados como combustíveis potenciais (HOSSAIN

et al., 2009).

Portanto o presente trabalho avaliou a produção de Biocombustível e biocarvão via Craqueamento

Termocatalítico de lodo, somente, e da mistura lodo+gordura, na presença e ausência de catalizadores em

Reator de Tanque Agitado, localizado na Unidade Piloto de Craqueamento Termocatalítico

(THERMTEK/UFPA).

MATERIAIS E MÉTODOS:

COLETA DAS AMOSTRAS DE LODO E GORDURA RESIDUAL

As amostras de lodo de esgoto foram obtidas através de descargas programadas das válvulas de

descarte do reator UASB do sistema associado de tratamento de esgoto da Vila da Barca UASB+BFs+DS,

localizada no município de Belém- Pará. Descargas de aproximadamente 7000 litros de lodo úmido foram

realizadas. Assim, o lodo descarregado na unidade de desaguamento (leito de secagem do lodo), com teor

de umidade em torno 98% em média, permaneceu no leito por 30 dias para que ocorresse o processo de

desaguamento e secagem ao ar. Após esse período, foi realizada a coleta de 97,5 kg do material

parcialmente desidratado, com teor de umidade de 80%. As amostras foram acondicionadas em sacos

6

plásticos com capacidade de 100 litros e transportadas até o laboratório de Engenharia Química da

Universidade Federal do Pará para preparação e posterior craqueamento na Unidade Piloto de

Craqueamento (THERMTEK/FEQ/UFPA).

A Gordura Residual foi coletada manualmente das caixas de gordura do Restaurante Universitário

da UFPA e de frigorífico bovino utilizando-se Baldes Plásticos de 20 litros. Após a Coleta, o material

Residual contendo a gordura residual, a fase aquosa, e os Sólidos em Suspensão, foi acondicionado em

tambores plásticos de 70 litros e transportado para área externa do Laboratório de Engenharia Química-

LEQ da UFPA.

PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS DE LODO E GORDURA RESIDUAL

a) Amostras de lodo

O processo de preparação das amostras de lodo coletadas incluiu as seguintes etapas: Secagem

térmica; Pesagem e desagregamento. Objetivando reduzir o teor de umidade do lodo de 80% para teores

menores que 10%. A secagem térmica foi realizada em estufa com circulação de ar, SOC. FABBE. Ltda,

MOD.170, a 100ºC por um período de 72 horas, atingindo um teor de umidade de aproximadamente 7%.

Após o processo de secagem em estufa com circulação de ar e a determinação do teor de umidade,

foi obtida a massa da amostra, que foi pesada em balança digital DIGI-TRON, capacidade mínima de 20 g,

e máxima 200 kg. Em seguida, submetida a desagregamento em moinho de bolas, modelo M.B. 12X,

WORK INDEK, CIMAQ, visando homogeneizar e diminuir sua granulometria.

b) Amostras de gordura residual

O processo de preparação das amostras de gordura residual coletadas incluiu as etapas de

peneiramento e classificação. O Material Residual foi transferido para Recipientes Plásticos de 20 litros

objetivando dissolver a Gordura Residual, utilizando-se 01 (um) EBULIDOR ALUMÍNIO (IMC, Modelo:

1000 Watts/127 Volts), por um período de 20 (vinte) minutos, atingindo aproximadamente 80 ºC. Em

seguida, o Material Residual foi pesado em Balança Industrial Mecânica (MICHELETTI, Modelo: MIC

2/B, 2-300 Kg, e = 0.1 kg) e transferido para 01 (um) Tanque de PEAD (Polietileno de Alta Densidade), de

geometria cilíndrica de 520 L, no qual foi acoplado na parte superior um Sistema de Peneiramento de

geometria cilíndrica com 560 mm de diâmetro e 480 mm de altura, construído de peneiras metálicas de 3 ½

MESH na área lateral e peneiras metálicas de 6 MESH na área da base. Este Sistema de Peneiras &

Classificação permitiu a remoção de resíduos sólidos grosseiros (Legumes, Verduras, Grãos de Arroz e

Feijão, Palitos, Papel, Plásticos, etc.), e a formação do sistema monofásico homogêneo Gordura Residual

Solúvel (Gordura + Fase Aquosa) no Tanque de PEAD.

