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    l

    Boletn Tcnico No, 26

    Metl ster sulfonado:

    una generacin nueva de surfactantes

    Anli 'is de prefaclibilidad l{;QlCO econmica para la

    produccin de metil : teres ulfonado U-M

    ES

    en Colombia

    Sandra Milena Rincn Miranda

    Daniel Mauricio Martnez Crdenas

    Jess Alberto Garca Nez

    Centro

    de

    Investigacin en Palma de Aceite (Cenipalma)

    Bogot, noviembre de 2010

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    Metil ster sulfonado: un generaci6n nueva de surfactantes

    BOLETN TCNICO No. 26

    Metil ster sulfonado: una generacin nueva de surfactantes

    Publicacin del Centro de Investigacin en Palma de Aceite Cenipalma)

    Cofinanciado por Fedepalma - Fondo de Fomento Palmero

    Textos

    Sandra Milena Rincn Miranda - Investigador Asociado. Lder del rea de Usos

    Alternativos

    Daniel

    Maudcio

    Martnez Crdenas - Auxiliar de Investigacin

    Jess Alberto Garca Nez - Coordinador Programa Procesamiento de Cenipalma

    Coordinador editorial

    Patricia Bozzi Angel

    Diseo

    y

    diagramacin

    Carlos

    Sandoval

    Pigmalin

    Fotografa

    portada

    Chemithon Corporation

    Hogun.

    J.

    2008) Coleccin fotogrfica de Fedepalma

    Impresin

    Impresores Molher Ltda.

    Cenipalma

    Calle 20 A No. 43 A-50, piso 4.

    PBX: 57-1) 2086300 Fax: 57-1) 3681152

    www.cenipalma.org

    Bogot D. C. Colombia

    Noviembre de 2010

    ISBN: 978-958-8360-22-5

    2

    I

    r

    I

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    enipalma

    resentacin

    El presente Boletn Tcnico forma parte del proyecto de Oleoqumica de Cenipalma,

    que tuvo su origen en el ejercicio de visin y estrategias de la palmicultura colom

    biana realizado por Fedepalma en 1999, en el cual se plasm que la diversificacin

    de los productos derivados de la palma de aceite para la conquista de mercados ob

    jetivo, regionales e internacionales, debera ser contemplada en la estrategia bsica

    colectiva del sector (Fedepalma 2006).

    En

    2001 el Ministerio de Agricultura

    y

    Desarrollo Rural aprob la puesta en

    marcha de un estudio prospectivo sobre la oleoqumica de los aceites de palma y

    de palmiste en Colombia (Cenipalma-Fedepalma, 2(03). Con l se dio a conOCer el

    mercado potencial que existe para los productos de la oleoqurnica (bsicos y deriva

    dos) , se identificaron los principales productos que se comercializan en Colombia , y

    se definieron las posibilidades de mercado en pases corno Estados Unidos , Mxico ,

    Brasil , Chile, Argentina y los pertenecientes a la Comunidad Andina de Naciones.

    Adems, se realiz un estudio prospectivo para mostrar los diferentes escenarios

    en los que puede encontrarse el desarrollo de la oleoqumica del aceite de palma en

    2010.

    Los resultados de ese estudio permitieron establecer que la investigacin en

    oleoqUmica en Colombia no se encuentra en

    un

    estado incipiente, pero tampoco

    se trata de una actividad plenamente consolidada, debido a que lo logrado hasta el

    momento ha sido producto de esfuerzos dispersos y no de un propsito nacional

    unificado.

    Con el fin de promover proyectos de investigacin en el rea, as como de

    implementar una estrategia de articulacin entre los sectores industrial, acadmico y

    palmicultor para la bsqueda de nuevos usos de los aceites de palma y de palmiste, y

    para facilitar la construccin del escenario de la oleoqumica de cara al 20 I

    O

    lamado

    El camino de la palma , se realizaron talleres regionales para la integracin de sec

    tores , en los que hubo consenso sobre lo determinantes que resultan l biodisel y los

    detergentes para

    l s

    polticas de desarrollo de la industria oleoqumica.

    En consecuencia, en 2005 el sector palmero inici los estudios conducentes

    a determinar la factibilidad tcnica sobre el uso del aceite de palma como materia

    prima para la produccin interna de biodisel. Hoy da este combustible demanda al

    rededor de 150.000 toneladas, la cual tiende a crecer al 2,6% anual hasta 2020. Fruto

    de la implementacin del programa de biodisel,

    en

    2010 Colombia se convertir en

    el primer pas del mundo con

    un

    programa nacional de mezclas de disel-biodisel

    de palma, ste ltimo al 10%.

    3

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    Metil ster sulfonado una gener cin nueva de surfactantes

    Dadas las circunstancias descritas Cenipalma cree que por el desarrollo de las

    industrias palmera y de la oleoqumica referida al biodisel en la actualidad estn

    armados en Colombia los cimientos necesarios para empezar a producir detergentes

    a base de surfactantes derivados de los metil steres de aceite de palma: metil steres

    sulfonados

    MES). Este es justamente el tema del presente boletn cuyo propsito es

    ofrecer un visin somera del proceso tcnico y mostrar l rentabilidad de snlfonar

    el metil ster de palma de aceite en el pas.

    JOS IGNACIO SANZ SCOVINO

    Director Ejecutivo

    \

    \

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    Contenido

    Introduccin 9

    Primera parte.

    Evaluacin de prefactibilidad tcnico-econmica

    5

    Materias primas 17

    Descripcin del proceso base de produccin de metil steres 17

    Transesterificacin del aceite de palma 17

    Descripcin del proceso base de produccin de metil steres sulfonados 22

    Secado del aire

    22

    Generacin de SO, 22

    Sulfonacin

    y

    digestin 25

    Blanqueamiento

    y

    Neutralizacin

    6

    Secado de los MES 27

    Recuperacin del metanol 27

    Purificacin de gases efluentes

    27

    Descripcin fsica del sistema de sulfonacin 28

    Balances de materia

    32

    Balance de efluentes y contammantes 34

    Anlisis econmico del proceso base de produccin de metil steres

    sulfonados 38

    Ubicacin

    y

    capacidad de produccin 38

    Parmetros de anlisis usados para el anlisis econmico

    40

    Caractersticas econmicas del proceso de produccin de metil steres 43

    Caractersticas econmicas de proceso de sulfonacin de los

    met steres 44

    Segunda parte. Descripcin del proceso de produccin de MES 47

    Acondicionamiento o refinacin de los metil steres 49

    Destilacin O fraccionamiento

    Cristalizacin

    Hidrogenacin

    Proceso de

    su

    lfonacin de los metil steres

    Agentes de sulfonacin

    Concentracin del agente de su fonacin

    Temperatura

    de

    reaccin

    Cat"h,wdorc, y O a d ) ' U ~ I I I I l ~ ,

    P r U ( i n 1 H . H t n ~

    pU J

    l J U l f O U ~ l l : I t l de ~ p u c ~ , o s o l r l n i c n ~

    Tr: I3 mlcnto directo e m .mhidnJu ,u l lu,mll

    Sullnnu< {1II lcuITl

    TrammlcnlQ t r I ~ U . l "

    ck l u r r ~ ( ' i l l ,)

    49

    50

    51

    52

    52

    53

    53

    53

    54

    54

    54

    54

    5

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    Metil ster sulfonado: una generacin nueva de

    s u r f c t n t e ~

    Tecnologas disponibles para l sulfonacin

    Procesos discontinuos

    Procesos continuos

    Etapas de purificacin del metil ster sulfonado

    BIanquClJ miento

    eurrol zac

    n

    Secndo

    o n c h ~ l o

    Agrodccimlcnu .

    BihhografTa

    6

    55

    55

    55

    6

    6

    61

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    64

    65

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    C ct

    II lm

    ndice de figuras

    Figura 1. Dngnuna del proceso de produccin de metiJ ,lcre,

    19

    Figura

    2.

    Diagrama del proceso

    de

    produccin

    de

    mctil

    l>leres

    sulfom,

    dos

    23

    Figura

    3.

    Perfil

    de

    temperaturas

    y

    viscosidad

    a

    lo ruto del reactor

    de

    SuJfollfici6n 26

    Figura 4. Dillgrnma gencrdl del su,t

    cma

    de ,ulfonacin 28

    Figura 5. Dia ,'T"dIJlu de l \lSlema de

    dc humidificacin

    del

    uiI'C 29

    Figura 6. Diagrama si,rema de produccin de gas sulfollante con SO] 29

    Figura 7. Diagrtuna del

    sistema

    de sullbnacin de 10& metil steres 30

    Figura 8. Diagrama del stcmn de punticacill de los ga,e, cllucOIe, 30

    Figura 9.

    Diagram.1

    del istcmn

    de

    digestin.

    blanqulmmiento. neutraJ]zocJn

    y

    secudo

    de

    los

    MES 31

    Figura

    lO

    . RclllCi6n

    de

    Crn,IO,

    de

    un

    sislema de

    ulfonaci6n

    37

    Figura . Resultudos

    oel

    anlisis de se llslbllidad de prectt1 del meril ster

    con respeclo

    al

    Co,lo de

    I;\s

    malcrias

    pnms

    43

    Figum 12. Ventas)' COSIOS de opemcin del proces\1 por lUlO 45

    Figum 13

    .

    Flujo

    de

    cajll del proceso

    ck ulfonnci6n de

    los

    mCll

    l l sleres 45

    7

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    Men l

    . lcrruUnnl l1o:un

    gencroci

    On C i(l di ~ ; l I n

    ndice de tablas

    Tabla l Organizaciones oferentes de tecnologra para la sulfonaci6n de

    metil steres

    Tabla 2. Distribucin de triglicridos y otros componentes para el aceite

    12

    de palma colombiano .. 18

    Tabla 3. Composicin de la corriente resultante de metil steres obtenidos de

    aceite de palma colombiano empleando el proceso base descrito . .

    21

    Tabla 4. Descripcin de equipos

    y

    condiciones del proceso de produccin de

    metil steres a partir de aceite de palma ... .

    ..

    .... .... .... .... .... . .

    21

    Tabla 5 Caractersticas de algunas corrientes del proceso ..... . . ... . .... 24

    Tabla

    6

    Caractersticas de cada una de las etapas de transformaci6n

    del SO, a SO ..................

    .

    ............. u 25

    Tabla

    7.

    Descripcin de los equipos

    y

    condiciones empleadas en el proceso

    de sulfonacin de los metil steres .........

    u

    31

    Tabla 8. Balance de masa total sobre el proceso de produccin de metil

    steres

    33

    Tabla 9. Balance de masa total sobre el proceso de sulfonaci6n de metil

    steres .... 33

    Tabla 10. Propiedades de las corrientes elluentes del proceso de sulfonacin

    de los metil steres .

    35

    Tabla

    11.

    Composicin msica de las corrientes elluentes del proceso de

    sulfonacin de los metil esteres .. .. .... .. 36

    Tabla 12. Plantas en produccin y en construccin para la produccin de

    biodisel en Colombia . 38

    Tabla 13. Origen de materias primas para el proceso de produccin de

    los

    MES .

