producción de biodiesel

PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
Paula Castro Pareja
Ing. Ambiental
Temario
„ El biodiesel
„ El proceso de producción de biodiesel
„
„
„
„
„ Fundamento químico.
„ Receta básica.
„ Parámetros de calidad de los insumos.
„ Pre-tratamiento del aceite.
„ Post-tratamiento del biodiesel.
„ Medidas de seguridad para la operación.
Procesos avanzados de producción de biodiesel
„ Biodiesel con etanol.
„ Neutralización del aceite.
„ Proceso base-base.
„ Proceso ácido-base.
Materias primas
El proceso – reactores y plantas
La gestión de la producción y uso
El biodiesel
„ Definición:
„
„
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.
Producción de Biodiesel
Abastecimiento del aceite
Pre-tratamiento: purificación y filtrado
Transesterificación
Uso:
Separación de glicerina
Lavado y filtrado de biodiesel
- Briquetas
- Desengrasante
- Purificación y venta
Uso en motores de
combustión interna
El proceso de producción de
biodiesel
Agitación
Calor
Aceite vegetal
Grasa animal
Metil- o etilester
(BIODIESEL)
Metanol o
etanol
Transesterificación
Glicerina
Catalizador:
NaOH o KOH
Recuperación del alcohol
TRANSESTERIFICACIÓN
Catalizador
Fundamento químico
1 triglicérido
3 metanol
1 glicerina
3 metiléster
Receta básica
„
Para 1 litro de aceite neutro y seco:
„
„
„
„
„
„
„
Se
Se
Se
Se
Se
200 ml de METANOL
3.5 g de NaOH ó 8 g KOH (CATALIZADOR)
disuelve el catalizador en el alcohol
precalienta el aceite a 50 – 60ºC
mezclan ambos componentes
agita a esa temperatura durante 1.5 h
deja decantar
Receta básica
Producción de biodiesel
Materias primas
„
„
„
Aceites vegetales o grasas animales.
Alcohol.
Catalizador.
Parámetros de calidad del aceite
„
Aceite:
„ Parámetros
que pueden afectar
producción o calidad del biodiesel:
„
„
„
„
Índice de acidez
Índice de yodo
Índice de peróxido
Contenido de humedad e impurezas.
„ Costos
vs. rendimientos.
Índice de acidez (IA)
„
„
„
„
Mide el contenido de
ácidos grasos libres
del aceite.
Se determina mediante
titulación o valoración
del aceite con KOH o
NaOH.
Se expresa en mg de
KOH por g de aceite.
También se puede
expresar como % de
ácidos grasos libres.
Índice de acidez (IA)
„
Importancia:
„
„
„
„
Ácido graso libre + NaOH / KOH Æ Jabón
Esta reacción interfiere con la producción de
biodiesel.
Aceites con alto IA tienen bajo rendimiento en la
producción de biodiesel si se utiliza NaOH ó KOH
como catalizador.
Ideal: Aceites con IA < 5 mg KOH/g aceite (2.5%).
Índice de yodo (IV)
„
Mide el grado de insaturación del aceite, es decir,
el contenido de dobles enlaces en la cadena de
carbono.
Índice de yodo (IV)
„
Aceites no secantes: IV < 110.
„
„
Aceites semisecantes: IV = 110-135
„
„
Aceites comestibles: girasol, soja, etc.
Aceites secantes: IV > 135.
„
„
Grasas animales, aceite de oliva.
Aceite de lino.
El “secado” de los aceites proviene de:
„
„
„
Enlaces dobles que se rompen por el oxígeno del aire.
Se forman peróxidos.
En estos sitios se pueden empezar a unir diferentes cadenas,
y el aceite se polimeriza y convierte en un sólido parecido al
plástico.
Índice de yodo (IV)
„
Importancia:
„
A mayor IV, el aceite o grasa se solidifica a
menores temperaturas.
„
„
Æ El biodiesel de este aceite tendrá un punto de
congelamiento menor y se podrá usar en climas fríos.
A mayor IV, el aceite o grasa es menos estable
a la oxidación.
„
Æ El biodiesel, sometido a las altas temperaturas del
motor, se degradará más rápidamente, formando
depósitos sólidos que pueden afectar el motor.
Índice de peróxido
„
Indica el grado de oxidación (o rancidez) del aceite.
„
„
Depende de las condiciones de almacenamiento del aceite.
Los factores que aceleran la oxidación del aceite son:
„
„
„
„
„
„
Alta temperatura.
Presencia de luz.
Presencia de aire (oxígeno).
El aceite debe ser guardado en recipientes llenos, sin
espacios grandes de aire, con poca exposición a la luz y
temperaturas normales a bajas.