PREPARAÇÃO DO CATALISADOR CaCO3.

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O catalisador utilizado foi submetido a tratamento térmico, sendo calcinado a 150º C por duas horas em

Forno Mufla ZEZIMAQ – GP CIENTÍFICA até 1000 ° C.

PROCESSO DE CRAQUEAMENTO TÉRMICO E TÉRMICO-CATALÍTICO EM ESCALA PILOTO.

1.1 Processo de Craqueamento em escala piloto

Figura 1 - Unidade Piloto de Craqueamento/LEQ/UFPA (Mota, 2013)

1.2 Na investigação do processo de Craqueamento Térmico e Térmico-catalítico em escala Piloto foram

realizados 4 (quatro) experimentos

Tabela 1 – Investigação do processo de craqueamento térmico e térmico-catalítico em escala piloto

Experimento

s

Craqueament

o

Catalisador Massa

lodo

(kg)

Massa

gordura

residual

(kg)

Massa

Catalisador

(kg)

Temperatura

de

craqueamento

(°C)

Tempo de

detenção

(h)

Exp. 1 Térmico

__

26,00

__ __

438 2:00

Exp. 2 Catalítico CaCO3 +

G.R

19,00 8,00 1,35 327 2:40

Exp.3 Térmico

__

30,00

__ __

453 1:30

8

Exp.4 Catalítico Ca(OH)2 +

G.R.

22,5 7,30 3 290 00:30

1.3 Parâmetros operacionais

A investigação também consistiu na coleta de alíquotas, nos respectivos experimentos, em

intervalos regulares de tempo (20 minutos), iniciando a partir da temperatura inicial de craqueamento

(início da formação do produto líquido condensado). A Tabela 2 apresenta os parâmetros operacionais de

cada experimento, craqueamento térmico e térmico-catalítico em escala piloto.

Tabela 2 – Condições operacionais do craqueamento do lodo e lodo+gordura residual+Catalisador.

Condições Operacionais Exp. 1 Exp.2(7%) Exp.3 Exp.4(14%)

Temperatura de

Craqueamento

438 327 433 224

Massa lodo seco (kg) 27,0 19,0 30,0 22,5

Massa gordura (kg) __ 6,70 __ 7.50

Massa catalisador CaCO3

(kg)

__ 1,30 __ 3,0

Tempo inicial

craqueamento (min.)

1 h:00 min 1 h:00 min 0 h:30 min 0 h:20 min

Tempo total processo

(min.)

2 h:30 min 3 h:30 min 2 h:10 min 0 h:50 min

SEPARAÇÃO DE FASES DO PRODUTO LÍQUIDO OBTIDO

Após a realização dos experimentos térmicos e térmicos-catalíticos, o Produto Líquido Orgânico

(PLO) de cada experimento foi inicialmente submetido a um pré-tratamento, no qual consistiu de

Decantação e/ou Filtração dos experimentos, processo denominado de separação de fases.

CÁLCULO DOS RENDIMENTOS DOS EXPERIMENTOS

Na análise dos experimentos térmico e térmico-catalítico também foi avaliado a influência dos

rendimentos dos produtos líquidos orgânicos (PLO) sem a fase aquosa do resíduo também chamado de

coque (sem o catalisador para os experimentos 01 e 03), Gases não condensáveis, Água do processo e

9

rejeito sólido da Filtração.

