PROCESO UCM DE PRODUCCIÓN N DE BIODIESEL MATERIAS PRIMAS ALTERNATIVAS

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Domingo Martínez Mendoza
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1 PROCESO UCM DE PRODUCCIÓN N DE BIODIESEL MATERIAS PRIMAS ALTERNATIVAS José Aracil Mira Universidad Complutense de Madrid

2 Líneas de Investigación 1. Síntesis, Desarrollo, Optimación y Escalado de Procesos de Química Fina - Síntesis de Ésteres de Bajo, Medio y Alto Peso Molecular utilizando Diversos Sistemas Catalíticos. 2. Modelado de Procesos Bioquímicos Integrados 2.1. Biotransformaciones - Apertura Enzimática de Epóxidos. - Epoxidación. - Resolución de Mezclas Racémicas. - Bioesterificaciones Purificación de Bioproductos - Síntesis, Desarrollo y Purificación de Bioproductos. - Producción de Nuevas Resinas Funcionalizadas. - Modelado Matemático del Proceso de Adsorción. - Purificación de Aguas Residuales. 3. Explotación de Recursos Naturales - Síntesis, Desarrollo y Purificación de Compuestos de Química Fina a partir de Residuos Vegetales. - Producción de Biocombustibles Líquidos a partir de Aceites Vegetales. - Glicerólisis de Aceites Vegetales. 4. Reutilización de Aceites de Fritura - Producción de Biocombustibles Líquidos. - Síntesis de Productos de Química Fina

3 PROCESO UCM INTEGRADO DE PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

4 DEFINICIÓN DE BIODIESEL Ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de lípidos renovables tales como aceites vegetales y que se emplea en los motores de ignición de compresión (motores diesel) o en calderas de calefacción (Definición de American Standards for Testing and Materials) Esta definición incluye, además de los ésteres metílicos o etílicos, otros ésteres de monoalcoholes como los ésteres isopropílicos, butílicos etc.

5 Especificaciones del Biodiesel (Unión Europea)

6 PROCESO INTEGRADO UCM Proceso integrado - Biodiesel. Proceso verde - Aguas residuales - Ácidos Grasos - Fertilizantes PATENTES Española B2 Europea EP A1 PCT WO 03/ A1

7 Proceso Integrado Biodiesel UCM Catalizador Básico Agua Ácido Mineral Tanques almacenamiento ACEITE DE FRITURA FASE BIODIESEL 1. TRANSESTERIFICACION 2. DEPURACION FASE GLICERINA Ácido Mineral Metanol + Agua Tanque almacenamiento METANOL 4. DESDOBLAMIENTO 3. SECADO Tanque almacenamiento GLICERINA PURA Sales Básicas Ácidos Grasos Tanques almacenamiento BIODIESEL

8 REACCIÓN QUÍMICA O R R C O C O O O C H 2 C H + 3 C H O H 3 CATALIZADOR BASICO O 3 R C O C H 3 + O H C H 2 C H O H R C O C H 2 C H O H 2 ACEITE VEGETAL ALCOHOL METIL ESTER GLICERINA

9 Metanol Etanol 2-Propanol Homogéneo Heterogéneo Índice de Saponificación Índice de Acidez ALCOHOLES CATALIZADORES RENDIMIENTO MATERIAS PRIMAS PROCESO BIODIESEL BIODIESEL ACEITES VEGETALES CONDICIONES EXPERIMENTALES ÉSTERES ESTÁNDAR Aceites Vegetales de semillas Ac. Vegetales de final de campaña Aceites Modificados genéticamente Aceites Vegetales Alternativos Aceites Fritos Usados Temperatura Relación Molar Concentración Catalizador Presión Agitación Acidez Contenido en Metanol Glicéridos Glicerina Libre Índice de Yodo Contenido en Fósforo

10 PROCESO DE PRODUCCIÓN DE BIODIESEL ANÁLISIS DE LAS MATERIAS PRIMAS ANÁLISIS DEL PROCESO INTEGRADO ANÁLISIS DE LOS CATALIZADORES ANÁLISIS DE LOS PROCESOS VALORIZACIÓN DE LA GLICERINA

11 Análisis de las Materias Primas 1. Elección de la Materia Prima - Calidad constante. - Producciones fijas 2. Acondicionamiento y Pretratamiento

