2,5 - Dimetilfurano como biocomponente energético para la formulación de Biocombustibles.

“ESTUDIO DE PRE-FACTIBILIDAD TÉCNICO-ECONÓMICO PARA LA PRODUCCIÓN DE 2,5-DMF, COMO BIOCOMPONENTE ENERGÉTICO RENOVABLE Y LIMPIO PARA

AUMENTAR EL OCTANAJE DE LOS BIOCOMBUSTIBLES DE REFINERÍA TALARA – PETROPERU S.A.”

Responsable:

Gian Percy Lozano Flores. Bachiller en Ingeniería Química.

“Tesis para la obtención del Titulo de Ingeniero Químico.”

Derechos reservados – Autor: Gian Percy Lozano Flores.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA INFORME FINAL DE PROYECTO DE TESIS

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: • Realizar un estudio de Pre-Factibilidad Técnico-Económico para

la producción de 2,5 DMF a partir del procesamiento de la biomasa, como biocomponente energético renovable y limpio para mejorar el rendimiento de los biocombustibles de Refinería Talara.

OBJETIVOS ESPECIFICOS: • Producir a nivel de laboratorio el 2,5 DMF, como

biocomponente energético. • Demostrar que el 2,5 DMF, es un biocomponente energético

renovable y limpio. • Aumentar el octanaje y mejorar la combustión de los

biocombustibles de Refinería Talara – PETROPERU S.A. • Evaluar el rendimiento y producción de DMF. • Determinar la viabilidad de producción de 2,5 DMF, como

biocomponente energético renovable y limpio a nivel industrial en la RFTL.


¿COMPONENTE?

¿ADITIVO?

¿COMBUSTIBLE?

Ahora veamos los nuevos términos… Derechos reservados – Autor: Gian Percy Lozano Flores.

¿BIOCOMPONENTE?

¿BIOCOMBUSTIBLE?


Productos competitivos El Biodiesel: • Es obtenido a partir de aceites provenientes de semillas

oleaginosas, de frutos oleaginosos, de aceites vegetales de deshecho (aceite de fritura usados) o grasas animales.

• Los aceites o grasas deben pasar por un proceso denominado transesterificación, para obtener el biodiesel, proceso que comprende el calentando del aceite, mezclado con alcohol metílico y catalizador, posteriormente se lava con agua acidificada para obtener el biodiesel y como subproducto se tendrá el glicerol (glicerina).

El Bioetanol: • Es obtenido a partir del alcohol proveniente de distintas

plantas como la caña de azúcar, la remolacha, maíz, residuos forestales y otros.

• El producto se obtiene por la fermentación de plantas, que dan lugar a un alcohol etílico. Este producto debe ser sometido a un proceso que lo libere de agua y así está listo para ser mezclado con la gasolina común.


Tipos de biocombustibles y/o biocomponentes

Primera generación: Son biocombustibles y/o biocomponentes producidos a base de azúcar, almidón, aceite vegetal o grasa animal usando tecnología convencional. Son aquellos basados en alimentos, es decir, los que son parte de la cadena alimenticia de animales o humanos.

•Aceite vegetal •Biodiesel •Bioalcoholes (etanol, propanol y butanol)

•Bioeter (mejoradores de octano)

•Biogas (metano)

•Biocombustibles sólidos (madera, carbón, desechos orgánicos)


Tipos de biocombustibles y/o biocomponentes

Segunda generación: Son biocombustibles y/o biocomponentes producidos a base de cultivos no destinados a la alimentación, incluyendo biocombustibles celulósicos. Estos últimos se refieren a combustibles hechos a partir de lignocelulosa, es decir las partes no comestibles de las plantas.

•Biohidrógeno •Biometanol •DMF - 2,5 Dimetil furano (bioalcohol)

Tercera generación: También llamado “oilgae” es biocombustible y/o biocomponente procedente de algas. Aún no se producen estos combustibles pero se están estudiando las especies Botryococcus braunii y Chlorella vulgaris como posibles microorganismos a utilizar.


Demanda de biocombustibles (RFTL)

y = 27.556x + 494.82

y = 62.481x + 225.49

y = 4.9301x + 20.629

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

2007 2008 2009 2010 2011

Gasolina 84 Ml.Bl.

