Revisão do cálculo do índice de cetano para misturas BX de baixo teor de enxofre comercializadas no Paraná

Abstract

Resumo: Em tempos mais recentes, as normas que regem a comercialização de combustíveis têm refletido uma crescente preocupação com o meio ambiente. Isso tem forçado a redução de compostos de enxofre presentes no óleo diesel, o que altera o processamento das correntes de nafta empregadas em sua composição. Além disso, no caso do óleo diesel comercializado no Brasil, a adição do biodiesel ao óleo diesel também provoca alterações de composição que fatalmente irão interferir nas propriedades finais da mistura combustível. No presente trabalho estudou-se a caracterização do diesel com baixos teores de enxofre, utilizando amostras preparadas em laboratório (com diferentes concentrações de biodiesel e aditivo) e de amostras comercializadas no Paraná no período de Janeiro a Agosto de 2012. Outro parâmetro estudado foi a comparação e a nova identificação dos coeficientes da correlação, levando-se em conta: a inserção de biodiesel e a influência de aditivos detergentes utilizado no óleo diesel. As amostras coletadas foram analisadas seguindo a portaria 65/2011 para o Óleo Diesel e a portaria 14/2012 para o Biodiesel, estabelecidas pela Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), utilizando metodologia acreditada pelo Inmetro seguindo a NBR ISO/IEC 17025. Cada amostra passou por uma série de ensaios que permitiram determinar com segurança a qualidade do combustível disponibilizado aos consumidores. Utilizou-se a ferramenta do planejamento experimental para delinear as condições do conjunto de concentrações de Biodiesel (0%, 5%, 8%, 15% e 20% v/v) e de Aditivo (0 ppm, 200 ppm e 400 ppm), perfazendo um total de quinze amostras de concentração preestabelecidas. O IQT "Ignition Quality Tester" foi utilizado para quantificar o número de cetano derivado (DCN) do óleo diesel tipo A (sem adição de biodiesel), Tipo B (S50 com 50 ppm de enxofre) e biodiesel (B100). Através desta análise é possível fornecer as variáveis de entrada, juntamente com as demais variáveis independentes (T10, T50, T90 e D15) para compor a modelagem matemática do Índice de Cetano Calculado (ICC). Este estudo propiciou concluir que as propriedades físico-químicas do óleo diesel mudaram com a redução do teor de enxofre. Além do enxofre, a massa específica também teve seu valor médio diminuído. Outras propriedades como: frações de destilação, ponto de fulgor e número de cetano derivado obtiveram aumento em seus valores, devido ao hidrotratamento ao qual o óleo é submetido. A influência de aditivos no número de cetano ficou irrelevante no atual panorama. O biodiesel com concentração de 5% v/v, tem pouca interferência no calculo do Índice de cetano. Com a previsão de aumento nas concentrações de biodiesel ao óleo diesel faz-se necessárias correlações que contemplem o biodiesel no ICC. Os modelos matemáticos lineares são menos adequados para a predição do Índice de Cetano Calculado (R2 de 0,68). Modelos quadráticos (R2 de 0,80) e não lineares do tipo exponencial e de potência (R2 de 0,90) obtiveram os melhores resultados na elaboração da modelagem. Praticamente todos os ensaios apresentam valores acima daqueles previstos pelo modelo da norma ASTM D4737, mas a probabilidade maior para a elevação do DCN e ICC observada é que resulte do hidrotratamento pelo qual o combustível passou, acompanhado de um certo nível do hidrocraqueamento alterando a composição natural do óleo diesel.

Abstract: Nowadays, the rules' governing the marketing of fuels has reflected a growing concern for the environment. This has forced a reduction of sulfur compounds present in diesel fuel, which changes the processing streams of the naphtha used in the composition. Furthermore, in the case of diesel commercialized in Brazil, adding biodiesel to diesel fuel composition also causes changes which inevitably will interfere with the properties of the final fuel blend. In the present work we studied the characterization of diesel with low sulfur content, using samples prepared in the laboratory (with different concentrations of biodiesel and additive) and samples sold in Parana in the period from January to August 2012. Another parameter was studied for comparison and identification of correlation coefficients, taking into account: the insertion of biodiesel and the influence of detergent additives used in diesel oil. The samples were analyzed following the regulation 65/2011 for Diesel and 14/2012 for Biodiesel, established by the National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels (ANP), using methodology accredited by INMETRO following the ISO / IEC 17025. Each sample underwent a series of tests that allowed safely determine the quality of the fuel available to consumers. The experimental design tool was used to outline conditions of Biodiesel concentrations (0%, 5%, 8%, 15% and 20% v / v) and Additive (0 ppm, 200 ppm and 400 ppm) , making a total of fifteen samples of predetermined concentration. The IQT "Ignition Quality Tester" was used to quantify the derived cetane number (DCN) of diesel oil type A (without addition of biodiesel), Type B (S50 with 50 ppm sulfur) and biodiesel (B100) This analysis is possible to provide the input variables, and with the other independent variables (T10, T50, T90 and D15) to compose mathematical modeling of Cetane Index Calculated (ICC). This study led to the conclusion that the physico-chemical properties of diesel changed by reducing the sulfur. Besides sulfur, the density also had decreased its average value. Other properties such as fractional distillation, flash point and derived cetane number had increase in their values due to hydrotreating to which the oil is subjected. The influence of additives on the cetane number was irrelevant in the current scenario. The biodiesel concentration of 5% v /v, has little interference in computing the Cetane number. With the anticipated increase in the concentrations of biodiesel to diesel it is necessary correlations that include biodiesel in ICC. The mathematical models are not suitable for linear prediction of Calculated Cetane Index (R2 de 0,68). Quadratic models (R2 of 0.80) and nonlinear exponential type and power (R2 of 0.90) achieved the best results in the development of modeling. Virtually all tests have values higher than those predicted by the model of ASTM D 4737, but more likely to elevate the DCN and ICC results of hydrotreating, accompanied by a certain level of hydrocracking that alters the natural diesel composition.