producciÓn de biodiesel a partir de aceite crudo de …. miercoles... · •estudio experimental...
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PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE CRUDO DE PALMA Y SEBO VACUNO POR MEDIO DE
ETANÓLISIS SUPERCRÍTICA Ing. Victor Marulanda Ph.D.
Ing. Paola Marulanda
INVESTIGACIONES REALIZADAS COMO OPCIÓN DE GRADO.
•ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LA UTILIZACIÓN DEL SEBO VACUNO PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIÉSEL POR MEDIO DEL PROCESO DE TRANSESTERIFICACIÓN SUPERCRÍTICA.
YEIMMY VANESSA BECERRA RIVERA; NELSON ELÍAS RAMÍREZ RAMÍREZ
•FACTIBILIDAD TÉCNICA DE LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE CRUDO DE PALMA Y ETANOL ACUOSO MEDIANTE TRANSESTERIFICACIÓN SUPERCRÍTICA
ZAULY JULIETTE ORTIZ ARIAS; PAOLA VANESSA AVILA ESPITIA
FLUIDO SUPERCRÍTICO Cuando un fluido se encuentra en estado supercrítico se comporta como un gas pero tiene la densidad de un líquido. Estas características hacen que los fluidos supercríticos sean un fluido denso con alta capacidad de solubilidad, básicamente el estado líquido y gaseoso no se pueden distinguir entre sí.
(Sonntan, 2006).
Condición supercrítica por encima de los puntos críticos
de temperatura y presión (218 atm y 374ºC).
TRANSESTERIFICACIÓN BIODIESEL
Aceite Vegetales
Grasas animales
Alcohol
- Metanol
- Etanol
Esteres.
Glicerol.
Tomado de Feltes et al 2011 An Overview of Enzyme-Catalyzed Reactions and Alternative Feedstock for Biodiesel Production
ETANOL ≠METANOL
- Mayor productividad por el átomo de carbono
extra
- Fuentes Renovables.
- Menos Toxico.
- Ampliamente utilizado.
- Fuentes petroquímicas
TRANSESTERIFICACIÓN SUPERCRÍTICA
Proceso que se lleva a cabo a temperaturas y presiones superiores a las del punto critico del alcohol. (Etanol 243.1 °C - 63.1 atm).
La reacción de transesterificación es extremadamente rápida (minutos) y puede llevarse a cabo de forma continua.
No ocurre un sistema multifasico, no hay restricciones de transferencia de masa interfacial.
Los triglicéridos y los ácidos grasos libres reaccionan con el alcohol a velocidades similares.
No es afectado por la presencia de agua en los reactantes, de hecho se ha demostrado un efecto positivo.
DIFERENCIAS ENTRE TRATAMIENTOS
Tiempos de residencia cortos.
No requiere de pretratamientos.
Materias primas de bajo costo.
No presenta formación de sustancias jabonosas.
No requiere de catalizadores.
Alto consumo energético. Alta Inversión inicial.
Las eficiencias no se ven afectadas por el contenido de Agua.
Supercrítico
Tiempos de reacción largos.
Pretratamiento
Materias primas refinadas.
Formación de sustancias jabonosas.
Requiere catalizadores.
Generación de residuos derivados del tratamiento de la sustancia catalizadora.
Separación del producto final.
Convencional
SEBO VACUNO
METODOLOGÍA
Tiempo de Reacción Relación Molar
(Etanol Sebo Vacuno)
Temperatura
30 12:1
400 35 13.5:1
40 15:1
Diseño Factorial 2k
Modificaciones por resultados en la fase preliminar.
METODOLOGÍA Se empleó alcohol etílico anhidro grado analítico con pureza ≥ 99.9%, contenido de agua ≤ 0.1%.
Para el desarrollo de la investigación se utilizaron dos tipos de reactores tipo batch:
Corridas preliminares
Reactor de ¼‟‟ y 43 cm de largo.
Corridas del diseño experimental
Reactor de ½ „‟y 10 cm de largo.
