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Aplicación 

FTIR para optimizar la producción de biodiesel

Un punto remarcable del mercado de la producción de biodiesel es su crecimiento rápido, probablemente igualado por ningún otro en el sector químico.

Esto se debe fundamentalmente a las directivas políticas cada vez más detalladas orientadas a reemplazar el petrodiesel en las mezclas de combustible por biodiesel. A diferencia del petrodiesel, cuya combustión libera como CO2 al carbono más antiguamente almacenado, el uso de biodiesel sólo libera el carbono atrapado durante la fotosíntesis más reciente de la biomasa. De esta manera se lo suele considerar, aunque no sea estrictamente cierto, como neutro en carbono, y ofrece el camino más veloz para lograr una reducción global de la emisión de carbono por parte del combustible utilizado en transporte, siendo parte de la agenda política y económica global.

La capacidad de producción de biodiesel se ha cuadruplicado entre 2001 y 2005, y la tasa actual de construcción de plantas se verá al menos duplicada entre 2006 y 2008. Para fines del año 2008 la capacidad de la Unión Europea será de 10M toneladas anuales, la de los Estados Unidos de 5M toneladas anuales, y la del sudeste asiático deentre 5M y 15M toneladas anuales. Tomando como unidad una planta de capacidad entre 50.000 y 100.000 toneladas anuales (capacidad típica en las plantas en proceso de construcción), esto significará entre 300 y 500 plantas hacia fines de 2008 , y unas 1.000 plantas para el año 2012 estimativamente. Los métodos analíticos estándar son lentos (toman horas o días) y a menudo se necesitan varios análisis físicos por muestra. El FTIR ofrece un análisis rápido y de múltiples propiedades. Por ejemplo, los equipos MB3600 proveen un rápido análisis basado en laboratorio de: (a) el biodiesel intermediario en el reactor, (b) el producto B100 final, y (c) productos biodiesel mezcla / diesel mineral.

Una eventual restricción de la capacidad en la industria de producción de biodiesel es altamente probable, debido al desajuste entre la inversión en plantas planificada (ya elevada) y los objetivos políticos estipulados para el reemplazo de petrodiesel con biodiesel. Un factor clave en la industria será alcanzar el 100% de su capacidad, lo que suele afectar las condiciones de contorno en la calidad del producto. Este es un mercado en donde las grandes firmas de diseño e ingeniería de construcción están involucradas.

¿Qué es el biodiesel?

El biodiesel es un novedoso combustible para transportes extraído principalmente de aceites vegetales orgánicos, tales como el aceite de colza y de palmera, a través de un proceso llamado transesterificación. Sus principales ventajas ante otros tipos de combustibles son las siguientes:

  • Es un recurso renovable y biodegradable
  • No es tóxico y sus emisiones son significativamente menores
  • Consta de mayor lubricidad, lo que prolonga la vida del motor
  • Puede ser usado en motores no modificados
  • Puede ser usado puro o mezclado
  • Es fácil de producir
  • Posee un alto punto de ignición, lo que lo hace más seguro de almacenar y de transportar
  • Ha sido clasificado como “no-peligroso”
  • Formación química
  • Principio del proceso de producción de biodiesel.

Formación Química

Producción de biodiesel

El proceso básico consiste en la conversión de aceites vegetales crudos (triglicéridos) a su ester metílico de ácidos grasos , a través de un proceso llamado transesterificación. La transesterificación está basada en la reacción química de los triglicéridos con metanol para formar metilésteres y glicerina en presencia de un catalizador alcalino . Esta reacción se efectúa en un equipo mezclador-asentador de dos etapas. El proceso se desarrolla en la sección de mezclado, mientras la subsiguiente sección de decantación permite la separación de metilésteres como la fase liviana y la glicerina y el agua como la fase pesada.

Un paso posterior de lavado contra corriente para los metilesteratos remueve una pequeña cantidad de subproductos de la reacción y proporciona un biodiesel “listo para usar” después del paso final de secado . El metanol sobrante contenido en el agua de glicerina es removido en una columna de rectificación , lo que da como resultado un metanol de condición y pureza listo para ser usado como flujo de reciclado para el proceso. Para una mayor purificación del agua de glicerina, existen pasos ulteriores y opcionales: tratamiento químico, evaporación, destilación, blanqueado. El proceso de producción de biodiesel posee un muy alto rendimiento , pues con 1 kg de aceite vegetal se genera 1 kg de biodiesel , con un consumo de metanol de aproximadamente el 10% de esa cantidad (destinado a producir glicerol).

