Proceso para la producción de BIODIESEL

Proceso para la producción de BIODIESEL (metilester o ésteres metílicos de ácidos grasos) Descripción, materias primas y servicios necesarios. Refinación de la glicerina obtenida como subproducto de la producción del Biodiesel Ing. Rodolfo José Larosa* Marzo 2001 rodlar@tin.it 1. Introducción: El Biodiesel es un combustible sustituto del gas-oil para motores diesel, el cual puede ser producido partiendo de materias primas agrícolas ( aceites vegetales y/o grasas animales ) y metanol ( el cual también puede ser producido a partir de residuos de la agricultura). [1] [2] El biodiesel posee las mismas propiedades del combustible diesel empleado como combustible para automóviles, camiones, ómnibus y puede ser mezclado en cualquier proporción con el diesel obtenido de la refinación del petróleo. No es necesario efectuar ninguna modificación en los motores para poder emplear este combustible. Importantes fabricantes de vehículos europeos efectuaron pruebas con resultados satisfactorios en automóviles, camiones y ómnibus. En Estados Unidos es el único combustible alternativo que responde a las directivas EPA Tier I Health Effects Sección 211 (b) de Clean Air Act. El biodiesel, desde el punto de vista de la inflamabilidad y toxicidad, es más seguro que el gas-oil proveniente del petróleo, no es peligroso para el ambiente y es biodegradable. Entre otras ventajas respecto del gas-oil derivado del petróleo son: Emisiones: Monóxido de carbono (CO) : la emisión durante la combustión del biodiesel en motores diesel es del orden del 50% inferior ( comparada con aquella que produce el mismo motor con combustible diesel ) . Es conocida la toxicidad del monóxido de carbono sobre todo en las ciudades. Dióxido de azufre (SO2) : no se produce emisión de dióxido de azufre por cuanto el biodiesel no contiene azufre. El dióxido de azufre es nocivo para la salud humana asi como para la vegetación. Material particulado: esta emisión con el empleo del biodiesel se reduce del 65% respecto del combustible diesel. Las partículas finas son nocivas para la salud. Productos orgánicos aromáticos: el biodiesel no contiene productos aromáticos ( benceno y derivados) siendo conocida la elevada toxicidad de los mismos para la salud. Balance de dióxido de carbono (CO2) : el dióxido de carbono emitido durante la combustión del biodiesel es totalmente reabsorbido por los vegetales. Por lo tanto el biodiesel puede ser considerado un combustible renovable. Conclusión: el biodiesel no es nocivo para la salud humana, para la vegetación, los animales vivos y no daña monumentos y/o edificios. Por tal motivo su empleo es ventajoso frente al combustible diesel sobre todo para el transporte público en las grandes ciudades. Es seguro y fácil de transportar debido a que es biodegradable y posee un punto de inflamación de 150°C contra 64°C del combustible diesel. Balance energético: El balance energético del biodiesel, considerando la diferencia entre la energía que produce 1 Kg. de biodiesel y la energía necesaria para la producción del mismo, desde la fase agrícola hasta la fase industrial es positivo al menos en de 30%. Por lo tanto O sea desde el punto de vista energético no agota los recursos de la naturaleza. Además de las consideraciones favorables desde el punto de vista ecológico y energético merece destacarse la posibilidad del empleo inmediato en los motores : El biodiesel quema perfectamente no requiriendo ningún tipo de modificación en motores existentes pudiendo alimentarse alternativamente con este o combustible diesel o la mezcla de ambos. Esta es una diferencia importante respecto de otras experiencias de sustitución de combustibles como la brasileña con el etanol, donde era necesario efectuar en los motores modificaciones irreversibles. El empleo de biodiesel aumenta la vida de los motores debido a que posee un poder lubricante mayor mientras el consumo de combustible además la auto ignición, la potencia y el torque del motor permanecen inalterados. El biodiesel fue asimismo