Producción de biodiesel: equilibrio fisicoquímico y cinética de esterificación y transesterificación con diferentes catalizadores y alcoholes

Abstract

Con el objetivo de mejorar el diseño de plantas y procesos de producción de biodiesel, en esta tesis se busca obtener un conocimiento básico de los sistemas reaccionantes involucrados, con énfasis en materias primas alternativas. Esto impactará favorablemente en el diseño de plantas de baja y pequeña escala, las cuales utilizan comunmente estas materias primas. Estas plantas son hoy una alternativa de remediación a la falta de combustibles en el sector agropecuario, y al incremento de la contribución de las energías renovables en la matriz energética. La presencia de acidez en el aceite afecta negativamente la producción de biodiesel por reacción de transesterificación, por lo que es necesario una etapa de esterificación previa. En esta tesis estudia en profundidad la reacción de esterificación de materias primas de alta acidez (generalmente de bajo valor comercial). Se utilizan distintos alcoholes, especialmente etanol, ya que a diferencia del metanol es un recurso renovable, no tóxico, y mejora las propiedades de comportamiento en frío del biodiesel. En este trabajo también se estudia la reacción de transesterificación de aceites crudos con distintos niveles de acidez, y de aceite refinado. Se analiza el efecto del catalizador (hidróxidos y metóxidos de sodio y potasio), evaluando la eficiencia de éstos para la reacción de transesterificación y la formación de jabones en cada etapa del proceso de producción de biodiesel. Además, se propone evaporar el metanol excedente de la reacción, sin realizar la separación de fases, como etapa alternativa al proceso de producción convencional, lo cual ofrece varias ventajas.

With the aim of improving the design and the process of biodiesel production with alternative raw materials, a basic knowledge of the reactive systems is developed in this thesis. The obtained knowledge impacts positively on the design of small and medium scale plants, where these raw materials are commonly used. Nowadays, this type of plants is a great solution to the lack of fuel in the agricultural sector, and represents a great contribution to the renewable fuels inside the energy matrix. Due to the fact that the acidity level of the oils affects the biodiesel production by transesterification reaction, a previous esterification step is necessary. This thesis studies in depth the esterification reaction of high acidity raw materials, generally considered of low commercial value. Different alcohols are used as reactant, especially ethanol. Unlike methanol, ethanol is a renewable and nontoxic alcohol, and it also improves the cold properties of biodiesel. This work also consider the transesterification reaction of crude oils with different acidity levels, and refined oils. The catalytic effect of sodium and potassium hydroxides and methoxides is analyzed. Their efficiency for the transesterification reaction and soap formation is evaluated in each stage of the biodiesel production process. The results has shown significant differences between these catalysts. Besides, this thesis presents an alternative step to conventional production process. The evaporation of the methanol excess after reaction before phase separation offers several advantages to be considered.