Chemical Engineering International Symposium Proceedings IMPLEMENTATION OF TRISYL IN THE PROCESS OF REFINEMENT AND PURIFICATION OF BIODIESEL

Transcripción

1 IMPLEMENTATION OF TRISYL IN THE PROCESS OF REFINEMENT AND PURIFICATION OF BIODIESEL J. Martínez Lara, M. C. Chávez Parga, J. A. Castro Montoya, and B. Hernández Méndez* Facultad de Ingeniería Química, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, * AAK, Aarhuskarlshamn-México, Morelia, Michoacán México In this work the objective it to describe the production of biodiesel from used olein oil. The use of raw materials or used in the frying oil, implies the problem of the high amount of free fatty acids, in addition to the water presence, which is undesirable there for the raw material of the accomplishment of pre-treatment such as, filtration and drying, where the water and the carbonized particles or rest of the food in which are eliminated of the used elein oil. For the fatty acid elimination it is required of a stage of neutralization of the same ones, this stage and the of purification of biodiesel require of the water use respectively to eliminate the present soap in the oil and biodiesel, of there that at industrial level the power cost is increased, since two machines centrifugal are used: first to eliminate the heavy part of soaps or soap stock, and second that is where it adds the water for the soap elimination, after the first machine the soap presence is of around 2500 ppm, reason why these are eliminated in the washing with water in second centrifuges which implies in addition an enormous cost of water, that is a nonrenewable resource. Basic reactions are made using 1% of catalyst (NaOH) and one relation molar of metanol: olein oil of freído (used) 6:1, once characterized the raw material the reaction is made in a multi-reactor where the progress of the reaction is measured by quantification of esters for the gas chromatography. For the chemical refinement it is managed to lower the free acidity until a 0,93%, the elimination of the soap using silicates or also well-known like trisyl, it is made in agreement to the obtaining of the absorption isotherm, the optimal conditions for this process was 70 ºC, and the vacuum the most closest to the zero, the soap was reduced to 5 ppm, and the amount of trisyl used is of 3%, it is also used for the purification process where besides to remove the soap also the traces of glicerol frees or conjugated that can have biodiesel are removed, which allows to have biodiesel of high quality according to the standards established, eliminating with it the use of the water required for the washings. INTRODUCCIÓN Se estima que el consumo total de energía en el mundo está aumentando un 2,2% al año. Esto ha llevado a una intensa investigación sobre energías alternativas como la energía nuclear, la energía hidráulica, la energía solar, la energía eólica, la energía geotérmica y la energía a partir de la biomasa, pero en la actualidad el conjunto de esas fuentes de energía sólo alcanzó el 14% del consumo mundial de energía. October 22-26,

2 El biodiesel es hoy en día una de las energías de transición de mayor importancia a nivel mundial solo en Europa representa el 82% de producción de biocombustibles anual (Kahraman, 2005). El biodiesel es un combustible líquido que se obtiene de los aceites vegetales y grasas animales, derivados de la soya, palma, colza, cacahuate y el girasol, son los principalmente usados. Es un combustible puro, biodegradable, no tóxico y esencialmente libre de azufre y compuestos aromáticos. Además de que es seguro en su manejo y almacenamiento ya que posee temperaturas mayores de vaporización ( ºC), al usarse solo o en mezclas entre (5-20%) no requiere modificaciones importantes en el motor, además de que extiende la vida útil de los motores ya que posee mejores cualidades lubricantes. Por lo que es el único combustible alternativo que cumple los requisitos de la agencia de protección ambiental EPA (Kahraman, 2005). Para que el biodiesel sea competitivo económicamente se recomienda utilizar aceites usados de cocina o grasas animales debido a que el aumento de los costo de producción lo incrementa el precio de materia prima en alrededor de 70-95% (Canakci y Gerpen, 2001), en el caso del estudio presente se hará a partir de un aceite de oleina de desecho usado en el freído de frituras. Tanto en la etapa de refinación como en la purificación del biodiesel es necesario el uso de agua para el lavado lo cual es inaceptable ya que lo que se pretende es preservar nuestros recursos naturales por lo que el uso de una silica (trisyl) para la remoción de jabones, y glicerina puede ser una modificación positiva en el proceso por lo que es interesante evaluar las propiedades del producto terminado, del biodiesel purificado mediante la aplicación de trisyl y el biodiesel purificado por el método convencional. MATERIALES Y MÉTODOS El aceite de fritura es un producto que recibe la empresa AAK como un producto de valor agregado bajo y su reventa se limita a las empresas dedicadas a la producción de jabón, debido a la hidrólisis que sufrió el aceite además de los ácidos grasos trans que se formaron en este aceite, ya no puede ser nuevamente reincorporado a aceites RBD para su consumo, por lo que se pensó en el uso de este aceite en la producción de un combustible alternativo para uso interno. Se evaluó la calidad de la materia prima, realizando las determinaciones de: Impurezas, Humedad y materia volátil, ácidos grasos libres, valor de peroxido, determinación por cromatografía de gases de los componentes del aceite de oleina usado, presencia de sólidos a diferentes temperaturas, presencia de fósforo y partículas metálicas mediante ICP, índice de yodo (AOCS, 2006), posteriormente los tratamientos que se llevan acabo para lograr la obtención del biodiesel vía básica y finalmente el tratamiento para la purificación del mismo. Pretratamiento de la grasa de freído El pretratratamiento consiste básicamente en neutralizar la cantidad excedente de ácidos grasos libres, mediante una neutralización con una solución al 20% de NaOH y se agrega un 10% mas de esta solución a la estequiometricamente requerida para October 22-26,