O rendimento do Produto Líquido Orgânico (PLO), a partir de cada experimento foi calculado em

termos da sua massa em relação à massa inicial do lodo seco (teor de umidade de 10%). O resíduo no

reator foi pesado para obter-se o rendimento de coque, e no caso de Experimento Térmico-catalítico, o

resíduo do catalisador + gordura arrastado inicialmente no processo, e separado por decantação e/ou

filtração, foi subtraído da massa do coque. O rendimento do biogás foi determinado por diferença

considerando o rendimento total de 100%. Os rendimentos do processo experimental foram determinados

pelas Equações 1, 2 e 3.

(1)

(3)Onde:𝑀𝑃𝐿𝑂 - Massa do Produto Líquido Orgânico (sem a fase aquosa);𝑀𝑚𝑝 - Massa do lodo (teor de umidade de 7%);𝑀𝑐𝑜𝑞𝑢𝑒 - Massa de coque sem o catalisador.

CARACTERIZAÇÕES FÍSICO-QUÍMICAS DOS PLO’S

As amostras pré-tratadas do PLO de cada experimento foram retiradas para serem submetidas às

caracterizações físico-químicas. O PLO foi submetido às análises físico-químicas no Laboratório

THERMTEK-FEQ-UFPA, de acordo com os Métodos Oficiais AOCS e ASTM.

Tabela 3 - Métodos Oficiais AOCS e ASTM.

Experimentos D (g/cm³). I.A I.R

EXP 1 __ __ AOCS Cc 7-25

EXP 2 __ __ AOCS Cc 7-25

EXP 3 ASTM D854 at 25 ºC AOCS Ca 5 -40 __

EXP 4 ASTM D854 at 25 ºC AOCS Ca 5 -40 __

Onde: D – densidade; I.A. – índice de acidez; I.R. – índice de refração.

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a) Densidade

Densidade absoluta ou massa específica de uma substância é o quociente de sua massa pelo seu

volume. Torna-se necessário especificar a temperatura da medida de densidade, pois se sabe que o volume

varia com temperatura. Enquanto a densidade relativa é a relação entre a massa de um determinado volume

da substância a uma dada temperatura, pela massa de igual volume de água destilada a uma determinada

temperatura (HILSDORF et al., 2010).

Neste procedimento experimental foi utilizado uma balança analítica (QUIMIS, Q – 500L210C) e

um picnômetro de 10 mL (estabelecido pelo fabricante). Os dados obtidos do picnômetro foram: volume

vazio e a pesagem do mesmo vazio e cheio de amostra. A análise foi realizada em duplicata, obtendo-se a

média dos valores como resultados. A Equação 4 foi utilizada para determina a densidade (g/cm³).

ρ=(m2−m1)

V (4)

Onde:

ρ- densidade absoluta

m2- Massa do picnômetro cheio

m1- Massa do picnômetro vazio

v- volume do picnômetro

b) Índice de acidez

Valores elevados do índice de acidez têm um efeito bastante negativo sobre a qualidade do

combustível afetando sua estabilidade térmica na câmara de combustão. Além disso, a elevada acidez livre

tem ação corrosiva sobre os componentes metálicos do motor. O valor do índice de acidez do produto indica

diretamente a quantidade não convertida de ácidos graxos. Assim, quanto menor a acidez, maior a

conversão e melhor qualidade do produto (RATON, 2012).

A acidez foi determinada pelo método titulométrico, utilizando-se uma solução alcoólica de KOH

(0,1 mol-1) e uma solução indicadora de fenolftaleína (1% em álcool etílico 95%). Este método é uma

adaptação do método oficial AOCS Ca 5 -40 (AOCS, 1988).

Para este ensaio foram pesados 0,1g de amostra em um erlenmeyer com o auxílio de uma balança de

precisão (QUIMIS, Q– 500 L210C). Em seguida foi adicionado neste erlenmeyer, 50 ml de N-hexano para

diluir. Após a diluição da amostra, adicionou-se aproximadamente 1 mL de fenolftaleína, em seguida foi

realizada a titulação da amostra com a solução alcoólica de KOH (0,1 mol-1) com o auxílio de uma bureta

volumétrica até a viragem (mudança para a cor rosa). Por fim, anotou-se o volume de KOH gasto na

titulação. O cálculo para a determinação do índice de acidez foi realizado de acordo a Equação 5.