Ejemplo del proceso (patentado)

Producción de biodiesel

Aplicación del ABB FTIR para optimizar la producción de biodiesel

Desde hace más de 2 años hemos podido llevar a cabo varios estudios detallados sobre la viabilidad, trabajando en colaboración con investigadores asociados idóneos. Estos estudios han permitido la definición, con buen nivel de detalle, de la contribución que pueden aportar los métodos analíticos basados en FTIR en procesos on-line y de laboratorio. Las propiedades analíticas (objetivo del monitoreo de la producción de biodiesel, de la determinación del punto de final, y de la calificación del producto final) son los porcentajes de ester metílico, de metanol residual, de glicerol libre, y de los subproductos de reacción: los mono, di y triglicéridos
Además, las propiedades del combustible y del aceite a granel (viscosidad, índice de acidez, punto de ignición, índice de cetano, etc.) están especificadas en las normas ASTM y EN , en particular para control y aseguramiento de la calidad (QC/QA) del producto final.
Todos estos análisis pueden realizarse utilizando los métodos FT-NIR en el laboratorio o en línea.

La siguiente figura muestra el seguimiento de un proceso de producción:

5

Condiciones instrumentales: ABB Bomem FTLA2000-CH10
Detector: InAs enfriado
Viales: 8 mm
Resolución: 8 cm-1 (+16 cm-1, 32 cm-1)
Número de escaneo: 128
Temperatura: temperatura ambiente (+50 ºC)
Tiempo de adquisión por muestra: 1 min aprox.

La capacidad predictiva para un dado compuesto, por ejemplo el glicerol remanente puede visualizarse a continuación:

6

SECV: 0.029
Repetibilidad: 0.004
R2: 0.97

La siguiente lista resume los rangos de aplicación para todos los parámetros de interés:

  • Viscosidad 3,5 – 5,0 mm2/s
  • Punto de ignición > 120 ºC
  • Índice de cetano > 51
  • Agua < 500 ppm
  • Índice de acidez < 0,50 mg KOH/g
  • Valor yódico < 120 g l2/100g
  • Metanol < 0,2% mol%
  • Monoglicérido < 0,8% mol%
  • Diglicérido < 0,2% mol%
  • Triglicérido < 0,2% mol%
  • Glicerol libre < 0,02% mol%

Estos datos confirman la factibilidad del análisis a través de la metodología propuesta con el excelente tiempo de respuesta con mínimo requerimientos de preparación de muestra.

Aplicación en laboratorios de control de la calidad

  • Basados en el MB3600 / FTLA2000-CH10
  • Medición a 50ºC (típico), resolución de 16cm-1, detector TE InGaAs
  • Determinación at-line (al lado del) reactor de su perfil de concentración y del punto final
  • QA/QC de biodiesel B100
  • Propiedades del combustible mezcla con biodiesel y porcentaje de FAME

ABB-Bomem MB3600

Aplicación para el monitoreo de procesos

  • Basado en el FTPA2000-HP260
  • Medición a 50ºC (típico), resolución de 16cm-1, detector RT InGaAs
  • Utiliza la celda de flujo ACC115 con fibras ópticas
  • Requisitos mínimos de operación
  • Perfil del reactor en tiempo real y determinación del punto final
  • Multicanal y multipropiedad
  • Ester metílico (%), metanol (%), humedad (ppm), glicerol (%), monoglicéridos (%), diglicéridos (%), triglicéridos (%)

Conclusiones

  • A partir de los datos se demuestra claramente la viabilidad del monitoreo en la producción de biodiesel, junto con todas las variables clave del proceso.
  • La estadística de los modelos de calibración son muy buenas mostrando una excelente correlación con el resultado del análisis por métodos convencionales. De hecho los SECV están limitados por la repetitibilidad del método de referencia
  • La resolución óptima a 8 o 16 cm-1 permite una rápida recolección de datos.
  • Existe una concordancia excelente entre la medición en línea y muestras extraídas y analizadas en el laboratorio (off line)

FTIR para optimizar la producción de biodiesel

Más información sobre ABB-Bomem MB3600 en la página del producto

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