BIODIESEL. Tecnología de la producción de biodiesel. Extracción de grasas y aceites REQUERIMIENTOS DE LOS COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS.

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1 Curso de Biodiesel. Maestría en Energía. Facultad de Ingeniería Tema 5 1 parte REQUERIMIENTOS DE LOS COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS Tecnología de la producción de biodiesel Dr. Iván Jachmanián - Renovable y no contaminante - Necesidad de modificaciones mínimas en los motores diesel existentes ijachman@fq.edu.uy Laboratorio de Grasas y Aceites Facultad de Química. Universidad de la República. Montevideo. Uruguay. - Costo competitivo ACEITES VEGETALES Constituyen el material biológico con mayor densidad de energía Inconvenientes Peso molecular alto: 4 veces el del diesel Viscosidad alta: 12 veces la del diesel Volatilidad baja Inestabilidad: polimerización oxidativa y térmica Combustión incompleta MÉTODOS PARA REDUCIR LA VISCOSIDAD DE LOS ACEITES VEGETALES DILUCIÓN con diesel, solventes o etanol PIRÓLISIS por calor o cracking MICROEMULSIONES con alcohol y dispersante (con o sin diesel) Formación de ésteres con alcoholes (reacción de transesterificación) BIODIESEL Extracción de grasas y aceites Esteres metílicos o etílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de aceites vegetales o grasas animales, para ser usados en motores de ignición por compresión (motores diesel). 6 1

2 Objetivo del proceso: Esquema general: MATERIAL DE PARTIDA Obtener la grasa o el aceite: TORTA Libre de impurezas Preservando su calidad Con un alto rendimiento A un costo conveniente Con restos de aceite DESECHOS Raciones animales Generación energía Residuo del mayor valor Consumo humano Fertilizantes ACEITE Factores que definen el proceso: - Origen: Animal: Vegetal: Vísceras, tejidos, etc Semillas PALMA OLIVA - Contenido de aceite: Prensado: alto % aceite Solventes: bajo % aceite Ambos combinados SOJA Etapas más comunes COLZA Prensado continuo P y T aumentan ( psi y 120 ºC) y el aceite escurre. Limpieza Secado Madurado Descascarado Molido Escamado Cocido Prensado Extracción. Espaciado barras: 0.13 a 1.5 mm, según uso. Aceite con 2 a 15 % sólidos: decantación y filtrado. Torta: 5-6 % de aceite P 2

3 Extracción por solventes (hexano comercial, Teb=69ºC) Producto: Aceite crudo (sin refinar) Refinación: Neutralización (ácidos grasos libres) Degomado (fosfolípidos) Blanqueo (pigmentos) Desodorización (volátiles) Aceite crudo REACCIÓN QUÍMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL Neutralización (FFA) Degomado (Fosfolípidos) Aceite o Grasa + Alcohol (en exceso) Desodorizado (Volátiles) Blanqueo (Pigmentos) Aceite destinado a biodiesel Ésteres metílicos o etílicos: BIODIESEL Aceite refinado (comestible) Producto secundario: glicerol Reacción global BALANCE DE LA REACCIÓN 3 R 4 + R 1 COOR 4 + R 2 COOR Kg aceite girasol 12 Kg Metanol + R 3 COOR 4 Triglicérido Alcohol Glicerol Biodiesel 98 Kg biodiesel 11 Kg glicerol 3

4 Requerimientos del proceso de conversión de aceites y grasas a biodiesel - Obtener un producto con la calidad adecuada. - Ser rentable. - Ser seguro. - No contaminante. SELECCIÓN DE MATERIA PRIMA SELECCIÓN DEL PROCESO ORIGEN CALIDAD OBJETIVO: PRODUCTO DEFINIDO POR NORMATIVA Origen de la materia prima NORMATIVA DEFINIDA PARA EL BIODIESEL PURO Y NO PARA LAS MEZCLAS Norma UNIT 1100 define la composición en ácidos grasos del producto (18:3 12%, poliinsaturados 1%) 1. Temperatura de enturbiamiento (temperatura de cristalización). 2. Estabilidad oxidativa 3. Número de cetano (menos importante) 1. % Acidez Calidad de la materia prima 2. Contenido de agua 3. Contenido de fósforo 4. Componentes no lipídicos (sólidos, proteínas, aceites minerales, etc) 5. Contenido de productos de oxidación (historia). Depende del proceso al que se destinen No pueden corregirse Parámetros del biodiesel que dependen del proceso 1. Contenido de éster (mínimo = 96.5%) 2. Glicerol libre (<0.02%) 3. Mono- (<0.8%), di- (<0.2%) y triglicéridos (<0.2%) 4. Contenido de alcohol (< 0.2%) 5. Índice de acidez (< 0.8 mgk/g) 6. Contenido de agua (< 500 ppm) 7. Estabilidad oxidativa (PI 110ºC > 6hs) 4

5 Principales etapas 1. Reacción 2. Separación 3. Purificación Proceso convencional más común 100 Kg de grasa o aceite 20 Kg de metanol 1Kg de Na o K (catalizador) 1 a 1:30 horas de reacción 50 a 60ºC de temperatura agitación Tipos de proceso - Según catalizador: - Catálisis Química (Ácida o Básica) - Catálisis Enzimática - Sin catalizador - Según modalidad: - Batch - Continuo - Según presión: - Baja - Alta A.- Catálisis básica - Generalmente Na o K: 0.5-1% - Reacción en condiciones moderadas en corto período - Requiere menor exceso de alcohol que catálisis ácida - Reacción más rápida que catálisis ácida ( x4000). TRANSESTERIFICACIÓN Requerimientos de la materia prima 1. Bajo % de acidez (máximo recomendable ~ 2%) Triglicérido 3 R 4 Alcohol K Glicerol + R 1 COOR 4 + R 2 COOR 4 + R 3 COOR 4 Biodiesel R-CO + K R-COOK + H 2 O Efecto de acidez alta: - Consumo extra de catalizador (aprox. 0.2% por cada unidad de %FFA). - Formación de jabones que dificultan las etapas de separación (baja el rendimiento). - Formación de agua 5

6 Efecto del agua: 3 R 4 TRANSESTERIFICACIÓN + R 1 COOR 4 + R 2 COOR 4 2. Bajo % de agua + R 3 COOR 4 Efecto de % de agua alto: Triglicérido Alcohol Glicerol Biodiesel - El proceso de hidrólisis compite con el de transesterificación, generándose ácidos grasos. H Agua HIDRÓLISIS OOCR 2 + R 1 CO Diglicérido Ácido graso El % FFA y el contenido de agua repercuten negativamente ya que ambos aumentan el porcentaje de jabones: - Se consume más catalizador - Baja el rendimiento por dos efectos: - Los FFA no se convierten a biodiesel - Los jabones dificultan las etapas de separación 6