Producción de biocombustibles mediante el co-procesado de aceites vegetales y grasas animales en unidades de craqueo catalítico

Resum

El desarrollo de biocarburantes forma parte de las estrategias europeas para reducir la emisión de gases de efecto invernadero derivados del transporte, así como diversificar el panorama energético. Una de las posibilidades de mejores perspectivas y mayor viabilidad a corto plazo, es el co-procesado de materias primas de origen renovable en unidades de refinería. En concreto, en la presente Tesis Doctoral, se ha evaluado la viabilidad técnica del co-procesado de aceites vegetales y grasas animales en la unidad de craqueo catalítico en lecho fluidizado (FCC), para lo que se ha realizado un estudio que comprende varias etapas. En primer lugar, se ha llevado a cabo la caracterización de diferentes alimentaciones para efectuar un estudio comparativo. Aunque, ciertas propiedades físicas de las de las materias primas renovables seleccionadas, como la densidad, viscosidad, relación C/H o el rango de temperaturas de ebullición son similares a las presentadas en el caso de corrientes minerales típicamente alimentadas a la unidad de FCC, no lo es la composición química de las mismas, pues los aceites y las grasas tienen un 11-13% de oxígeno en su composición con el que no cuentan las fracciones hidrocarbonadas, pudiendo existir problemas derivados de la presencia de ácidos grasos libres o elevadas cantidades de metales. Por otro lado, se han estudiado posibles problemas de inestabilidad térmica y corrosividad de mezclas de aceites y grasas con fracciones hidrocarbonadas en condiciones que intentan reproducir el sistema de almacenamiento y el tren de precalentamiento de la carga. Los principales resultados muestran la ausencia de problemas a temperatura moderada (sistema de almacenamiento y primeros intercambiadores de calor) y la posibilidad de formación de gomas, así como de un elevado número de ácidos grasos libres que ocasionan problemas de corrosividad a temperatura elevada (últimos intercambiadores y horno del tren de precalentamiento). Finalmente, se ha estudiado el efecto de la co-alimentación de materias primas renovables al sistema de reacción. Las principales conclusiones extraídas permiten comprobar como prácticamente la totalidad del oxígeno presente en la alimentación inicial termina en forma de CO, C02 y, sobre todo, agua. La alimentación de materias primas renovables a la unidad de FCC aumenta la reactividad de la alimentación hacia las reacciones de craqueo y aromatización, incrementando la producción de hidrocarburos gaseosos y la formación de compuestos mono y diaromáticos en el producto líquido final, cuyos rendimientos son reducidos, especialmente en el caso de las fracciones más pesadas, como son el LCO (reducción de más de un 45%) o el DO (reducción de más de un 75%). Asimismo, es posible apreciar diferencias a la hora de craquear distintas materias primas renovables en cuanto a su composición, ya que aceites y grasas con un perfil de ácidos grasos más saturados proporcionan mayores rendimientos hacia compuestos gaseosos, además de una menor producción de hidrocarburos líquidos (con un menor contenido en aromáticos). Tras llevar a cabo reacciones en diferentes condiciones, se puede comprobar como la modificación del catalizador o el sistema de reacción conducen a cambios significativos en la distribución de productos. Dentro de ellos, los más importantes son los asociados al efecto de la temperatura, estableciéndose como temperatura óptima para maximizar la producción de fracciones pesadas es 450°C, gasolina 500°C y gases 600°C. Esto se debe a que una reducida temperatura de craqueo reduce el grado de descomposición de los hidrocarburos pesados, si bien es cierto que si la temperatura es inferior a 450°C, se registran importantes cantidades de oxígeno en el producto líquido orgánico. Por otro lado, según aumenta la temperatura, se favorecen las reacciones de craqueo y aromatización, promoviendo la mayor formación de gasolina o, sobre todo, de compuestos gaseosos.