Estudio técnico y económico del hidrotratamiento de ésteres y ácidos grasos

Abstract

RESUMEN: El hidrotratamiento de ésteres y ácidos grasos es una alternativa tecnológica para la producción de combustibles limpios. El objetivo de este estudio fue llevar a cabo un estudio técnico y económico para determinar las condiciones de operación, capacidad de la planta y precios de materia prima requeridos para alcanzar un proceso rentable. El aceite de Jatropha Curcas L. y el biodiesel fueron usados como materia prima. Este estudio fue aplicado para la construcción de un proceso basado en datos de la Ciudad de México. Se consideraron dos escenarios de proceso, el escenario A considera principalmente el proceso de hidrotratamiento de ésteres y ácidos grasos, mientras que el escenario B considera un proceso de transesterificación e hidrotratamiento de ésteres metílicos de ácidos grasos. Se seleccionó un catalizador de NiMo/Al2O3 para un reactor de hidrotratamiento donde el diesel verde es el producto principal, mientras que en el reactor de hidroisomerización e hidrodesintegración con un catalizador de NiMo/SAPO-11 el producto principal es la bioturbosina. El modelado de procesos se llevó a cabo en Aspen Plus, mientras el estudio económico se realizó en Aspen Process Economic Analyzer. Se realizó el cálculo de capital de inversión, costos de operación, escalas y rentabilidad del proceso para la producción de bioturbosina y coproductos. Adicionalmente, se realizó la integración de calor mediante el método Pinch a través de Aspen Energy Analyzer para reducir los costos de operación. Finalmente, la metodología de superficies de respuesta fue utilizada para evaluar los efectos de la capacidad de la planta y el precio de compra del aceite, con el fin de alcanzar la rentabilidad y un precio mínimo de venta competitivo con la turbosina. El estudio económico reveló que el escenario A, es más rentable en comparación con el escenario B. Los costos del escenario seleccionado (A) fueron de $614 millones y $2,722 millones de pesos, de capital y operación, respectivamente. Los costos de operación fueron generados principalmente por el precio de la materia prima (aceite). A partir del análisis de optimización se observó que para una planta con capacidad de producción de 63 millones de litros de bioturbosina por año se alcanza la rentabilidad solo si se compra el litro de aceite como máximo en $5 pesos. Bajo estas condiciones se generó un proyecto con un índice de rentabilidad de 1.3 y un precio de $12 pesos por litro de bioturbosina. Es por lo tanto posible considerar en México la instalación de plantas para producir bioturbosina a un precio competitivo y un proceso amigable con el medio ambiente. ABSTRACT: Hydrotreatment of esters and fatty acids for the biojet fuel production is a technological alternative to obtain clean fuels. The objective of this study was to carry out a technoeconomic studies to determine the optimal operating conditions, plant capacity and raw material competitive prices that lead to a profitable process. Jatropha Curcas L. oil and biodiesel were used as raw material. This study was applied for the construction of a process based on data from Mexico City. Two process scenarios were considered, scenario A considers mainly the process of hydrotreatment of esters and fatty acids, while scenario B considers a process of transesterification and hydrotreatment of fatty acid methyl esters. A NiMo/Al2O3 catalyst was selected for a hydrotreatment reactor where green diesel is the main product, while in the hydroisomerization and hydrodesintegration reactor with a NiMo/SAPO-11 catalyst the main product is biojet fuel. The process modeling was performed in Aspen Plus, while the economic study was performed in Aspen Process Economic Analyzer. The calculation of investment capital, operating costs, scales and profitability of the process for the production of biojet duel and co-products was performed. Additionally, heat integration was performed using the Pinch method through Aspen Energy Analyzer to reduce operating costs. Finally, the response surface methodology was used to evaluate the effects of the plant's capacity and the purchase price of the oil, in order to achieve profitability and a minimum competitive selling price with the jet fuel. The economic study revealed that scenario A is more profitable compared to scenario B. The costs of the selected scenario (A) were $614 million and $2,722 million MXP, for capital and operating, respectively. The operating costs were generated mainly by the price of the raw material (oil). From the optimization analysis it was observed that for a plant with a production capacity of 64 million liters of biojet fuel per year, the plant profitability is achieved only with a maximum oil price of $ 5 pesos per liter. Under these conditions, a project with a profitability index of 1.3 and a price of $ 12 pesos per liter of biojet fuel was generated. Thus, the installation of plants to produce biojet fuel in Mexico could be considered to be economical viable and environmentally friendly.