Biodiesel
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CENTRO DE BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL CENTRO DE BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL SENA-PALMIRASENA-PALMIRA
Producción de BIODIESEL y subproductos
Ing. Ernesto Josué Mendoza Pérez
Instructor de Biotecnología
E-mail: [email protected]
Palmira 2011
1
Glicerol
AG
AG
AG
2
El biodiésel es un combustible líquido de origen biológico
(biocarburante/agrocombustible). Químicamente se define como una mezcla de ésteres alquílicos o alquíl ésteres que se obtiene principalmente a partir de triglicéridos de los
ácidos grasos de aceites vegetales (colza, girasol,
palma, soja, etc.), aceites de fritura usados y grasas
animales.
PRODUCCIÓN DE BIODIESEL ESCALA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL ESCALA LABORATORIOLABORATORIO
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MATERIA PRIMAS: Semillas de Oleaginosas Grasa Animal Algas y microalgas (Lípidos) Aceites Usados (AFU)
SEMILLA DE Cucurbita moschata <35%E.E
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COMPOSICION DE LAS GRASASCOMPOSICION DE LAS GRASAS
G
AG
AG
AG
ESTA FORMADO POR TRIGLICERIDOS: Un triglicérido posee una molécula de glicerol y tres ácidos grasos estos pueden ser de cadena
larga o cadena corta, insaturados o polinsaturados.
UN GLICEROL 3
ACIDOS GRASOS
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ACIDOS GRASOS ACIDOS GRASOS
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TRATAMIENTO DEL ACEITETRATAMIENTO DEL ACEITE
El aceite se puede obtener de la fuente a través de procedimientos
físicos o químicos:
FISICO: Extracción por prensado
QUIMICO: Extracción Soxhlet
Resultado de laboratorio de Biodiesel
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8
TRATAMIENTO DEL ACEITETRATAMIENTO DEL ACEITE
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Transesterificación del aceiteTransesterificación del aceite
Para llevar a cabo la transesterificación del aceite se debe tener en cuenta el tipo de
catalizador a usar…
Para llevar a cabo la transesterificación del aceite se debe tener en cuenta el tipo de
catalizador a usar…
G
AG
AG
AG
+ A3Catalizador
G + 3AG A
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Catálisis homogéneaNaOHKOH
Química
Candida rugosa,Candida antarcticaRhizomucor mieheiPseudomonas cepaciaRhizopus orizae
MgOCaOBa(OH)2
CaCO3
Catálisis heterogénea
Bioquímica
HClH2SO4
Ácida
Básica
Catalizadores mas usadosCatalizadores mas usados
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Catálisis Ácida Catálisis Básica
Ventajas• Conversiones altas• Reactivos no requieren ser anhidros• No hay formación apreciable de jabones
Desventajas• Tiempos largos de reacción (>3 h)• Temperaturas superiores a los 100oC • Equipos resistentes a la corrosión• Difícil purificación
Ventajas• Tiempos cortos de reacción (1 h)• Operan a condiciones de T y P moderadas• Relativamente barata• Separación fácil de los productos• No requiere equipos costosos ni complicados• Mayor utilización industrial
Desventajas• Reactivos deben ser anhidros • Formación de jabones y perdida de esteres• Necesidad de etapas de purificación
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Catálisis Enzimática Catálisis Supercrítica
Ventajas• Condiciones de T y P moderadas• No hay formación de jabón • Es renovable• No requiere catalizadores químicos• Fácil de purificar
Desventajas• Cinéticas relativamente lentas (> 8 h)• Alguna veces se requiere de solventes • Algunas enzimas son costosas• El método a un no es viable comercialmente
Ventajas• No requieren catalizador• La cinética es 10 veces mas rápida• Rendimientos superiores al 99%
Desventajas• Se requiere equipos costosos y complicados
• Condiciones criticas de T y P 350ºC y 30Mpa• Inviable para la producción a gran escala
13GLICERINA
BIODIESEL
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BALANCE DE MASA:BALANCE DE MASA:Transesterificación del aceite en 3 pasosTransesterificación del aceite en 3 pasos
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QUMICA DE LA REACCIÓN
R-COOH + CH3OH R-COOCH3 + H2OCatalizador
Acido graso Alcohol Biodiesel
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PESOS MOLECULARES DE LOS COMPUESTOS
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ESTRUCTURA QUIMICA
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RESUMEN
PARA EL BALANCE DE MASA IDEAL
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Variables que afectan la reacción transesterificación
Temperatura de reacción
Tiempo de reacción
Relación molar alcohol:aceite
Tipo de alcohol
- Depende del alcohol empleado.- A mayor T, mayor es el rendimiento y menor el tiempo de reacción.