11

IA=f KOH .V KOH . 56,11

ma (5)

Onde:

f KOH - Fator de correção da solução de KOH 0,1 M

V KOH - Volume de KOH gasto na titulação (mL)

ma - Massa da amostra (g)

c) Índice de Refração

O Índice de Refração foi determinado de acordo o método oficial AOCS Cc 7-25 (1997). Este

procedimento foi realizado a partir de um prévio ajuste do Refratômetro de ABBÉ (modelo AR 4D) com

água destilada (IR a 20 ºC = 1,333). Foram colocadas três gotas da amostra sobre o prisma opaco do

equipamento, em seguida fechou-se o sistema rapidamente para evitar a evaporação da amostra,

especialmente às frações leves da destilação. Após isso, observar o escurecimento parcial da luz na ocular,

na qual a área clara deverá estar na parte superior do campo e a linha escuro-claro exatamente sobre o

cruzamento das linhas no visor, em seguida ler o valor do índice de refração na escala de leitura. As leituras

foram realizadas em triplicata para cada amostra, a fim de obter uma melhor precisão dos resultados.

d) Análise por Espectroscopia na Região do Infravermelho – IR.

A espectroscopia de Infravermelhos (IR) com transformadas de Fourier é uma técnica usada para se

obter espectros de absorção, emissão, fotocondutividade ou de difração de Raman de infravermelhos de um

sólido, líquido ou gás. Um espectrômetro FTIR recolhe, simultaneamente, dado de uma vasta gama

espectral, o que lhe confere vantagem sobre o espectrômetro dispersivo, que mede a intensidade num

intervalo muito estreito de comprimentos de onda em cada medição. O termo espectroscopia de

infravermelhos com transformadas de Fourier provém do fato de ser necessário recorrer-se às transformadas

de Fourier (um processo matemático) para converter os dados recolhidos no espectro de radiação.

RESULTADOS:

Os Resultados obtidos, até o momento, para os experimentos realizados foram os seguintes:

Separação de fases dos produtos condensáveis;

Os procedimentos de decantação e filtração podem ser observados na Figura 2.

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Figura 2- decantação e filtração dos PLO’s obtidos.

A separação de fases do produto líquido obtido nos quatro experimentos realizados, utilizando

balões de decantação, mostrou a formação de duas ou três fases. Sendo denominadas de Fase Leve (PLO

menos denso), Fase Intermediária (fase aquosa do PLO) e Fase Pesada (PLO mais denso). Então, em

função da formação de diferentes fases, algumas amostras não alcançaram separação satisfatória somente

por decantação, levando a utilizar o processo de filtração para realização da separação de fases.

Os resultados dos rendimentos dos experimentos 01 e 03 (térmico do lodo); 02 e 04 (térmico

catalítico lodo+gordura+ catalisador);

A tabela 4 ilustra os rendimentos de PLO dos experimentos realizados

Tabela 4 – Rendimentos do craqueamento térmico do lodo

Parâmetros de

processo

Temperatura

de

Craqueament

o (°C)

Temperatura

inicial de

Craqueament

o (°C)

Tempo inicial

de

Craqueament

o (h)

Tempo

total de

processo

(h)

PLO

(%)

Resídu

o

sólido

(%)

Gás

(%)

