Procesos alternativos para producción de hidrocarburos a partir de biomasa

BERTERO MELISA PAOLA; MARISA FALCO; MAXIMILIANO LENCINA; ULISES SEDRAN

Rosario

Congreso; VII Congreso Argentino de Ingeniería Química; 2013

Asociación Argentina de Ingenieros Químicos

Los bio-oils de pirólisis de biomasa lignocelulósica son mezclas acuosas de un gran número de compuestos oxigenados y representan una opción interesante para la producción de combustibles y materias primas para la industria química. Su transformación en combustibles de transporte requiere la eliminación del oxígeno presente, lo que puede lograrse por hidrotratamiento o craqueo catalítico sobre catalizadores ácidos. Una de las opciones de upgrading de los bio-oils es utilizarlos como co-reactivos en el proceso de craqueo catalítico de hidrocarburos (FCC) en las refinerías, por lo que resulta necesario estudiar la reactividad de estos líquidos sobre los catalizadores utilizados en dicho proceso y analizar las distribuciones de productos generadas, considerando especialmente la tendencia de estas alimentaciones a la formación de coque. Además, podría desarrollarse un proceso de upgrading de bio-oils utilizando catalizador agotado de FCC, aprovechando de esta manera material disponible a bajo costo. En este trabajo se estudia la conversión de bio-oil de aserrín de pino sobre un catalizador de FCC utilizando dos dispositivos experimentales diferentes: uno denominado proceso discontinuo, donde la pirólisis de biomasa y la conversión catalítica del bio-oil ocurren en dos reactores diferentes, y otro denominado proceso integrado, donde la pirólisis rápida de biomasa y el procesamiento catalítico inmediato de los vapores de la pirólisis ocurren en un único reactor. Con este último dispositivo se evitan un número importante de etapas de procesamiento, lo que permite reducir costos. El catalizador utilizado en ambos casos fue uno comercial de FCC equilibrado en refinería, del tipo octano-barril, y la relación Cat/Oil fue 4, calculado considerando los compuestos orgánicos del bio-oil que pasaron a través del lecho catalítico. En el proceso discontinuo el bio-oil se obtuvo por pirólisis convencional del aserrín en un reactor de lecho fijo durante 60 min a 550 ºC, con una rampa de calentamiento de 15 ºC/min comenzando desde temperatura ambiente. Las experiencias catalíticas se desarrollaron a 500 ºC durante 60 s en un reactor de lecho fijo utilizado para el Test de Microactividad (MAT, ASTM D-3907/03). En el proceso integrado, la pirólisis del aserrín y el procesamiento catalítico del bio-oil generado se realizaron en un único reactor a 550 ºC, durante 7 min. Con ambos procedimientos se utilizó un caudal de nitrógeno de 20 ml/min para remover los vapores de la zona de reacción. La comparación de las distribuciones de productos generadas en ambos procesos permitió definir diferencias significativas, atribuibles a las condiciones de operación de las dos unidades experimentales. En el proceso integrado se obtuvieron más productos líquidos (43.6 %p) y menos gases y char que en el discontinuo. Sin embargo, en este último proceso se produjeron el doble de hidrocarburos (10.5 %p), la mitad de coque (2.4 %p) y las tres cuartas partes de compuestos oxigenados (7.5 %p) que en el integrado. Es de destacar que en el proceso discontinuo se produjeron principalmente hidrocarburos livianos C4- (selectividad 86.5 %), altamente olefínicos,  y que los hidrocarburos líquidos en el rango C5-C15, principalmente aromáticos, fueron producidos con mayor selectividad en el proceso integrado (60 %). En consecuencia, la selectividad a hidrocarburos en el rango de la gasolina fue mucho mayor en el proceso integrado que en el discontinuo. Fenol y cresol fueron los principales compuestos oxigenados producidos en el proceso integrado, con selectividad de 52 % entre oxigenados, mientras que en el discontinuo, los principales fueron éteres fenólicos (selectividad 21.4 %) y ácidos livianos (selectividad 10.2 %). Los fenoles alquilados y los hidrocarburos aromáticos son productos finales de la transformación de los componentes oxigenados del bio-oil, como éteres fenólicos, cetonas y alcoholes. La mayor selectividad con la que fueron producidos estos compuestos en el proceso integrado sugiere que la conversión del bio-oil fue más extendida que en el proceso discontinuo, en el cual las reacciones de craqueo fueron predominantes, generando mayor cantidad de productos gaseosos. En base a estos resultados, ambas configuraciones resultan interesantes para la producción de combustibles a partir de biomasa, ya sea por su relativamente alta producción de hidrocarburos (proceso discontinuo) o por la cantidad de productos líquidos obtenidos (proceso integrado)