Deshidratación de etanol mediante destilación azeotrópica con hidrocarburos componentes de la gasolinaEstudio de la viabilidad del proceso a escala semi-planta piloto

Resumen

El presente estudio consta de 8 capítulos en los que se pretende realizar un estudio experimental de la viabilidad de la deshidratación de etanol en una columna de destilación azeotrópica en continuo a escala semi-planta piloto empleando distintas mezclas de hidrocarburos componentes de la gasolina con el fin de obtener una mezcla etanol - gasolina directamente utilizable como combustible. A continuación se describe el trabajo realizado y las conclusiones a las que se ha llegado. Capítulo 1, Introducción, donde se destaca la importancia de la energía en la sociedad actual y las fuentes de la misma. Se informa de los problemas que presentan los combustibles fósiles. A continuación se describen los biocombustibles y las ventajas que presentan frente a los combustibles tradicionales. Seguidamente se presenta el bioetanol como biocombustible, su proceso de producción y las críticas existentes al uso del mismo. Por último se enumeran los procesos de deshidratación de etanol utilizados en la actualidad. Capítulo 2, Objetivos, donde se presenta el alcance del trabajo y específicamente la selección de los agentes de separación para el proceso de deshidratación, el estudio de la influencia de las variables de operación, y la correlación de los sistemas estudiados como paso previo a la simulación y estudio de la viabilidad del proceso. Capítulo 3, Estudio de la deshidratación de etanol. Se describe el equipo experimental utilizado, detallando cada uno de los equipos y se enumeran los sistemas y los productos utilizados. A continuación se revisan las variables de operación y la puesta en marcha del equipo hasta alcanzar el régimen estacionario. Se describe como se realiza el análisis, con sus equipos analíticos, y la toma de muestras. Por último se señala como se realiza la recuperación de los hidrocarburos empleados para su reutilización al proceso experimental. Capítulo 4, Datos experimentales. Se han estudiado diez sistemas agua ¿ etanol y diferentes hidrocarburos y mezclas. Los hidrocarburos individuales utilizados han sido Hexano, Ciclohexano, Isoctano, y Tolueno, mezclas binarias de Hexano+ Isoctano y de Ciclohexano + Isoctano, ternarias de Hexano + Ciclohexano + Isoctano, cuaternarias de Hexano + Ciclohexano + Isoctano + Tolueno y finalmente gasolina comercial. Se muestran representados de forma gráfica los resultados para cada uno de los sistemas analizados, empleando el anexo para la presentación del valor numérico de los mismos. Para cada uno de los experimentos se presenta: una tabla con las condiciones de operación, una gráfica en la que se representan los valores de los caudales de destilado y producto de cola y tres gráficas en las que se representan las fracciones másicas de los componentes en las corrientes de destilado y producto de cola. A continuación se realiza una discusión de los resultados experimentales, atendiendo a como varían los caudales, las fracciones másicas de los componentes en función de las variables de operación empleadas y las composiciones de los alimentos de entrada. Capítulos 5 y 6, Correlación de datos de equilibrio y Simulación de datos experimentales. Para llevar a cabo las simulaciones del proceso es necesario un modelo del mismo. Se realiza una revisión de los datos de equilibrio disponibles y se realiza una correlación de los mismos utilizando tanto modelos termodinámicos como diferentes interpolaciones. Se observa la dificultad que poseen los modelos en correlacionar correctamente los datos de equilibrio y la necesidad de mayor número de datos experimentales. Se realiza una simulación de los sistemas con un solo hidrocarburo realizados, realizando una valoración global de los resultados obtenidos. Por último se realiza un estudio del consumo energético del proceso estudiado comparándolo con el de un proceso convencional de obtención de etanol puro para luego mezclarlo con la gasolina. Capítulos 7 y 8, Conclusiones y Bibliografía. Se presenta la bibliografía más relevante empleada en la realización de esta memoria. Además, se presentan las distintas conclusiones del estudio entre las que cabe destacar algunas. Así se demuestra que el proceso analizado es técnicamente viable. Todos los hidrocarburos componentes de la gasolina estudiados así como sus mezclas pueden ser utilizados como agentes separadores para la deshidratación de etanol en la columna de destilación azeotrópica. Las simulaciones llevadas a cabo reproducen bastante bien los resultados experimentales. El proceso propuesto es más económico que el proceso convencional, tanto desde el punto de vista energético como desde el de las necesidades de inmovilizado. Por todo ello se concluye que la deshidratación de etanol mediante destilación azeotrópica con gasolina o sus componentes para obtener directamente una mezcla gasolina + etanol es un proceso técnica y económicamente viable. Sin embargo, su simulación teórica es difícil por la falta de modelos termodinámicos que calculen con precisión los datos de equilibrio necesarios, especialmente en las proximidades del punto de pliegue. En principio, parece más adecuada la implantación de este proceso dentro de las refinerías de petróleo en vez de en las empresas fabricantes de bioetanol las cuales se dedicarían exclusivamente a la obtención de etanol del 96%. De este modo se podría aprovechar el alto conocimiento que las refinerías tienen de la destilación así como de su facilidad de disponer de combustibles más económicos obteniéndose así un mayor descenso en los costes.