Workshop Etanol

Expansão da Produção de
Bioetanol e
Melhoria Tecnológica
da Destilação Alcoólica
Antonio J. A. Meirelles
Professor Associado
FEA/UNICAMP
E-mail: [email protected]
PRODUTOS
Álcool
Hidratado Combustível
Álcool Hidratado Especial
Álcool Hidratado Neutro
Álcool Anidro Combustível
Participação dos Diversos Álcoois na Produção Total
COLUNA A + B
ZONA DE
RETIFICAÇÃO
B
ÁLCOOL
FLEGMA
LIQUIDO
10 a 20°°GL
FLEGMA GERADA
VINHO
ZONA DE
ESGOTAMENTO
A
VAPOR
VINHAÇA
Principais Compostos envolvidos na Destilação Alcóolica
Classe
Química
Composto
Peso
Molecular
(kg/kmol)
TEbulição
(oC)
PVapor,100 C
(mmHg)
Água
Água
18,02
100
760
Alcoois
Metanol
32,04
64,7
2610
Etanol
46,07
78,4
1694
Propanol
60,10
97,2
846
Isopropanol
60,10
82,4
1482
Butanol
74,12
117,5
389
Isobutanol
74,12
107,7
565
Amílico
88,15
137,9
185
Isoamílico
88,15
130,9
237
Principais Compostos envolvidos na Destilação Alcóolica
Classe
Química
Composto
Peso
Molecular
(kg/kmol)
TEbulição
(oC)
PVapor,100 C
(mmHg)
Aldeídos
Acetaldeído
44,05
20,8
7047
butiraldeído
72,11
74,9
1539
Crotonaldeído
70,09
104,6
-
Acético
60,05
118,1
427
Propiônico
74,08
140,9
182
caprílico
144,21
236,9
1,7
Acetona
58,08
56,2
2806
Ácidos
Cetona
Principais Compostos envolvidos na Destilação Alcóolica
Classe
Química
Composto
Peso
Molecular
(Kg/Kmol)
TEbulição
(oC)
PVapor,100 C
(mmHg)
Ésteres
Acetato de
Etila
88,11
77,1
1533
Caprilato de
Etila
172,26
207,1
-
Éter
Acetal
118,17
102,9
-
Hidrocarboneto
Cicloexano
84,16
Diol
Mono Etileno
Glico (MEG)
62,07
1303
197,4
16
ÁLCOOLHIDRATADO
em Sistema Completo ABB1 + A1 D
Hidratado Especial
Hidratado Especial= +0,8 kg/L
Álcool Neutro (Hidro-seleção+Concent.)= +(0,8+2,4) kg/L
Efeito do No. de Bandejas na Coluna A
Condições empregadas nas SIMULAÇÕES
1. Alimentação do Vinho (6,5 ou 8,5 GL) a 92 oC.
2. Hidratado (10.470,0 L/h) com 0,93 em massa
(93 INPM)
3. Perdas na Vinhaça e na Flegmaça sempre de
0,02 GL (recuperação de 99,75 % do álcool alimentado).
4. Coluna AB (Coluna única) ou ABB1.
5. Coluna B com 40 bandejas.
6. Coluna B1 com 13 bandejas.
7. Coluna A com número de bandejas variando de
14 a 24.
Consumo Vapor (Kg/ L Álc.)
Configuração ABB1
2,8
Vinho 6,5 GL
Vinho 7,5 GL
2,6
Vinho 8,5 GL
2,4
2,2
2,0
1,8
12
14
16
18
20
22
Número de Bandejas na Coluna A
24
26
Comparação Configurações ABB1 e AB
C o nsum o Vapo r (Kg/L )
2.3
Vinho 8,5 GL
ABB1
AB
2.1
1.9
1.7
12
14
16
18
20
22
Bandejas Coluna A
24
26
Hidratado - Conclusões
1. Teor alcoólico do vinho é decisivo no consumo de vapor.
Já existem unidades em operação com Vinho a 11-12
oGL.
2. Pequenas modificações de projeto podem reduzir
consumo de vapor. Coluna A de 18 para 24 bandejas
(8% de economia de vapor). E quanto às Colunas B e B1?
3. Efeito das correntes de sub-produtos (álcool de
segunda, óleo fúsel) sobre a qualidade do produto, a
produtividade do processo e o consumo de vapor?
4. Desenvolvimento de melhores sistemas de controle das
plantas de álcool hidratado.
5. Desenvolvimento de plantas mais flexíveis, que
permitam a produção de hidratado com diferentes
padrões de qualidade.
6. Existiria algum mercado que remunerasse melhor o óleo
fúsel ou frações do mesmo?
DUPLO EFEITO – ÁLCOOL HIDRATADO
1. Investigar outras alternativas de integração
energética de correntes do processo e outras
modalidades de duplo efeito.
2. Investigar se tais alternativas 1-VAPOR
garantem
a
COM PRESSÃO
qualidade do produto Álcool Hidratado
e a
>=1,5 Kgf/cm g
viabilidade operacional do processo.