- Depende del alcohol empleado (metanol < etanol) y del tipo de catálisis.- A mayor t, mayor es el rendimiento de la reacción y mayores los costos.
- Depende del tipo de catálisis.- A mayor A:A: rendimiento, problemas de separación, costos de producción.
- El tipo de alcohol depende: costos, origen y desempeño en la etapa de separación.- El rendimiento es mayor en la etanólisis (NaOH) que en la metanólisis.
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Tipo de catalizador
Concentración de catalizador
Intensidad de mezclado
Contenido de AGL y humedad
- Depende de la naturaleza del aceite y su costo.- AGL y agua alta, catalizador ácido o enzimático. - Catalizador básico (< T y t, < relación A:A, corroen menos los equipos).
- El aumento de la [catalizador] aumenta el rendimiento hasta ciertos valores .- [Catalizador] promueve la formación de sales, emulsificación de la mezcla y
genera costos adicionales.- Valores óptimos en Catálisis ácida: 1 y 4%; Catálisis básica: 1% en peso.
- Depende del tipo de catálisis.- Se requiere al inicio y durante de la reacción. - Valor óptimo (360 y 600 rpm)
- A mayor contenido de AGL y humedad menor es el rendimiento.- Valor óptimo (AGL < 3%, agua < 1%)
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Ventajas del Biodiesel
Tecnológicas y para el motorProlongan la vida del motor (mayor lubricidad)
Contribuye a mantener el interior del motor mas limpio
El motor presenta menos vibración y menos ruido
El motor diesel no requiere modificaciones importantes
Es mas seguro para su transporte y almacenamiento (flash point-PI, alto)
Las instalaciones de distribución y venta no requieren modificaciones
EnergéticasConstituye una fuente de energía renovable y limpia
Reduce la dependencia de los combustibles fósiles
El poder calorífico y el rendimiento es casi igual al petrodiesel
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Para el medio ambiente
Las emisiones del hollín (humo) se reducen en un 60%
Los gases generados contienen un 75% menos de elementos tóxicos
El CO se reduce entre el 10 y el 50%
No afecta el neto de carbono en la atmósfera
Alta biodegradabilidad
La materia prima es renovable y/o reutilizable
Contenido de azufre menor al 0.1%
Contiene un 11% de oxígeno en peso
No es tóxico (10 veces menos tóxico que la sal común)
Reduce en 90% la cantidad de CxHy no quemados y en 80% lo aromáticos
Reduce el riesgo de explosiones
No contiene hidrocarburos policíclicos El análisis del ciclo de vida para el BioDiésel indica que:
1 galón de diesel produce 12,7 Kg de emisiones de CO2
1 galón de B100 produce 2,7 Kg de emisiones de CO2
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Desventajas del Biodiesel
A bajas temperaturas se generan problemas de fluidez (< a 0°C)
Su costo depende del costo de las materias primas
Escasa estabilidad hidrolítica y oxidativa, teniendo una vida útil
máxima de 6 meses y sus cualidades técnicas se ven alteradas
Como disolvente, es incompatible con una serie de plásticos
derivados del caucho natural.
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Conpes de Biocombustibles El documento 35 � 10 titulado Lineamientos de Política Para Promover la Producción Sostenible de Biocombustibles en Colombia, es un documento del Consejo Nacional de Política Económica y Social, Conpes, que establece una política orientada a promover la producción sostenible de los biocombustibles, aprovechando las oportunidades de desarrollo económico y social que ofrecen estos nuevos mercados.
LeyesLey 1083 de 2006 (julio 31): por medio de la cual se establecen algunas normas sobre planeación urbana sostenible y se dictan otras disposiciones Ley 1028 Código Penal (junio 12): “Del apoderamiento de los hidrocarburos, sus derivados, biocombustibles o mezclas que los contengan y otras disposiciones”Ley 939 de 2004 (diciembre 31): Incentivo para la producción de biocombustibles.
Marco legal
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Características Físico/químicas del biodieselCaracterísticas Físico/químicas del biodiesel
Fuente: panoramaenergético.com
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Subproductos de la Producción de Biodiesel Subproductos de la Producción de Biodiesel
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Glicerina Glicerina
• No tóxica
• Biodegradable
• Viscosa
• Inodora
• Incolora
• Sabor dulce
• Higroscópica
• Tiene propiedades humectantes
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CONCLUSIONES
•Todas las fuentes existentes de materias primas viables para obtención de biodiesel merecen llevarse a investigación con el fin de tener alternativas para la eficiencia energética y el cuidado del medio ambiente.
•Conocer todos los procesos de producción de biocombustibles a todas las escalas permite establecer las necesidades actuales de el mundo y la sociedad y que depara a futuro.