probado por fuerzas armadas de diversos países europeos siendo empleado en tanques de combate y otros vehículos militares con muy buenos resultados. Hoy en Europa varios centenares de miles de toneladas del mismo se producen y vuelcan en el mercado consumidor. La especificación del producto fue acordada, emitida y aprobada por todos los gobiernos de la Comunidad Económica Europea. Los principales países productores son: Alemania, Francia, Italia, Bélgica y Austria. Hoy en día este combustible no es una alternativa experimental es una realidad en el mercado europeo. Es asimismo de particular interés para aquellos países que posen una gran potencialidad agropecuaria con la posibilidad de producir oleaginosas, con costos reducidos, ya que les permite mantener o aumentar el área sembrada, mantener el precio de las oleaginosas y de este modo crear una nueva actividad agroindustrial que expande ya sea la producción agraria y la aceitera creando puestos de trabajo y favoreciendo en definitiva al ambiente. Desde el punto de vista químico el biodiesel es una mezcla de los esteres metílicos de los ácidos grasos triglicéridos de los aceites vegetales y o grasas animales empleados como materia prima [2]. En Europa la materia prima fundamental es la colza, ya que es la oleaginosa existente más económica, pudiendo emplearse otros aceites vegetales como ser: girasol, palma, soja. Otras posibilidades son emplear grasas animales de bajo costo y el aceite exhausto empleado para frituras. La reacciòn de transesterificación es la siguiente: Para la producción de 1 (una) t. de biodiesel son necesarios: 1 t. de aceites vegetales y/o grasas animales, 0,1 ton. de alcohol metílico. Otros productos necesarios en menor medida para su producción son productos químicos de fácil obtención en el mercado local o internacional. Es importante subrayar que la planta de biodiesel produce además glicerol bruto como subproducto (10 % aprox. De la producción de biodiesel). La glicerina producida una vez refinada puede ser empleada en distintos campos como ser : industria química (plásticos, pinturas, conservantes) , cosmética, farmacéutica, explosivos. Como se mencionara precedentemente los esteres metílicos de los ácidos grasos son además un valioso intermedio útil para preparar: · Alcoholes grasos (materias primas para la preparación de detergentes aniónicos, emulsionantes, plastificantes, retardantes en la evaporación del agua en cosméticos). · Esteres de ácidos grasos que no es posible obtener por esterificaciòn directa, Representando por lo tanto un producto muy valioso para producir derivados oleoquìmicos. Desde el punto de vista del impacto ambiental y seguridad el proceso no es contaminate. Una elevada productividad, bajos costos de inversión hacen que sea factible encarar este emprendimiento teniendo en cuenta además la posibilidad de construir localmente aquello que la industria del país en condiciones de competitividad y calidad pueda fabricar (tanques, reactores, bombas, instrumental, etc). 2. Producción: · BIODIESEL: La producción del biodiesel es bien conocida y citada extensamente en la literatura y a través de diversos medios informativos [3]. Básicamente se elabora mediante la transesterificación de grasas y aceites con alcohol metílico en ambiente básico. Los catalizadores a emplear pueden ser soda cáustica o metilato sódico, ambos en solución metanólica. Esta es la vía actualmente empleada para producirlo, ya que es la más económica, ofreciendo entre otras las siguientes ventajas: v Elevada conversión (98%) con pocas reacciones secundarias y reducido tiempo de reacción. v Conversión directa a ester metílico sin pasos intermedios. v Materiales de construcción estándar (AISI 304 y acero al carbono) El procedimiento que se desarrollará en el presente artículo describe su producción mediante el proceso contínuo. A diferencia de otros procesos comerciales existentes en el mercado el presente se caracteriza por cuanto el equipamiento de la planta es de fácil obtención y/o construcción en muchos países con capacidad para producir calderería, sin necesidad de tener que recurrir a equipos costosos, que requieren ademàs de mantenimiento especializado (Ej., centrífugas), y los materiales para su construcción poseen reducidos costos relativos. El proceso batch es conveniente para producciones pequeñas de no màs de 10.000.