    39

    Tabla 14. Relacin de costo de transporte de materias primas segn ubicacin

    de la planta de produccin de

    MES

    ..

    ... .

    .

    uuu

    40

    Tabla 15. Parmetros para el anlisis econmico uu u u u u . 40

    Tabla 16. Precios de materias primas empleados para el anlisis de los

    procesos ............

    uu u u

    42

    Tabla 17. Caractersticas de los servicios de proceso empleados para

    l

    anlisis del proceso . 42

    Tabla 18. Resultados evaluacin econmica del proceso completo de

    produccin de MES a partir de metil steres .. 44

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    nlroduccin

    Los productos detergentes, de aseo

    y

    limpieza son bsicos en la canasta familiar,

    pues estn ntimamente relacionados con el bienestar de los consumidores. Las em-

    presas que los fabrica se caracterizan por realizar inversiones continuas, ligadas a

    la innovacin en aspectos como las materias primas, los ingredientes activos y los

    empaques; de esa manera le agregan valor a la produccin y generan productos es-

    pecializados que les permiten segmentar el mercado.

    Los detergentes se utilizan en procesos de lavado

    y

    limpieza,

    y

    pueden adoptar

    cualquier apariencia (lquido, polvo , pasta, barra, pastilla , etc.) para ser comerciali-

    zados con destino a los usos domstico, institucional o industrial. Estn constituidos

    principalmente por surfactantes aninicos como el a1quilbenceno sulfonado lineal

    (LAS) y

    los alcoholes grasos sulfatados

    (FAS) ,

    que juntos representan ms del 50

    del total de los surfactantes empleados por la industria. Otros surfactantes usados

    para la formulacin de detergentes son: alfa olefin sulfonatos (AOS), alcohol ter

    sulfatos

    AES)

    , nonyl fenal etoxilado (NPE), y recientemente

    el

    metil ster sulfonado

    MES).

    Debido a su estructura qumica, estos compuestos son altamente solubles en

    el medio de lavado y

    al

    mismo tiempo actan a una mxima hidrofobicidad con l,

    lo que permite solubilizar y as eliminar la suciedad de las superficies.

    La habilidad del detergente para cumplir su funcin de limpieza no depende

    exclusivamente de la composicin de la formulacin, sino tambin de las condi-

    ciones de uso y la naturaleza de

    l

    sustancia que ser removida o dispersada , cuyas

    variables son: tiempo de contacto con

    l

    superficie por limpiar, fuerza fsica ejercida

    sobre la superficie en forma de velocidad o flujo , concentracin del detergente que

    se utilizar en la carga de lavado, temperatura presente en

    l

    solucin limpiadora,

    rea de contacto de la superficie por limpiar y persona que ejecuta la operacin de

    limpieza. Por su parte , los consumidores que se declaran a favor de

    l

    proteccin del

    medio ambiente asumen voluntariamente

    el

    compromiso de utilizar estrictamente las

    cantidades de los detergentes sealadas por el fabricante , con el propsito de limitar

    la posible contaminacin.

    El sector colombiano fabricante de productos de aseo y cosmticos vendi en

    2008 cerca de 2.040 millones de dlares, representativos de un crecimiento prome-

    dio anual del 57 durante el ltimo quinquenio, hecho que

    le

    ha valido el posiciona-

    miento como uno de los ms grandes de Latinoamrica.

    En el caso particular de los detergentes, 58,5 de los principales productos

    exportados correspondi a preparaciones tensoactivas y preparaciones para el lavado

    y la limpieza; 8 a jabones y preparaciones orgnicas tensoactivas,

    y

    el porcentaje

    restante a otras preparaciones tensoactivas, productos y jabones. Por su parte, las ex-

    portaciones del sector del aseo superaron los

    109

    millones de dlares el mismo ao.

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    Vale sealar que histricamente la balanza comercial de las materias primas uti

    lizadas para la fabricacin de detergentes en el pas ha sido negativa; esa industria se

    abastece principalmente

    de

    las importaciones del dodecilbenceno , que en el periodo

    2000-2007 reportaron una tasa de crecimiento del 5,5 .

    Por otro lado, las importaciones de surfactantes llegaron a 116,8 millones de

    dlares en 2008 ,

    y

    en su mayora provinieron de Estados Unidos , Mxico, Alemania,

    Ecuador y Brasil. Segn el Ministerio de Comercio (2008), los principales productos

    importados corresponden a los surfactantes aninicos.

    Esa misma entidad estim que en el ao 2032 se producirn aproximadamente

    8.900 millones de dlares de ese sector, de los cuales se exportara el 26 . As

    mismo, seal que los obstculos ms importantes para cumplir dicha meta estn

    relacionados con la competitividad en los costos , la agilidad en la produccin,

    la

    calidad final del producto

    y

    la innovacin; de manera que

    si

    se consiguiera avanzar

    en todos esos frentes, se obtendra un alto impacto en el consumidor y se estimulara

    el ingreso de capital extranjero (Dinero , 2009).

    En el futuro, la industria nacional del biodisel podra proveer la materia prima

    para fabricar el surfactante aninico metil ster sulfonado con la calidad requerida,

    como quiera que cuenta con siete plantas con una capacidad de 516.000 toneladas,

    de las cuales en el ao

    2015 el 10 estara disponible para otros usos, bien sean

    internos o externos

    l

    Para concretar ese escenario en el mercado local, adems del suministro estable

    de materia prima , otras fuerzas impulsoras de este mercado no menos importantes,

    son

    Adelantos en la tecnologa de produccin de detergentes en polvo, que han

    logrado reducir los costos de procesamiento y mejorar las condiciones de

    seguridad del proceso

    Incursin de nuevas especificaciones de los surfactantes aninicos tradicio

    nales en trminos de temperatura para el lavado y efectividad, as como

    controles ms rigurosos alrededor de la emisin de gases

    S 2

    y S03 durante

    su proceso de produccin

    Regulaciones ambientales ms estrictas, que han conllevado a que surfac

    tantes ampliamente empleados, como los LAS y los alcoholes etOllados,

    comiencen a ser sustituidos por surfactantes con mejor biodegradabilidad.

    Tambin debe tomarse en cuenta el crecimiento continuo del precio del petrleo

    y

    sus derivados, que hace econmicamente ms atractivo el uso de los MES compara

    do con los

    LAS

    en

    la

    industria de detergentes, ya que son menores los costos de la

    materia prima que los produce; el aceite de palma

    RBD

    ascienden aproximadamente

    I de

    crecimiento del consumo

    de

    di

    sel

    segn UPME escenario

    medio

    http ://www upme gov co

    Docs/Biocombustibles_Colombia pdL

    1

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    12/66

    a US$ 830 por tonelada (al 5 de marzo de 2010), mientras que la empleada para el

    LAS cuesta entre US$ 1.850 y 1.950 por tonelada en Estados Unidos, entre

    1.300

    Y 1.350 en Europa, y de US$ 1.750 a 1.850 en Asia'.

    En el mbito mundial ya existen empresas que producen y comercializan los

    metil steres sulfonados; una de estas, Lion Corp. , utiliza un proceso patentado por

    ella misma para producir 40.000 lao que comercializa en Japn y el sur de Asia.

    Stepan Co. produce unas 50.000 lao con una tecnologa similar a la de Lion Corp.,

    pero con modificaciones dadas por la propia empresa, y la tecnologa Chemithon

    es la utilizada por Huish Detergents Inc. (Pasadena, Texas) que es la de mayor ca

    pacidad de produccin, con 80.000 lao; ambas comercializan en Estados Unidos

    (Inform, 2006). De igual manera, cerca de cuarenta productos comerciales entre de

    tergentes en polvo, lquidos y jabones contenan

    MES

    hacia 2006, segn Foster'.

    El metil ster sulfonado se caracteriza por

    su

    excelente detergencia y por su

    desempeo en agua fra, superior

    al

    de los LAS. Por

    su

    elevada solubilidad se puede

    reducir la cantidad de surfactante en la formulacin. La detergencia que posee es

    independiente de la dureza del agua, lo que lo convierte en un excelente co-surfac

    tante para formulaciones en jabones. Como presenta entre dos

    y

    cinco veces mayor

    estabilidad que los surfactantes tradicionales, permite hacer formulaciones libres de

    fosfatos. Adems, para la manufactura de detergentes en polvo se utiliza el sistema

    de secado por aglomeracin, que requiere 20% menos consumo de energa, y se ob

    tiene

    un

    detergente en polvo de alta densidad >O,8g/l).

    Asimismo, por provenir de fuentes renovables

    y

    poseer una alta biodegradabi

    lidad con respecto a sus similares, llaman la atencin de la industria, cuya preocu

    pacin creciente por remplazar materias primas de precios fluctuantes y origen no

    renovable (como el petrleo), por otras de carcter renovable, se ha venido a sumar

    a la necesidad de cumplir con las leyes ambientales y la regulacin e sustancias

    qumicas, adems de la de satisfacer las exigencias de los consumidores en cuanto a

    productos innovadores y amigables con el medio ambiente.

    Precisamente por consideraciones como esas se han generado variaciones en

    las formulaciones de los productos detergentes para suprimir sustancias no

    permi

    tidas como los fosfatos, mejorar su biodegradabilidad e integrar el uso de materias

    primas con base en su sinergia y en los costos de produccin (Zoller, 2(09).

    El proceso de produccin de los MES consiste inicialmente en transformar los

    trigl icridos del aceite de palma en metil steres y glicerol mediante un proceso de

    transesterificacin con metanol y un catalizador bsico, el cual se ha desarrollado

    2 Linear A1kylbenzene. Febrero 18.2008. Consultada

    en mar

    zo

    de

    2010), en

    http:

    //www.chemweek.

    comlsections/productjocus/10403.htrnl.

    ]

    Nornlan

    Foster. Ph.D., Vicepresidente de Mercadeo e Chemithon. Infonn , 2006).

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    13/66

    Met] ster sulfonado: una generacin nueva de surfactantes

    ampliamente durante los ltimos aos gracias a la implementacin de sistemas de

    produccin de biodisel. En seguida, se requiere refinar los metil steres, debido a

    que la principal composicin del aceite de palma corresponde a triglicridos de ci-

    dos grasos de cadenas saturadas palmtico) e insaturadas oleico) en proporciones

    similares, de forma que los productos insaturados son ptimos para

    su

    uso como

    biodisel y los saturados para la elaboracin de los MES Vale decir que elaborar

    estos ltimos con compuestos insaturados no es conveniente, porque se genera una

    gran cantidad de impurezas que afectan el color final del producto Aparicio, 2008),

    Por ltimo, la corriente saturada de metil steres se sulfona, blanquea, neutraliza y

    seca para obtener las sales de metil steres sulfonados,

    La tecnologa de sulfonacin ms usada en la actualidad corresponde al sistema

    de reaccin de capa descendente FFR usando el S03 como agente sulfonante, Di-

    cho sistema ha sido desarrollado por diferentes empresas de vasta experiencia en el

    campo de los detergentes, las cuales se presentan con algunas caractersticas en la

    Tabla L

    Tabla

    1. Organizaciones oferentes de tecnologa para la sulfonacin de metil steres

    Rincn, 2008)

    COIIIpIffiI

    CapacIdacUObaImcnes

    P ginawtb

    Pi i

    origen

    iiT

    Sulfonation

    Capacidades

    mayores de 10.000 kgl ht\p:llwww.iitsrl.itlsulfonation_

    Italia

    Technologies

    hora de surfactante.

