Resumo: O biodiesel (ésteres) é um combustível que pode ser produzido a partir de óleos vegetais, gorduras animais e óleo de origem microbiana (algas, fungos e bactérias). As matérias-primas são convertidas em biodiesel por meio de uma reação química envolvendo álcool e catalisador. Esta reação é chamada de transesterificação ou etanólise, caso o álcool for o etanol. Neste trabalho, foi realizada a produção de biodiesel utilizando os seguintes sistemas: reator em batelada, processo de destilação reativa e reator de alta rotação. A produção e caracterização dos biocombustíveis provenientes de diferentes matérias primas foram realizadas e alternativas para o uso do subproduto da produção do biodiesel (glicerina) também foram apresentadas. Inicialmente, foi realizado um estudo comparativo das propriedades do biodiesel proveniente de óleos de soja bruto, de mamona, de palma, gordura animal, resíduos de óleo de fritura e de óleo de coco. Nesse estudo, foi verificado que algumas propriedades do biodiesel são influenciadas pela matéria-prima utilizada. Na segunda etapa, os parâmetros cinéticos da reação de transesterificação do resíduo de fritura e do óleo de mamona foram determinados. Na terceira etapa, a influência da variável do processo de transesterificação de óleo de mamona foi investigada. A massa molar do óleo de mamona foi determinada por meio da osmometria de pressão de vapor. Essa técnica apresentou bons resultados e pode ser utilizada em substituição à cromatografia gasosa, com menor custo. Na quarta etapa, a influência das variáveis de processo na produção de biodiesel utilizando uma coluna de destilação reativa foi investigada. Esse sistema integra as etapas de reação e separação em um único equipamento. O melhor resultado obtido foi conversão em éster etílico de 98,14 %m/m após 6 minutos de reação. Na quinta etapa, uma alternativa para a redução da viscosidade do biodiesel de óleo de mamona foi apresentada. A viscosidade do biodiesel de óleo de mamona é 4 vezes superior às especificações da ANP; esse fato restringe a utilização desse biodiesel como combustível. Conclui-se que blends de biodiesel de mamona em etanol contendo entre 30 - 50 %v/v de etanol apresentam viscosidade dentro das especificações. Na sexta etapa, a influência das variáveis de processo na produção de biodiesel utilizando um reator de alta rotação foi investigada. Foram obtidas conversões em ésteres superiores a 99 %m/m, utilizando 1,35 % de catalisador (NaOH) e razão molar etanol: óleo de soja de 6:1 e após 11 min de reação. Em seguida, foi estudada a pirólise da glicerina visando a obtenção de gás de síntese; esse gás é constituído de hidrogênio e monóxido de carbono. O uso de glicerina na produção de biocombustíveis como hidrogênio e gás de síntese é uma alternativa promissora. A maior conversão em hidrogênio obtida foi de 40,36 %molar e em monóxido de carbono foi de 47,12 %molar. Finalmente, foi realizada a purificação da glicerina residual proveniente do processo de produção de biodiesel sendo obtida glicerina com 99,9 %m/m de pureza (produto grau farmacêutico).

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Abstract: Biodiesel is a fuel made from vegetable oils, animal fats and microbial oil (algae, bacteria and fungi). The raw materials are converted to biodiesel through a chemical reaction involving ethanol and catalyst. This reaction is called transesterification or ethanolysis. This work presents the biodiesel production using batch reactor, reactive distillation process and ultra-shear reactor. The biodiesel raw materials were characterized and alternatives to biodiesel by product use were presented. At first, a comparative study of biofuels from crude soybean oil, castor oil, palm oil, animal fat, frying oil and coconut oil are presented. The results showed that some biodiesel properties are influenced by the original feedstock. At second, the kinetic parameters of the frying oil and castor oil transesterification were determined. The reaction rate constants and the activation energies from experimental observation were determined. At third, the influence of the process variable on castor oil transesterification was investigated. The castor oil molar mass was determined using vapour pressure osmometry technique (VPO). The results showed that VPO technique is a robust alternative methodology for determining vegetable oil molar mass presenting lower cost than gas chromatography analysis. At fourth, the influence of the process variable on biodiesel production using reactive distillation columns was investigated. This system is the simultaneous implementation of reaction and separation within a single unit of column. The best result obtained was 98.18 wt% of ester after 6 min of the reaction. At fifth, an alternative to castor oil viscosity decrease was presented. The viscosity of castor oil ethyl ester (COEE) is about 4 times larger than the biodiesel viscosity specification according to the Brazilian National Agency of Petroleum, Natural gas and Biodiesel (ANP) norms, and consequently this restricts the use of this biofuel. The results show that blends with ethanol from 30 to 50 vol% reach ANP viscosity specifications. At sixth, the biodiesel production was carried out using a multiple-stage Ultra-Shear reactor. Ethyl ester conversion above 99 wt% were obtained with catalyst content of 1.35 %, ethanol:soybean oil molar ratio of 6:1 and reaction time of 11 min. The following study was the syngas production from glycerol pyrolysis. The syngas composition is hydrogen and carbon monoxide. The glycerol pyrolysis is a promising way to produce biofuels such as hydrogen and syngas. The best hydrogen conversion obtained was 40.36 mol%, and carbon monoxide of 47.12 mol%. Finally, the purification of biodiesel by-product was realized and glycerol with 99.9 wt% of purity was obtained. Ver menos