- (diez mil) t/año. En el mismo la reacciòn y la destilaciòn del metanol en exceso es del tipo batch, la decantaciòn es contìnua. El diagrama de flujo del proceso de producciòn del biodiesel se puede observar en la figura que se encuentra sobre la derecha. Este proceso prevé el empleo de aeites o grasas que contienen acidéz libre, y en su primera fase los àcidos grasos libres se transforman en màs metilester. Esta es una ulterior ventaja ya que no es necesario procesar previamente grasas y o aceites para eliminar tales impurezas obteniéndose ademàs un rendimiento superior respecto de los triglicéridos de partida. El esquema simplificado de una planta contínua para producir el biodiesel se puede observar en el diagrama siguiente: En el mezclador estàtico MX 1 se mezclan el alcohol metìlico y el aceite que contiene àcidos grasos libres. Este producto se hace pasar luego a través del reactor (R 1) que funciona con catalizador en lecho fijo donde se produce la reacciòn de esterificaciòn de los àcidos grasos libres. La corriente proveniente de esta unidad se mezcla en la unidad estàtica MX 2 con el metanol necesario para la transesterificaciòn, màs un pequeño exceso del mismo, y el catalizador. Esta corriente ingresa en el reactor tubular R 2 en el cual se produce la transesterificaciòn de los triglicèridos. El producto de la reacciòn, compuesto por el metilester, la glicerina, el metanol en exceso y el catalizador, debe ser neutralizado. Para ello se mezcla en la unidad estàtica MX 3, con un àcido mineral en la cantidad necesaria. Posteriormente en la unidad de destilaciòn flash FC se despoja al producto de los volàtiles, compuestos fundamentalmente por el alcohol metìlico en exceso. Los vapores de metanol se condensan y se envìan al tanque de almacenamiento, del cual serà nuevamante introducido en el ciclo. El producto de fondo del evaporador flash FC, que contiene el metilester, la glicerina, sales y agua se envìa al decantador contìnuo D, en el cual se separa el metilester del resto de los productos. La fase ligera (biodiesel) se envìa al tanque de almacenaje, mientras la fase pesada (glicerina bruta) que contiene glicerina (aprox 90%) , agua y sales se envìa asimismo al almacenaje. [4] A continuación se indican los consumos específicos (valores aproximados), para la producción de 1 ton de biodiesel asi como los subproductos de recuperación: ITEM CONSUMO MATERIAS PRIMAS Y MATERIALES Aceite vegetal refinado 1030 Kg. Metanol 102 Kg. Catalizador (metilato de sodio) 6,2 Kg. Ácido mineral 6 kg Glicerina bruta 112 Kg. (título: 85% min) SERVICIOS Agua enfriamiento 20 m3 Vapor de agua(a 4 bar) 350 Kg. Energía eléctrica 50 Kwh. Nitrógeno 3,2 N m3 Aire instrumentos 4,8 N m3 [1] Chemical Engineering 100, 2, Feb 1993 [2] La Chimica Verde – Italo Pasquon –Luciano Zanderighi – Hoepli –Milano 1987 [3] www.biodiesel.org [4] Kirk Othmer – Chemical Technology Enciclopedy *Ing. Rodolfo José Larosa Graduado en la Universidad Tecnológica Nacional (año 1973) Actualmente es consultor de empresas en el sector químico-farmacéutico, desarrollando su actividad como tecnólogo de proceso en el campo de la química fina y en la separación sólido líquido. Fue director Técnico de la empresa Glaris Spa, sociedad que a partir de 1990 realizó las primeras pruebas tecnológicas a escala piloto y semindustrial para la obtención de ésteres metílicos de ácidos grasos a partir de diversos aceites vegetales. Asimismo, dicha empresa, produjo por cuenta de un importante holding de la industria química italiana el biodiesel necesario para la realización de pruebas de uso del biodiesel por parte de vehículos de transporte de pasajeros de algunas ciudades italianas y suizas. Tel.: 0039-339-4641277 Correo electrònico: rodlar@tin.it