Efecto sobre la producción y el catalizador de la inyección de aceite vegetal usado en una unidad de hidrodesulfuración de gasoil

Résumé

El aumento progresivo del consumo de combustibles y los compromisos de la Unión Europea para reducir el gasto energético en el año 2020, sirven de impulso para el desarrollo de nuevos biocombustibles más eficientes y respetuosos con el medio ambiente. El Green Diesel o HVO (Hydrotreated Vegetable Oil) es un biocombustible formado principalmente por parafinas lineales, que se obtiene a partir del hidrotratamiento catalítico de aceite vegetal, en condiciones de alta temperatura y presión. Una prometedora vía para la obtención de este biocombustible a escala industrial, es el co-procesamiento catalítico de gasoil y aceite de fritura, ya que no sólo se elimina un residuo contaminante para el medio ambiente, convirtiéndolo en un biocombustible de alta calidad compatible con el gasoil de automoción, sino que se utilizan las infraestructuras de refino existentes para la hidrodesulfuración de gasoil. En este trabajo de Tesis se estudia el efecto que tiene la incorporación de aceite de fritura en la carga de una unidad industrial de hidrodesulfuración de gasoil, prestando especial atención a los cambios que se producen en la calidad del producto de salida del proceso, así como en la actividad y vida del catalizador comercial. Para ello, se realizaron diversos experimentos de co-procesamiento de aceite frito y gasoil a diferentes escalas. Se comenzó estudiando el procesado del gasoil y el co-procesado con aceite frito utilizando una planta piloto con un reactor a escala laboratorio, en la que es posible realizar un control riguroso de las condiciones de operación. Por tanto, puede estudiarse con mayor precisión la influencia de las distintas variables analizadas como la temperatura, la composición de la alimentación (relación gasoil/aceite), la velocidad espacial y el tiempo de co-procesado. A continuación, los resultados del estudio anterior se compararon con los obtenidos en una planta piloto, equipada para llevar a cabo las reacciones que tienen lugar en las plantas industriales de hidrodesulfuración de gasoil. Cabe destacar que el volumen de catalizador disponible en el reactor de la planta piloto es ocho veces el empleado en el reactor a escala laboratorio. En este caso se utilizaron, por un lado, condiciones de reacción más severas que las anteriores, de modo que se pudieran emular las condiciones de trabajo de las unidades de hidrodesulfuración industriales, y por otro, condiciones de temperatura moderadas de 350 ºC con tiempos largos de co-procesado. Además, se usaron tanto aceites vegetales procedentes de procesos de fritura, como grasas animales en la alimentación, en una relación gasoil/biomasa de 80/20 % m/m, encontrada como óptima en el estudio de laboratorio anterior. Finalmente, se llevaron a cabo dos experimentos a escala industrial en la unidad de hidrodesulfuración (HDS-I) de la Refinería de Tenerife, empleando aceites de fritura recogidos por gestores locales de las Islas Canarias. El primero de ellos, se llevó a cabo con una inyección de aceite de fritura de 9,2% m/m de promedio a una temperatura de aproximadamente 350 ºC, una marcha de la unidad de 12.000 barriles/día y un lecho catalítico de CoMo/Al2O3. Por su parte, el segundo experimento fue realizado con un porcentaje másico de aceite en la carga de 4,7% a una temperatura entre 370 – 380 ºC y una marcha entre 17.000 y 21.000 barriles/día. En este segundo experimento el lecho catalítico varió, estando compuesto por un primer lecho de catalizador de NiMo/Al2O3 y dos de CoMo/Al2O3. Los resultados obtenidos muestran que el hidrotratamiento catalítico de aceite frito da lugar a la formación de HVO (80 – 85 % m/m), constituido principalmente por parafinas lineales de 15 – 18 átomos de carbono; gases ligeros (8 – 12 % m/m), entre los que destaca el propano por su alto valor añadido como GLP (Gas Licuado del Petróleo) y agua (3 – 11 % m/m). Además, se demuestra que un contenido del 20% m/m de aceite en la carga da lugar a un menor consumo extra de hidrógeno y a una mayor producción de gases ligeros. Por último, se confirma la viabilidad técnica de este co-procesamiento, ya que no sólo se produce una mejora significativa de la calidad del gasoil desulfurado, en particular de su densidad, inflamabilidad e índice de cetano; sino que además, no tiene lugar una interacción significativa entre las reacciones de hidrotratamiento del aceite y las reacciones de HDS/HDN (hidrodesulfuración e hidrodesnitrificación) del gasoil.