Hidrogenación selectiva de ésteres grasos y triglicéridos con catalizadores basados en Ni soportado sobre óxidos mixtos.

Abstract

[ES] La demanda de energía en el mundo presenta un continuo incremento, siendo la dependencia de combustibles fósiles (gas, petróleo, carbón) para producir esta energía cada vez más acentuada. El uso de combustibles fósiles genera una gran cantidad de emisiones de gases de efecto invernadero, principalmente dióxido de carbono (CO2), además de producir óxidos de nitrógeno (NOx) y dióxido de azufre (SO2) como resultado de la combustión. Una posible alternativa para disminuir la dependencia de los recursos fósiles es el uso de materias primas renovables para la producción de combustibles como, por ejemplo, la generación de biodiesel a partir de biomasa residual, disminuyendo también la emisión de gases de efecto invernadero. Además, el uso de combustibles renovables está orientado hacia la sostenibilidad, es decir, la capacidad de mantener el desarrollo de la calidad de vida, sin afectar la de futuras generaciones. La hidrogenación de aceites vegetales, tales como los aceites de palma, girasol, soja, colza, linaza, entre otros, es una tecnología actualmente aplicada a nivel industrial para la saturación de dobles enlaces presentes en los ésteres de ácidos grasos y de los triglicéridos constituyentes de los aceites, llegando incluso hasta la obtención de hidrocarburos (mediante reacciones de hidrólisis, hidrogenación y/o descarbonilación). Este trabajo de TFM se centra en el estudio del proceso de hidrogenación catalítica de ésteres de ácidos grasos y triglicéridos para la obtención de n-heptadecano (C17) y/o n-octadecano (C18). Estos hidrocarburos son de interés, ya que se encuentran en el rango de las fracciones de queroseno y diésel utilizados como combustibles de automoción. En particular, se evalúa la actividad catalítica en la hidrogenación selectiva de oleato de metilo (reactivo modelo de partida) de diferentes materiales basados en Ni soportado en óxidos metálicos, tales como Al2O3, TiO2 y ZrO2 y sus combinaciones en forma de óxidos mixtos. Estos catalizadores han sido preparados en el ITQ, y caracterizados mediante distintas técnicas analíticas, tales como: ICP, DRX y fisisorción de N2, entre otras, ayudando así a determinar sus principales propiedades físico-químicas y texturales, y a correlacionarlas con la actividad catalítica observada. El estudio permite optimizar la producción de hidrocarburos trabajando en un reactor autoclave en condiciones moderadas de reacción (temperatura <300ºC y presión <50 bares), identificando y seleccionando aquellos catalizadores que presenten mayor selectividad a C17 o C18. Finalmente, con los catalizadores más promisorios, se llevan a cabo reacciones catalíticas usando mezclas modelo compuestas por distintos ésteres de ácidos grasos, representativos de los ácidos grasos que se pueden encontrar en los aceites vegetales comúnmente utilizados en el mercado. El resultado de la investigación proporciona una nueva ruta catalítica para el aprovechamiento de residuos del sector industrial como son, por ejemplo, los aceites de frituras, ofreciendo la posibilidad de obtener hidrocarburos en el rango del queroseno o diésel que pueden ser utilizados como combustible de automoción, representando una alternativa energética capaz de reducir el actual consumo de combustibles fósiles.

[EN] The world's energy demand is continuously increasing, and dependence on fossil fuels (gas, oil, coal) to produce energy is becoming more and more accentuated. In addition, the use of fossil fuels leads to greenhouse gases emissions in high amounts, mainly carbon dioxide (CO2), nitrogen oxide (NOx) and sulfur dioxide (SO2) because of combustion. A possible alternative to reduce the dependence on fossil resources is the use of renewable raw materials for fuel production, in particular, the generation of biodiesel from residual biomass, thus decreasing the emission of greenhouse gases. Furthermore, the use of renewable fuels is oriented towards sustainability, this meaning the ability to maintain the development of the life quality without affecting that of future generations. The hydrogenation of vegetable oils, such as palm, sunflower, soybean, rapeseed and linseed oils, among others, is a technology currently applied at industrial level for the saturation of double bonds present in fatty acid esters and triglycerides that make up the oils, even leading to obtain hydrocarbons (through hydrolysis, hydrogenation and/or decarbonylation reactions). The main objective of this work is to study the catalytic hydrogenation process of fatty acid esters and triglycerides to produce n-heptadecane (C17) and/or n-octadecane (C18). The latters are considered as products of interest, since they belong to the kerosene and diesel fractions, employed as automotive fuels. In particular, the starting model reagent was methyl oleate, and different Ni supported on metal oxides, such as Al2O3, TiO2 and ZrO2 and their combinations, were used as catalysts. These catalysts have been prepared at Instituto de Tecnología Química (ITQ), and characterized by different analytical techniques, such as: ICP, XRD and N2 physisorption, among others. These techniques allowed to determine their main physico-chemical and textural properties, and to correlate them with the observed catalytic activity. This study allows optimizing hydrocarbons production, working in an autoclave reactor under moderate reaction conditions (temperature <300ºC and pressure <50 bar), along with identifying and selecting the catalysts offering higher selectivity towards C17 or C18. Finally, with the most promising catalysts, catalytic experiments were carried out using model mixtures composed of different fatty acid esters, representative of the fatty acids that can be found in vegetable oils commonly used in the market. The results of this research will provide a new catalytic route for the utilization of wastes (i.e., frying oils) from the industrial sector. In this sense, this study offers the possibility to obtain hydrocarbons in the range of kerosene or diesel (used as automotive fuel), representing an alternative energy capable of reducing the current consumption of fossil fuels.