Comparación de Métodos de Producción de Biodiesel de ... · Ventajas del proceso de hidrotratamiento sobre transesterificación Compatible con infraestructura actual Compatible

AIST

ESIQIE- IPN en colaboración con el National Institute of Advanced Industrial Science and Technology

(AIST) de JapónProyecto Patrocinado por la Japanese International Cooperation

Agency (JICA)

Biomass Technology Research Center

Rogelio Sotelo-Boyás, Yanyong Liu, Tomoaki Minowa

Hermosillo, Sonora, México , Nov. 28, 2008

AIST Biomass Technology Research Center

1

Comparación de Métodos de Producción de Biodiesel de Primera y Segunda Generación a partir de

Aceite de Jatropha Curcas L.

AIST


Contenido• Introducción• Jatropha curcas L.• Transesterificación de jatropha• Hidrotratamiento de jatropha• Ventajas y desventajas• Conclusiones

AIST

Instituto Politécnico Nacional - ESIQIE


2

Sonora

AIST Biomass Technology Research Center

3

Calentamiento globalReservas de petróleo en declive

Búsqueda de nuevas tecnologías(Ambientalmente eficientes y económicamente viables)

Uso de Biomasa

Biocombustibles

Biomateriales


http://www.robertamsterdam.com/oil1114.jpg

http://www.robertamsterdam.com/oil1114.jpg

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.prisonplanet.com/images/october2005/121005oil.jpg&imgrefurl=http://www.prisonplanet.com/archives/peak_oil/index.htm&h=412&w=420&sz=133&hl=en&start=72&um=1&tbnid=6iUvz1vohucZ5M:&tbnh=123&tbnw=125&prev=/images?q=petroleum+peak+oil&start=60&ndsp=20&um=1&hl=en&sa=N

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.prisonplanet.com/images/october2005/121005oil.jpg&imgrefurl=http://www.prisonplanet.com/archives/peak_oil/index.htm&h=412&w=420&sz=133&hl=en&start=72&um=1&tbnid=6iUvz1vohucZ5M:&tbnh=123&tbnw=125&prev=/images?q=petroleum+peak+oil&start=60&ndsp=20&um=1&hl=en&sa=N

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://cumberland.samford.edu/images/biotech/biofuels_cutout.jpg&imgrefurl=http://cumberland.samford.edu/cumberland_programs.asp?ID=864&h=335&w=333&sz=38&hl=en&start=82&um=1&tbnid=qqrHBh-ydNIHzM:&tbnh=119&tbnw=118&prev=/images?q=biofuels&start=80&ndsp=20&um=1&hl=en&sa=N

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://cumberland.samford.edu/images/biotech/biofuels_cutout.jpg&imgrefurl=http://cumberland.samford.edu/cumberland_programs.asp?ID=864&h=335&w=333&sz=38&hl=en&start=82&um=1&tbnid=qqrHBh-ydNIHzM:&tbnh=119&tbnw=118&prev=/images?q=biofuels&start=80&ndsp=20&um=1&hl=en&sa=N

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.tmleuven.be/project/viewls/biofuels.jpg&imgrefurl=http://www.tmleuven.be/project/viewls/home.htm&h=236&w=236&sz=45&hl=en&start=122&um=1&tbnid=gicSwZ5YjG-D0M:&tbnh=109&tbnw=109&prev=/images?q=biofuels&start=120&ndsp=20&um=1&hl=en&sa=N

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.tmleuven.be/project/viewls/biofuels.jpg&imgrefurl=http://www.tmleuven.be/project/viewls/home.htm&h=236&w=236&sz=45&hl=en&start=122&um=1&tbnid=gicSwZ5YjG-D0M:&tbnh=109&tbnw=109&prev=/images?q=biofuels&start=120&ndsp=20&um=1&hl=en&sa=N

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.liveworkdream.com/wp-content/gallery/1207FL_KeystoneHts/1207FL_biofuels02.jpg&imgrefurl=http://www.liveworkdream.com/2008/02/28/feelin-like-somebody-in-luckenbach/&h=600&w=800&sz=190&hl=en&start=197&um=1&tbnid=nSpSPwrcxEcAjM:&tbnh=107&tbnw=143&prev=/images?q=biofuels&start=180&ndsp=20&um=1&hl=en&sa=N

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.liveworkdream.com/wp-content/gallery/1207FL_KeystoneHts/1207FL_biofuels02.jpg&imgrefurl=http://www.liveworkdream.com/2008/02/28/feelin-like-somebody-in-luckenbach/&h=600&w=800&sz=190&hl=en&start=197&um=1&tbnid=nSpSPwrcxEcAjM:&tbnh=107&tbnw=143&prev=/images?q=biofuels&start=180&ndsp=20&um=1&hl=en&sa=N