    Aplicable

    para

    Sulphonation_Sulfation_

    la sulfonacin de

    diferentes

    materias

    Sulphation.html

    primas.

    Partner

    de

    Chemithon

    Corp.

    Marslna

    Ofrece

    tecnologas

    para la

    htlp:l/www.marsina.com/

    ltalfa

    sulfonacin

    ysecado de surfactantes. indexph p?ctr=gaseous

    Meccaniche

    100 6000 kg/hora. Aplicable

    para la

    http://www.soapdifferent.com/ ltafia

    Moderne

    sulfonacin

    de

    diferentes materias

    primas.

    Asia Chemical 500 3000 kg/hora.

    http://www.yatai.cn/

    Chi

    na

    showproducte449.htm

    Chemi1l1an 15 20000 kg/hora.

    Poseen el

    sistema

    htlp llwww

    .chemhon.coml

    1 EU

    Corp .

    novedoso

    de

    secado

    del

    M S sulfonaton.html

    denomnado Turbo

    Tube

    Dryer

    Desrnet

    1 24000

    kg/hora.

    http://www.desmetballestradsc.

    t a ~ a

    Banestra com/technologies.html

    2

  • 7/24/2019 10505-10667-1-PB

    14/66

    Esta publicacin explica en detalle los resultados de una evaluacin de prefac-

    tibilidad tcnico econmica del proceso de obtencin del metil ster sulfonado a

    partir del aceite de palma en Colombia (Martnez, Orozco, Rincn, Gil, 2010).

    El contenido de

    la

    publicacin se muestra bajo el siguiente esquema: la primera

    parte, basada en un proceso comercial existente, ensea los resullados del estudio del

    proceso de produccin mediante una simulacin en un software comercial (Aspen

    Plus ) tomando en cuenta las reacciones, las caractersticas tcnicas de los equipos

    las condiciones principales de procesamiento.

    En las figuras 1 2 se presenta el diagrama de flujo de la simulacin. Luego

    de establecer una capacidad anual de produccin, se us un software de anlisis

    econmico (Aspen Icarus Process Evaluator ), que a partir de los resultados de la

    simulacin las variables relacionadas con el mercado, permiti determinar las ca-

    ractersticas econmicas del proceso de produccin de los MES.

    a

    segunda parte se incluye con el objetivo de complementar los resultados del

    estudio de prefactibilidad tcnico econmica, y es una descripcin de las tecnologas

    disponibles comercialmente para el

    fraccionamiento del metil ster, los diseos de

    los reactores para sulfonarlo, los equipos de neutralizacin secado, necesarios

    para el acondicionamiento del producto final.

    3

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    15/66

    rimeraparte

    Evaluacin e prefactibi1idad

    / .

    teCnlco econotnlCa

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    16/66

    Materias primas

    La produccin colombiana de aceite de palma se estim en 802.310 toneladas para

    2009 a partir de 53 plantas de beneficio que se abastecen de 360.537 hectreas sem-

    bradas. Las proyecciones de produccin tienden a aumentar, dado que el mercado de

    dicho producto y sus subproductos estn en auge, de fomla que para 2009

    el

    consu-

    mo

    aparente de aceite fue de 570,174 toneladas, de las cuales [53.496 se destinaron

    al biodisel y cerca de 416,678 al mercado de alimentos y jabonera. Asimismo, se

    estima que para 20to alrededor de 446,000 toneladas seran usadas para

    el

    mercado

    tradicional y 389,000 para producir biodisel (Fedepalma, 20to .

    Los metl steres son el producto intermedio para la obtencin de los MES, que

    se produce

    en

    las plantas de biodisel instaladas en Colombia, y cuya capacidad

    promedio es de 100.000 toneladas de metil ster al ao. (En 2009 la industria com-

    pr cerca de 153.496 toneladas, que representan un incremento de 277 frente a las

    compras de 2008, segn Fedepalma).

    La

    capacidad mxima de produccin anual de

    biodisel para inicios de

    20to

    se ubicara en 546.000 toneladas, tomando en cuenta

    las seis plantas de biodisel en funcionamiento y las dos que estn en construccin

    (Portafolio, 2010).

    Para producir MES se requiere asimismo del agente sultonante (para

    e ]

    presente

    anlisis corresponde a

    S03)

    que se obtiene de la combustin

    y

    transformacin del

    azufre. Este ltimo puede ser adquirido directamente en las plantas petroqufmicas

    que lo obtienen durante el proceso de oxidacin catalftca del sulfuro de hidrgeno

    en el sistema de ruptura catalftica, que para el caso nacional se encuentran en las dos

    refinadoras de Ecopetrol (Cartagena

    y

    Barrancabermeja), o bien de la extraccin de

    la mina El Vinagre, ubicada a unos 50 kilmetros de Popayn en Colombia.

    Tanto las tecnologfas como las otras materias primas como aire, metanol, per-

    xido de hidrgeno, hidrxido de sodio

    y

    el hipoclorito de sodio, estn disponibles en

    l

    comercio.

    Descripcin del proceso base de produccin de

    metil steres

    Transesterificacin del aceite de palma

    El proceso estudiado para la produccin de los steres meIJ1icos (Figura 1 usa como

    corriente de entrada las caractersticas dadas en la Tabla 2 para

    el

    aceite de palma.

    Dicha corriente se caracteriza por mantener una humedad de 0,1 en peso, un por-

    centaje de cidos grasos libres de 2 ,3

    en

    peso, y un alto contenido

    en

    triglicridos

    17

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    17/66

    Metil srer sulfonado: una generacin nueva de surfactantes

    Tabla 2. Distribucin de triglicridos y otros componentes para el aceite de palma

    colombiano (Rincn, 2009)

    IIe de pallN

    YIIor

    AceIt. paImI Valor

    Temperatura

    ( C)

    35 M P 0.012

    Presin (bar)

    1.

    01

    OOl 0,

    031

    Fraccin

    de

    vapor

    O

    POl

    0.167

    Flujo molar kmollh

    14

    ,

    692

    MPP

    0,003

    Flujo msico

    kglh

    11.415,525 POO

    0,183

    Flujo volumtrico

    m lh

    176

    ,

    327

    POP

    0,226

    Fraccin msica kglkg

    total sao

    0,02

    000

    0,029

    pos

    0,04

    PPP 0,

    013

    PPS

    0,003

    I PLP

    0,154

    sos

    0,002

    1 0lL

    0,014

    Agua

    0,001

    PlL

    0,077

    cido oleico

    0,023

    :; XYZ hace referencia al triglicrido cuya composicin de cidos grasos posee el cido graso "X"

    en

    la primera posicin, Y en la segunda posicin , y z en la tercera posicin. De acuerdo con esto,

    "O" hace referencia al cido oleico, "P" al cido palmco, "L" al

    ddo

    linoleico, "M" al cido

    mirstico, y S

    al

    cido esterico.

    de los cidos linolico (10,7% en peso), palmtico (36,3% en peso) y oleico (45,4%

    en peso), cuyas cadenas carbonadas se componen de 18 y 16 carbonos, insaturadas

    para el oleico

    y

    linolico.

    El aceite

    se

    somete a

    un

    pretratamiento, con el

    fin

    de reducir la humedad

    y

    la

    cantidad de cidos grasos libres, dado que dichas impurezas generan subproductos

    que disminuiran la produccin de meti steres al mismo tiempo que limitaran su

    purificacin etapas ms adelante. Para ello se usa la columna de desodorizacin (T-

    101) en la que se pone en contacto al aceite con una corriente de vapor a 230 o y

    2 bares. La corriente retira parte del agua del aceite y los cidos grasos libres, dis

    minuyendo su cantidad a 2ppm y 297ppm, respectivamente. La corriente saliente de

    vapor

    se

    condensa

    y

    por medio de un decantador (V-101)

    se

    obtiene una corriente

    rica en agua

    y

    otra en cidos grasos (cido graso al 98%).

    Luego del pretratamiento, el aceite pasa al proceso de transesterificacin, com

    puesto por dos reactores CSTR en serie. Se alimenta el aceite con metanol en una

    18

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    >-

    \O

    rJ

    .,

    ....

    t )

    .j-

    ~

    ]

    O

    lit

    O

    r

    -

    "

    lit

    '"

    ;;

    ;

    '"

    TK'OI

    Desodorizac n

    T-I

    O

    1 -

    101

    Vapor

    H ~

    IImnDI

    Tfln etItelrfiClilcl6

    '1-102

    Agu

    He

    Neutralizacin

    R-IO

    NOOAIB

    11-102

    v-,O

    k'dcsll ' . . . .

    JW

    A I'"

    ti)

    r

    r l 3 l ~

    Recuperaci n del

    Metanol

    )

    A9m

    IlI)

    L ~ S

    v-m

    Purificacin del

    metil ster

    P-2G2Ml

    Glmrn'

    pM'

    pcIrifiI:lKllOn

    g

    1m ,

    i

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    19/66

    Metil ster sulfonado una generacin nueva de

    surfactantes

    una relacin molar 1:6 y se agrega como catalizador NaOH

    l

    0,75% en peso de

    aceite, En el primer reactor (R-IOl) se obtiene una conversin del aceite de 94,5%. A

    continuacin, se usa el decantador (V-102) para separar el glicerol resultante de la

    reaccin de transesterificacin (fase pesada) de la corriente rica en los metil steres y

    triglicridos remanentes (fase liviana). La fase liviana se alimenta l segundo reactor

    de transesterificacin (R-I02) por medio del cual se alcanza una conversin global

    de 99,7% de los triglicridos (aceite).

    El producto del reactor (R-I02) pasa al proceso de purificacin de los metil

    steres que comienza con una etapa de evaporacin flash del metanol remanente en

    la unidad V-201, el cual se enva a una etapa de purificacin del metanol (T-302) para

    reutilizarlo. La fase lquida, qne contiene principalmente los metil steres y glicerol,

    pasa

    al

    decantador V-202 para separarlos obteniendo una corriente rica en glicerol

    (pesados) mientras que los livianos se componen principalmente de los metil steres

    y

    algunas impurezas. Para quitar los remanentes de metanol de los metil steres, se

    alimenta la corriente de livianos a un separador flash V-203 en el que se reduce a 0,3

    el porcentaje en peso

    de

    metano .

    La

    corriente rica en metanol se enva a

    la

    etapa de

    purificacin del mismo

    (T-302) para reutilizarlo en el proceso.