12 Materias Primas para la Producción de Biodiesel Aceites Vegetales CONVENCIONALES Aceite de girasol. Aceite de colza. Aceite de soja. Aceite de coco. Aceite de palma. Aceites Vegetales ALTERNATIVOS Aceite de Brassica carinata. Aceite de Cynara curdunculus. Aceite de Camelina sativa. Aceite de Crambe abyssinica. Aceite de Pogianus. Aceite de Jatropha curcas Aceites de Semillas MODIFICADAS GENETICAMENTE Aceite de girasol de alto oleico Aceites de FRITURA USADOS Aceites de OTRAS FUENTES Aceite de producción microbiana Aceite de microalgas

13 ACEITES VEGETALES DE SEMILLAS Aceite de Girasol Crudo Aceite de Girasol Winterizado Aceite de Girasol Decolorado Aceite de Girasol Neutralizado y Seco Aceite de Girasol Refinado Aceite de Colza Crudo Aceite de Colza Refinado ACEITES VEGETALES ALTERNATIVOS Brassica Carinata Estándar Brassica Carinata (Bajo y Alto Erúcico) ACEITES ACEITES VEGETALES DE FINAL DE CAMPAÑA Aceite de oliva crudo ACEITES MODIFICADOS GENETICAMENTE Aceite de Girasol Alto Oleico ACEITES DE FRITURA

14 PROCESO DE PRODUCCIÓN DE BIODIESEL ANÁLISIS DE LAS MATERIAS PRIMAS ANÁLISIS DEL PROCESO INTEGRADO ANÁLISIS DE LOS CATALIZADORES ANÁLISIS DE LOS PROCESOS VALORIZACIÓN DE LA GLICERINA

15 ANÁLISIS DE CATALIZADORES

16 Procesos de Alcoholisis de Aceites Catálisis Homogénea Ácida Catálisis Homogénea Básica Catálisis Heterogénea Catálisis Enzimática

17 Catálisis Básica Procesos de Alcoholisis de Aceites Catalizadores: Ventajas: Inconvenientes: - Hidróxidos Alcalinos - Alcóxidos Alcalinos - Carbonatos,... - Velocidad de Reacción Elevada. - Condiciones Moderadas de Presión y Temperatura. - Mayor Utilización Industrial. - Formación de Jabones (por Saponificación de Ácidos grasos, de Glicéridos o de Ésteres Metílicos). - Disminución de la Concentración Inicial de Catalizador. - Disminución de la Conversión. - Necesidad de Etapas de Aislamiento y Purificación.

18 Catálisis Básica (cont.) Procesos de Alcoholisis de Aceites Soluciones - Utilización de Aceites de Baja Acidez, <0.5%. - Utilización de Aceites y Alcoholes Anhidros. - Balance Económico de la Materia Prima.

19 Tipos de Catalizador HOMOGÉNEOS Fuertemente Básicos: NaOH, KOH, NaCH 3 O, KCH 3 O. Fuertemente Ácidos: H 2 SO 4 HETEROGÉNEOS Resinas de intercambio aniónico: Amberlyst A26 y Amberlyst A27 (Sigma-Aldrich, España). Resinas de intercambio catiónico: Amberlyst 15 y Amberlyst XN-1010 (Sigma-Aldrich, España). Óxidos metálicos: MgO y CaO. Zeolitas: USY-292 (ITQ-UPV, España). Acidos de Lewis: SnCl. Catalizadores de Titanio: TILCOM STC (Engelhard De Meer B.V., Holanda). Catalizadores de Zirconio: MELCat XZO682/01 y MELCat XZO645/01, (Melchemicals, GB). ENZIMÁTICOS Lipasas immobilizadas: Novozym 435, Lipozyme IM (Novo Nordisk, Dinamarca).

20 Catalizadores Homogéneos Básicos Metóxidos EM en Glicerina Saponificación (TG/EM) Metóxido Potásico Metóxido Sódico Hidróxido Potásico Hidróxido Sódico Purezas elevadas. Rendimientos Mayores. Pérdidas de rendimiento por Saponificación y disolución de EM en Glicerina no significativas. Problemas de manipulación. Son caros. Rendimiento (EM) Hidróxidos Pureza (EM) (%) Purezas elevadas. Rendimientos Menores. Pérdidas de rendimiento por Saponificación y disolución de EM en Glicerina significativas. No problemas de manipulación. Son baratos.