Exp. 1 438 106 0,40 2h:30min 4,32 73,10 12,99

Exp. 2 327 103 0,35 3h:30min 5,17 64,44 17,90

Exp. 3 453 125 0,29 2h:10min 5,49 56,67 32,54

Exp. 4 290 110 0,20 0h:50min 4,03 90,00 4,11

No experimento 01 foi possível constatar que o maior rendimento no processo de

craqueamento térmico do lodo se deu na formação de coque (biocarvão), cerca de 70%. Também,

constatou-se a formação de água, com um percentual próximo a 10%. Notou-se ainda que apresentou

o rendimento de PLO muito baixo 4,16%). Além disso, o PLO obtido separou-se em duas fases: uma

leve, com rendimento de 2,92% e outra pesada de 1,24%. Cabe salientar que os rendimentos para a

reação de craqueamento são fortemente influenciados pelo efeito da temperatura, natureza da

amostra, bem como por uma maior tendência para formação de vapores e água. Resultado diferente

foi obtido por Suzuki et al. (2008), que obteve cerca de 11- 16% de PLO durante o processo de

13

craqueamento térmico de lodo de esgoto doméstico.

Quanto ao resultado do experimento 02, foi possível constatar a formação de pouca água no

processo de craqueamento térmico-catalítico com um percentual de 1,8%. Também, para este

experimento o maior rendimento se deu para o coque (biocarvão), próximo a 65%. Notou-se ainda

que o rendimento de PLO foi um pouco maior que o do primeiro experimento (próximo a 5%). Cabe

salientar que esse rendimento pode ser influenciado pelo catalisador e a mistura do lodo com a

gordura residual. Contudo, é importante ressaltar que parte do catalisador utilizado foi arrastado para

coluna de condensação junto com a gordura residual durante a primeira hora de craqueamento. Este

material foi retirado como rejeito da filtração.

Os resultados do experimento 03 mostram que a formação de água no processo de

craqueamento térmico foi um percentual de 5,3%, assim como nos experimentos anteriores o maior

rendimento se deu para o coque (biocarvão), próximo a 57%. É possível perceber ainda que o

rendimento de PLO foi menor que o dos primeiros experimentos (próximo a 2%).

Já no resultado do experimento 04, foi possível constatar a formação de 1,87%. Para este

experimento o rendimento do coque (biocarvão), foi o maior de 90%, rendimento de PLO foi baixo

em relação ao primeiro (próximo a 3%). Cabe salientar que esse rendimento pode ser também

influenciado pelo catalisador e a mistura do lodo com a gordura residual.

Quanto aos valores de densidade, índice de acidez e índice de refração.

Tabela 5 – Caracterizações físico-químicas do PLO.

Amostras Exp. 3 Exp. 4(14%)

D I.A I.R D I.A I.R

01

PLO+ água 1,0224 __ __ __ __ __

Fase única __ __ __ 1,0425 53,15 1,470

Fase leve 1,0321 43,13 __ __ __ __

Fase

intermediária__ __ __ __ __ __

Fase pesada __ __ __ __ __ __

02

PLO+ água __ __ __ __ __ __

Fase única 1,1368 27,58 1,447 1,0419 29,74 __

Fase leve __ __ __ __ __ __

Fase

intermediária

__ __ __ __ __ __

Fase pesada __ __ __ __ __ __

PLO+ água 1,0539 __ __ 1,0197

14

03

Fase única __ __ __ 34,72 __

Fase leve 1,0361 20,64 1,445

Fase

intermediária

__ __ __

Fase pesada __ __ __

04

PLO+ água __ __ __ __

Fase única _ _ _

Fase leve 1,0488 38,77 _ 0,9796 31,86 1,408

Fase

intermediária

__ __ _ 1,0170 __ __

Fase pesada __ __ _ 1,0262 __ __

05

PLO + água 1,0595 __ _ __ __ __

Fase única __ __ __ 1,0346 32,37 1,363

Fase leve 1,0519 38,20 1,364 __ __ __

Fase

intermediária

__ __ __ __ __ __

Fase pesada __ __ __ __ __ __

Diesel S 10(ANP N°65)

0,82 a 0,85 Anotar Anotar 0,82 a 0,85 Anotar Anotar

Onde: D – densidade; I.A. – índice de acidez; I.R. – índice de refração.