    Para remover el catalizador NaOH remanente de la reaccin, se neutraliza la

    corriente con cido clorhdrico en relacin molar para generar cloruro de sodio y

    consumir totalmente l hidrxido en el reactor R-201. Las sales resultantes de la

    neutralizacin

    y

    las impurezas remanentes del proceso se extraen

    al

    someter la co

    rriente rica en metil steres a un lavado con agua en contracorriente en tres etapas

    con diferentes temperaturas. Finalmente, para retirar el agua que qued del proceso

    de lavado se ingresa la corriente a una etapa de evaporacin flash en la unidad

    V

    204

    mediante la cual se logra obtener una corriente de livianos rica en agua y una co

    rriente de fondos con metil steres

    l

    99,7% en peso.

    Por otro lado, las corrientes de fondos ricas en glicerol resultantes de los de

    cantadores V-102 y V-202, se mezclan y se neutralizan (R-301) usando cido clor

    hdrico en proporcin molar l NaOH presente para generar la sal correspondiente.

    El producto pasa a una etapa de destilacin (T-30l) mediante la cu l se obtiene una

    corriente rica en glicerol (70,8% en peso) por los fondos y una corriente rica en

    metanol por los livianos.

    Asimismo, las corrientes ricas en metanol generadas como livianos en las uni

    dades V-20l y V-203 se mezclan y pasan a una torre de rectificacin (T-302) en la

    que se obtiene una corriente de metanol a una pureza mayor de 99,9% en peso que

    se recircula

    l

    primer reactor R lOl.

    Las caractersticas de los metil steres obtenidos con este proceso se muestran

    en la Tabla 3, mientras que en la Tabla 4 se muestra la descripcin de los equipos y

    condiciones asociados l proceso.

    20

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    20/66

    enipalma

    Tabla 3. Composicin de la corriente resultante de metil steres obtenidos de aceite

    de palma colombiano empleando el proceso base descrito

    Corrlan

    t

    e

    m

    et

    ll ister

    Flujo molar kmollh 34,165

    Flujo msico kg

    l

    9623

    .959

    Flujo volumtrico m'lh 10,589

    Fraccin

    molar Mol/Mol Total

    Metil oleato 0,35

    Mel p lmit lo

    0,438

    Melillinoleato 0,171

    Metil miristato

    0,004

    Metil

    estearato 0024

    Agua

    0006

    NaCI

    0,006

    abla 4.

    Descripcin de equipos

    y

    condiciones del proceso de produccin de metil

    steres a partir de aceite de palma

    o

    escrl

    p

    clon Condiciones

    de operacin

    Tl0l : Torre

    da

    desodorizacin del aceite de

    palma

    5e

    tapas; 0,06 alm

    V 101

    D

    ecB

    ntador pa

    ra la r e c u p e

    de

    ae

    l

    dos

    g

    ra

    sos

    1

    atm; 3 1

    K

    R-tOl

    React

    or

    de IIB

    nseste

    nrrcacin 1

    alm; 333K.

    t=13565h

    Vl02

    Decantador

    pa

    ra

    glitefol

    1alm;

    333K

    R

    1

    02

    I

    Reactor

    de treosesteri

    ficacl

    n

    1

    alm

    ;

    333K

    ;

    1=1 683h

    V201

    Evaporado

    r

    del melanol

    1

    atm

    ;

    423

    K

    V202

    Separado

    r del me f T tlster del glicerol 1alm; 423 K

    V D3

    Pur

    ifi

    c

    ad

    or d

    el meU

    I sler

    0,49 atm; 403

    K

    R

    201 Reac

    tor

    de

    neutralizacin

    del metiI

    sler 1

    atm

    ;

    301 K;

    t=O

    OOOlh

    T201 Lava

    d

    or

    de

    los mebl

    es

    leres

    3 etapas;

    T 324K340K351

    K

    \ .204

    I

    Seca

    dor de

    os

    me U

    s

    teres

    03 atm; 421,56 K

    R30

    1

    Re

    acoo r de neutral

    zacl6n

    del

    glicerol

    1

    alm

    ;

    301

    K;

    1=17

    s

    T

    30

    1

    I

    olum

    na

    de

    destilaci

    n del

    gl1c

    e

    rol

    5

    etapas;

    RR:

    0,1798

    ; 1

    atm

    T302

    Co

    lumna

    de reaJperac

    ln del metanol

    30 etapas; RR

    1,1029;

    1atm

    ~

    --

    _ --

    21

  • 7/24/2019 10505-10667-1-PB

    21/66

    Metil ster sulfonado: una generacin nueva de surfa.ctantes

    Descripcin del proceso base de produccin de

    metil steres sulfonados

    El diagrama de flujo del proceso a describir se muestra

    en

    la Figura 2, usa como co

    rriente de entrada la obtenida del proceso de transesterificacin del aceite

    de

    palma,

    considerando una etapa intermedia de separacin a partir de la cual se extraen los

    compuestos insaturados de la corriente, dejando solo los metil steres de palmitato,

    estearato y miristato.

    La

    Tabla 5 resume las caractersticas de las principales co

    rrientes del proceso.

    El principio qumico de

    la

    reaccin consiste en generar un enlace carbono azufre

    e-S)

    a partir de

    la

    reaccin entre el compuesto orgnico con

    un

    agente sulfonante,

    S03,

    que presenta ventajas para sistemas de produccin continua tales como evi

    tar el sobrecalentamiento local (puntos de alta temperatura que afectan

    el

    color del

    producto), disminuye el tiempo de exposicin requerido para la sulfonacin (dada

    su alta reactividad), mantiene la calidad y composicin del producto, disminuye los

    costos y tiempos de operacin, entre otras (Kirk,

    1980). La

    descripcin de las etapas

    de produccin de secado del aire, generacin de S03' sulfonacin y digestin, blan

    queamiento, neutralizacin y secado para obtener las sales de metil steres sulfona

    dos, se exponen a continuacin:

    Secado del aire

    Con el fin de evitar problemas de corrosin y formacin de cidos, se debe deshu

    midificar el aire. Por lo general se usa el sistema

    de

    secado por enfriamiento, por

    medio del cual se disminuye

    la

    temperatura de

    la

    corriente de aire hasta cerca de 1 oC

    para luego condensar el agua

    (V-401).

    Se pasa luego

    el

    aire

    por una

    torre adsorbente

    con almina activada para cumplir los requerimientos de humedad del aire

    0,01

    g

    agua/m

    3

    )

    (De Groot,

    1991).

    Generacin de S03

    Con el lin de mantener una alimentacin de

    S03

    (6

    en

    volumen) al reactor de

    pelcula

    (R-50l),

    de forma que se mantenga una relacin molar de 1,3:1 entre

    S03

    y el metil ster saturado, se utiliza un sistema con una etapa inicial

    de

    combustin

    del azufre (R-401) para generar el S02 un reactor de lecho empacado dividido en

    cuatro partes (R-402/403/404/405) para permitir el intercambio de calor (dos in ter

    cambiadores de calor H-402 H-403, uno entre la etapa I

    2,

    el otro entre la 2 la

    3)

    y

    favorecer

    la

    produccin del S03

  • 7/24/2019 10505-10667-1-PB

    22/66

    'l

    110

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    a

    o.

    ( ..

    O

    :3

    (1)

    o

    o.

    (1)

    O

    ....

    o

    -

    D.

    o

    "

    -

    g

    (1),

    "

    E.

    8

    ,

    o.

    o

    '

    w

    )

    tbO>

    _ )

    o..humldlflcodn ol

    llro

    r - 1 I

    V4ijl

    P-4IJ2A.18

    S ~ n a c l n

    y

    dlgosUn

    .......

    -

    Gas

    lmpiy

    roouccin

    de

    SO.

    R-402l403/404/405

    H ~

    Ri)l

    lanqueamiento

    s.c.do

    tllrn

    R.

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    23/66

    t..l

    .J...

    Sulfonac\oo Dlgmln, Blanqueamlonlo y Neutrallzacl6n

    CORIIlfHTE

    g

    11 , . =

    12

    NICIItill

    lID

    l1li

    . 1'IoQIIdal.

    _. lIotmo\ IUOI adllt\1Io

    ~ lIriIn

    Descnpcltl

    m

    DIjjoi llr

    Ri

  • 7/24/2019 10505-10667-1-PB

    24/66

    cnipalma

    Con base en el anlisis que presenta Froment (1995) y Kirk Othmer (1980), las

    caractersticas de la torre de transformacin a SO (R-402/403/404/405) se muestran

    en la Tabla 6.

    abla 6. Caractersticas de cada una de las etapas de transformacin del

    S02

    a

    S03

    ~ a p I 1

    l

    3

    4

    TEntrada oC

    425

    44

    435

    430

    T

    Salida oC

    600 500

    450 435

    Catalizador V205) kg

    0.

    7715

    1

    2,374

    53,75

    0,052

    Conversin S02

    to

    S03)

    60

    85

    95 99

    Sulfonacin y digestin

    Las corrientes de metil steres y de S03 al 6 en volumen, se alimentan a un reac

    tor de pelcula descendente FFR (R-501) en donde

    se

    forman los intermediarios sul

    fonados de la reaccin entre los metil steres y el agente sulfonante, de forma que

    los metl steres alcanzan una conversin superior al 70 .

    La

    reaccin qumica rela

    cionada ha sido descrita por Smilh, F. y colaboradores (1967), Okumura (1976) y

    Hovda, D. (US. Patent 5587500), mientras que algunas propiedades del sistema son

    sealadas por Torres y colaboradores (2008).

    Este reactor se caracteriza por poseer un sistema de refrigeracin encargado de

    mantener la temperatura del reactor por debajo de los 90 OC Y as evitar la formacin

    de impurezas que afecten considerablemente

    el

    color y caractersticas del producto

    final.

    La

    Figura

    3

    muestra

    el

    perfil de temperaturas relacionado con cada punto a lo

    largo de la altura del reactor FFR.

    Otras especificaciones del sistema indican que debe tener un total control de

    la temperatura mediante

    la

    transferencia de calor entre el Huido de

    la

    chaqueta

    y

    la pelcula de componente por sulfonar, para as evitar gradientes de temperatura

    y cambios bmscos en la viscosidad que afecten representativamente el curso de la

    reaccin.

    Los productos de

    la

    sulfonaci6n deben pasar a una etapa de digestin en

    la

    que

    se completa la sulfonacin de la materia prima.

    Para la digestin de la corriente sul

    fonada se usa un reactor multitubular (R-502) manteniendo las condiciones descritas

    por De Groot (1991). En este se transforman los intermediarios sulfonados genera

    dos en

    la

    sulfonacin (R-501)

    y

    se

    terminan de sulfonar los metil steres remanentes

    (conversin de 99,8 de los productos intennediarios a MES generando los cidos

    de alfa metil steres sulfonados.