Está relacionado con la acidez del aceite, ya que los ácidos
grasos se oxidan más fácilmente.
En aceites usados, la oxidación aumenta con la temperatura
y tiempo de fritura.
Contenido de humedad
„
„
„
„
El agua favorece la formación de jabones en presencia del
catalizador alcalino.
Los jabones son perjudiciales porque contaminan el producto
final, y porque forman emulsiones muy estables.
Por esto, debe asegurarse la menor cantidad de agua posible
durante el proceso, lo cual implica un secado del aceite (si es
aceite usado), y el uso de alcoholes de más del 98,5% de
pureza.
Esto es principalmente lo que torna incompetitivo al uso del
alcohol etílico, ya que éste forma con agua una mezcla
azeotrópica que impide una destilación de más del 96% de
pureza y requiere para su purificación total procesos de
desecación química.
Costos vs. Rendimientos
„
„
„
Aceite refinado: muy costoso.
Aceite crudo, sin refinar: más económico,
pero puede contener impurezas que lo hacen
difícil de manejar. Requerirá un refinamiento
parcial.
Aceite usado previamente: es el más
económico, pero puede contener agua,
impurezas, y estar muy degradado.
Consideraciones para el alcohol
„
Metanol
„
„
„
„
Derivado del petróleo principalmente.
Reacción más rápida y fácil de desarrollar.
Puede utilizarse de 95% de pureza.
Es altamente inflamable y muy tóxico.
„
„
Debe ser manejado con la protección
adecuada.
El Ministerio de la Producción lo está
empezando a controlar.
„
Etanol
„
„
„
„
Puede ser de origen renovable.
Reacción más lenta y difícil.
Requiere un alto grado de pureza (99.5%).
No presenta problemas de toxicidad.
Consideraciones para el
catalizador
„
Básico:
„
„
„
„
„
Permite transesterificación en medio alcalino,
rápida y eficiente con aceites refinados.
Si hay presencia de agua o de ácidos grasos
libres, genera jabones.
Hidróxido de sodio (NaOH) o soda cáustica
Hidróxido de potasio (KOH) o potasa cáustica
Se debe almacenar fuera del contacto con aire o
humedad. Es corrosivo.
Pre-tratamiento del aceite
Post-tratamiento del biodiesel
Consideraciones de seguridad
Reactores
A escala pequeña:
Reactor experimental
Reactores
A escala pequeña:
Reactor artesanal
Reactores
A escala pequeña:
Sistema de lavado
La gestión de la producción y uso
„ La producción de biodiesel no consiste solo
en la transesterificación.
„ Pasos previos:
„
„
Abastecimiento de insumos.
Purificación o acondicionamiento de insumos.
„ Pasos posteriores:
„
„
„
„
Purificación y control de calidad del biodiesel.
Tratamiento y comercialización de la glicerina y
subproductos asociados.
Tratamiento de aguas.
Abastecimiento del biodiesel – mezclado para
producir B20.
Aceite y biodiesel de aguaje
Aceite y biodiesel de palma
Para finalizar…
„ El biodiesel es una alternativa real para el uso de
combustibles fósiles en transporte y generación de
energía.
„ Su producción está muy desarrollada en varios países
de Europa, Asia y en los Estados Unidos.
„ Brasil y Argentina lideran la producción de biodiesel
en Latinoamérica.
„ En Perú recién se han iniciado las investigaciones en
este campo, evaluando diferentes recursos
disponibles como materias primas.
Para finalizar…
„ Para el caso de la Selva peruana, el tema de
acceso a fuentes sostenibles de energía es un
aspecto que podría potenciar la producción local
de biodiesel.
„ Es posible producir biodiesel con una tecnología sencilla y
a pequeña escala, lo cual facilitaría la difusión de este
combustible en zonas rurales.
„ Se requieren estudios de prefactibilidad para los
diferentes insumos y condiciones sociales y ambientales
existentes en esa zona.
„ En la zonas urbanas, el biodiesel podría utilizarse
como aditivo al combustible diesel.
„ Contribuiría a reducir las emisiones de gases y partículas
contaminantes del parque automotor tipo diesel.
„ Sería una alternativa productiva para la disposición final
de los aceites comestibles usados.
Para finalizar…
„ En el aspecto técnico hace falta mayores
investigaciones acerca de:
„
„
„
„
Uso de etanol en lugar de metanol mediante un
proceso simple de secado.
Posibles usos para la glicerina (en condiciones de
selva y urbanas).
Uso de los residuos encontrados en el aceite
usado, o de las tortas luego de la extracción del
aceite.
Evaluación económico-financiera del proceso bajo
las diferentes condiciones de producción.