Na análise dos parâmetros foi possível observar que na presença do catalisador o índice de acidez

do PLO começou a cair consideravelmente, diminuindo de 38,20 mg KOH/g para 32,37 mg KOH/g,

comparando-se os experimentos 3 e 4. Vale ressaltar que ocorreu uma queda no valor do rendimento dos

experimentos 3 e 4, em comparação, por motivos operacionais, houve uma interrupção do experimento 4.

Nos experimento 1 e 2 foi possível observar um aumento do rendimento, o PLO produzido sem

catalisador apresentou um rendimento 4,32%, no experimento 1, por exemplo, enquanto o PLO do

experimento 2 produzido com o CaCO3 apresentou um rendimento de 5,17%

Analisando o índice de acidez foi observado que a presença do catalisador contribuiu de forma

significativa para a redução desse índice, o que resulta na melhor conversão de hidrocarbonetos, vale

ressaltar que a presença do catalisador favorece a reação de craqueamento, e como resultado, produtos

com baixa acidez, ou seja, baixo teor de ácidos graxos livres).

15

A densidade do biodiesel está diretamente ligada com a estrutura molecular das suas moléculas.

Quanto maior o comprimento da cadeia carbônica do alquiléster, maior será a densidade, no entanto, este

valor decrescerá, a exemplo das amostras 4 (Fase leve) dos experimentos 3(1,0488) e 4(0,9796) quanto

maior for o número de insaturações presentes na molécula. A presença de impurezas também poderá

influenciar na densidade do biodiesel como, por exemplo, o álcool ou substâncias adulterantes.

O índice de refração dos PLO´s apresentaram resultados relativamente próximos aos valores

obtidos da frações da querosene (1,448) e do diesel de petróleo (1,460) obtido por SUZUKI et al. (2008).

O índice de refração de uma mistura é função dos índices das substâncias puras e de suas concentrações.

Caracterização química dos PLO’s

Entre as análises propostas nos materiais e métodos para caracterização dos PLO’s, foi

realizada a determinação do índice de acidez (IA) a Análise por Espectroscopia na Região do

Infravermelho – IR a algumas fases obtidas no processo de separação. As Figuras 3 e 4 ilustram o

espectro na região do infravermelho fase leve e as 5 e 6 fase pesada nos experimentos 01 e 02.

Figura 3 – Espectros experimento 01, térmico do lodo – fase leve (IA = 5,0 mmol/g)

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Figura 4 – Espectros experimento 2, térmico - catalítico do lodo+gordura+ catalisador – fase leve ((IA

=60,0 mmol/g).

No espectro do experimento 01 Fase leve foi visualizado bandas próximas de 2360 cm-1,

características da deformação axial assimétrica do CO2. As bandas visualizadas próximas de 2923

cm-1 e 2855 cm-1 são características de deformações axiais alifáticas da ligação C-H do grupo

metileno (CH2) e metila (CH3). Ainda de acordo os espectros, pode-se visualizar uma banda de

média intensidade entre 1456-1457 cm-1, como sendo característica da deformação angular simétrica

da ligação C-H do grupo metila (CH3). Nos espectros das amostras 04 e 11 foi visualizado uma

banda próxima de 1600 cm-1, característica da ligação C-C de dienos conjugados. A banda de

deformação axial larga de O-H em ligação hidrogênio intermolecular em 3350 cm-1 na amostra 11

também foi visualizada. Nestes espectros foram visualizados uma banda de baixa intensidade em

1380 cm-1, característica da deformação angular simétrica da ligação C-H do grupo metila (CH3).

