Biodiesel a partir de aceite de coco de alta acidez. Cinética de la esterificación de ácidos grasos, reacciones secundarias y efecto de las variables de producción

ZANUTTINI, M.S.; QUERINI, C.A.

Mar del Plata

Congreso; VI Congreso Argentino De Ingeniería Química; 2010

En los últimos años el consumo mundial de biodiesel ha aumentado considerablemente, y consecuentemente los procesos de producción han sido diversificados y mejorados. Se ha encontrado que muchos materiales presentan gran potencial como materia prima para producir este combustible. Sin embargo, revisten particular importancia aquellos que no son aptos para el consumo animal o humano y a su vez presentan bajo costo [1-7]. La desventaja principal de la mayoría de estas materias primas es su alto contenido de ácidos grasos libres. Esta característica hace que el proceso de transesterificación con catálisis básica homogénea tradicional, para transformar triglicéridos en esteres (reacciones 1, 2 y 3). sea inadecuado debido a la gran cantidad de jabones que se forman al reaccionar con el catalizador (reacción 4). Triglicérido + Alcohol Diglicérido + Ester (1) Diglicérido + Alcohol Monoglicérdo + Ester (2) Monoglicérdo + Alcohol Glicerol + Ester (3) Acido Graso + NaOH Jabones + H2O (4) Una solución a este problema, es realizar la esterificación ácida (reacción 5) antes de la transesterificación convencional, lo que permite que estas materias primas se puedan utilizar para producir biodiesel con buen rendimiento[1]. En esta etapa de esterificación, los ácidos grasos se convierten en metil-o etil ésteres según el alcohol utilizado. Acido graso + Alcohol Ester + H2O (5) En este trabajo se estudia la producción de biodiesel a partir de aceite de coco Butia Yatay con un valor de acidez de 130 mg KOH/g, utilizando etanol o metanol en las diferentes etapas del proceso. El objetivo es evaluar el impacto de las variables del proceso sobre la velocidad y el equilibrio de la reacción de esterificación de los ácidos grasos. Además, se estudian las reacciones secundarias que ocurren en esta etapa y afectan el comportamiento del sistema reaccionante. Asimismo, se plantea un modelo cinético simple para predecir el avance de la reacción. Finalmente, se presenta la secuencia de proceso que permite convertir un aceite de coco con índice de acidez inicial de 109-129 mg KOH/g en un biodiesel de alta calidad. Para el estudio del efecto de las diferentes variables (como cantidad y tipo de alcohol, porcentaje de catalizador, temperatura y contenido de agua inicial en la mezcla) sobre la esterificación con catálisis ácida homogénea, la reacción se llevó a cabo en un reactor batch utilizando como catalizador ácido sulfúrico disuelto en etanol. Debido a que los ácidos grasos se consumen en la etapa de esterificación ácida según la reacción 5, la medición de la acidez en el tiempo es una manera de monitorear el progreso de la reacción. La acidez se mide según la norma UNE-EN 14104, expresado en miligramos de KOH por gramo de muestra. [8] Por otro lado, se realizaron varias experiencias que permitieron confirmar la existencia de reacciones paralelas a la esterificación de los ácidos grasos siendo las de mayor influencia la transesterificación e hidrólisis de triglicéridos (reacciones 6, 7 y 8) y la reacción de esterificación de ácido sulfúrico con alcohol (reacciones 9 y 10)[9]. Triglicérido + H2O Diglicérido + Ac. graso (6) Diglicérido + H2O Monoglicérido + Ac. graso (7) Monoglicérido + H2O Glicerol + Ac. graso (8) SO4H2 + Alcohol (ROH) ROSO3H + H2O ( 9) ROSO3H + Alcohol (ROH) (RO)2SO4 + H2O (10) Se planteó un modelo cinético simple para la reacción de esterificación como reacción reversible limitada por el equilibrio. Se ajustaron los datos experimentales y se obtuvieron los parámetros cinéticos. Se pudo observar que el modelo presenta un correcto ajuste a los datos experimentales obtenidos y permite predecir las concentraciones de las diferentes especies reaccionantes. Finalmente, se muestra que a través de reacciones bajo catálisis ácida es posible no solo reducir de la acidez a un valor menor al 0,5 mg KOH/g sino también obtener la conversión deseada. Esto evita la necesidad de realizar la etapa de transesterificación. A su vez, se optimiza la etapa de purificación agregando un lavado neutro, con baja cantidad de agua, previo a los lavados convencionales. Esto permite eliminar la mayor parte de los jabones, evitar complicaciones posteriores en el proceso y lograr una acidez final del producto que cumple especificaciones de calidad. Es importante destacar, que en los trabajos reportados en bibliografía, para la esterificación con ácidos en forma homogénea, en general no se ha considerado la coexistencia de las reacciones (6) a (10), por lo que esta contribución mejora el conocimiento de la fisicoquímica de este sistema de gran interés actual.