Gasolina 90 Ml.Bl.

Gasolina 95 Ml.Bl.

Lineal (Gasolina 84Ml.Bl.)Lineal (Gasolina 90Ml.Bl.)


Demanda de DMF (RFTL)

Capacidad de planta: 159.94MI.Bls/Año

Capacidad de planta: 114.24MI.Bls/Año


DMF como biocombustible, componente y/o biocomponente

Propiedades Unidades DMF Etanol Gasolina

Fórmula molecular C6H8O C2H6O C2-C14

Masa molecular Kg/mol 96.13 46.07 100-105

Densidad a 20°C Kg/m3 889.7 790.7 744.6

Densidad energética KJ/m3 30 24 32-34.6

Punto de ebullición °C 92-94 78 28-177

Solubilidad en agua a 25°C mg/ml Insoluble, ≤1.47 Muy soluble, ≥100 insoluble

*C.O.G % 16.67 34.78 0

Ratio de H/C 1.33 3 1.865

Ratio de O/C 0.17 0.5 0

*R.E Aire/Combustible 10.72 8.95 14.56

RON 180.6 129 81-87-95.8

Flash point °C 285.85 363 257

Calor latente de vaporización a 20°C KJ/mol 31.91 43.25 38.51

*C.O.G: Contenido de oxigeno gravimétrico.

*R.E: Ratio estequiométrico. Nota: es importante mencionar que el consumo de energia para producir DMF es 1/3

de la energia requerida para obtener etanol.


Evolución de la producción peruana de Caña de Azúcar (Fuente SIRTOD)


¿Cómo hace la separación de los biocomponentes?


Productos obtenidos a partir de la hemicelulosa


Productos obtenidos a partir de la celulosa


Resultados de la deshidratación ácida de soluciones de Fructuosa (30%) y Glucosa (10%)


Rendimiento de la reacción de hidrogenólisis en la fase vapor en el reactor de flujo


Eficiencias de la deshidratación ácida de soluciones de Xilosa (10%)


Proyecciones de cantidad de bagazo de caña disponible para la producción de DMF

HMF1 a partir de la Xilosa


Cantidad de Xilosa disponible en el hidrolizado1

de la fracción hemicelulósica.

Cantidad de furfural producido vía deshidratación1 ácida de xilosa.

Cantidad de HMF producido vía hidroximetilación1 de furfural.

HMF2 a partir de la Glucosa


Cantidad de glucosa disponible en el hidrolizado1 de la fracción hemicelulósica.

Cantidad de fructuosa obtenida vía reacción de isomerización1 enzimática de glucosa.

Cantidad de HMF producido vía deshidratación1 ácida de la fructuosa.

Total de HMF proyectado a producir


Cantidad de HMF producido vía deshidratación1 ácida de la fructuosa.

Cantidad de HMF producido vía hidroximetilación1 de furfural.

Cantidad total de HMF disponible.

Volumen de DMF producido mediante hidrogenólisis1 de HMF


Resumen de los resultados de la proyección de producción de DMF a partir de algunos residuos agrícolas para el año 2020.

Ver hoja de cálculo

Balance gian.xlsx

Normativa relacionada a Biocombustibles

1.- Ley de Promoción del Mercado de Biocombustibles, Ley N° 28054 (2003) – Objetivos de la Ley:

• Diversificar el mercado de combustibles • Fomentar el desarrollo agropecuario y agroindustrial • Disminuir la contaminación ambiental • Ofrecer un mercado alternativo en la lucha contra las

drogas.

2.- Reglamento de la Ley de Promoción del Mercado de Biocombustibles – Establece condiciones para:

• Promover el uso de los Biocombustibles • Promover los cultivos para Biocombustibles • Promoción de proyectos de inversión • Promover el desarrollo de tecnologías (a cargo de

CONCYTEC)


3.- Reglamento para la comercialización de los Biocombustibles

– Contenido:

• Normas correspondientes a la comercialización y distribución de Biocombustibles puros y sus mezclas con combustibles líquidos derivados de los hidrocarburos.

• Normas Técnicas de Calidad.

• Normas correspondientes para el registro de las mezclas ante la Dirección General de Hidrocarburos.