No espectrograma do Experimento 02 Fase leve foi visualizado a presença de uma banda

fraca na região entre 1636-1645 cm-1, a qual corresponde a vibração de deformação axial de ligação

C=C, possivelmente de olefinas conjugadas. A presença de alcenos monossubstituídos pode também

ser caracterizada pela deformação angular fora do plano de C-H em torno de 909 cm -1 (amostra 7) e

911 cm-1 (amostra 4). As bandas visualizadas em 2360 cm-1 são características da deformação axial

assimétrica de CO2. As bandas próximas de 2923 cm-1 e 2853 cm-1 são características de

deformações axiais alifáticas da ligação C-H do grupo metileno (CH2) e metila (CH3). Ainda de

acordo os espectros, pode-se visualizar uma banda de média intensidade próxima de 1459 cm-1,

sendo característica da deformação angular simétrica da ligação C-H do grupo metil. Nos espectros

foi visualizada uma banda de deformação axial larga de O-H em ligação hidrogênio intermolecular

entre 3444 cm-1 e 3528 cm-1, provavelmente devido à presença de água nestas amostras.

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Figura 5 – Espectros experimento 01, térmico do lodo – fase pesada (IA = 5,0 mmol/g)

.

Figura 6 – Espectros experimento 2, térmico - catalitico do lodo+gordura+ catalisador – fase pesada (IA =

60,0 mmol/g)

Nos espectros do experimento 01 Fase pesada, com exceção da amostra 08, foi visualizado a

presença de uma banda intensa na região entre 1636-1639 cm-1, a qual corresponde a vibração de

deformação axial de ligação C=C, possivelmente de olefinas conjugadas. As bandas próximas de

2360 cm-1, visualizadas nos espectros, são características da deformação axial assimétrica do CO2.

As bandas próximas de 2923 cm-1 e 2853 cm-1 nas amostras 3 e 8 são características de

deformações axiais alifáticas da ligação C-H do grupo metileno (CH2) e metila (CH3). Ainda de

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acordo os espectros, pode-se visualizar uma banda de média intensidade próxima de 1457 cm -1,

sendo característica da deformação angular simétrica da ligação C-H do grupo metila (CH3). Nos

espectros foi visualizada uma banda de deformação axial larga de O-H em ligação hidrogênio

intermolecular entre 3432 cm-1 e 3451 cm-1, provavelmente devido à presença de água nestas

amostras. Nestes espectros foram visualizados uma banda de baixa intensidade entre 1355 e 1380

cm-1, característica da deformação angular simétrica da ligação C-H do grupo metila (CH3).

No espectrograma do Experimento 02 Fase pesada foi visualizado a presença de uma banda

intensa em 1636 cm-1 na amostra 11 e 1639 cm-1 na amostra 08, a qual corresponde a vibração de

deformação axial de ligação C=C, possivelmente de olefinas conjugadas. A banda visualizada em

2360 cm-1 é característica da deformação axial assimétrica de CO2. Nestes espectros foi visualizado

uma banda de baixa intensidade entre 1358-1360 cm-1, característica da deformação angular

simétrica da ligação C-H do grupo metila (CH3). Nos espectros foi visualizado uma banda de

deformação axial larga de O-H em ligação hidrogênio intermolecular entre 3437 cm -1 e 3455 cm-1,

provavelmente associado à presença de água nestas amostras.

CONCLUSÕES:

Em virtude dos experimentos realizados na planta piloto, a pirólise do lodo através da rota

tecnológica de craqueamento térmico e térmico-catalítico é viável tecnicamente para o

aproveitamento desse resíduo.

Os rendimentos verificados para os produtos obtidos nos experimentos (PLO, gases e

biocarvão) apresentaram melhores resultados para o material residual, o coque (biocarvão), em

média 70%. Enquanto que, os menores rendimentos se deram para o PLO, principalmente no

craqueamento térmico do lodo não higienizado, em torno de 5%;

Quanto aos produtos líquidos obtidos, os resultados apresentados em espectros de

infravermelho demonstraram que a rota tecnológica de craqueamento proporcionou a pirólise do

lodo de esgoto, transformando os ácidos carboxílicos de cadeia longa presentes em cadeias menores.

