Análise multicritério do processo de produção de solketal a partir do glicerol

Abstract

RESUMO: A reação de cetalização é uma alternativa promissora para o consumo e valorização das grandes quantias de glicerol geradas na cadeia de suprimentos do biodiesel. No entanto, os estudos referentes à otimização e análise econômica desse processo em escala industrial são limitados. Nesse contexto, este estudo tem como objetivo a modelagem, validação, simulação, otimização e análise de viabilidade técnico-econômica da produção de solketal como uma alternativa de reuso e valorização do glicerol. Um modelo cinético pseudo-homogêneo reversível foi ajustado a dados cinéticos da reação de cetalização, por meio de um algoritmo em linguagem Python. Para a validação da metodologia da simulação, um processo para a seção reativa do processo foi sintetizado no simulador Aspen Plus® V12.1 e os resultados obtidos foram comparados com a literatura. O processo completo de produção de solketal foi otimizado vinculando o Aspen Plus® com o software MATLAB, frente a três cenários distintos. Por fim, a viabilidade econômica do processo foi avaliada frente a diversos cenários de mercado. Após a etapa de otimização, observou-se que as estratégias de maximização do rendimento de solketal ou restrição da conversão de glicerol por passe no reator em valor superior a 80%, resultavam em elevados custos de utilidade e emissão de CO2 equivalente, indicando condições menos favoráveis. Os casos de estudo com conversão de glicerol por passe no reator de 70%, que objetivavam a minimização da emissão de CO2 ou minimização do custo de utilidades resultaram em processos com melhores indicadores de processo. A análise econômica mostrou que o preço mínimo de venda de solketal para que o processo simulado para processamento de 5,149 m³/h de glicerol seja rentável encontra-se no intervalo de 1.847,29 – 1.966,27 US$/t. Os resultados obtidos indicam que a metodologia adotada para a etapa de otimização foi benéfica para o aumento da rentabilidade da planta simulada, dado que a maior parte dos cenários econômicos avaliados foi viável se um preço de venda de solketal de aproximadamente 1.920 US$/t for considerado, o que corresponde a um valor inferior ao preço de venda desse produto praticado no mercado atualmente

ABSTRACT: The ketalization reaction is a promising alternative for the consumption and valorization of the large amounts of glycerol generated in the biodiesel chain. However, studies on the optimization and economic analysis of this process on an industrial scale are limited. In this context, this study aims to model, validate, simulate, optimize, and analyze the technical and economic viability of solketal production as an alternative for the reuse and recovery of glycerol. A reversible pseudo-homogeneous kinetic model was fitted to the kinetic data of the ketalization reaction using a Python algorithm. To validate the simulation methodology, a flowsheet for the reactive section of the process was developed in the Aspen Plus® V. 12.1 simulator, and the results obtained were compared with the literature. The complete solketal production process was optimized by linking Aspen Plus® with MATLAB software in three different scenarios. Finally, the economic feasibility of the process was assessed against various economic scenarios. After the optimization step, it was observed that the strategies of maximizing solketal yield or restricting the single-pass glycerol conversion in the reactor to more than 80% resulted in high utility costs and CO2 equivalent emissions, indicating less favorable conditions. The case studies with glycerol conversion per pass in the reactor of 70%, which aimed to minimize CO2 emissions or minimize utility costs, resulted in processes with better process indicators. The economic analysis showed that the minimum selling price of solketal for the simulated process for processing 5.149 m³/h of glycerol to be profitable is in the range of 1,847.29 – 1,966.27 US$/t. The results obtained indicate that the methodology adopted for the optimization stage was beneficial for increasing the profitability of the simulated plant, given that most of the economic scenarios evaluated were viable if a solketal sale price of approximately 1,920 US$/t was considered, which corresponds to a value lower than the sale price of this product on the market