    25

  • 7/24/2019 10505-10667-1-PB

    25/66

    Metil ster sulfonado

    un

    generacin nueva de s u r f c t ~ I \ t e s

    100

    90

    80

    i

    70

    60

    .2

    50

    Q>

    C.

    4()

    E

    30

    20

    10

    O

    -

    7

    00

    600

    500

    o

    -2.

    400 ;

    300

    200

    100

    ===--- 0

    "

    8

    :>

    O

    0,5

    1,5

    2

    2,5

    3 3,5 4

    4,5

    5 5,5 6

    Altura m)

    -

    Temp. Liquido oC)

    - - - Temp. Gas

    oC)

    Viscosidad cp)

    Figura

    3. Perfil de temperaturas

    y

    viscosidad a lo alto del reactor de sulfonacin (De

    Groot,199l .

    Por ltimo, con base en los efectos por exceso en temperatura. se puede consi

    derar la formacin de impurezas relacionada con la formacin de la disal generada

    al

    reaccionar el metil ster con dos moles de SO,.

    Y

    otros productos tales como dimetil

    sulfato de sodio (DMS). A comparacin del sistema usado para la produccin de los

    LAS,

    para la de los

    MES

    no hay necesidad

    de

    una etapa de estabilizacin del prodncto

    con agua.

    Blanqueamiento y Neutralizacin

    La corriente producto del digestor (R-S02) pasa a un cicln (V-SOl) para extraer los

    gases remanentes

    y

    tratarlos, mientras que la corriente lquida contina hacia las

    etapas de blanqueamiento y neutralizacin.

    La corriente lquida resultante del cicln se alimenta a un reactor (R-503) a

    las condiciones recopiladas por De Groot (1991) Y al que se le agrega una corriente

    de metanol y perxido al 50% (el metanol corresponde al 30% de la masa total de

    la mezcla que entra al reactor y perxido de hidrgeno al 50% corresponde al 3%

    del peso total

    de

    la mezcla). En esta etapa se busca reducir la cantidad de impu

    rezas. principalmente sustancias con cadenas insaturadas o grupos OH en la cade

    na (Yamada, 1996) en

    un

    valor superior al 80%; al mismo tiempo, los restos del

    compuesto intermediario se convierten en lf metil ster sulfonado y SO) gracias a

    su re esterificacin con

    el

    metano (Hovda, 1996).

    26

  • 7/24/2019 10505-10667-1-PB

    26/66

    enipalma

    En esta etapa tambin se presentan dos reacciones secundarias cuyos productos

    equivalen a menos del 5 en peso en el producto final del blanqueamiento: una

    de

    ellas se presenta entre el S03 absorbido en

    la

    fase lquida y el metanol formando el

    cido metl sulfnico (CH30S0

    3

    ),

    la segunda es

    la

    hidrlisis

    de

    los cidos de alfa

    metl steres sulfonados que dan lugar a los cidos grasos alfa sulfonados.

    A continuacin, para

    la

    neutralizacin del producto del blanqueamiento se us

    el reactor (R-504) al cual se aadi NaOH al 50 en peso en cantidad molar este

    quiomtrica requerida para neutralizar los M S y sustancias cidas presentes en

    la

    corriente, requiriendo un total de 13lOkg/h

    de

    NaOH

    50

    en peso. Es de considerar

    la hidrlisis

    de

    los

    MES

    a disales de carboxilato o cidos sulfo carboxlicos en medio

    bsico

    como

    lo describe Kapur y colaboradores (1976).

    Como

    resultado de lo anterior, se obtiene una corriente al 54,9

    en

    masa

    de

    materia activa (sales sdicas de alfa metl steres sulfonados),

    0,3

    en masa

    de

    sal

    de cido metil sulfnico una mnima cantidad de alfa sulfo cido graso.

    Secado de los metil steres sulfonados

    Se retira la mayor cantidad de agua metanol presente, dado que su presencia puede

    causar la hidrlisis de las sales y una disminucin en la cantdad

    de

    materia activa

    en

    el producto. Con este

    fin

    se us l flash V-502 para reducir el porcentaje en masa de

    metanol en el producto desde 25,5 hasta 0,3 ,

    de

    agua desde 12,9 hasta 0,4 .

    Recuperacin del metanol

    Se usa

    la

    torre

    de

    destilacin T-501 por medio

    de la

    cual se separa el metanol del

    agua, recirculando

    el

    metanol a la etapa de blanqueamiento neutralizacin

    de

    los

    MES.

    Se

    obtiene de esta forma

    una

    corriente de metanol al 86,8 en peso (destilado

    que se recicla) y una

    de

    agua al 97,3 (pesados).

    Purificacin de gases efluentes

    Las corrientes gaseosas resultantes

    de

    la torre de sulfonacin (R-501) del cicln

    (V-SOl) pasan a una

    etapa

    de purificacin para

    cumplir

    con las normas ambientales

    de material particulado y gases

    de

    xidos

    de

    azufre (SO

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    27/66

    Metll ster sulfmwdo: una generactn nueva de u r f a . c t a n t e ~

    El porcentaje en masa de S02 se reduce desde 206 hasta 3 ppb; el SO, desde

    277 hasta 267 ppb Y se genera una corriente al 3,2 peso de sulfatos en agua.

    Descripcin fsica del sistema de sulfonacin

    Con base en

    un

    modelo de construccin de una planta de sulfonacin propuesto por

    una marca comercial, se generaron las figuras 4 a la 9, que ilustran la configuracin

    de un sistema similar al descrito en el caso base. As mismo, la descripcin de las

    condiciones, caractersticas

    y

    equipos relacionados con el proceso escogido como

    caso base, se muestra en la Tabla 7 para una produccin total de 46.000 toneladas de

    MES al ao

    Sulfenacin

    Salida

    producto del

    sistema

    de

    sulfonacin al

    de digesnn

    Produccin

    del

    eshumidificacin

    del aire

    SO

    Figura

    4. Diagrama general del sistema de sulfonacin.

    28

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    28/66

    S,s

    te

    mad

    e

    d i 6 h u m i ~ 1 f b c I n

    == -

    del

    aire

    Figura 5. Diagrama del sistema

    de

    deshumidicacin del aire

    uodlaor a z u f ~

    Figura 6. Diagrama del sistema de produccin de gas sulfonante con S 3

    29

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    29/66

    Metil ster s

    l1lfonado una

    gener

    aci6

    n nue\a

    de

    scfc

    tnte

    s

    Absorbedor

    del SO

    ,

    Sistema de

    I

    igura 7 Diagrama del sistema de sulfonacin de los metil steres

    igura 8 Diagrama del sistema de purificacin de los

    gases

    efluentes

    30

    Eliminador d

    impurezas de

    gas

    ,

    2

    d

    O

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    30/66

    Tanque de reposo

    Sistema de

    digeslin

    del

    producto

    sulfonado

    Pre calentador

    n Sistema

    de

    n

    ____

    - ...-

    vacio

    / Secador del producto

    Sistema

    de

    / granulado

    _ Sistema

    de

    neutralizacin

    e

    o

    u

    '

    igura

    9. Diagrama del sistema de digestin, blanqueamiento, neutralizacin

    y

    secado de los MES

    Tabla 7, Descripcin de los equipos y condiciones empleadas en

    el

    proceso de

    Sldfonacin de los metil steres (Referencia a la Figura 2)

    EqulJ O

    Descr pc:filn

    R-401

    I

    Quemador del azufre

    Reactor de capa

    R-S01

    descendente

    para

    sulfonacin

    R-502

    Digestor

    R-503

    Reactor

    de

    blanqueamiento

    R-504

    Reactor

    de

    I

    neutralizacin

    V 502

    Secador flash de

    P

    o

    duc\9

    _

    C IRd(clonel de

    operacin

    1atm; 1129

    oC

    Tiempo residencia:

    2 916 seg.

    90

    o

    Tiempo

    residencia:

    30

    min

    Tiempo residencia:

    20

    min. ;

    60 oC;

    1

    atm;

    40

    oC;

    1

    alm; nempo

    residencia:

    65

    min

    110 '

    C;

    1atm

    Calor

    ranslenmcla

    [)imen iones

    (1 1OG kcaflhl

    103 02

    '7

    etapas;

    dP=O 4

    atm

    33 tubos

    IO

    25

    mde dimetro

    4 5 m

    de

    largo

    1 99 m

    15 6

    m

    31

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    31/66

    Met] ster

    sulfonado:

    una generacin

    nueva de

    urfactantes

    Condiciones

    da

    ,ca lor

    ~ q u p o

    DescrtpcfII

    1'P ru

    :lO

    1riIf\IfI .

    l la

    Dll1l4 l1IlOQes

    (1

    1

    06

    kcallh

    Torre

    de recuperacin

    RR:

    1,5;

    Relacin

    T-501

    del metanol

    I

    destilados

    a

    130

    etapas

    alimentacin: 0,54

    T-601

    Absorbedor

    para gas

    tm; no condensador

    S

    etapas

    con

    efluente

    ni

    rehervidor

    reaccin

    R-601

    Transformador de

    I

    Tubo 1,3 m ong,

    sulfitos

    a

    sulfatos

    0,5 mdiam,

    P-404 Compresor del

    aire

    1

    5

    ,8 oC

    y8

    bares

    520,8 kW de

    potencia

    H-40S

    Enfriador

    del

    aire 1,75

    I

    rea transf

    :

    V 401

    Condensador

    2

    oC

    y8

    bares

    1

    71,98

    m'

    humedad del

    aire

    P-401 Compresor aire

    ~ 7 2 k W

    H-401 Enfriador SO,

    82,68

    Area

    Transf.:

    164,08

    m'

    R-402/40S

    Torre

    transformacin

    Ver Tabla

    6

    2m

    3

    del SO,

    rea trans,:

    H-402

    Enfriador

    gas

    con

    SO, 13,23

    37

    ,19m

    H-403 Enfriador gas

    con

    SO, 4,93

    rea trans .:

    115,43 m'

    Irea transf,:

    H-404 Enfriador

    gas con S03

    18,11

    i

    139,88

    m'

    I

    P-402 Bomba metil steres

    0,13kWde

    potencia

    P-403

    Bomba

    productos

    0,37 kWde

    sulfonados

    Ipotencia

    H-SOl

    Enfriador productos

    0,086

    I

    rea

    de

    transf,:

    digestin

    :2,34 m'

    V-501

    Cicln

    3,30

    m

    3

    V-S02

    Secador

    del producto 110Cylatm

    12,29

    -

    Balances de materia

    Los balances de materia globales asociados al proceso

    de

    produccin de metil

    steres

    y

    MES

    obtenidos

    de

    l

    simulacin

    de

    los procesos

    antes

    descritos

    se

    presentan

    en las

    Tablas 8

    y

    9 para una produccin

    de

    metil

    steres

    sulfonados de 49,000 toneladas

    anuales,

    32

  • 7/24/2019 10505-10667-1-PB

    32/66

    CerupaJma

    Tabla

    8

    Balance de masa total sobre el proceso de produccin de metil steres

    Sustancia

    TngUcndos

    Meu

    l ster

    Metanol

    Agua

    de

    proceso

    Agua de servicio

    I Vapor de agua

    Olcerol

    NaOH

    HCI

    NaCI

    ados grasos

    Entra ltIaIIo)

    89

    .

