PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE CRUDO DE PALMA Y SEBO VACUNO POR MEDIO DE ETANÓLISIS SUPERCRÍTICA

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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

(2)

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

(3)

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).

(4)

TRANSESTERIFICACIÓN BIODIESEL

Aceite Vegetales

Grasas animales

Alcohol

- Metanol

- Etanol

Esteres.

Glicerol.

(5)

ETANOL ≠METANOL

- Mayor

productividad

por el átomo

de carbono

extra

- Fuentes

Renovables.

- Menos Toxico.

- Ampliamente

utilizado.

- Fuentes

petroquímicas

(6)

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.

(7)

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.

(8)

(9)

METODOLOGÍA

Tiempo de Reacción

Relación Molar

(Etanol Sebo Vacuno)

Temperatura

30 12:1

400

35 13.5:1

40 15:1

Diseño Factorial 2

k

(10)

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.

(11)

RESULTADOS PRELIMINARES

(12)

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

(13)

MATRIZ DE RESULTADOS DEL DISEÑO

EXPERIMENTAL

(14)

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

(15)

(16)

(17)

(18)

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 2

k

(19)

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.

(20)

RESULTADOS PRELIMINARES

Corridas realizadas en las siguientes condicione: 350°C , 9:1 relación molar, 8 minutos de reacción

(21)

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

(22)

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

(23)

_{(350 °C, 09:1, 8 min)}Muestra 1i _{(400 °C, 09:1, 8 min)}Muestra 2 ii _{(350 °C,15:1, 8 min)}Muestra 3 i _{(400 °C, 15:1, 8 min)} Muestra 4 ii _{(400 °C, 09:1, 12 min)}Muestra 6 ii _{( 350°C,15:1,12min)}Muestra 7 ii _{( 400°C,15:1,12min)}Muestra 8i _{(375°C, 12:1,10min)}Muestra 10i

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

(24)

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 Á rea Temperatura

Relación molar 15:1

Tiempo 8 minutos

Ácido hexadecanoico etil éster Ácido octadecanoico etil 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 12 Á rea Tiempo en Minutos

Relación molar 12:1

Temperatura 375 ºC

Ácido hexadecanoico etil éster Ácido octadecanoico etil éster

(25)

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 Á rea 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 13 Á rea Tiempo en minutos

Relación molar 15:1

Temperatura 400 ºC

Etil Oleato

(26)

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

(27)

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