10505-10667-1-pb
TRANSCRIPT
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
1/66
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
2/66
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
3/66
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
4/66
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
5/66
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
\
\
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
6/66
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
7/66
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
62
63
64
65
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
8/66
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
9/66
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
10/66
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.
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
11/66
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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).
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
15/66
rimeraparte
Evaluacin e prefactibi1idad
/ .
teCnlco econotnlCa
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
18/66
>-
\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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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
Ei
1 >
t:I
.
.,
(JQ
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.
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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
; :
,,-
.,
...
"
'" -
"O
..
~
)o:l
" -
- "
fr
o'
~
e '
' o-
g-
" ~
O
"
o
'
;:
'Tl -
{1)
r::
g
t-..>
""
"
'"
"
"
[
'O
o
g-
~
"
"
-
o-
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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,,'
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
43/66
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
44/66
egunda
p rte
escripcin del proceso
de produccin de MES
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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
-
7/24/2019 10505-10667-1-PB
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