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.saskschools.ca/~gregory/sask/farm/crops/canoil01.jpg&imgrefurl=http://www.saskschools.ca/~gregory/sask/canola.html&h=241&w=200&sz=12&hl=en&start=69&um=1&tbnid=S5AsvpAvC6b9pM:&tbnh=110&tbnw=91&prev=/images?q=canola+oil&start=60&ndsp=20&um=1&hl=en&sa=N

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.saskschools.ca/~gregory/sask/farm/crops/canoil01.jpg&imgrefurl=http://www.saskschools.ca/~gregory/sask/canola.html&h=241&w=200&sz=12&hl=en&start=69&um=1&tbnid=S5AsvpAvC6b9pM:&tbnh=110&tbnw=91&prev=/images?q=canola+oil&start=60&ndsp=20&um=1&hl=en&sa=N

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.rimlifebiotek.com/images/front_graphic.jpg&imgrefurl=http://www.rimlifebiotek.com/&h=300&w=500&sz=56&hl=en&start=20&um=1&tbnid=6rOQmuHXAOuaFM:&tbnh=78&tbnw=130&prev=/images?q=airplane+biodiesel&um=1&hl=en

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.rimlifebiotek.com/images/front_graphic.jpg&imgrefurl=http://www.rimlifebiotek.com/&h=300&w=500&sz=56&hl=en&start=20&um=1&tbnid=6rOQmuHXAOuaFM:&tbnh=78&tbnw=130&prev=/images?q=airplane+biodiesel&um=1&hl=en

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.bioen.utah.edu/faculty/PAT/KCTE/Research/Biomaterial_Fabrication/Scaffold2..GIF&imgrefurl=http://www.bioen.utah.edu/faculty/PAT/KCTE/Research/Biomaterial_Fabrication/biomaterial_fabrication.html&h=1033&w=776&sz=324&hl=en&start=38&um=1&tbnid=ItBlHc0ZP420WM:&tbnh=150&tbnw=113&prev=/images?q=biomaterials&start=20&ndsp=20&um=1&hl=en&rlz=1T4GGIH_enJP247JP248&sa=N

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.bioen.utah.edu/faculty/PAT/KCTE/Research/Biomaterial_Fabrication/Scaffold2..GIF&imgrefurl=http://www.bioen.utah.edu/faculty/PAT/KCTE/Research/Biomaterial_Fabrication/biomaterial_fabrication.html&h=1033&w=776&sz=324&hl=en&start=38&um=1&tbnid=ItBlHc0ZP420WM:&tbnh=150&tbnw=113&prev=/images?q=biomaterials&start=20&ndsp=20&um=1&hl=en&rlz=1T4GGIH_enJP247JP248&sa=N

AIST


AIST



4

Jatropha curcas L. (Piñón)como cultivo energético

Aceite extraído en el CEPROBI-IPN

•Originaria de México y Centro América•No es comestible•Es la segunda planta después de la palma africana con mayor viabilidad económica (menor costo por tonelada)•Es abundante•Puede sembrarse en terrenos áridos•Puede contribuir al desarrollo rural•La semilla en México parece no ser tan tóxica como otras variedades encontradas en Asia.•Se obtiene cerca del 50%p. de aceite con respecto al peso de la almendra.

Jatropha Curcas como materia prima para producir biodiesel

en México

AIST

National Institute of Advanced Industrial Science and Technology


Ácido grasoNúmero

de carbonos

Jatropha(Mexico)

Jatropha (Indonesia)

Mirístico C14:0 0.13 0.06Palmítico C16:0 12.76 15.85Palmitoleíco C16:1 0.60 0.90Esteárico C18:0 7.46 6.90Oleíco C18:1 43.89 41.07Linoleíco C18:2 34.78 34.71Linolénico C18:3 0.29 0.33Cis-11-Eicosenoíco C20:1 0.08 0.18

6

Composición de ácidos grasos de jatropha curcas L.

(%peso, detectados como derivados de los esteres metílicos)

Saponificación/Esterificación a

140 ºC por 5 minusando BF3

AIST



Ácido grasoNúmero

de carbonos

Jatropha(Mexico)



6





AIST



Ácido grasoNúmero

de carbonos

Jatropha(Mexico)



6





AIST



Ácido grasoNúmero

de carbonos

Jatropha(Mexico)



