Ponencia juana maria frontela. I+D+i en CEPSA Centro de Investigación

26 Mayo 2017
I+D+i EN CEPSA CENTRO DE INVESTIGACION
Juana Frontela-
Los Viernes DIQ 2017

INDICE
2
 CEPSA HOY
 CEPSA CENTRO DE INVESTIGACION
 PROYECTOS DE I+D- GESTION Y ACCION
 DE LA IDEA A LA IMPLEMENTACION- 3 EJEMPLOS
 ISOMERIZACION DE NAFTA LIGERA
 BIOCOMBUSTIBLES
› ACEITES VEGETALES
› MICROALGAS

Cepsa en 2016 03Junio 2016
Cepsa Hoy I La Compañía
1. Con un único accionista,
International Petroleum
Investment Company (IPIC),
fondo soberano de Abu Dabi.
2. Con más de 80 años de
experiencia en el mundo del
petróleo.
3. Con un equipo de más de
10.000 profesionales.
4. Desarrollando su actividad a
través de seis áreas de negocio.
La Compañía
Cepsa es una compañía
integrada, que opera en todas
las fases de la cadena de valor
del petróleo y del gas.

ACTIVIDADES DE CEPSA
EXPLORACION & PRODUCCION REFINO
DISTRIBUCION Y VENTAS
PETROQUIMICA GAS Y ELECTRICIDAD

Cepsa
“GasMarketOutlook–Confidential”
CEPSA CENTRO DE INVESTIGACION
Tecnología

7
INNOVACIÓN TECNOLÓGICA
“Actividad cuyo resultado sea un avance tecnológico en la obtención de nuevos productos o procesos de
producción o mejoras sustanciales de los ya existentes”
Art. 35 Ley del Impuesto de Sociedades

¿Como transformamos las ideas en realidades en Cepsa?
8
TECHNOLOG
IDEAS MOLECULAS PROCESOS CONSTRUCCION
CENTRO DE I+D DESARROLLO INGENIERIA
TECNOLOGIA

9
Dirección de
Tecnología
División de I+D División de Ingeniería
Propiedad
Intelectual
Centro de
Investigación
Desarrollo de
Tecnología

10
 12.000 m2, 9.000 m2 laboratorios
 > 60 Proyectos de I+D
 Actividades en
• Refino
• Petroquímica
• Exploración y Producción
65 investigadores
70% Estudios universitarios
25% Maestría industrial
5% personal no técnico
8 (+2) Doctores
CENTRO DE INVESTIGACION- CRC
• Acuerdos de Colaboración y Planes de I+D
• Objetivos definidos anualmente
• I+D aplicado 80-90%

11
Organización del Centro de Investigación
Centro
Investigación
Downstream
Refino & Petroquímica
Servicios Técnicos
Innovación
Departamento de Análisis
Upstream
Exploración & Producción

PROYECTOS DE I+D- GESTION Y ACCION

MODELO COLABORATIVO/PARTICIPATIVO DE I+D
13
PROYECTOS I+D
Otros centros I+D
Centros Tecnológicos
COORD. TECN. REFINO
Centro de I+D CEPSA (CRC)
Outsourcing
Universidades, CSIC
CCP Asfaltos
CEPSA Química
E&P
CCP Combustibles
CPP Lubricantes
HSE
IDEA
RECURSOS
NECESIDAD
ACUERDOS
INNOVACION