21 Catalizadores Hidróxido Potásico y Sódico Sódico Hidróxidos Potásico Reacción con cantidades equivalentes NaOH: 1 % KOH: 1.5 % CATALIZADOR SELECCIONADO: HIDRÓXIDO POTÁSICO EM en Glicerina Saponificación (TG/EM) Rendimiento (EM) Pureza (EM) Hidróxido Potásico Hidróxido Sódico

22 Etapas de la Reacción de Metanolisis CH 2 -O-CO-R 1 CH-O-CO-R 2 CH 2 -O-CO-R 3 k 1 + CH 3 OH CH 3 -O-CO-R 3 + k 2 CH 2 -O-CO-R 1 CH-O-CO-R 2 CH 2 -OH TRIGLICÉRIDO METANOL ÉSTER METÍLICO DIGLICÉRIDO CH 2 -O-CO-R 1 CH 2 -OH k 3 CH-O-CO-R 2 + CH 3 OH CH 3 -O-CO-R 1 + CH-O-CO- R 2 CH 2 -OH k 4 CH 2 -OH DIGLICÉRIDO METANOL ÉSTER METÍLICO MONOGLICÉRIDO CH 2 -OH CH-O-CO-R 2 + CH 3 OH CH 3 -O-CO-R 2 k 5 + CH 2 -OH CH-OH CH 2 -OH k 6 CH 2 -OH MONOGLICÉRIDO METANOL ÉSTER METÍLICO GLICERINA

23 REACCIÓN DE SAPONIFICACIÓN DE ACEITES O GRASAS CH 2 -O-CO-R 1 CH-O-CO-R 2 (+H 2 O) + 3 KOH 3 R-CO-O - K + + CH 2 -OH CH-OH CH 2 -O-CO-R 3 CH 2 -OH TRIGLICÉRIDODODO HIDROXIDO POTÁSICO JABÓN POTÁSICO GLICERINA REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS LIBRES R-COOH (+H 2 O) + KOH R-CO-O - K + + H 2 O ÁCIDO GRGRGRASO HIDRÓXIDO POTÁSICO JABÓN POTÁSICO AGUA

24 Proceso Integrado BIODIESEL UCM-IDAE RECUPERACIÓN ALCOHOL ALCOHOL BIODIESEL PURIFICADO - Metanol/Etanol BIODIESEL PURIFICACIÓN MATERIAS PRIMAS - Catalizador - Aceites fritos - Aceite de girasol - Brassica carinata TRANSESTE- RIFICACIÓN GLICERINA SALES BÁSICAS GLICÉRIDOS SEPARACION GLICERINA BIODIESEL ACONDICIONAMIENTO Ácidos Grasos GLICERINA (82%) Fosfato Potásico

25 DIAGRAMA DE BLOQUES PROCESO UCM-IDAE FASE ÉSTER 2 PURIFICACIÓN 4 Biodiesel 1 REACCIÓN SEPARACIÓN 5 Agua lavado Aceite Girasol MeOH KOH FASE GLICERINA 3 ACONDICIONAMIENTO 6 Disolución H 3 PO 4 7 Glicerina Ac. Grasos Fosfatos

26 Balance de Materia Proceso UCM-IDAE (de Aceite de Fritura) MP FASE ÉSTER 2 PURIFICACIÓN 4 Biodiesel 1 REACCIÓN SEPARACIÓN 5 Agua lavado Aceite de Fritura MeOH KOH FASE GLICERINA 3 ACONDICIONAMIENTO 6 7 Glicerina Ac. Grasos Fosfatos Disolución H 3 PO 4 CORRIENTE Aceite Fritura (kg) Metanol (kg) trazas 1.50 KOH (kg) Biodiesel (kg) < 0.01 Glicerina (kg) Acidos grasos (kg) Aceites (kg) Jabón (kg) < 0.01 Agua (kg) 0.01 trazas Fosfatos (kg) 0.65 Disolución de ácido fosfórico 0.50 TOTAL

27 Balance de Materia Proceso UCM-IDAE (de Aceite de Brassica carinata) MP FASE ÉSTER 2 PURIFICACIÓN 4 Biodiesel 1 REACCIÓN SEPARACIÓN 5 Agua lavado Aceite Brassica carinata MeOH KOH FASE GLICERINA 3 ACONDICIONAMIENTO 6 7 Glicerina Ac. Grasos Fosfatos Disolución H 3 PO 4 CORRIENTE Aceite Brassica Carinata Alto Erúcico (kg) Metanol (kg) trazas 0.92 KOH (kg) Biodiesel (kg) Glicerina (kg) Acidos grasos (kg) Aceites (kg) Jabón (kg) < Agua (kg) 0.01 trazas Fosfatos (kg) 0.66 Disolución de ácido fosfórico 0.60 TOTAL

28 PLANTA DE PRODUCCIÓN INTEGRADA DE BIODIESEL ALCALÁ DE HENARES (MADRID)

29 Universidad Complutense de Madrid

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