6





Reacción Química

Biodiesel

Aceite vegetal o animal

Aceite de cocina gastadoCombustible para vehículos

AIST


AIST



7

Biodiesel como energético alternativo

RenovableBalance de carbono neutral

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www1.istockphoto.com/file_thumbview_approve/2657839/2/istockphoto_2657839_pure_vegetable_oil_with_flower.jpg&imgrefurl=http://www.say-no-to-gas.com/&usg=__6WXA10kJuGD0oUwuoBSNT_yoTyw=&h=380&w=253&sz=35&hl=en&start=1&sig2=e-gMZi8Wbx-aUQUi7URFgA&um=1&tbnid=lh_OU217cnNGRM:&tbnh=123&tbnw=82&ei=X44vSc27N43eMIDN1csG&prev=/images%253Fq%253Dvegetable%252Boil%2526um%253D1%2526hl%253Den%2526rlz%253D1T4SUNA_enMX223MX223%2526sa%253DN



AIST


AIST



8

1a Generación

Tecnologías de “Bio-diesel”

2a Generación 3a Generación

Bio aceites

Hidrotratamiento

DieselRenovable

Bio aceites

Transesterificación

Biodiesel(FAME)

Biomasa

GasificaciónFischer-Tropsch

BTL

DieselRenovable

CnH2n+2 CnH2n+2

AIST


AIST



8

1a Generación



Bio aceites

Hidrotratamiento

DieselRenovable

Bio aceites


Biodiesel(FAME)

Biomasa


BTL

DieselRenovable

CnH2n+2 CnH2n+2

AIST


AIST



8

1a Generación



Bio aceites

Hidrotratamiento

DieselRenovable

Bio aceites


Biodiesel(FAME)

Biomasa


BTL

DieselRenovable

CnH2n+2 CnH2n+2

AIST


AIST



9

Petro-diesel

Bio-diesel

Petrole0

Hidrotratamiento

Hidrocraqueo

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.jatropha-investmentfund.eu/en/images/image001.jpg&imgrefurl=http://www.jatropha-investmentfund.eu/en/plant.php&h=225&w=300&sz=28&hl=en&start=6&um=1&tbnid=HwvAG2D90CxuwM:&tbnh=87&tbnw=116&prev=/images?q=jatropha+oil&um=1&hl=en

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.jatropha-investmentfund.eu/en/images/image001.jpg&imgrefurl=http://www.jatropha-investmentfund.eu/en/plant.php&h=225&w=300&sz=28&hl=en&start=6&um=1&tbnid=HwvAG2D90CxuwM:&tbnh=87&tbnw=116&prev=/images?q=jatropha+oil&um=1&hl=en

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://blog.oregonlive.com/pdxgreen/2007/11/large_biodiesel%201.JPG&imgrefurl=http://blog.oregonlive.com/pdxgreen/2007/11/&h=299&w=453&sz=86&hl=en&start=9&um=1&tbnid=C-5pJ3RgiS6ehM:&tbnh=84&tbnw=127&prev=/images?q=biodiesel+plant+mexico&um=1&hl=en&rlz=1T4GGIH_enJP247JP248


http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.sardi.sa.gov.au:82/pages/field_crops/cropimprove/breeding/images/canola.jpg&imgrefurl=http://www.sardi.sa.gov.au:82/pages/field_crops/cropimprove/breeding/breeding_intro.htm:sectID=644&tempID=44&h=330&w=287&sz=19&hl=en&start=3&um=1&tbnid=7iKjvFDYOc4liM:&tbnh=119&tbnw=103&prev=/images?q=canola&um=1&hl=en&rlz=1T4GGIH_enJP247JP248&sa=N


http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.web-enz.co.nz/images/sunflowerAll.GIF&imgrefurl=http://www.web-enz.co.nz/sunflower.htm&h=531&w=523&sz=36&hl=en&start=1&um=1&tbnid=M5JqfoG53CMFdM:&tbnh=132&tbnw=130&prev=/images?q=sunflower&um=1&hl=en&rlz=1T4GGIH_enJP247JP248


http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.dkimages.com/discover/previews/927/55010603.JPG&imgrefurl=http://www.dkimages.com/discover/DKIMAGES/Discover/Home/Plants/Classification/Tracheophyta/Magnoliophyta/Liliopsida/Arecales/Arecaceae-Palmae/Elaeis/Elaeis-guineensis/Elaeis-guineensis-1.html&h=528&w=512&sz=29&hl=en&start=9&um=1&tbnid=kYJ7f7Tl-iWlLM:&tbnh=132&tbnw=128&prev=/images?q=african+palm+&um=1&hl=en&rlz=1T4GGIH_enJP247JP248


AIST


AIST



9

Petro-diesel

Bio-diesel

Petrole0

Hidrotratamiento

Hidrocraqueo









AIST


AIST



9

Petro-diesel

Bio-diesel

Petrole0

Hidrotratamiento

Hidrocraqueo









AIST


AIST



9

Petro-diesel

Bio-diesel

Petrole0

Hidrotratamiento

Hidrocraqueo









AIST


AIST



9

Petro-diesel

Bio-diesel Diesel verde (renovable)

Petrole0

Hidrotratamiento

Hidrocraqueo









Mezcla de esteres metílicos que resultan de la transesterificación de aceites de origen vegetal o animal.

