Incineración de glicerina, subproducto de la industria de biodiésel

El Protocolo de Kyoto sobre emisiones de gases de efecto invernadero, al cual se encuentra adherido España, promueve el desarrollo del uso de biocombustibles dentro de la lucha contra el cambio climático, en detrimento de otros combustibles fósiles, cuyos factores de emisión de gases de efecto invernadero y contaminantes atmosféricos en general, son sensiblemente mayores.

En este sentido, el biodiesel es un producto obtenido por un proceso de transesterificación (formación de ésteres metílicos) de los ácidos grasos existentes en los aceites vegetales (soja, girasol, colza,…). Sus características son similares a la del gasóleo aunque cabe destacar que el biodiesel posee un punto de inflamación considerablemente superior al del gasóleo, lo que lo hace mucho menos peligroso. El porcentaje de azufre es también un factor a reseñar, ya de evita la emisión de este componente a la atmósfera con su correspondiente mejora medioambiental.

Desde el punto de vista químico el biodiesel es una mezcla de los esteres metílicos de los ácidos grasos. La materia prima, grasas y aceites, son fundamentalmente triglicéridos de los ácidos grasos. En Europa la materia prima fundamental es la colza, ya que es la oleaginosa existente más económica, pudiendo emplearse otros aceites vegetales como pueden ser: girasol, palma, soja, etc. Otras posibilidades son emplear grasas animales de bajo costo o el aceite usado que fuera empleado para frituras.

La reacción de transesterificación es una reacción característica de los esteres, y consecuentemente de los lípidos, en la cual el aceite o la grasa reacciona con ácidos grasos, alcoholes u otros ésteres con el intercambio de los grupos acilo. Para favorecer la reacción se utiliza un catalizador, principalmente metilato de sodio, sosa o potasa, tal y como puede verse en la siguiente reacción:

La glicerina es un producto de la reacción de transesterificación y por lo tanto no puede evitarse su formación en el proceso de producción de biodiesel. La cantidad de glicerina que se genera es muy importante, representando aproximadamente el 10% del biodiesel producido. En función de los tratamientos a los que es sometida la corriente pesada que se origina en la reacción de transesterificación se obtendrá glicerina cruda, con un porcentaje de glicerol en torno al 80%, o bien glicerina de grado farmacéutico, con un porcentaje de glicerol del 99,7%. Las sustancias que acompañan a la glicerina son, principalmente, agua, sales y MONG (materia orgánica no glicerina, formada por jabones, ácidos grasos libres y otras impurezas).

Debido al incremento exponencial de la producción de biodiesel, la glicerina bruta generada en la reacción de transesterificación de los aceites vegetales está alcanzando grandes cantidades. Independientemente del amplio abanico de aplicaciones del glicerol puro en alimentación, el sector farmacéutico, cosmético y otras muchas industrias, resulta muy costoso refinar la glicerina cruda hasta una elevada pureza, especialmente para los pequeños y medianos productores de biodiesel. Por cada 9 kg de biodiesel producido, se genera 1 kg de glicerina cruda, así se están investigando y analizando diferentes formas de utilizar la glicerina cruda generada por los productores de biodiesel. Debido a esta gran cantidad generada, se esta investigando la conversión de la glicerina cruda en productos específicos que ayudarían a disminuir los costes de producción del biodiesel.

Un área que muestra un apreciable potencial para consumir elevadas cantidades de glicerina es la utilización de la glicerina para la producción energética. La glicerina arde bien, pero tiene que ser quemada a elevadas temperaturas para que no se produzcan humos tóxicos de acroleina, que se forma principalmente entre los 200ºC y los 300ºC.

La utilización directa de la glicerina cruda como un combustible líquido asimilable a los aceites residuales tiene algunos inconvenientes:

• Tiene un bajo poder calorífico (entre 2.800 y 3.500 kcal/kg), lo que hace que sea incapaz de mantener la llama en un quemador convencional. Esto se agrava por la presencia de agua en la mezcla.
  
• Su elevada viscosidad hace que sea difícil la pulverización.
  
• La presencia de sales puede causar problemas de corrosión en las boquillas de los quemadores y en la propia instalación de combustión.
  
• Las sales son inhibidores de llama, lo que dificulta la combustión de la glicerina sin utilizar un combustible auxiliar.

BLUER ha desarrollado un sistema de incineración de glicerina consistente en provocar su combustión y mantener los gases generados a una temperatura suficientemente alta en presencia de un exceso de oxigeno para que los compuestos orgánicos sean completamente oxidados. Esta oxidación necesita de un tiempo suficiente para completarse, así que la cámara de reacción se diseña para permitir una estancia suficientemente larga de los gases. Para esta aplicación, se ha trabajado a una temperatura de 1.100 °C y un tiempo de residencia de 2 segundos. En estas condiciones, cumplimos con el Real Decreto 653/2003, de 30 de mayo, sobre incineración de residuos.

El sistema de combustión desarrollado por BLUER consiste en un adecuado sistema de pulverización combinado con un diseño de la cámara de combustión de forma que se consiga una perfecta mezcla de la glicerina con el aire de combustión, indispensable para garantizar una bajas emisiones de monóxido de carbono y de compuestos orgánicos. Con este sistema, somos capaces de mantener la combustión y trabajar a temperaturas de 1.100 ºC utilizando únicamente glicerina como combustible, sin necesidad de utilizar ningún combustible auxiliar.

En la planta piloto de incineración de glicerina que ha desarrollado y construido BLUER, hemos podido determinar parámetros tan importantes como:

• Temperatura mínima de trabajo en la cámara de oxidación.
  
• Relación óptima aire/glicerina.
  
• Intervalos posibles en los distintos parámetros de trabajo.
  
• Temperatura máxima alcanzable en la cámara de oxidación.

Los valores de emisiones gaseosas que se han obtenido trabajando a 1.100 ºC en la cámara de combustión han sido:

• Monóxido de Carbono (CO): menor de 40 ppm
  
• Óxidos de nitrógeno (NOx): menor de 13 ppm
  
• Dióxido de azufre (SO2): menor de 1 ppm
  
• Compuestos orgánicos volátiles (COV’s): No se detectan

En esta planta piloto también se ha podido estudiar la problemática de los productos de la combustión (emisión de sales).