Producción supercrítica de biodiésel empleando aceite de jojoba

PRODUCCIÓN SUPERCRÍTICA DE
BIODIÉSEL EMPLEANDO ACEITE DE
JOJOBA COMO MATERIA PRIMA
Celián Román-Figueroa, Pilar Olivares-Carrillo, Joaquín
Quesada-Medina, Francisco Palacio-Nereo, Manuel Paneque
PRODUCCIÓN SUPERCRÍTICA DE BIODIÉSEL EMPLEANDO ACEITE DE JOJOBA COMO MATERIA PRIMA
INTRODUCCIÓN
¿Cuál es la importancia del biodiésel?
Abastecimiento
Carbono
Neutral
Renovable
Materias
primas
Símil diésel
fósil
Problemas
geopolíticos
PRODUCCIÓN SUPERCRÍTICA DE BIODIÉSEL EMPLEANDO ACEITE DE JOJOBA COMO MATERIA PRIMA
INTRODUCCIÓN
Transesterificación
O
O
O
R
C
H2C
OH
R
CH
+
C
O
O
O
H2C
O
H2C
R'
3 HO
R'''
CH
OH
+
R'
C
O
OH
C
R''
C
O
Glicerina
R'''
O
R''
Alcohol
R'''
O
H2C
O
Triglicérido
C
R'''
Ésteres alquílicos
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INTRODUCCIÓN
Transesterificación
Reacción de
Alcohol/Aceite
Catalizadores
Básicos (NaOH y
KOH)
Ácidos
Enzimáticos
Disminuir la viscosidad de los aceites
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INTRODUCCIÓN
Transesterificación supercrítica
• Metanol supercrítico (Tc > 240°C y Pc > 8.1 MPa)
• No emplea catalizadores
• No existen problemas con las impurezas de la
materia prima
• Aceite y alcohol funcionan como una mezcla
homogénea
• Menores tiempos de reacción
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INTRODUCCIÓN
Jojoba (Simmondsia chinensis)
• Nativa de zonas áridas y semi-áridas
• Semillas con entre 45 – 55% de aceite (cera
líquida)
• Múltiples usos comerciales
• Aceite compuesto por ésteres de cadena larga, de
ácidos y alcoholes grasos
• ¿Situación en Chile?
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METODOLOGÍA
Etapas de transesterificación
Preparación
Proceso
Condiciones
• Aceite-cera de Jojoba, origen Punitaqui, Región de Coquimbo
• Metanol anhidro
• Incorporación de aceite y metanol en el reactor (relación molar de 15:1)
• Se calienta el baño de sales hasta la temperatura de operación
• Inmersión del reactor en el baño de sales
• Temperatura entre 250 y 350°C (10.2 – 42.8 MPa)
• Duración de la reacción entre 15 y 90 min
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METODOLOGÍA
Reactor de extracción supercrítica
P
Acero Inoxidable A310
Reactor
Disco de ruptura de hasta 90 MPa
Mezcla de 56% de KNO3 y 44% de NaNO2
Panel de control
Sistema mecánico de agitación
Baño de sales
Baño de agua
Sistema de enfriamiento por shock térmico
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METODOLOGÍA
Determinación de ésteres metílicos
Norma Europea UNE-EN 14103:2003
250 mg de muestra en 5 mL de solución estándar
Columna capilar CP-Wax 52 CB (30 m × 0.32 mm, 0.25 µm film)
Helio (1 mL min-1)
Temperatura del horno 210°C, temperatura del inyector y
detector 250°C
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RESULTADOS
Composición de ácidos grasos
Aceite de Jojoba
Miwa, 1971
(Arizona)
Spencer et al., Nashy et al.,
1977 (Arizona) 2011 (Egipto)
Este Trabajo
(Chile)
C14:0
0,1
0,1
-
-
C16:0
1,2
1,4
1,8
1,2