    121.42

    14.383.33

    336

    .371 .

    25

    12.365.787,46

    91 162.

    65

    826.22

    754

    .

    59

    2.111.

    54

    Sale tlao}

    347

    .45

    89

    195,66

    4.

    329

    55

    336.743,39

    12.365.787,46

    91.162,65

    9.

    632

    09

    1.42

    1.207 24

    2111

    54

    Tabla 9 Balance de masa total sobre el proceso de sulfonaci6n de metil steres

    .l

    S

    Agua de proceso

    Agua de servicios

    Va

    por de

    egua

    Azufre

    N

    .OH

    I

    aCl

    So

    I

    SO,

    Oxigeno

    I

    NilIge

    no

    Eliten glicol (servicio)

    I

    et6iddode

    hldrOgeno

    D\sales

    Sal meUlica

    Sulfito

    de

    so

    dio

    Sufato de sodio

    NaCIO

    Entra

    tlao)

    3466332

    21.448,36

    11.3

    87

    ,16

    95048.531,46

    1.926 .918,15

    5.

    319

    11

    5.254

    30

    14.809,21

    48.

    772,14

    1.506.757,97

    2.144,84

    \3 10

    1

    Sate t l a ~ o l

    1,79

    651.54

    46.177,94

    t4 ,7

    91

    38

    95048.531.46

    1.926 .918 15

    5,46

    10,29

    0

    01

    36,75

    7.

    549

    06

    48.769

    00

    1.

    506 .757 97

    15,84

    1.0

    04,02

    262,07

    0.34

    26.

    00

    33

  • 7/24/2019 10505-10667-1-PB

    33/66

    Metil ster sulfonado: una generaci6n nueva de surfactantes

    Balance de efluentes contami.nantes

    Tomando

    en

    cuenta el balance

    de

    materia realizado por proceso, se determinaron las

    principales propiedades de las corrientes de efluentes provenientes del sistema de

    sulfonacin de los metil steres.

    Para el caso de la sulfonacin de los metil steres se contemplaron doce co

    rrientes consideradas como efluentes

    y

    una como corriente de producto.

    Con

    base

    en lo anterior, de la etapa de deshumidificacin se obtienen dos corrientes de salida:

    una de 152,958 kg/h compuesta en 95,3 de agua, el porcentaje restante por gases

    absorbidos por el lquido, y la corriente de etilen glicol (188344,7 kg/h) que se usa

    para enfriar el aire condensar el agua. Dado que el agua resultante no posee con

    taminantes se puede considerar que su disposicin al medio no es causal de proble

    mas ambientales; sin embargo, podra U arse en alguna operacin de transferencia

    de calor dadas sus condiciones de temperatura y presin.

    Por

    otro lado, debido al

    costo y el impacto del etilen glicol en la economa del proceso y en el ambiente, es

    fundamental recuperarlo reutilizarlo.

    Tomando en cuenta los efluentes gaseosos, es de gran importancia implementar

    un sistema de purificacin de los gases residuales de

    la

    su)fonacin, por su contenido

    en xidos de azufre. Corno resultado de esta etapa se obtiene una corriente al 96,6

    de

    materia orgnica (del electroprecipitador) que, aunque no debe disponerse al me

    dio, puede usarse como abono al medio ambiente dado que son sustancias orgnicas

    libres de sustancias cloradas o cualquier componente corrosivo para el suelo. Lo

    mismo ocurre

    con

    la

    corriente de sulfatos

    en

    agua (1,8 en sulfatos) que puede

    seCarse generar un abono rico

    en

    sales para el suelo. Finalmente, considerando la

    normatividad ambiental

    con

    respecto a los efluentes gaseosos, se pudo observar que

    el contenido de dixido de azufre es de trazas, mientras que para el trixido de azufre

    es de 560 PPB, logrando mitigar la emisin de dichos gases contaminantes al medio

    ambiente a un mnimo de

    S 2

    al ao 0,032 tlao de

    S 3

    en igual lapso.

    Al considerar el sistema de recuperacin del metanol remanente del proceso

    se obtuvo una corriente al 86,8 en masa de metanol resultante de la purga (31,198

    kg/h) para recircular el metanol recuperado. Asimismo, se obtiene de fondos de la

    columna de recuperacin del metanol una corriente con un alto contenido de agua

    (97,3 ), un poco de metanol (2,6 ), trazas de perxido sales orgnicas. Para es

    tas corrientes, el principal agente contaminante es el metanol, que afecta

    la

    salud el

    ambiente. En consecuencia, la corriente rica en metanol puede de forma alternativa

    reutilizarse para el proceso de re-esterificacin, aunque se debe considerar el efecto

    del agua, mientras que

    la

    corriente rica en agua puede tratarse mediante sistemas de

    tratamiento por oxidacin para eliminar

    el

    metanol remanente poder disponer co

    rrectamente las aguas.

    34

  • 7/24/2019 10505-10667-1-PB

    34/66

    w

    V

    Carri nf8

    If1IrtfJ

    Rujo misltn

    kgrhr

    Flujo I OlumtnaJ

    ct 1II'hr

    Capa

    alrl

    ad

    ca

    lor

    ifica

    lJIk t

    K

    ~ n d u t l l d a d ~ c a k n l

    m-

    sqm

    VISCOSidad

    cP

    Teflslim SlJperfleml

    dyneltm

    Pesa

    molecular

    prTleOO

    Ternpllllltura 'C

    P

    es

    llI\ bar

    FractOn dev por

    1

    Oesltuml

    dllicador

    152,958

    0,

    152

    4,65

    0,205

    1,39

    75,238

    18,36

    2

    8

    21 30

    35

    Purga

    metano

    Electro- Oestilador

    preclpll8df metano

    0,232 l' 1 3 ~ 3 2 4 9 I

    31,198

    0,001112

    1,493 '

    0,

    032

    3,

    824

    4,187 I

    2,391

    0,

    137

    0,501

    0,

    188

    1,518

    0286

    5,866

    41,829

    58

    ,009

    30

    ,

    568

    181 ,

    969

    18,232 34,508

    58,5

    97,8 -75,9

    1,01

    1,01 1,01

    o

    o

    O

    37

    39

    45147/

    41/51153 SULfATOS NE

    Gas Inter-

    I"ter. T r a l a m

    ProductO

    efluente cambiador cambiador gases

    7124,702 f 168344,7

    1,02E+07 175,008 6127,213

    6297,476

    168

    ,

    039

    1,03E+Q4 0,181

    29,376

    15179

    2,171

    4,178 4118 3,183

    0022 0,214 0,533 0,466

    0,01

    0,018

    55,938 '

    0,732 0,

    594

    14,425

    28,038

    50,228

    70,726

    68,899

    9,071

    62,068

    18015

    18 ,406 291,433

    28,9 -0,2 35,5

    48,7

    1;0,0

    1,01 8,11

    3,45

    t,Ol

    1.0

    1

    o o

    ; :

    ,,-

    .,

    ...

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    g-

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    g-

    o

    '

    '

    t

  • 7/24/2019 10505-10667-1-PB

    35/66

    - - - - - -

    -

    - -

    - - -

    --

    - - -

    -,

    -

    -

    37

    3t

    .1II.714W511S3

    SULFAros le _ ~ ~

    oIrieIIIe

    10 21

    30

    35

    o

    Oeahum. EItctro-

    IlfltlladQr

    Purva Gas inttr-

    Inlar-

    TrmmlenlO ProductO

    5:

    ;;

    Il'

    Fue llll dlficador jlftClpItacIor metanol

    metanol

    t1Iuenle c a m b l a d o r

    cambiador

    gases l=

    -

    e

    Fracc

    in

    mas

    i

    ta kg/kg Total

    En

    5'

    o

    M

    etl

    lster

    I

    o

    0.966 o

    O O o

    O

    O O

    , 'O

    ~

    Metancl

    O

    O

    0.026

    0868

    O

    O

    O O

    0,003

    i

    _.

    '

    ilo:

    n

    ME$

    O o o

    O O

    O

    O o

    0,94

    2

    fs

    Agua

    0.953

    0.0

    34

    O9T3

    O

    0,025

    O

    1

    0,973 O,OOd

    o'

    ll'

    _.

    ltJfll

    O

    O

    O O

    o

    O O

    O

    o

    ' o

    e

    ,-'

    e

    g.

    NaOH

    O

    O

    O

    O

    O

    O

    O

    O

    O

    ()

    -

    .

    o .,

    NO

    O

    O

    O

    O O

    O

    O 0,007

    O '

    _ o

    ' e

    S02 O

    O

    O

    O O

    O O O

    O

    :TI

    a

    g

    g

    fl

    O

    O

    O

    0,119 560PPS

    O

    O O

    O

    1>

    ' '

    Ox igeno

    0.023

    O

    O 0,013 0,12

    O

    O

    O 0.0

    14

    N

    ~ =

    e

    Nlrgeno

    0,024

    O

    O

    Q

    0,355

    O

    O

    0,001

    O

    >

    ElUenghcd (

    Setvlcio)

    O O

    O

    O

    O

    I O

    O

    O

    '

    fE

    Pe6xjdo

    de hldrgello I

    O

    O

    O O O

    O

    O

    r

    O

    C

    DisaIes

    I

    O

    O

    O

    O

    O

    0,02

    g

    O

    '

    e me Wca

    O

    O

    O

    O

    O

    O

    O

    0,

    005

    e

    '-

    IJl

    fltl)

    lI1l

    sodio

    O O O O

    O

    O

    0.0

    1

    l

    O

    '

    SiJlfalO

    sodio

    O O

    O

    O O O

    O

    O

    S

    aC

    IO

    O

    O

    O

    _ 0 L _

    O

    O

    O

    ----

    o-

  • 7/24/2019 10505-10667-1-PB

    36/66

    C I

    .I ...

    De igual forma, el proceso es considerablemente e ~ o t r m i c o

    10

    que indica un

    mayor uso de agua refrigerante. Con base en

    10

    anterior es fundamental emplear un

    sistema para reutilizar las aguas de servicio y evitar

    su

    disposicin al ambiente, para

    no generar efecto por la temperatura de las aguas. Esto principalmente debido a la

    necesidad de 95 X 106 tlao de agua de servicios que se usa para el proceso.

    Por ltimo , los gastos energticos son notorios: se consumen 4239409,64

    kW

    al ao, representados principalmente en equipos de bombeo y compresin. Segn

    Zoller (2009), los servicios y gastos energticos estn relacionados con el 45-48%

    del costo total de operacin del sistema de sulfonacin (Figura 10), 10 cual da

    un

    so

    porte a los altos valores antes mencionados tanto para

    el

    agua de servicio como para

    la energa elctrica consumida.