14
Recursos
propios del
Centro de
Investigación
Presupuesto
propio +
financiación
externa
Recursos
globales en
I+D
Universidades
Alcalá de Henares
América (Colombia)
Los Andes (Venezuela)
Autónoma Madrid
Carlos III
Complutense Madrid
Gante (Belgica)
Rey Juan Carlos
Politécnica Madrid
Escuela Minas Madrid
Salamanca
Sevilla
Huelva
Cádiz
La Laguna
Groningen
Oslo and Bergen Universities
Rice University
Instituto Tecnológicos
Fontys Hogenscholen Eindhoven (Holand)
Inst. Superior Técnico de Lisboa
L’Ecole Centrale de Paris
Ecole Nationale Superieure de Chimie de
Montpellier
Inst. Mateo Alemán (FP)
Escuela Sta. Mª Del Castillo (FP)
Inst. Lope de Vega (FP)
Otros socios Tecnológicos
UOP – Universal Oil Products USA
HALDOR TOPSOE – Catalyst and Process - Denmark
BASF – Catalyst and Process - Germany
CLARIANT – Catalyst - Germany
GRACE DAVIDSON – Catalyst – USA
AXENS – Catalyst – France
CHEVRON PHILIPS CHEMICALS – Catalyst and
Process - USA
CHEVRON LUMMUS GLOBAL – Catalyst and Process -
USA
UNILEVER – Detergents Know How
SINARMAS – Natural Alcohol and Derivatives
CSIC – National Research Council Spain
Government.
ITQ – Instituto de Tecnología Química
ITC – Technology Institute Spain
INCAR (CSIC)

15
DE LA IDEA A LA IMPLEMENTACION

16
ISOMERIZACION DE PARAFINAS LIGERAS
HISTORIA DEL PRIMER CATALIZADOR ZEOLITICO
DESARROLLADO EN ESPAÑA Y ESCALADO INDUSTRIALMENTE

ISOMERIZACION DE PENTANOS
Un proyecto en colaboración
 CSIC (Grupo de A. Corma) (INVESTIGACION BASICA)
 CEPSA CENTRO DE INVESTIGACION (PLANTA PILOTO Y ESCALADO)
 SÜD CHEMIE AG (FABRICACION)
 CEPSA (REFINERIA-PLANTA INDUSTRIAL)
Cepsa |ISOMERIZACION DE PARAFINAS LIGERAS | 2017

18Cepsa |ISOMERIZACION DE PARAFINAS LIGERAS | 2017
1. NECESIDAD DE LA ISOMERIZACION IDEA
2. PRUEBAS CON CATALIZADORES COMERCIALES
3. INVESTIGACION BASICA
4. PLANTA PILOTO
5. ESCALADO CATALIZADOR
6. UNIDAD COMERCIAL

NECESIDAD : AUMENTAR EL OCTANO DEL LSR
19
Componente RONC MONC
i-Pentano 93.5 89.5
n-Pentano 61.7 61.3
cicloPentano 102.3 85.0
2,2 dimetilButano 94.0 95.5
2,3 dimetilButano 105.0 104.3
2 metilPentano 74.4 74.9
3 metilPentano 75.5 76.0
n-Hexano 31.0 30.0
metilcicloPentano 96.0 85.0
cicloHexano 84.0 77.2
Benceno 120.0 114.8

REACCIONES DE ISOMERIZACIÓN
20
• Isomerización
• Saturación/Isomerización
n-pentano
RONC=61.7
i-pentano
RONC=95.5
n-hexano
RONC=31.0
2 MP
RONC=74.4
3 MP
RONC=75.5
2,2 DMB
RONC=94.0
2,3 DMB
RONC=105
+ +
+3H2
benceno
RONC=120
ciclohexano
RONC=84
metilciclopentano
RONC=96
n-hexano
RONC=31.0
+H2

TEST DE CATALIZADORES COMERCIALES
21
Isomerización de LSR de catalizadores comerciales
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
220 230 240 250 260 270 280
Temperatura ºC
iC5/sumaC5total
EQUILIBRIO
UOP
SUD CHEMIE-1
AKZO-1
SUDCHEMIE-2
AKZO-2
SUD CHEMIE-3
SUD CHEMIE-4
EQUILIBRIO
1. HABIA MARGEN DE MEJORA HASTA LLEGAR AL EQUILIBRIO
2. IDENTIFICACION DE POSIBLES SOCIOS FUTUROS EN LA FABRICACION DEL CATALIZADOR
RESULTADOS DEL ESTUDIO
B
A
C
G
E
F
D

