Estudio cinético de la hidroconversión de aceite de Jatropha curcas L. sobre catalizadores Pt-Pd/Al2O3 -USY para la producción de biocombustibles

Abstract

Los procesos de hidrotratamiento son ampliamente usados en la industria petroquímica para mejorar características de los combustibles como lo es el octanaje, y a su vez eliminar contaminantes como azufre, nitrógeno, metales pesados, aromáticos y grupos oxigenados, entre otros. Todo esto con el fin de obtener fracciones más ligeras de crudo menos contaminantes y de mayor calidad, que cumplan con las normas ambientales. El proceso de hidroconversión similar al proceso de hidrotratamiento, utiliza como material de inicio aceites de origen vegetal de diferentes calidades. El proceso reside en la transformación de los ácidos grasos de aceites vegetales en hidrocarburos lineales del orden de longitud de cadena a fracciones de gasolina y diésel de tipo renovables. En este trabajo se estudia la aplicación del proceso de hidroconversión catalítica sobre aceite de Jatropha curcas L para la obtención de diferentes fracciones de hidrocarburos considerados del tipo de biocombustibles líquidos. Jatropha curcas L es una planta oleaginosa, es una especie endémica no comestible con origen en Centroamérica y México, en donde se registran variedades toxicas y no toxicas. La almendra de la semilla de Jatropha curcas L. llega a tener un 60 % en peso de aceite, este rendimiento depende de distintos factores tales como genotipo, tipo de suelo, clima y condiciones de cultivo. La planta de Jatropha curcas L. presenta resistencia a sequias y tiene capacidad de crecimiento en suelos áridos, por lo que su cultivo puede establecerse en tierras no apta para otros cultivos, por lo que no desplazaría cultivos alimenticios. Las características de Jatropha curcas L. hacen de ella una alternativa viable y sustentable para la generación de biocombustibles. Por otro lado, las propiedades fisicoquímicas del aceite de Jatropha curcas L. son recomendables para la producción de biocombustibles debido a sus excelentes propiedades de flujo a bajas temperaturas y alto poder calórico, ligeramente menos al del petrodiesel. Este aceite permite su fácil incorporación a los procesos actuales de hidrotratamiento, obteniendo una mezcla de hidrocarburos similares al de origen fósil llamado también biocrudo, a partir del cual pueden generarse combustibles de origen renovable que cumplan con las especificaciones de las normas Internacionales de combustibles fósiles. La actividad, selectividad y rendimiento del proceso de hidroconversión aplicado a aceites vegetales dependen en gran medida del tipo de catalizador utilizado el cual fue monitoreada por Espectroscopia infrarroja (FTIR) y cromatografía de masas acoplado a espectroscopia de masas (CG/MSD). Por lo cual en este trabajo se plantea el desarrollo de catalizadores bifuncionales que lleven a cabo las reacciones de conversión total de los ácidos grasos a hidrocarburos, generando altos niveles de conversión y enfocando la selectividad del proceso hacia un producto en particular como diésel o turbosina de tipo renovables. Así mismo que beneficie las rutas de reacción que promuevan menor cantidad de gases contaminantes (CO y CO2). El catalizador desarrollado en este trabajo debe proporcionar dos tipos de actividad catalítica para llevar a cabo las reacciones deseadas en el proceso de hidroconversión de aceites vegetales. Una función ácida la cual genera los arreglos moleculares en los compuestos formados y una función hidrogenante que permita la ruptura inicial de los compuestos insaturados hasta la formación de los hidrocarburos finales. Para el desarrollo de la función ácida generalmente se utilizan materiales cristalinos como las zeolitas. Estos silico-aluminatos se caracterizan por su alta acidez y su gran área superficial por lo que su uso se ha extendido hacia los catalizadores para procesos de hidrotratamiento. En este trabajo se eligió una Zeolita USY debido a su gran acidez y tamaño de poro que permite el acceso a las moléculas de ácidos grasos de mayor tamaño. Por su parte la función hidrogenante esta brindada por átomos metálicos. Los metales de transición como el platino presentan los mayores índices de actividad hidrogenante, por lo que se incorporó el platino a un soporte catalítico ácido. El catalizador bifuncional fue evaluado en la hidroconversión de aceite de Jatropha curcas L. utilizando diferente relación ácido/metal con el fin de analizar el efecto de la formulación del catalizador sobre la actividad y selectividad del proceso. Así mismo se analizó el efecto de otros parámetros de reacción como la temperatura, presión y tiempo de residencia (WHSV). Para esto se desarrolló un análisis paramétrico el cual mediante el uso de un modelo cinético de las reacciones de hidroconversión, desarrollado mediante la metodología de agrupamiento (LUMPS) que represente adecuadamente al proceso de hidroconversión de aceite de Jatropha curcas L. Este modelo resultó ser una herramienta para establecer las condiciones de operación del proceso de Hidroconversión de Jatropha curcas L. adecuadas para la producción de combustibles renovables.