    Energia

    y Servicios

    Electricidad

    Combustible

    Aire comprimido

    Agua enfriamiento

    Vapor

    Quimicos

    Controles

    anallticos

    Procesos

    seoundarlos

    Personal

    Operadores

    Administracin

    Residuos y prdidas

    Efluentes

    Prdidas por

    operacin

    Mantenimiento

    Mecnico

    Instrumentos elettrnicos

    54-48

    -

    \-2

    40-43

    3-5

    5-8

    Figura 10 Relacin de costos de un sistema de sulfonacin (Zoller, 2009).

    )

    37

  • 7/24/2019 10505-10667-1-PB

    37/66

    Metil ster sulfonado: una generaci6n nueva de surfactantes

    Anlisis econmico del proceso base de produccin

    de metil steres sulfonados

    Ubicacin y capacidad de produccin

    Al analizar

    la

    proyeccin de

    la

    produccin y el uso del aceite de palma durante el

    perodo comprendido entre 2007 y 2020, se puede concluir que hacia el ltimo ao

    se tendr una produccin aproximada de 3,2 millones de toneladas, de las cuales

    711.000 se usaran para la obtencin de biodisel, y alrededor de 1,9 millones para

    otros mercados Corredor, 2008), Tal conclusin hace latente la necesidad de im-

    plantar nuevos procesos, mediante los cuales se puedan generar productos novedo-

    sos con base en el aceite de palma y explorar nuevos mercados tanto en

    el

    pas como

    en el resto del mundo,

    En

    las circunstancias mencionadas, y teniendo en cuenta la capacidad de las

    plantas productoras de biodisel en funcionamiento y en construccin), el reque-

    rimiento de un tratamiento intermedio en el que se retiran los metil steres insatura-

    dos, se determina que la capacidad de la planta de produccin de MES sea de 49,000

    toneladas al ao con la posibilidad de ampliar la capacidad a los 100.000 toneladas

    al ao dependiendo de

    la

    ampliacin de la capacidad de produccin de biodisel en

    dicha planta,

    Tabla 12

    Plantas en produccin y en construccin para la produccin de biodisel

    en Colombia

    Empt.1J'

    eapllC

    i

    dad

    Insblllda

    Ubicacin

    In

    icio i

    Rogl6n

    Tonllad Galol\8$

    produooln

    laO

    I ~ o

    o r t

    OI.oIIores S.A.

    60.000 18.180.000 Codazzi Noviembre d.

    2007

    Norte Odin Energy Llda.

    38.000 10.908.000

    Santa

    Marta

    Mayo

    de

    2008

    OritnUJ BioO

    S.A.

    100.000

    30.300.000 Facatativa

    Marzo de 2009

    n operacin

    Biocombustibles 1 100.000 30.300.000I

    anta

    Marta Marzo de 2009

    l

    Sostenibles

    del

    Caribe I

    l

    oriental

    l

    Aceites ManuelHa

    S.A. 100.000

    30.300.000 San

    Carlos

    Julio de 2009

    I de Guaroa

    Central Ecodise' de Colombia S.A 100.000 30.300.000 Barrancabermeja Junio de 2010

    En

    Preperacin NO Ie

    Clean

    Energy SA

    En construccin joriental Blocastilla S.A.

    GIl ;

    li

    I

    6.000 .

    18.000

    1

    ,908.000

    I

    atranquilla

    5.454.000 San Carios

    do

    Guaroa

    ~ o o e 11.150.000

    Fuente: Productores de biodisel y Fedepalma 2010

    38

    Primer

    somes " 2010

    2010

  • 7/24/2019 10505-10667-1-PB

    38/66

    Cenipalma

    Dado que se busca tambin emplear las plantas existentes Tabla 12) para la

    produccin de los metil steres, se encuentra que las pl nt s en construccin y las

    proyectadas hacia el 2010 estn situadas principalmente en la Zona Norte palmera,

    con una capacidad de produccin de metil steres de alrededor de 186.000 toneladas

    por ao Arias, 2 07).

    Tomando en cuenta otros factores, como la facilidad y valor del transporte de

    materias primas del proceso hasta la planta, se analiz la ubicacin de sta en las

    ciudades de Bogot, Bucaramanga, Santa Marta y Villavicencio o sus alrededores.

    Para ello, se us el total del balance de masa realizado para el proceso por producto

    y los valores de fletes de transporte descritos en el decreto 2663 del 21 de julio de

    2008, de acuerdo con el origen de

    la

    sustancia sealadas en la Tabla 13.

    Tabla 13 Origen de materias primas para el proceso de produccin de los

    MES

    Sustlncl

    Metil

    ster

    Metanol

    Agua

    de

    proceso

    Agua de servicios

    Vapor de agua

    Azufre

    NaOH

    Oxigeno

    Nitrgeno

    Elilen

    glicol servicio)

    Perxido

    de

    hidrgeno

    NeCIO

    Origen

    I arranquilla/Santa Marla/Facatativa/San

    Carlos de Guaroa Meta)

    Cartagena

    Cada

    locacin

    Cada locacin

    Cada locacin

    Cartagena oBarranca

    Barranquilla/Santa

    Marta

    Cada locacin

    Cada

    locacin

    Medelln/Riohacha/Cartagena/Barranquilla

    Cartagena/CcutalBuenaventura

    Buenaventura/Cartagena/Cali

    Con base en lo anterior se obtuvieron los resultados de costos de transporte que

    se muestran en la Tabla 14

    Dada la cantidad requerida para

    el

    sistema de deshumidificacin del aire, el

    etilen glicol es la sustancia que ms impacto tiene sobre el costo total de transporte

    de materias primas, tal y como se puede observar en

    la

    Tabla 14 Sin embargo, anali-

    zando tres eventos: total transporte con el total de eti\en glicol EG) requerido para

    el

    proceso anualmente, total transporte usando cambios trimestrales del EG, Yun total

    de transpone sin el etilen glicol , se pudo ver que los menores costos de transporte

    Se

    presentan para las ciudades de Bogot

    y

    Santa Marta; en esta ltima

    y

    sus alre-

    dedores son representativamente menores.

    39

  • 7/24/2019 10505-10667-1-PB

    39/66

    Metil ster sulfonado: una generacin nueva de surfactantes

    Tabla

    14. Relacin de costo de transporte de materias primas segn ubicacin de la

    planta de produccin

    de MES

    Ilblta/llon

    Mlllonas

    da

    USSI.o

    Millones

    d

    USsano (Cambio

    Millones

    US lao

    Planta

    (Con total

    elllen g1lcoj)

    rlmulnll

    amen g1IcoU 110

    elllen gllcolJ

    Bogot

    108.363,01

    40.919,07 2.981,86

    Bucaramanga 125.235,45

    48.352,70 5.106,16

    Santa Marta

    49.537,71

    18.574,19 1.157,22

    ~ a v c e n c l

    140.348,87

    52892,29 3.697,98

    Finalmente, segn el precio del metro cuadrado para la construccin de la

    planta se

    ha

    determinado que la mejor ubicacin corresponde al departamento de

    Magdalena. en cercanas a Santa Mar1a, dado que mientras que el precio del metro

    cuadrado en la zona franca de esa ciudad est entre $180.000

    y

    $200.000 caP ', en

    la zona del Mamonal en Car1agena se acerca a los $450.000

    cap

    y en la zona franca

    bogotana a $650.000 cap.

    Parmetros de anlisis usados para el anlisis econmico

    Para el anlisis econmico se tuvieron en cuenta los parmetros relacionados en la

    Tabla 15, estimados a par1ir de ndices dados por el DANE y otros definidos para los

    sectores de la palma y de los detergentes.

    Tabla 15. Parmetros para el anlisis econmico

    Periodo de anlisis

    Semanas por periodo

    Periodos

    de

    anlisis

    Impuestos

    o r x r fe

    Tasa de retomo

    deseada

    Vida

    econmica

    del

    proyecto

    Valor

    de satvamento

    Mtodo

    de

    depreciacin

    4 Abreviacin fonnal del peso colombiano.

    40

    GEtlERAL

    /

    ailo

    Ao

    52

    20

    16

    JO

    10

    O

    Linea

    reclll

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    40/66

    enipalma

    PARMETROS E ESCALAMIENTO

    Escalado del

    capital %/ao

    7

    I

    Escalado de

    productos

    %/ao

    8

    I

    Escalado de materias primas

    %/ao

    2,6

    Escalado de operacin ymantenimiento %/ao

    7

    IEscalado

    de

    servicios

    %/ao

    8

    PARMETROS DEL cAPITAL DeL PI\OVECTO

    orean

    aje de

    l capital para

    traba

    jo 9

    PARMETRos DE COSTO DE

    OPERACiN

    Suministros de operacin US /ao

    25

    Cargos de

    laboratorio

    US /ao

    2S

    I

    Cargos de

    operacin %/ao

    25

    1 Extras planta

    %/ao

    5

    Gastos generales yadministrativos %/ao

    2

    PARMETROS DE

    OPERACIN

    DE

    INSTALACIONES

    I

    ipo de instalacin

    Modo

    de

    operacin

    Tiempo de

    puesta en

    marcha

    Semanas

    Horas de operacin por periodo

    Horas/Periodo

    I ipo

    de

    ftuidos de proceso

    Instalacin

    de procesamiento I

    de productos qumicos

    Procesamiento continuo

    2

    8

    Lquidos, gases yslidos 1

    Los precios para las materias primas y subproductos empleados para el presente

    anlisis

    fueron obtenidos

    de

    la base

    de datos

    de

    la

    CS

    2009) y

    se

    muestran

    en

    la

    Tabla 16. Adems, se consideraron US 20/operadorlhora y US 35/supervisor/hora,

    como los costos de labor unitarios.

    4

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    41/66

    Tabla 16. Precios de materias primas empleados para el anlisis de los procesos

    (ICIS.2009)

    prim

    Sustanc ia

    Azufre

    Etilen

    glicol

    Metil ster'

    Metanol

    Perxido

    de

    hidrgeno

    NaOH

    NaCIO

    HCI

    Acei

    te

    de pa

    lma

    Productos

    Metil

    ste

    r

    Glicerol

    MES

    Sustancia

    Preoio (USSIq\

    limit

    es

    0,24654-0 ,

    524

    1,

    367-1,764

    0,5401-1,1664

    0,390-0 ,8225

    0,2017-0,6050

    Precio (USS/kg)

    Vanable

    Prtelo se lecc

    ionado

    0,524

    1,433

    0,8552

    0,421

    1,0913

    0,8225

    0,605

    0,3

    0,5

    0,71

    0 1

    .

    Valor

    estimado i

    ncluyendo

    la seccin de

    refinacin

    de

    Jo

    smetil steres. Para

    mayor detalle

    revise la seccin

    , de

    anlis

    is

    eco

    n

    mico para

    el

    proceso

    de sul

    fan

    aan de

    los meti

    steres.

    Por ltimo, las caractersticas de los servicios empleados para los procesos en

    cuestin se presentan en la Tabla 17.

