Hidrotratamiento de aceite vegetal Jatropha Curcas L. para la producción de diesel verde

Abstract

RESUMEN: El desarrollo de nuevas tecnologías para la producción de combustibles limpios, tales como el diesel renovable, han surgido como nueva alternativa que pretende sustituir los combustibles derivados del petróleo, cuyo objetivo es contrarrestar los efectos de la contaminación que estos causan, además de prever el próximo agotamiento de esta fuente de energía.

El diesel renovable producido mediante hidrotratamiento de aceite vegetal presenta algunas ventajas respecto a los combustibles renovables propuestos, algunas de ellas son que no es necesario establecer una nueva infraestructura para su producción, su principio de obtención es el mismo que el usado en el hidrotratamiento de refinación del petróleo que se encuentra en cualquier refinería; además presenta una mejor estabilidad a la oxidación e índice de cetano, comparado con el biodiesel.

Su obtención involucra la presencia de catalizadores bifuncionales, alta presión de hidrógeno y temperatura de reacción aproximada a 350 °C. En este trabajo se evaluaron dos catalizadores comerciales, NiMo/Al2O3 y CoMo/Al2O3, en la producción de combustibles verdes, en específico, diesel y gasolina, a partir del hidrotratamiento catalítico de aceite vegetal de Jatropha Curcas L.

Asimismo, se sintetizaron tres materiales de tipo NiMo/SiO2-Al2O3, a diferentes composiciones de MoO3 impregnado, 5, 10 y 15 % peso; para estudiar su efecto en la conversión a hidrocarburos de alto valor económico. Estos catalizadores se prepararon mediante la impregnación sucesiva de las sales metálicas de (NH4)6Mo7O24·4H2O y Ni(NO3)2·6H2O. Para lograr una mejor impregnación, se determinó el punto de carga cero del soporte catalítico. Los catalizadores se caracterizaron por absorción atómica, microscopia de transmisión electrónica (por sus siglas en inglés, TEM), difracción de rayos X y fisisorción de N2.

La evaluación de los catalizadores se realizó en un reactor intermitente cuya capacidad es de 100 mL y que puede operar hasta 350 °C, 25 MPa de presión y 3000 rpm de agitación. Las condiciones de operación de cada experimento, fueron planteadas de acuerdo a un diseño de experimentos de tipo Taguchi L9, además con este diseño de experimentos se realizó un estudio estadístico para encontrar las condiciones de operación óptimas para obtener un alto rendimiento de hidrocarburos comprendidos en el intervalo del diesel.

Dentro de los catalizadores sintetizados, se encontró que la mejor conversión se alcanza con el catalizador que contiene una mayor proporción de MoO3, ya que este posee gran cantidad de sitios activos que benefician la desoxigenación de las moléculas de triglicéridos presentes en el aceite vegetal.

Además, se encontró que los catalizadores evaluados, NiMo/Al2O3, CoMo/Al2O3 y NiMo/SiO2-Al2O3, presentan una gran actividad catalítica para las reacciones de hidrodesoxigenación alcanzando altas conversiones de triglicéridos. Principalmente, con el uso del catalizador de NiMo/SiO2-Al2O3 a altas presiones de hidrógeno, 11 MPa, y a una temperatura de reacción de 350 °C se logró obtener una mezcla de hidrocarburos con bajo punto de fluidez, posiblemente debido a que el SiO2-Al2O3 contiene gran cantidad de sitios ácidos de Brönsted, que isomerizan y desintegran catalíticamente algunas parafinas que van desde el n-C15H32 al n-C18H38. ABSTRACT: The development of new technologies for the production of clean fuels such as renewable diesel, have emerged as a new alternative which pretend replace the fuels obtained from petroleum, and their objective is counter the effects of the pollution that these fuels cause, in addition to providing the next depletion of this energy source. The renewable diesel produced by hydrotreating vegetable oil has some advantages respect others proposed renewable fuels, some of them are listed below:  It is no necessary to establish a new infrastructure for its production,  Its method of production is the same using in the hydrotreatment process of a refinery oil,  Exhibits better oxidation stability and cetane number compared to biodiesel.

Its preparation involves the presence of bifunctional catalysts, high hydrogen pressure and high temperature of reaction, about 350 ° C. In this work two catalysts were evaluated, NiMo/Al2O3 y CoMo/Al2O3, in the production of green fuels, specifically, diesel and gasoline from catalytic hydrotreating vegetable, Jatropha Curcas L.

On the other hand, three catalytic materials such as NiMo/SiO2-Al2O3, were synthesized at different amounts of MoO3 impregnated 5, 10 and 15 wt%, to study its effect on the conversion to hydrocarbons of high economic value. These catalysts were prepared by sequential impregnation of the metal salts of (NH4)6Mo7O24·4H2O and Ni(NO3)2·6H2O. For better impregnation, the zero charge point of the catalytic support was determined.

The catalysts were characterized by atomic absorption, transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction and N2 physisorption.

Evaluation of catalysts was performed in a batch reactor with a capacity of 100 mL and which can operate up to 350 ° C, pressure 25 MPa and 3000 rpm agitation.

Operating conditions of each experiment were raised according to an experimental design of Taguchi L9, moreover, with this experimental design, a statistical study was performed to found the optimum operating conditions to obtain a high yield of hydrocarbons in the range of diesel.

Among the synthesized catalysts, it was found that the best conversion is reached with the catalyst containing a higher proportion of MoO3, as this has a greater number of active sites benefit deoxygenating triglyceride molecules present in the vegetable oil.

It was found, the evaluated catalysts, NiMo/Al2O3, CoMo/Al2O3 y NiMo/SiO2-Al2O3, exhibit high catalytic activity in hydrodeoxygenation reactions achieving high conversions of triglycerides. Mainly with the catalyst NiMo/SiO2-Al2O3 to high hydrogen pressure, 11 MPa, reaction temperature, 350 °C, was achieved to obtain a mixture of hydrocarbons with low pour point, due to the catalytic support, SiO2-Al2O3, have high amount of Brönsted acid sites which isomerizes and disintegrate catalytically some paraffins ranging from nC15H32 al n-C18H38.