C16:1
0,3
0,4
-
0,3
C18:0
0,1
0,2
0,5
0,2
C18:1
10,6
9,4
13,7
8,3
C18:2
0,1
-
0,4
-
C18:3
0,2
-
6,2
-
C20:0
0,2
0,1
-
-
C20:1
69,6
71,1
64,6
72,8
C22:0
0,5
0,6
-
-
C22:1
14,0
13,8
11,4
15,4
C24:0
0,1
0,5
-
-
C24:1
2,0
2,4
1,4
1,7
Principales ácidos grasos similares a
otros trabajos
Ausencia
de
poliinsaturados
ácidos
Presencia
de
alcoholes
eicosenol y docosenol
Miwa, T. 1971. J. Am. Oil Chem. Soc. 48(6): 259-264
Spencer, G.F., Plattner, R.D., Miwa, T. 1977. J. Am. Oil Chem. Soc. 54(5): 187-189
Nashy, E.S.H.A., Megahed, M.G., M.A.A. El-Ghaffar. 2011. J. Am. Oil Chem. Soc. 88(8): 1239-1246
grasos
grasos
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RESULTADOS
Producción de ésteres metílicos
100
350 y 325°C
(%mol)
250°C
90
275°C
300°C
80
Rendimiento de FAMEs (%mol)
> 90 FAMEs
325°C
Estabilización
en el rendimiento de FAMEs luego de
350°C
45 min de reacción
70
60
300°C
50
50 FAMEs (%mol)
40
30
20
250 y 275°C
(%mol)
10
0
0
15
30
45
60
Duración de la reacción (min)
75
90
< 20 FAMEs
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RESULTADOS
Producción de principales ésteres metílicos
12
2
1,8
100
250°C
1,6
90
1,4
1,2
325°C
0,8
70
350°C
0,6
60
0,4
50
0
0
15
30
45
60
75
6
4
2
Palmitato de metilo
0,2
8
300°C
80
1
Ésteres metílicos (%mol)
275°C
10
Oleato de metilo
0
0
90
80
40
70
30
15
30
45
60
75
90
18
16
14
60
20
No disminuye el rendimiento de los ésteres metílicos
50
12
10
10
40
8
30
0
6
0
20
Gadoleato de metilo (C20:1)
10
15
30
4
45
75
Behenato de metilo
Duración de la reacción (min)
2
0
60
0
0
15
30
45
60
75
90
0
15
Duración de la reacción (min)
30
45
60
75
90
90
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RESULTADOS
Relación éster metílico con palmitato de metilo
15 min de reacción
90 min de reacción
Relación éster metílico/C16:0
60
60
250°C
50
275°C
250°C
50
275°C
300°C
40
325°C
300°C
40
325°C
350°C
30
350°C
30
Original
Original
20
20
10
10
0
0
C18:1
C18:3
C20:1
C22:1
C24:1
C18:1
C18:3
Ésteres metílicos del aceite de jojoba
C20:1
C22:1
C24:1
PRODUCCIÓN SUPERCRÍTICA DE BIODIÉSEL EMPLEANDO ACEITE DE JOJOBA COMO MATERIA PRIMA
CONCLUSIONES
Conclusiones
• La composición de ácidos grasos es similar a la de
otros aceites de jojoba de distintos orígenes
• La mayor producción de FAMEs, 94,4 %mol, se obtuvo
a 350°C y 90 min de reacción
• La producción de ésteres metílicos individuales, se
mantuvo estable bajo las distintas condiciones de
reacción (250 – 350°C y 15 – 90 min)
• No se aprecia degradación térmica de las cadenas
grasas, bajo las condiciones experimentales
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AGRADECIMIENTOS
Agradecimientos
• A la Comisión Nacional de Investigación Científica y
Tecnológica (CONYCIT) y al Ministerio de Energía por
el financiamiento por medio del Programa para
Pasantías en el Extranjero en el Ámbito Energético
• Al Departamento de Química de la Universidad de
Murcia por el apoyo recibido durante el desarrollo de
la pasantía
Muchas Gracias
[email protected]
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