RESULTADOS PRELIMINARES
Tiempos de reacción menores a 20 min, relaciones molares menores a 9:1 y temperaturas menores a 400°C
RESULTADOS DE DISEÑO EXPERIMENTAL
400°C
12:1
30 min
400°C
15:1
30 min
400°C
12:1
40 min
400°C
15:1
40 min
MATRIZ DE RESULTADOS DEL DISEÑO EXPERIMENTAL
CUANTIFICACIÓN DE ETIL ÉSTERES POR GC-MS
Muestra 1
(400°, 40 min,15:1) Muestra 2
(400°C, 30min, 12:1) Muestra 3
(400°C, 40min, 12:1) Muestra 4
(400°C, 30min,15:1) Muestra 5
(400°C, 35min,13,5:1) Muestra 6
(400°C, 35min,13,5:1)
%AREA %AREA %AREA %AREA %AREA %AREA
Glicerina 5,89 Ácido Decanoico, Etil Ester 1,02 1,22 0,75 0,92
Etil Tridecanoato 1,94 Hexadecano 1,22
Ácido Tetradecanoico, Etil Ester 6,87 6,19 6,29 6,14 6,89 8,12
Ácido Pentadecanoico, Etil Ester 9,26 4,06 9,04 9,18 9,35 7,88
Etil 9-Hexadecenoate 2,68 2,21 2,53 2,52 2,9 2,3
Ácido Hexadecanoico, Etil Ester 22,87 21,56 21,13 20,59 22,97 24,48
Ácido Heptadecanoico, Etil Ester 8,94 8,28 10,3 7,99 9,94 8,52
Etil Oleato 21,29 7,06 20,78 18,78
Ácido Octadecanoico, Etil Ester 36,38 16,78 28,31 15,52 38,59 20,82
Ácido Nonadecanoico, Etil Ester 0,98 0,63 Ácido Hexadecanoico, 2-Hidroxi-1-
(Hidroximetil) Etil Ester 1,08 1,67 0,91 2,18 1,32 1,2
9-Ácido Octadecenoico (Z)-,2,3-
Dihidroxipropil Ester 1,18 1,4 0,79
Ácido Octadecanoico,2,3-Dihidroxipropil
Ester 1,31 1,41
OTROS 10,91 16,18 11,59 6,41 4,48 7,88
ANÁLISIS DE RESULTADOS
ANÁLISIS DE RESULTADOS
ACEITE CRUDO DE PALMA
METODOLOGÍA
Tiempo de Reacción Relación Molar
(Etanol Aceite de palma)
Temperatura
8 9:1 350
12 15:1 400
10 12:1 375
Diseño Factorial 2k
8 corridas, 8 replicas, 2 puntos centrales
METODOLOGÍA
Se empleó alcohol etílico anhidro grado analítico con pureza ≥ 99.9%, contenido de agua ≤ 0.1%.
Para el desarrollo de la investigación se utilizo un reactor tipo batch con tubería de ¼‟‟ de acero y 14 cm de largo.
RESULTADOS PRELIMINARES Corridas realizadas en las siguientes condicione: 350°C , 9:1 relación molar, 8 minutos de reacción
0% H2O 10% H2O 30% H2O
RESULTADOS DISEÑO EXPERIMENTAL 350 °C , 8min
9:1 15:1
400° C, 8 min
9:1 15:1
350 °C , 12min
9:1 15:1
400 °C , 12min
9:1 15:1
CORRIDAS Tiempo
(minutos)
Relación molar
alcohol-aceite Temperatura (C°)
Moles
Trioleina
Moles de
Etanol
Gramos de
Trioleina a
inyectar
Gramos de
Etanol a
inyectar
Masa
Total
Volumen
Molar
Supercrítico
P critica
etanol Mpa
Presión
Mpa
1 12 09:01 350 0.0034 0.0305 3.0 1.40 4.40 216.4389 6.3 16.5
2 8 09:01 350 0.0034 0.0305 3.0 1.40 4.40 216.4389 6.3 16.5
3 8 15:01 350 0.0034 0.0508 3.0 2.34 5.34 129.8634 6.3 31.0
4 12 15:01 350 0.0034 0.0508 3.0 2.34 5.34 129.8634 6.3 31.0
5 8 15:01 400 0.0034 0.0508 3.0 2.34 5.34 129.8634 6.3 40.5
6 10 12:01 375 0.0034 0.0407 3.0 1.87 4.87 162.3292 6.3 25.7
7 8 09:01 400 0.0034 0.0305 3.0 1.40 4.40 216.4389 6.3 20.8
8 12 09:01 400 0.0034 0.0305 3.0 1.40 4.40 216.4389 6.3 20.8
9 12 15:01 400 0.0034 0.0508 3.0 2.34 5.34 129.8634 6.3 40.5
10 12 09:01 350 0.0034 0.0305 3.0 1.40 4.40 216.4389 6.3 16.5
11 8 09:01 350 0.0034 0.0305 3.0 1.40 4.40 216.4389 6.3 16.5
12 8 15:01 350 0.0034 0.0508 3.0 2.34 5.34 129.8634 6.3 31.0
13 10 12:01 375 0.0034 0.0407 3.0 1.87 4.87 162.3292 6.3 25.7
14 12 15:01 400 0.0034 0.0508 3.0 2.34 5.34 129.8634 6.3 40.5