Costos y evaluación económica

Periodos proyectados para la producción de DMF

Costo de producción de DMF


Costos y evaluación económica

Beneficio neto por producción de DMF

Flujo de caja

Ver hoja de cálculo Derechos reservados – Autor: Gian Percy Lozano Flores.

Cap 10.xlsx

Ventajas de Biocombustibles

• Palanca para el desarrollo agrícola.

• Alternativa para el uso de tierras y la ampliación de la frontera agrícola.

• Su uso disminuye las emisiones de gases de efecto invernadero y óxidos de azufre, además de reduce entre 60% y 90% la cantidad de hidrocarburos totales no quemados.


Conclusiones • Se logro producir a nivel de laboratorio 2,5 DMF, obteniendo rendimientos

entre el 77% y 79% por hidrogenólisis en un reactor de flujo.

• Se demostró que el 2,5 – DMF no contamina el agua por su naturaleza hidrofóbica y biodegradable en el suelo. No se difunde en el aire con facilidad por su elevada temperatura de volatilización (94°C).

• Mejora el blending para biocombustibles ya que tiene un mayor número de octanos (180.6 RON) y su densidad energética es de 30kJ/m3 siendo 40% mayor a la del etanol.

• Es viable la instalación para la RFTL ya que cuenta con las materias primas necesarias para poder desarrollar es proyecto, y las que no están disponibles son de fácil acceso. También abordando el tema de legislaciones, RFTL cuenta con todos los permisos y estudios ambientales implementar esta tecnología en sus instalaciones.

• Con este trabajo se identifico que cada vez incrementan las investigaciones por este biocomponente en EE.UU. y Holanda ya que ene estos países son más rígidas en relación a materiales ambientalmente aceptables, siendo este el primer trabajo en Perú.


Conclusiones

• A la cantidad de bagazo de caña excedente, producida en el sector sucro alcoholero nacional, proyectada al año 2020 será de 48,0 millones de toneladas. Siendo esta cantidad de bagazo destinada a la producción de DMF conforme la tecnología desarrollada, este se puede agregar a la fuente de energía nacional, con 2.9 billones de litros de este DMF ya sea como biocomponente para el blending de los biocombustibles de la Refinería Talara o como solo Biocombustible en un futuro.

• Análogamente también se estimo la cantidad de DMF producida a partir de residuos excedentes de las cosechas de arroz, trigo y maíz en el año 2020. Con esto, el volumen de DMF antes previsto o determinado aumentaría a 6,43 billones de litros, el equivalente en energía al 30% de la demanda de gasolina en el mercado nacional para el año 2020. Pero realmente esta cantidad sería producida y utilizada por Refinería Talara como biocomponente para mejorar el blending y formulación de sus biocombustibles.


Recomendaciones • La continuidad de este trabajo sigue con la extensión de la tecnología

desarrollada mediante experimentos en laboratorios, desarrollando plantas pre-piloto, creando una plataforma sustentable de producción de DMF.

• Realizar un estudio detallado de integración el proceso, tanto másico como energético, englobando todas las corrientes, sea de proceso así como de utilidades. Esto ciertamente podrá reducir el aporte energético del proceso, favoreciendo la relación input/output de energía, no solo para Refinería Talara, sino también para las empresas que deseen implementar este proceso productivo futurista.

• La tecnología desarrollada debe ser integrada a la unidad industrial de Refinería Talara o cualquier refinería que dependa del uso de un biocomponente para el blending de sus biocombustibles, dentro del contexto de Biorrefinería, estudiando los procesos de transformación y purificación de los diversos subproductos y residuos, siendo necesario hacer un seguimiento riguroso de todos estos y caracterizarlos económicamente, levantando la demanda en el mercado y su potencial consumo.

• Diseñar o concebir una etapa de separación de la fructuosa del sistema en equilibrio fructuosa ↔ glucosa, optimizando o aumentando la conversión de la reacción de isomerización enzimática.


Hidrogenólisis


Hidrogenólisis


Carga de catalizador con alto

flujo de H2

Carga de catalizador con bajo

flujo de H2

Hidrogenólisis


Estos son los efectos en la superficie del catalizador de

Cu:Ru si no esta blindado con C

AGRADECIMIENTOS A:


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