INVESTIGACION BASICA - ELECCIÓN DEL SISTEMA CATALÍTICO A INVESTIGAR
22
Pt alúmina clorada : Muy sensible al agua y al azufre . Corrosión
Metal Noble/Zeolita : HY, Mordenita, BETA
0
200
400
600
800
1000
1200
4 9 14 19 24 29 34 39
Two Theta (degree)
RelativeIntensity

INVESTIGACION BASICA - ESTRATEGIA DE SÍNTESIS
23
RELACION DE LA ACIDEZ CON LA RELACION Si/Al
Framework Si/Al ratio vs activity
0
2
4
6
8
10
12
5 7 9 11 13 15 17 19
Si/Al ratio
iC5/C5total
¿ ES LA RELACION SI/AL DE RED LA QUE CONTROLA LA ACIDEZ Y POR TANTO LA ACTIVIDAD?

INVESTIGACION BASICA - Efecto del EFAL
24
Se pueden conseguir distintas actividades con la misma relación Si/Al de red y controlando la cantidad de extra-red que
se forma.
RelaciónSi/Al de red vs actividad
0
2
4
6
8
10
12
14
5 10 15 20relación Si/Al
iC5/C5total
Acido + vapor
Tratamiento ácido
Tratamiento con vapor
TRATAMIENTO
ACIDO
TRATAMIENTO
CON VAPOR
MORDENITA RELACION
FAL/EFAL OPTIMIZADA
MORDENITA
MORDENITA ACIDEZ
OPTIMIZADA
VENTAJAS ADICIONALES : MENOR FORMACION DE COQUE

INVESTIGACION BASICA - CATALIZADOR MAS PROMETEDOR. CEP 11
Prototipos preparados : mas de 50
25
Isomerización de pentanos con el catalizador CEP 11
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
220 230 240 250 260 270 280
Temperatura ºC
iC5/C5total
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
gases/totalHC
EQUILIBRIO
IC5/C5 TOTAL
GASES
ALIMENTACION : PENTANO PURO
BUENA ACTIVIDAD ISOMERIZACION
BAJA CANTIDAD DE GASES DE CRAQUEO

ESTUDIOS EN PLANTA PILOTO
26
• PREPARACION DE PELLETS DE CATALIZADOR
• ACTIVIDAD Y SELECTIVIDAD CON
CARGAS REALES : C5,C6, C6+
• INFLUENCIA DE VENENOS : S , AGUA,
COMPUESTOS BASICOS, BENCENO...ETC
• TIEMPO DE VIDA DEL CATALIZADOR
• REGENERACION

PREPARACION DE PELLETS. ESCALA : 1 KILO DE CATALIZADOR
27
MORDENITA TRATADA
EL CATALIZADOR PARA PLANTA PILOTO DEBE ESTAR EN LA FORMA MAS PARECIDA AL CATALIZADOR FINAL.
BINDER (Al2O3)
INTRODUCCIÓN Pt
PELLETIZACION
CATALIZADOR FINAL

ESTUDIOS EN PLANTA PILOTO - CARGAS REALES
28
45.00
50.00
55.00
60.00
65.00
70.00
75.00
200 220 240 260 280 300
Temperatura ºC
iC5/C5total
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
gases/totalHC
EQUILIBRIO
CEP -11
COMERCIAL
COMPUESTO % PESO
C1-C4 0.05
IC5 42
nC5 51.7
2,2DMC4 1.8
2,3DMC4 0.4
2MC5 3.9
3MC5 0.14
nC6 0.03
azufre 10ppm
agua 30ppm

ESTUDIOS EN PLANTA PILOTO - CARGAS REALES
29
50.00
55.00
60.00
65.00
70.00
75.00
0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
LHSV (H-1)
iC5/C5total
CEP -11
COMERCIAL
1. EL CATALIZADOR PERMITE TRABAJAR CON BUENA ACTIVIDAD AL DOBLE DE CARGA
2. EL CATALIZADOR PUEDE TRABAJAR POR ENCIMA DE 100 ppm S
3. EL ENVENENAMIENTO ES TOTALMENTE REVERSIBLE
Influencia del azufre
58.00
60.00
62.00
64.00
66.00
68.00
70.00
0 50 100 150 200
ppm S
iC5/C5total
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
gases/totalHC