“Biodiesel”

AIST


AIST



10

(FAME: Fatty acid methyl esters)

Producción de biodiesel

AIST


AIST



11

glicerol

biodiesel

Equipo Después de reacción

Propiedades de biodieselAIST


AIST



12

Esteres de metilo %peso, promedio

Miristato <0.2Palmitato 12Palmitoleato <1Estearato 7Oleato 43Linoleato 34Linolenato <0.5Cis-11-Eicosenoato <0.1

Propiedad promedio

Densidad, g/cm3 0.86

Acidez, mg KOH/g <0.5

AIST


AIST



13

Mezcla de alcanos que resultan de la hidrodesintegración de aceites vegetales. Se requieren altas presiones de hidrógeno, alta temperatura, y un catalizador.

“Diesel verde”

AIST


AIST



13

La mayoria de los alcanos formados tienen átomos de C17 y C18


“Diesel verde”

AIST


AIST



13

La mayoria de los alcanos formados tienen átomos de C17 y C18


“Diesel verde”

Adaptado de Huber et al., App. Cat. A., , 329, (2007),pp.120-129

AIST


AIST



14

Experimentos de hidrotratamiento

• Reactor batch: 80 mL• Carga: 20 mL de jatropha.• P inicial de H2 : 8 MPa

• T Final: 350 °C • Catalizador: 3 wt% cat/wt.aceite NiMo/

Al2O3

• Tiempo de reacción: 3 hours a T final• Agaitación: 400 rpm.

Reactor

Experimental set up

AIST


AIST



15

monogliceridos?

Int.std.nC

18H

38

nC17

H36

nC15

H32

nC16

H34

Light paraffins (cracked products)

GC Análisis del diesel verde

AIST


AIST



16National Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Composición del diesel verde (wt%) de aceite de jatropha

Liquido Yautepec, Jatropha Diesel

C15H32 6.99

C16H34 4.23

C17H36 38.42

C18H38 20.53

GasH2 0.0603

CO2 1.8411

CO 0.0141

C3H8 0.3097

Po = 8 MPa, Tf = 350 °C , Catalizador: NiMo/Al2O3, activado in situ

AIST


AIST






C15H32 6.99

C16H34 4.23

C17H36 38.42

C18H38 20.53

GasH2 0.0603

CO2 1.8411

CO 0.0141

C3H8 0.3097


AIST


AIST






C15H32 6.99

C16H34 4.23

C17H36 38.42

C18H38 20.53

GasH2 0.0603

CO2 1.8411

CO 0.0141

C3H8 0.3097


AIST


AIST



17

Ventajas del proceso de hidrotratamiento sobre transesterificación

Compatible con infraestructura actual Compatible con motores actuales Flexibilidad de materia prima No hay subproductos (e.g. glicerol) La distribución de productos se puede hacer por los ductos ya

instalados

• Necesita una alta presión de hidrógeno, lo cual tiene alto valor($)

Desventajas

AIST


AIST



18

Ventajas de diesel verde sobre biodiesel

• Los componentes son C15-C18 n-alcanos: más ligero, menos viscoso.

• Mayor número de cetano mejor ignición• Mayor estabilidad (cero O2 )• No requiere agua• Si se usa metanol, el biodiesel contiene al menos un C derivado de

combustible fosil.• Tiene una mucho menor emisión de Nox (18% reducción vs 28

incremento, con respecto al petro diesel)

Desventajas

AIST


AIST



19

Conclusiones

• El diesel renovable (bio-alcanos) tiene un mayor potencial que el biodiesel (bio-esteres) a largo plazo, siempre y cuando haya suficiente abastecimiento de aceite, y se minimize el costo de hidrógeno.

• El diesel renovable o diesel verde es de mejor calidad que el biodiesel e incluso mejor que el petrodiesel.

• Se requieren mayores estudios tecnoeconómicos y de ánalisis de ciclo de vida (LCA) para evaluar la factibilidad económica de ambos combustibles en México.

• La producción de ambos biocombustibles necesita subsidios para ser competitivos

AgradecimientosA la Asociación Japonesa de Cooperación

Internacional (JICA) por el financiamiento para llevar a cabo el presente trabajo,

al CEPROBI del IPN por proveer el aceite de jatropha,

y a todos los presentes, gracias por su atención

AIST


AIST



20

Documents

Comparación de Métodos de Producción de Biodiesel de ... · Ventajas del proceso de hidrotratamiento sobre transesterificación Compatible con infraestructura actual Compatible