15 12 09:01 400 0.0034 0.0305 3.0 1.40 4.40 216.4389 6.3 20.8
16 8 09:01 400 0.0034 0.0305 3.0 1.40 4.40 216.4389 6.3 20.8
17 12 15:01 350 0.0034 0.0508 3.0 2.34 5.34 129.8634 6.3 31.0
18 8 15:01 400 0.0034 0.0508 3.0 2.34 5.34 129.8634 6.3 40.5
MATRIZ DE RESULTADOS DEL DISEÑO EXPERIMENTAL
Muestra 1i
(350 °C, 09:1, 8 min) Muestra 2 ii
(400 °C, 09:1, 8 min) Muestra 3 i
(350 °C,15:1, 8 min) Muestra 4 ii
(400 °C, 15:1, 8 min) Muestra 6 ii
(400 °C, 09:1, 12 min) Muestra 7 ii
( 350°C,15:1,12min) Muestra 8i
( 400°C,15:1,12min) Muestra 10i
(375°C, 12:1,10min)
COMPUESTO %
ÁREA %
ÁREA %
ÁREA %
ÁREA %
ÁREA %A %A %A
Glicerina 11,14 4,09 2,33 7,95 Ácido dodecanoico,
etil éster 2,6 1,28 2 2,98 1,59 1,91 1,36
Ácido tetradecanoico,
etil éster 2,74 4,21 3,43 3,99 3,61 3,82 3,73 3,46
Ácido hexadecanoico,
metil ester 7,92 1,15 26,04
Ácido pentadecanoico
14, metil ester 1,67 1,33
Ácido hexadecanoico,
etil éster 32,97 25,03 31,73 29,11 24,55 29,01 26,04 30,75
Ácido 9 octadecenoico,
metil éster 9,2 5,72 2,67 1,92 2,74
Etil oleato 34,59 23,98 36,29 32,73 27,12 37,99 1,36 43,63 Octadecanoic acid 1,09 1,36 1,08
Ácido octadecanoico,
etil éster 5,87 4,93 6,74 5,6 5,97 7,22
Ácido heptadecanoico,
etil éster 1,08 3,2 2,44
Ácido hexadecanoico
2,3 dihidroxy 1,58 6,6 7,62 9,04 4,63 10,3 7,63 8,01
Ácido 9-Octadecenoic
(Z) -, 2-hydr … 1,06 5,27 5,37 6,61 7,51
Ácido oleico,
3 hidroxipropil ester 3,13 5,25 4,66
Varios 4,08 6,45 3,52 4,9 23,68 5,56 7,1 4,58
CUANTIFICACIÓN DE ETIL ÉSTERES POR GC-MS
ANÁLISIS DE RESULTADOS
0,00E+00
2,00E+08
4,00E+08
6,00E+08
8,00E+08
1,00E+09
1,20E+09
1,40E+09
350 400
Áre
a
Temperatura
Relación molar 15:1 Tiempo 8 minutos
Ácido hexadecanoicoetil éster
Ácido octadecanoicoetil éster
0,00E+00
2,00E+08
4,00E+08
6,00E+08
8,00E+08
1,00E+09
1,20E+09
1,40E+09
1,60E+09
10 12Á
rea
Tiempo en Minutos
Relación molar 12:1 Temperatura 375 ºC
Ácido hexadecanoicoetil éster
Ácido octadecanoicoetil éster
ANÁLISIS DE RESULTADOS
0,00E+00
5,00E+08
1,00E+09
1,50E+09
2,00E+09
2,50E+09
3,00E+09
8 12
Áre
a
Tiempo en minutos
Relación Molar 9:1 Temperatura 400°C
Etil Oleato
1,30E+09
1,30E+09
1,31E+09
1,31E+09
1,32E+09
1,32E+09
1,33E+09
12 13Á
rea
Tiempo en minutos
Relación molar 15:1 Temperatura 400 ºC
Etil Oleato
CONCLUSIONES En general, se encontró que el procesamiento de grasas animales requiere un tiempo de reacción mayor que el requerido por el aceite crudo, debido al mayor contenido de triglicéridos saturados del primero.
En ambos casos se encontró que las condiciones óptimas de reacción eran 400°C y relación molar 9:1, con tiempos de reacción de 8 minutos y 40 minutos, para el aceite crudo y el sebo vacuno, respectivamente.
Se evidencio que ambas materias primas son aceptables para la producción de biodiesel en condiciones supercríticas, ya que se obtienen eficiencias altas sin necesidad de pretratamientos, así mismo la composición del biodiesel obtenido es óptimo.
La utilización del sebo vacuno como materia prima en el proceso de producción de biodiésel es una alternativa viable puesto que sus costos de adquisición son bajos y su demanda en el mercado no es representativa
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