2-RISCO DE FORMAÇÃO
2
DE INCRUSTAÇÕES
3. É viável encontrar outras soluções para
problemas
operacionais,
como
maior
velocidade de formação de incrustrações?
4. Qual a relação Custo/Benefício associada a
tais integrações energéticas.
CONSUMO ESPECÍFICO DE VAPOR : DE 1,1 A 1,4 KG/LITRO
Álcool Anidro
1.Destilação Azeotrópica com
Cicloexano.
2.Destilação Extrativa com Mono
Etileno Glicol (MEG).
3.Desidratação com Peneira
Molecular.
DESIDRATAÇÃO COM O USO DE CICLOHEXANO
É
possível
Reciclo
Zero.
Desidratação com Cicloexano e Duplo Efeito
Vantagens
-Menor consumo de
vapor (1,0 Kg/L).
-É possível Reciclo
zero.
Desvantagens
-Maior custo de
investimento.
-Uso de vapor de
maior pressão (3 - 4
Kgf/cm2).
4ª TÉCNICA das USINAS de MÉLLE
Vantagens
-Menor consumo de
vapor: de 4,2 para 2,8
Kg/L, partindo de vinho
a 6,5°°GL.
Desvantagens
-Custo maior de
investimento.
-Requer instrumentação
mais completa.
-Uso de hidrocarboneto
inflamável e volátil.
-Produção somente de
ÁLCOOL ANIDRO.
Desidratação com MEG – Primeiros Modelos BSM
Vapor
Consumo
Baixa pressão
0,30 Kg/L
Alta pressão
Total
0,50 Kg/L
0,80 Kg/L
Desidratação com MEG – Modelos BSM Atuais
Modelo
BSM
V. Baixa pressão
0,30 Kg/L
V. Alta pressão
Total
0,35 Kg/L
0,65 Kg/L
Desidratação com MEG – versão BSM
para Grandes Volumes
Destilação Extrativa com MEG - BSM
1. Antigas plantas com Ciclo convertidas para MEG
duplicam produção
2. Baixas taxas de escoamento de vapor permite
construir unidades de escala muito elevada
(1.000.000 Litros/dia). Melhor aproveitamento de
economias de escala.
3. Opção de várias Desidratadoras com uma única
regeneradora permite construir unidades ainda
maiores.
4. Baixa sensibilidade do processo ao teor alcoólico
do hidratado alimentado. É possível utilizar
hidratado de menor teor alcoólico, reduzindo o
consumo de vapor do processo como um todo.
Desidratação com Peneira Molecular
•Sólidos Porosos (Zeólita) seletivos, aprisionam
preferencialmente água e liberam ETANOL anidro.
•Regenerações periódicas da Zeólita reciclando soluções
alcóolicas diluídas que devem ser redestiladas.
•Baixo consumo de vapor; deve ser considerado o consumo
de vapor na redestilação das soluções alcoólicas recicladas
(0,80 Kg de Vapor/L de álcool).
•Os processos mais modernos prevêem sistemas integrados
que solucionam o consumo excedente de energia na
redestilação (0,55 Kg/L).
•Baixo Consumo de Vapor de Alta Pressão (0,05 Kg/L).
•Poucas empresas fabricam Zeólitas em nível mundial,
produto importado e de custo relativamente elevado
(≅
≅¼ do Custo total do Equipamento).
SISTEMA CONVENCIONAL DE PENEIRA
MOLECULAR
SISTEMA MODERNO DE PENEIRA
MOLECULAR
Processo
Desidrat.
30
2000 2005
Cicloexano 95% 62%
% PARTICIPAÇÃO
25
20
15
10
5
0
2000
2001
2002
2003
ANO
2004
2005
Etileno
Glicol
(BSM)
0%
28%
Peneira
Molecular
5%
10%
Produção Total
Anidro (2005)=
9.000.000
m3/ano
Valores Comparativos
dos Diferentes Processos
Processo
Destilação
Azeotróp.
Peneira
Molecular
Destilação
com MEG
Modelos BSM
Vapor (Kg/L)
1,5 a 1,6(1)
0,55 (0,80)(2)
0,45 a 0,70(3)
Água (L/L)
65
55
30 a 38
Desidrat.
(L/m3)
0,5 a 0,6
10 anos/carga
Máx. 0,15
Reciclo de
Álcool
0 % a 25 %
Mín. 15 %
Máx. 2,0 %
Energ. Elétrica
(Kwh/m3)
Mín. 11,1
Mín. 9,51
Máx. 7,22
Custo do
Investimento
100(4)
200-250
140-160
(1)
(2) 0,05 Kg/L de Vapor de Alta Pressão.
Vapor de Baixa Pressão.
(3)0,35-0,45 Kg/L de Vapor de Alta Pressão.
Pervaporação – Uma Alternativa Para O Futuro
1. Pequeno Porte
=30 a 60.000
L/dia.
2. Investimento
Elevado>1,5 ×
Custo Peneira.
3. Consumo Vapor
= 0,18-0,20
Kg/L.
Grato
pela
Atenção