3 neutralizar el exceso de ácidos grasos libres. Seguida de una remoción de los ácidos grasos libres convertidos ya en jabones mediante una serie de lavados o mediante la adsorción en una silica, se evaluaron al final la calidad del producto obtenido. Refinación química Este proceso consiste en la purificación de los aceites crudos eliminando fosfátidos, ácidos grasos libres y proteínas. Esta operación básicamente pretende neutralizar a los ácidos grasos libres los cuales se convierten en sus respectivas sales de metal del hidróxido empleado (NaOH o KOH). El proceso a nivel industrial se presenta en la Figura 1. Figura 1. Proceso típico de refinación de aceite a nivel industrial. En un tanque de mezclado se homogeniza el aceite y puede ser agregado el ácido fosfórico para el caso de materias primas que contengan fosfátidos no hidratables, posteriormente el aceite pasa a través de un mezclador donde se agrega la solución de sosa para llevar acabo la neutralización de los ácidos grasos libres. Una vez convertidos los ácidos grasos en jabón estos son removidos del aceite mediante una centrífuga primaria donde al producto contiene aproximadamente entre ppm de jabón. La segunda centrífuga tiene como objetivo remover esta cantidad de jabón mediante una remoción con agua. Finalmente, se pasa el aceite a un tanque a vacío donde se calentara hasta secar el aceite y posteriormente una etapa de blanqueo para remover jabones y otras impurezas. En años recientes una innovación del proceso se ha enfocado en como disminuir el gasto de agua y del proceso de enjuagué con algún agente externo que minimice las trazas de jabón después de la centrífuga primaria, esto se ha venido realizando con excelentes resultados utilizando 0.01% de silica, por cada 1500 ppm de jabón medido a la salida de la centrífuga primaria. Por ejemplo: Si el jabón es de 1500 ppm, debe utilizar % de trisyl. A nivel laboratorio puesto que no se cuenta con una centrífuga primaria, solamente se separa el aceite del soapstock mediante diferencia de densidades, es conveniente aplicar el 0.2% de silica (Leake, 2006). El proceso a nivel industrial se muestra en la Figura 2 y funcionará tanto para el pretratamiento de la materia prima como la purificación del biodiesel. October 22-26,

4 Figura 2. Proceso de purificación a nivel industrial usando una silica. El proceso integrado a seguir para la evaluación se presenta en la Figura 3. Figura 3. Diagrama de flujo para producción de biodiesel. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Para la refinación química a nivel laboratorio se logra bajar la acidez libre hasta un 0.93%, la eliminación del jabón usando la silica (trisyl), se realiza de acuerdo a la obtención de la isoterma de adsorción, las condiciones óptimas para este proceso fueron ºC, y un vacío lo más cercano posible al cero, a nivel laboratorio con - 60 mm de Hg, el jabón se redujo a 5 ppm, y la cantidad de trisyl usada fue del 0.2%, para el proceso de purificación se encontró que la temperatura óptima es entre ºC, y el vacío de 60 mm de Hg, es importante que el biodiesel este seco ya que si la materia prima a tratar presenta agua esta tiende a saturar la silica. Los resultados de la caracterización de la materia prima se muestran en la Tabla 1 y se comparan con la calidad del aceite antes de ser procesado en el freído. En el proceso de purificación se encontró que además de remover el jabón, también se remueven las trazas de glicerol libre, donde para el biodiesel empleando agua el valor es de 0.051% y para biodiesel donde se uso el trisyl 0.035%. La estabilidad a la oxidación medida mediante horas Rancimat a 110 ºC, fue menor para el biodiesel October 22-26,

5 tratado con trisyl que para el método convencional 5.76 y horas, respectivamente, sin embargo el valor mínimo son 5 horas por lo que se cumple con esta especificación. En la experimentación se tuvieron percances para la filtración del biodiesel ya que el jabón adsorbido en la silica forma una mezcla muy viscosa y satura de forma instantánea el papel filtro usado, por lo que se vario el tipo de papel empleado, a nivel industria se usa un filtro de marcos y se hace una precava con filtralite (ayuda filtro). Tabla 1. Caracterización y comparación del aceite de oleina. ANÁLISIS OLEINA RBD OLEINA DE FREÍDO %AGL mgnaoh/mg VI VP 1 MAX 1.4 PF ºC RANCIMAT min. 100hrs 31.2 %SFC 34.8, 6.23, 1.2, 0, , 6.23, 1.2, 0, 0 FÓSFORO 2 máx HUMEDAD NP 3.7 IMPUREZAS NP 4.2 CONCLUSIONES El empleo de aceite de oleina usado en el freído de frituras, es una alternativa viable para la producción de biodiesel. La implementación de la silica (Trysil) tanto en la etapa de purificación y refinación es conveniente ya que se tiene un ahorro significativo del uso del agua de lavado. BIBLIOGRAFÍA AOCS. (2006). American Oil Chemists Society. AOCS Press. Kahraman, B. (2005). Biodiesel as an alternative motor fuel: Production and policies in the European Union. Journal Elsevier. Renewable and Sustainable Energy Reviews. pp Leake J. (2006). Sorbsil silicas. Edible oil operation training. Canakci, M. y Van Gerpen, J. (2001). Biodiesel production from oils and fats with high free fatty acids. Trans. ASAE 44, AGRADECIMIENTOS Al CONACYT por el apoyo con la beca para estudios de maestría y a la fábrica AAK México (Aarhuskarlshamn) por las facilidades otorgadas para la realización de los experimentos. October 22-26,