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: ernesto-mendoza@hotmail.com

Palmira 2011

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Glicerol

AG

AG

AG

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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.