    Tabla 17. Caractersticas de los servicios de proceso empleados para el anlisis del

    proceso

    CarK1erst cu

    Unjdad

    Agua

    VaJlOfde

    E

    flen

    re

    frigeranle

    agua

    glicol

    Temperatura de entrada

    'C

    23,8

    164 .3

    101 1

    Temperatura

    de salida

    o

    35 164,3 -101,1

    Presin de diseo

    kPa

    345

    689,5

    101

    Transferencia

    de

    energa

    por

    unidad

    de

    masa

    Callg

    11.1

    493 7

    115

    Costo

    por

    unidad

    US /t

    0,

    0145

    8,18

    1433

    42

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    42/66

    Cenipalma

    Caractersticas econmicas del proceso de produccin

    de me til steres

    Se realiz el anlisis con el fin de determinar el valor de venta del metil ster con el

    cual su produccin a partir de aceite de palma es rentable usando el caso base antes

    descrito y los precios recientes de las materias primas. Con base en lo anterior se

    hizo un anlisis de sensibilidad con respecto al efecto del costo de las materias pri

    mas en el precio final de los metil steres. Para esto se tuvo en cuenta los valores del

    precio de las materias primas (aceite de palma y metanol) y subproductos (glicerol)

    incluidos en la tabla 16, evaluando su efecto en el precio final del metil ster modi

    ficando

    el

    precio de cada material entre Oy l US$/kg. Este anlisis se incluye en la

    figura 11. El costo ptimo de los metil steres se defini como aquel en el cual la

    TIR

    (Tasa interna de retorno del proceso) toma

    un

    valor superior a 30% (valor definido

    para

    el

    sector).

    A partir de dichos resultados puede concluirse que el precio del aceite represen

    ta un

    mayor impacto sobre el precio final de los metil steres, mientras que

    el

    efecto

    del metanol y del glicerol son similares pero en sentido contrario, es decir, mientras

    que por un aumento de US$I/kg en

    el

    precio del metanol se debe incrementar en

    US O,

    IS/kg el precio final del producto, para el caso del glicerol una disminucin en

    US$lIkg de glicerol genera un aumento de US$O,18/kg de metil ster, lo que impli

    cara una diferencia cercana a US$0,0039/kg en el precio final de los metil steres.

    1,5

    1,

    3

    1,1

    Ji

    0 9

    1

    0,7

    ii

    ...

    1

    5

    0.3

    0, 1

    O

    0,2

    0.4

    0.6 O a

    p,,'

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    etil stersulfonadouna

    generacin

    nueva de surfactantes

    Dado que uno de los factores ms importantes por tener en cuenta en cuanto a

    la factibilidad econmica del proceso de produccin de MES corresponde

    al

    costo de

    los metil steres, se decidi evaluar el proyecto para tres eventos relacionados con

    el valor de los metil steres: un sobrecosto del 20% con respecto

    al

    costo estipulado

    para los metil steres (US$0,8552/kg met ster), un sobrecosto de 50% (US$1,069/

    kg metil ster) y un valor similar

    al

    de los alquil bencenos (US$1,4/kg metil ster),

    materia prima de los surfactantes de mayor uso industrial

    (LAS).

    Las tres alternativas

    se consideran con el

    fin

    de ver el efecto del costo de los metil steres en el precio

    final de los MES y de esta forma poder hacer una comparacin con respecto a los

    costos de los otros productos surfactantes existentes en la actualidad.

    Como resultado de dicho anlisis, se obtuvo que el valor mnimo de venta de

    los MES para un costo de los metil steres de US$0,8552/kg, es de US$l ,27/kg; para

    un costo de US$1,069/kg, de

    US l

    ,43/kg, y para uno de US$l,4/kg, de US$1,66/kg.

    Mientras que el valor designado para la venta de los LAS

    es

    de US$2,l/kg

    (Aparicio, 2008) y dado que se evalu el proceso de produccin de los MES usando

    el precio correspondiente a la materia prima de produccin de

    LAS

    (1,4 US$/kg de

    materia prima) para los metil steres, se encontr que el costo final de los MES es

    significativamente menor que el de los

    LAS,

    hacindole una alternativa mucho ms

    llamativa si se tienen en cuenta otras propiedades ventajosas, como su biodegradabi-

    lidad y tolerancia a aguas duras.

    Sin embargo, debido a algunas suposiciones que se han realizado a lo largo del

    presente anlisis y los errores involucrados en la simulacin que no han sido cuan-

    tificados, deben realizarse otros anlisis que respalden esta conclusin. Aun as, a

    partir de la presente evaluacin fue posible observar que a pesar de que el proceso de

    produccin de metil steres sulfonados requiere de una gran cantidad de etapas, ob-

    teniendo un producto de muy buenas caractersticas, el costo final de venta de dicho

    producto ser comercialmente competitivo.

    6

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    44/66

    egunda

    p rte

    escripcin del proceso

    de produccin de MES

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    45/66

    enip

    lma

    Acondicionamiento o refinacin de los metil steres

    Una de las impurezas de mayor impacto en el producto final del metil ster sulfonado

    corresponde a las disales, debido a que afecta su estabilidad y disminuye propiedades

    como su detergencia. Su formacin se ve favorecida por la existencia de enlaces in

    saturados en las cadenas del producto que se ha de sulfonar, al mismo tiempo que por

    excesos de temperatura durante la sulfonacin de los metil steres (principalmente).

    En consecuencia, corrientes de metil steres con un alto contenido en metil steres

    de cidos oleico y linolico en particular deben pasar por un pretratamiento previo a

    la sulfonacin, con el fin de lograr una corriente con un ndice de yodo con un valor

    menor de 0,5 (De Groot, 1991).

    Existen tres posibles tratamientos para el acondicionamiento de los metil steres

    obtenidos del aceite de palma, los cuales se pueden usar de forma independiente o

    combinada para cumplir los requerimientos de la corriente de metil ster: destilacin

    molecular, cristalizacin, hidrogenaci6n.

    Destilacin o fraccionamiento

    Por lo general, este procedimiento consta de tres etapas convencionales: prefraccio

    narniento, fraccionamiento de C16 y fraccionamiento de C18. Su

    fin

    es generar tres

    corrientes, cada una rica en metil steres con una cadena de determinada longitud

    y uso. De esta forma, mientras que la corriente de

    CI

    es empleada para biodisel

    dado que es rica en metil ster de cido oleico (insaturado), la corriente rica en C12-

    C 14 (obtenida como destilado en el prefraccionarniento) se emplea para la industria

    cosmtica, y la rica en metil steres de cadena C16 para la elaboracin de MES, por

    su

    bajo ndice de yodo. Aun as, estos metil steres que van a sulfonarse requieren ser

    hidrogenados para lograr el parmetro requerido del ndice de yodo.

    La patente 7,064,223 de Estados Unidos (Heck, 2006), propone un sistema de

    tres etapas con el

    fin

    primordial de obtener metil ster de cido oleico puro. La

    primera etapa busca remover el metil palmitato existente. Para ello se alimenta la

    corriente a una temperatura cercana a la de ebullicin, en una etapa entre la seccin

    de sublimacin y la de despojamiento. Usando una columna empacada, temperaturas

    entre 160 y 200

    oC

    y presiones entre 10 y 25 mbares, se obtiene una corriente por

    livianos entre 95 y 99 en metil palmitato,

    y

    una de fondos entre 70

    y

    75 en metil

    oleato. La segunda etapa se usa para remover el resto del metil palmitato remanente

    en la corriente de fondos. Se usa una temperatura entre 200 230 oC y presiones en

    tre

    1

    y 15 mbares. Con ello se obtiene una corriente de fondos con una composicin

    entre 70 y 75 en metil oleato. Por ltimo, una tercera etapa con temperaturas entre

    200-230 oC y presin de 10-25 mbares se lograra obtener una corriente al 85 en

    metil oleato.

    49

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    46/66

    Metll ster

    sulfonado: una

    geoeracin

    nueva de surfactan es

    Este sistema permite obtener fracciones de C8-CIO, C12-C14 y CI6-CI8.

    Est compuesto

    por

    una o varias columnas empacadas con sus respectivos sistemas

    de condensado y rehervido, manteniendo las condiciones apropiadas para el mejor

    aprovechamiento del calor y los servicios (vapor o agua de enfriamiento). Aunque

    es una metodologa muy efectiva para la separacin de los metil steres, es costosa y

    presenta altas prdidas en rendimiento (Mitchell,

    2 08).

    Cristalizacin

    Mediante este proceso es posible separar los cidos grasos saturados de los no satu

    rados de igual nmero de carbonos, como resultado de la marcada diferencia en sus

    puntos de solidificacin, la cual no es evidente entre sus puntos de ebullicin, lo que

    dificulta la separacin por destilacin fraccionada.

    La

    cristalizacin es un proceso

    de separacin termo-mecnico donde sus fracciones resultantes tienen diferentes

    propiedades qumicas fsicas.

    En

    2007 Benavides y colaboradores implementaron a escala de laboratorio un

    proceso de fraccionamiento del biodisel de aceite de palma mediante cristalizacin

    inducida por enfriamiento. Ellos llevaron a cabo el fraccionamiento en una cmara

    de

    separacin, donde se llev la muestra a tres diferentes temperaturas, 14, 15, Y

    16 oC, y se iban reteniendo los cristales a medida que iba disminuyendo la tempera

    tura durante el tiempo de prueba, el cual fue 6, 12 Y 24 horas. La separacin del

    lquido se logr drenando parte del lquido por

    un

    tubo inferior en

    el

    cual haba una

    malla antes de la vlvula de salida.

    Se

    encontr que a medida que aumentaba el tiempo de estabilizacin de los cris

    tales disminua la temperatura de enfriamiento, disminua el contenido de steres

    metlicos de cido palmtico aumentaban los de cido oleico. De esta forma, con

    siderando las condiciones extremas evaluadas de

    14

    oC y 24 horas de estabilizacin,

    se logr una disminucin en el punto de nube de 6 oC (el valor inicial para el biodi

    sel corresponda a

    16 oC

    una

    reduccin en la cantidad de metil steres saturados

    de 5,29 sin alterar las caractersticas combustibles del biodisel.

    Sistemas

    de cristalizacin

    . El fraccionamiento de las grasas a nivel industrial se

    realiza por tres vas: fraccionamiento con detergente, fraccionamiento con solvente

    o fraccionamiento seco. El primer mtodo lo patent Lanza en 1905 y consiste en

    la adicin de detergente a los cristales para que sean transferidos a la fase acuosa

    sean fcilmente separables por centrifugacin. El fraccionamiento por solvente con

    siste en, previo a la cristalizacin, disolver las grasas en un solvente como acetona o

    hexano. Consecuentemente, los cristales son separados por filtracin las fracciones

    recuperadas por evaporacin del solvente. Este proceso tiene la gran desventaja de

    50

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    47/66

    enipalma

    emplear sustancias adicionales que posteriormente se convierten en residuos que

    contaminan el ambiente e incrementan los costos del proceso.

    El

    ltimo proceso de

    crist