Considerando-se os parâmetros de índice de acidez e refração, as análises apresentaram resultados

satisfatórios na presença do catalisador.

De acordo com a literatura comparando-se com o diesel mineral, o biodiesel apresenta maior

densidade. Dentre os padrões de qualidade apresentados, a norma ASTM não considera relevante a

densidade do biodiesel como parâmetro de qualidade.

Além da caracterização completa a ser feita dos materiais obtidos, outros tratamentos devem

ser realizados para verificação da aplicabilidade. Por exemplo, destilação do PLO, ensaios de

adsorção dos biocarvões, etc., métodos que ainda serão empregados.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BARROS, A.A.C., WUST, E., MEIER, H.F., Estudo da viabilidade de técnico-científica da produção

de biodiesel a partir de resíduos gordurosos, Engenharia ambiental 2008; 13: 255

–262.

DEMIRBAS, A., e KARA, H., New Options for Conversion of Vegetable Oils to Alternative Fuels,

Energy Sources 2006; part A 28 :619-626.

HOSSAIN, M.K.; STREZOV, V. & NELSON, P.F. Thermal characterisation of the products of

wastewater sludge pyrolysis. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 85: 442-446, 2009

POLÍTICA NACIONAL DE RESÍDUOS SÓLIDOS. disponível em:

http://www.sinir.gov.br/web/guest/plano-nacional-de-residuos-solidos>. Acesso em: 23 fev.

2013.

SILVA, P. R. F. da; FREITAS, T. F. S de. Biodiesel: o ônus e o bônus de produzir combustível.

Ciência Rural. Santa Maria, v. 38, n. 3, maio - jun, 2008. Disponível em:

<http://www.scielosp.org/pdf/cr/v38n3/a44v3 8n3.pdf.

SONG, W. & GUO, M. Quality variations of poultry litter biochar generated at different pyrolysis

temperatures. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 94: 138-145, 2012.

SUZUKI, C. K., GUSKEN, E., MERCADO, A. C., FUJIWARA, E., ONO, E. Optical sensing

system for liquid fuels. Protocolo OMPI, PTC/BR2008/000231, 2008.

MELO, W.J. & MARQUES, M.O.  Potencial do lodo de esgoto como fonte de nutrientes para as

plantas. In: BETTIOL, W. & CAMARGO, O.A., eds. Impacto ambiental do uso agrícola do lodo de

esgoto. Jaguariúna, Embrapa Meio Ambiente, 2000. p.109-141.

DIFICULDADES

As principais dificuldades encontradas na execução do projeto incluem:

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Dificuldades de manutenção da planta piloto de craqueamento como, por exemplo, danos em

peças de reposição, não disponibilidade de peças de reposição no mercado local, bem como a falta

de mão de obra técnica qualificada. Esses fatores contribuíram significativamente para que a

referida planta ficasse inoperante, atrasando a programação experimental;

Dificuldade de realização de algumas análises químicas qualitativas dos PLO’s obtidos, a algumas

delas são realizadas em outros laboratórios particulares e de pesquisa, em outras universidades e

em outros estados;

Demora na entrega de materiais de uso do laboratório, pois muitos são comprados fora do estado

do Pará ou em outros países;

Custo elevado na manutenção de equipamentos do laboratório que são utilizados rotineiramente; e

Demanda elevada de atividades de outros projetos utilizando o mesmo laboratório onde é

desenvolvido o projeto.

PARECER DO ORIENTADOR: Aluna desempenhou suas atividades com afinco, apresentando boa capacidade

operacional nas atividades práticas do laboratório, sou de parecer favorável a renovação da bolsa da mesma e

continuidade das pesquisas, uma vez que foram geradas várias publicações.

DATA: 25/08/2017

ASSINATURA DO ORIENTADOR

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ASSINATURA DO ORIENTADOR

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INFORMAÇÕES ADICIONAIS: