[001] O presente pedido de patente de invenção trata-se da produção de um combustível renovável e mais limpo para o meio ambiente, utilizado em motores de combustão interna. No cenário global, a necessidade de identificar soluções tecnológicas economicamente e ambientalmente competitivas para produzir combustíveis alternativos está se tornando cada vez mais importante.

[002] O atual estado da arte inclui o biodiesel tradicional atualmente produzido através de um processo de transesterificação, que está ligado a aspectos críticos relacionados à eficiência económica do produto final, incluindo a necessidade de imobilizar capital importante para a construção de instalações de armazenamento e produção. O biodiesel tradicional em termos de emissões para a atmosfera não resolve completamente o problema de reduzir os poluentes liberados na atmosfera em comparação com os combustíveis diesel tradicionais. Outros tipos de combustíveis, tais como o diesel sintético, ou combustíveis renováveis tipo fraccionado com técnicas de hidrogenação e fracciona mento como o JP-8 (jacto propulsor) ou HRJ (tratado com hidrogénio renovável JetFueí) ou biocombustíveis derivados de algas ou de microalgas ainda estão longe da competitividade económica e apresenta problemas técnicos e estabilidade quando as produções em grande escala forem realizadas.

[003] O atual estado da técnica fornece alguns tipos de combustíveis obtidos através de processos e reações químicas. Por exemplo, o processo tradicional de produção de biodiesel ocorre através de uma reação química de transesterificação da gordura ou óleo vegetal que reage com o agente esterificante, geralmente um álcool, metanol ou etanol na presença ou ausência de um catalisador com o uso de energia e geralmente à pressão atmosférica. O tempo de reação varia de acordo com a temperatura. O biodiesel assim gerado pode ser usado 100% puro (B100) com inconvenientes consideráveis em motores convencionais e/ou queimadores ou misturado com óleo diesel para obter misturas (B5, B10, etc) que reduzem apenas parcialmente os problemas dos injetores e outros componentes do motor.

[004] Outra desvantagem do biodiesel tradicional é o fato de que o alto poder solvente do éster metílico causa danos aos materiais plásticos incompatíveis (principalmente vedações) e pode criar problemas com os possíveis depósitos de óleo diesel deixados nos tanques. Se forem usados combustíveis biodiesel, é necessário substituir ou, em qualquer caso, verificar periodicamente os componentes poliméricos que compõem os tubos de sucção e retorno, a embalagem da bomba, as mangueiras e as juntas e é altamente recomendável limpar os tanques e de caldeiras residuais de combustíveis fósseis.

[005] O biodiesel tradicional misturado com óleo lubrificante pode criar vários problemas, pois aumenta o índice de iodo da mistura. Se o índice de iodo do óleo exceder o valor de 115, inicia-se um processo de polimerização, com a formação de incrustações gomosas nos dutos do sistema de lubrificação, com redução do fluxo de lubrificante. Isto leva à desvantagem da substituição antecipada do óleo do motor. Uma vez que o biodiesel tem uma composição muito diferente do diesel, o seu comportamento em termos de emissões para o tubo de escape, por vezes, também difere significativamente do observado para o combustível diesel. No uso do biodiesel tradicional com injetores, nota-se que estes tendem a ficar incrustados, pelo menos, 2-3 vezes mais do que com o uso de óleo diesel, por exemplo. Esta incrustação é geralmente de um tipo carbonáceo e tende a diminuir em espessura ao longo do tempo. Em relação às emissões geradas pela combustão do biodiesel tradicional, o problema dos óxidos de nitrogénio, atualmente considerados entre os compostos mais perigosos, é o ponto sensível. Em média, fala-se de um aumento das emissões de NOx de 8- 10% em comparação com o diesel, devido ao alto teor de oxigénio do biocombustível. Mesmo as misturas provocam um aumento, embora menor, da emissão de NOx, que é de cerca de 2-3%, por exemplo, para o B20, sempre comparado com o gasóleo. As emissões de CO são em média 20% mais baixas (para o B100) em comparação com o diesel; 20% de biodiesel misto emite uma média de 14% menos CO.

[006] A presente invenção tem por objeto a produção de um combustível renovável um tipo de biocombustível que pode ser obtido através da adição dos ingredientes listados nesta invenção, à pressão atmosférica e numa ampla gama de temperaturas, sem a necessidade de processos químicos complexos e caros. As classes de ingredientes utilizados para a produção de combustível que são óleos vegetais naturais e/ou animal, mineral ou combinação dos mesmos, de algas e de microalgas e/ou óleos derivados a partir deles regenerados e/ou geneticamente modificados, adicionado de para alcoóis primários e/ou superiores e/ou dimetilfurano e/ou dióis (e/ou os glicóis primários secundário), a partir de cetonas e aditivos que melhoram o desempenho e as características físico-químicas do biocombustível final. Esse dito combustível pode ser usado em geradores e/ou motores de combustão interna de tipo diesel para utilização nos automóveis e em outros meios de transporte e/ou para a geração de eletricidade em caldeiras, queimadores ou turbinas para produzir energia elétrica ou térmica.

[007] A presente invenção, para além dos ingredientes relacionados com a formulação de combustível, também indica um método e processo ótimos para a preparação do próprio combustível.

[008] O objetivo da presente invenção é produzir um biocombustível renovável e mais limpo para o meio ambiente, utilizado em motores de combustão interna, notadamente em motores diesel, comercialmente disponíveis e economicamente vantajosos, com um método simples e industrialmente viável em larga escala. O processo de obtenção do biocombustível baseia-se nos princípios das microemulsões base óleo, de conhecimento dos expertos nesta técnica, definidas como finas dispersões transparentes, formadas por tensoativos e cotensoativos associados a uma mistura de líquidos de polaridades diferentes, insolúveis um no outro, onde se tem uma grande superfície de contato entre a fase contínua e a fase dispersa. Os óleos utilizados no processo da presente invenção, são óleos minerais reciclados ou reutilizados e/ou vegetais, virgens ( in natura), reciclados ou reutilizados. Uma das principais vantagens deste processo se dá principalmente pela não geração de resíduos, comumente observado nos processos convencionais, como a glicerina, além do fato do índice de iodo ser mantido em valores baixos, bem abaixo de 100, que impede a formação de depósitos e sua deterioração, ou seja, os componentes utilizados e as suas formulações permitem obter um combustível com um rendimento igual a 100%, isso significa que não há subprodutos ou formação de resíduos ou alguns elementos a serem eliminados no final da mistura.

[009] O combustível da presente invenção é caracterizado por possuir uma reação instantânea, sendo produzido em poucos minutos, além de não requerer equipamento dispendioso, uma vez que a referida reação ocorre numa larga gama de faixa de temperatura (de 5 ^o a 35°C) e acima de tudo, na pressão atmosférica e também é caracterizado por ter como ingrediente principal, os óleos minerais 100% residuais e/ou várias misturas com óleos vegetais virgens e também reciclados ou residuais, é totalmente miscível com o diesel em cada uma das suas percentagens (de 0,01 % a 99,99%) sem a necessidade de aditivos, pode, mesmo após um armazenamento de mais de cinco anos, conservar as mesmas características e propriedades, podendo ser usado em qualquer tipo de caldeiras, turbinas e motores de combustão interna do tipo diesel com ignição espontânea e em alguns motores de combustão interna com gasolina, com partida ou ignição sem qualquer alteração dos mecanismos dos mesmos, garantindo um desempenho semelhante ao dos combustíveis tradicionais e melhorando o perfil das emissões, em especial no que diz respeito à opacidade (K), CO e NOx. Apresenta características físico-químicas totalmente comparáveis, compatíveis com o diesel convencional, com a vantagem adicional de ter pontos de congelamento abaixo de -27°C, (portanto utilizável sem necessidade de pré-aquecimento em motores navais e também em motores de alta potência de dois tempos e de quatro tempos ou turbinas ou motores de aviões, considerando as temperaturas às quais eles são submetidos no mar e em grandes altitudes), pode ser armazenado em tanques sem agitação contínua e sem isolamento mesmo à pressão atmosférica e contém no seu interior álcoois secundários (C4 ou superior) e/ou dimetilfurano (DMF) e/ou dióis ou trióis que permitem manter limpo e eficiente o sistema de injeção e atomização dos motores diesel sem a necessidade de modificar os bicos

[010] Diferentes tipos de misturadores, cujas rotações variam de acordo com o tipo de óleo utilizado, como também variados métodos de adicionamento de componentes, de acordo com os tipos de misturadores adequados, são conhecidos do estado da técnica e, juntamente, com os princípios das microemulsões, explicado acima, compõem o processo de formulação do biocombustível desta invenção.

[011] As classes de ingredientes utilizados para a produção de biocombustível são óleos vegetais e/ou animais, minerais ou combinados, usados ou não destinados ao consumo humano, regenerados e/ou geneticamente modificados, algas e microalgas e/ou óleos deles derivados, adicionados a álcoois primários e/ou superiores e/ou glicóis primários e/ou secundários, cetonas e aditivos que melhoram o desempenho e as características físico-químicas do biocombustível final.

[012] As classes de ingredientes subjacentes a este biocombustível são especificadas a seguir: os óleos vegetais e/ou substâncias gordurosas contidas, em porcentagens variáveis, nas sementes ou nos frutos das plantas. As mais utilizadas são as sementes de amendoim, girassol, soja, gergelim, colza, algodão e palma, azeitona e coco. Atualmente, o cultivo de diferentes plantas é muito difundido a partir do qual são obtidos óleos vegetais para uso não alimentar. A título de exemplo não redutivo, lembramos os óleos obtidos das seguintes plantas: Jatropha, Brassica, camelina, canola, mamona, coco, milho, algodão, karani, jojoba, kukui, mamona, nim, palmeira, amendoim, nabo, girassol, gergelim soja., que também podem ser utilizados nesta invenção, mas não a limitando.

[013] O óleo vegetal usado é um resíduo não perigoso de frituras produzido nas residências, indústrias, laboratórios, restaurantes, bares, hotéis, bufês e cantinas. O óleo vegetal ou de origem animal, chegado ao final de seu ciclo de vida, pode sofrer diferentes tratamentos e ser destinado a novas transformações.

[014] A reciclagem de óleos usados é um sector específico de reciclagem de resíduos, e consiste num conjunto de operações (filtração, degomagem, desidratação, fracionamento / desnaturação, refinação final dos destilados obtidos) que são realizadas em óleo lubrificante ou óleo vegetal utilizado, por exemplo: obter óleos regenerados que podem ser utilizados como base para a presente invenção em vez de óleos vegetais não utilizados. Estes óleos variam entre um mínimo de 35% em peso e um máximo de 75% em peso do total de biocombustível.

[015] A segunda classe de ingredientes é a dos álcoois: CnH(2n + 2)0. Entre os álcoois, lembramos aqueles de cadeia curta primário até três átomos de carbono, C1 , C2, C3, juntamente com álcoois superiores C4, C5, C6, C7, etc. com a previsão de realizar uma combinação entre pelo menos um ou mais álcoois secundários (C4 ou superior) e um ou mais de álcool primário (C 1 , C2, ou C3) no momento em que deseja obter um biocombustível, com um ponto de inflamação inferior de 30°C. Como alternativa aos álcoois primários, dimetilfuranos (DMF) podem ser utilizados. Em particular, o 2,5-dimetilfurano (OqHbO) ou o seu isómero de 2,3-DMF (dimetilfurano) pode ser utilizado de acordo com a indicação anteriormente descrita. No momento em que seja desejado ou necessário produzir um biocombustível, com um ponto de inflamação superior a 40°C e comparável ao do gasóleo, é necessário substituir os álcoois primários (C1 , C2, C3) com a classe dos dióis ou glicóis, fórmula empírica C _n H(2n ₊ 2)02 (etileno ou propileno) sempre com a previsão de realizar uma combinação entre pelo menos um ou mais álcoois secundários (C4 ou superior) e um ou ambos do glicol primário (etileno ou propileno).

Uma alternativa ao diol pode ser representada pelo triol.

[016] A função dos álcoois primários na primeira categoria de biocombustível é favorecer a redução da viscosidade inicial do óleo vegetal inicial, diminuir o ponto de congelamento e névoa, antecipar e, portanto, favorecer a ignição da mistura de óleo vegetal + álcoois superiores.

[017] A função dos dióis na primeira categoria de biocombustível é favorecer a redução da viscosidade inicial do óleo vegetal inicial, diminuir o ponto de congelamento e névoa, e manter um ponto de fulgor comparável ou superior ao do diesel tradicional.

[018] Uma outra classe de ingredientes a serem adicionados ao combustível para favorecer a redução da viscosidade e evitar a formação de depósitos de carbono nos bicos do queimador ou nos injetores são as cetonas (CnhtenO), com um mínimo de 0,1 % em peso até 1 ,1 % máximo em peso do biocombustível total. A cetona mais simples a ser prevista é CH3COCH3, propanona ou dimetilcetona, mas outras cetonas mais complexas podem ser empregadas utilmente.

[019] Os referidos álcoois primários ou alternativamente a utilização de DMF na fórmula podem variar desde um mínimo de 0,1 % em peso até um máximo de 25% em peso do biocombustível total.

[020] Os referidos dióis ou trióis na fórmula variam desde um mínimo de 0,1% em peso até um máximo de 25% em peso do total de biocombustível.

[021] Os referidos álcoois secundários na fórmula variam desde um mínimo de 20% em peso até um máximo de 55% em peso do biocombustível total.

[022] A seguir estão os principais aditivos a serem incluídos no combustível para melhorar 0 desempenho do mesmo. Esta lista é apenas um exemplo e não deve ser considerada como limitadora:

• Corantes ou pigmentos para condicionar a cor final do combustível por razões comerciais ou fiscais, dependendo do país, em que pode ser usado em quantidades que não excedam 1 % em peso sobre 0 total;

• Substâncias odorantes prescritas para qualquer regulamento ou lei do país de uso;

• Melhoria do número de cetanos do biocombustível, como 0 DTBP (peróxido de di-terc-butilo), éter dietílico (C2H5)20 ou nitrato de 2-etil-hexila em quantidades que não excedam 2,5% em peso do total;

• Aditivos para melhorar 0 congelamento / nevoeiro do combustível, tais como glicóis ou éteres, em quantidades que não excedam 6%, em peso, do total;

• Aditivos para a redução de fenómenos de coqueificação ou de depósitos de carbono, tais como polieteraminas, em quantidades não superiores a 3% em peso do total.

[023] O processo e as fórmulas para produzir os biocombustíveis listados abaixo estão entre os vários utilizados pelo inventor e objeto desta invenção. A título de exemplo, sem, contudo, querer limitar a invenção aos exemplos citados abaixo, algumas das fórmulas e procedimentos utilizados para produzir o biocombustível são relatadas da maneira inovadora abrangida pela presente invenção. A ordem em que os vários componentes indicados nos parágrafos seguintes são misturados é meramente um exemplo e não uma limitação.

[024] Em um primeiro exemplo, a seguinte formulação foi usada:

[025] Em um primeiro reator mantido agitado com um misturador, etanol, DMF, cetona e óleo de soja cru são adicionados. Pentanol, hexanol e butanol são adicionados a um segundo reator, que também é mantido sob agitação. Quando eles são obtidos as condições de homogeneidade das misturas em dois reatores é adicionado ao conteúdo do segundo reator no primeiro lentamente, tendo o cuidado de manter sob agitação o reator até se obter o biocombustível que tem sido completamente transparente e homogéneo para o olho, bem como uma viscosidade muito baixa. Em vez de dois reatores, um único reator também pode ser usado, tendo o cuidado de manter o produto sob agitação a partir da inserção do segundo ingrediente em diante e por toda a duração do processo. No caso de um único reator, a sequência dos ingredientes poderá ser: óleo vegetal, DMF, dimetil-cetona, etanol, pentanol, butanol, hexanol. Em ambos os casos (reator único ou dois reatores separados) nenhum ajuste da pressão de trabalho é necessário e o processo opera em uma faixa de temperatura de -5°C a 40°C, preferencialmente.

[026] As principais características físico-químicas do biocombustível acima mencionadas são:

[027] Em um segundo exemplo, um biocombustível foi produzido de acordo com a seguinte formulação:

[028] Num primeiro reator mantido agitado com um misturador, são adicionados etanol, dimetilcetona e óleo vegetal. Num segundo reator, que também é mantido sob agitação, são adicionados octanol, hexanol e butanol. Quando eles são obtidos as condições de homogeneidade das misturas em dois reatores é adicionado ao conteúdo do segundo reator no primeiro lentamente, tendo o cuidado de manter sob agitação o reator até se obter o biocombustível que tem sido completamente transparente e homogéneo para o olho, bem como uma viscosidade muito baixa. Em vez de dois reatores, um único reator também pode ser usado, tendo o cuidado de manter o produto sob agitação a partir da inserção do segundo ingrediente em diante e por toda a duração do processo. No caso de um único reator, a sequência dos ingredientes era: óleo vegetal, dimetil cetona, etanol, octanol, butanol, hexanol. Em ambos os casos (reator único ou dois reatores separados) nenhum ajuste da pressão de trabalho é necessário e o processo opera preferencialmente em uma faixa de temperatura de -5°C a 40°C.

[029] As principais características físico-químicas do biocombustível acima são:

[030] Em um terceiro exemplo, um biocombustível foi produzido de acordo com a seguinte formulação:

[031] Um único reator foi usado, tomando cuidado para manter o produto sob agitação a partir da inserção do segundo ingrediente em diante e durante toda a duração do processo. A sequência de ingredientes foi: óleo vegetal usado reciclado, dimetil-cetona, etanol, butanol, hexanol, éter dietílico. Nenhum ajuste da pressão de operação foi necessário e o processo opera preferencialmente em uma faixa de temperatura de -5°C a 40°C.

[032] As principais características físico-químicas do biocombustível acima são:

[033] Em um quarto exemplo, um combustível foi produzido com a seguinte fórmula:

[034] Um único reator foi usado, tomando cuidado para manter o produto sob agitação a partir da inserção do segundo ingrediente em diante e durante toda a duração do processo. A sequência dos ingredientes foi: óleo vegetal, dimetil-cetona, etilenoglicol, butanol, hexanol. Nenhum ajuste da pressão de operação foi necessário e o processo opera preferencialmente em uma faixa de temperatura de -5 °C a 40 °C.

[035] As principais características físico-químicas do biocombustível acima são:

[036] Em um quinto exemplo, um biocombustível foi produzido de acordo com a seguinte formulação com números CAS relativos (números de registro de substâncias químicas): [037] Temperatura do processo: Preferencialmente em uma faixa de temperatura de 12°C a 27°C.

[038] Sequência de mistura e introdução de ingredientes no reator (mistura a 2000 RPM durante pelo menos 15 minutos em cada fase):

• Introdução e mixagem A + B você obtém intermediário 1

• Introduzindo e misturando 1 + D, obtém-se o intermediário 2

• Introduzindo e misturando 2 + F, obtém-se o intermediário 3

• Introduzindo e misturando 3 + E, obtém-se o intermediário 4

• Introduzindo e misturando 4 + G, obtém-se o intermediário 5

• Introduzindo e misturando 5 + H, o biocombustível final é obtido.

[039] O componente B (n-Butanol (pureza >92%) - CAS N°: 71 - 36 - 3) pode ser substituído parcial ou completamente pelo componente C (iso-Butanol (pureza >92%) -CAS N°: 78-83-1) sem gerar qualquer modificação nas características do processo, bem como na qualidade do produto final.

[040] A agitação (RPM e tempo de mistura) das demais composições anteriormente apresentadas varia em função da viscosidade do óleo utilizado.

[041] As principais características físico-químicas do biocombustível acima são:

[042] O combustível objeto da presente invenção permite ser utilizado sem que seja necessário modificar os tanques e / ou os circuitos de alimentação dos motores, geradores, turbinas e queimadores. Isso permite que você retorne ao uso de combustíveis tradicionais a qualquer momento, sem a necessidade de alterações. O biocombustível mantém a estabilidade e não há alteração se armazenado em tanques tradicionalmente utilizados para combustível diesel há mais de 24 meses. O biocombustível pode tolerar a água contida em quantidades mínimas (de 0,1 % em peso a 3% em peso) nos ingredientes com os quais foi formulado e objeto da presente invenção.

[043] Todos os objetos do presente biocombustível da invenção são completamente miscíveis com cada uma das qualidades de diesel em diversas proporções 1 ,2,3, .., 99%, em volume, e vice-versa pode ser adicionado em valores diesel igual a 1 ,2,3, .., 99% em volume se você quiser aumentar o poder calorífico ou fazer misturas (B1 , B5, B10, B20, .., B99).

[044] Com as fórmulas e o processo indicados acima, foram feitos os biocombustíveis com as características acima. A título de exemplo, o biocombustível do Exemplo 5 descrito acima foi testado em dois motores e em duas condições: 100% biocombustível puro e misturado com diesel -B30 (70% volume de diesel + 30% em volume de biocombustível) em um motor Cummins de 230 cv a seis cilindros com torque igual a 890 N * m, e um motor Chevrolet 2.8 CDTI 4x4, respectivamente na tripulação de uma van industrial e para um veículo de coleta comercial. Começar (mesmo quando frio) usando biocombustível puro sempre ocorreu sem dificuldade e durante toda a duração dos testes. Mais de 700 km de estrada com diferentes declives foram percorridos e em diferentes condições meteorológicas e carga do veículo, sem perceber qualquer mudança perceptível na condução, sem redução de potência ou torque dos veículos. Na verificação do combustível consumido (usando uma caixa tradicional a diesel e na outra o biocombustível) em um circuito padrão em condições de direção semelhantes, a diferença foi de aproximadamente 5% em volume (portanto, com um leve aumento no consumo de biocombustível comparado a diesel).

[045] Um organismo de terceiros verificou as emissões do motor com um opacímetro Opa-400 em conformidade com o EEC 72/306 no banco com rotações mínimas (cerca de 800 rpm) e no regime normal / máximo de cerca de 4400 rpm. opacidade K (m-1) entre 0,07 e 0,38 como o valor máximo com o B30 quando o limite legal é igual a 0,76 (portanto, globalmente com uma redução de emissões> 50% em comparação com os limites legais).

[046] Em geral, os testes de emissões quantitativas para os motores acima mencionados deram os seguintes resultados: os hidrocarbonetos não queimados produzidos durante a combustão do novo combustível são em média 50% inferiores aos produzidos pelo diesel convencional. As emissões de CO são, em média, 16% mais baixas do que os dieseis tradicionais. A fumaça diminui consideravelmente, até cerca de 80%.

[047] A emissão de SOx não é um problema, uma vez que o novo combustível é quase completamente isento de enxofre (<5 mg / kg), se não nos vestígios residuais do mesmo no óleo vegetal utilizado. As emissões dos poluentes considerados são menores para o novo combustível, mesmo no caso do NOx, um ponto sensível para o biodiesel tradicional. Em média, uma redução de cerca de 36% do NOx foi registrada em comparação ao diesel tradicional.