ESTUDIOS EN PLANTA PILOTO - OTROS CONTAMINANTES
30
AGUA : Hasta 60 ppm no hay influencia. (se puede trabajar a saturación)
1% agua baja la actividad pero es totalmente reversible
NITROGENO : Dietilamina veneno reversible
Trietilamina veneno reversible dependiendo de la concentración
BENCENO : Hasta el 10 % se hidrogena totalmente sin influir en la actividad

ESTUDIOS EN PLANTA PILOTO - TIEMPO DE VIDA
31
LSR ISOMERIZATION
Activation T-4500
67.0
67.5
68.0
68.5
69.0
69.5
70.0
0 500 1000 1500 2000 2500
Tim e (hr)
iC5/C5(wt%)
Serie2
Serie3
LOS TEST DE VIDA SE PUEDEN PROLONGARON HASTA 3000 HORAS (4 MESES) CON CARGA REAL.

ESTUDIOS EN PLANTA PILOTO - REGENERACION
32
Regeneración suave : H2 ,450ºC . Limpia la superficie de azufre.
Regeneraciones sucesivas por combustión del coke después de desactivaciones aceleradas
Isomerizacion de LSR . Regeneración del
catalizador
40
45
50
55
60
65
70
75
80
0 10 20 30 40 50 60
TOS (h)
iC5/C5total
desactivacion
acelerada
regeneración
EL CATALIZADOR ES TOTALMENTE REGENERABLE
1. H2 450ºC
2. Aire >300ºC
3. H2 450ºC

ESCALADO DEL CATALIZADOR
PREPARACION DE CATALIZADORES PARA PLANTA PILOTO. ESCALA : 5, 20 KILOS DE CATALIZADOR
33
ASPECTOS A CONSIDERAR:
– MATERIAS PRIMAS : MORDENITAS DE DIFERENTES FABRICANTES: PQ, CONTEKA, ENGELHARD
– TRATAMIENTOS DE LA MORDENITA
– BINDER : BOHEMITA
– PREPARACION DE LA MEZCLA PARA EXTRUSIÓN
– EXTRUSIÓN
– SECADO
– METODO DE IMPREGNACION CON Pt
– CALCINACION

ESCALADO - OBTENCION DEL CATALIZADOR FINAL
34
ALTA ACTIVIDAD
BUENA ESTABILIDAD
Isomerizacion de LSR . Escalado del catalizador
40
45
50
55
60
65
70
75
0 10 20 30 40
catalizadores
iC5/C5total
0
10
20
30
40
50
gases/HCtotales
iC5 /C5 total inicial
iC5/C5 total TOS 50 horas
gases iniciales
gases TOS 50 horas
Criterio : Actividad inicial
Actividad a las 50 horas de TOS
Muestras preparadas : mas de 40 repeticiones. PROBADAS 4 DURANTE MAS DE 3000 HORAS

UNIDAD COMERCIAL - PLANTA INDUSTRIAL
35
Alianza CKS ISOM
• Compañia Española de Petroleos, S. A. U.
• The M. W. Kellogg Technology Company
• Süd-Chemie A.G.

ESQUEMA DE UN PROCESO
36
Carga
Horno
Aporte de H2
Compresor H2
Reactor Separador
Gas-Liquido
Estabilizadora
Isomerato
Gases
Esquema de proceso – Un paso
Carga
Aporte de H2
Reactor
Separador
Gas-Liquido
i-pentano
Gases
C6+
Comp.
Desbutanizadora
Desisopentanizadora
Despentanizadora
n-pentano
Esquema de proceso – C5 reciclo

UNIDAD DE ISOMERIZACION DE CEPSA
37
• Reactor
• Feed/Effluent
Heat Exchanger
• Product Separator
22
referencias
en el
mundo

DURACION TOTAL DEL PROCESO
38
 PRUEBAS CON CATALIZADORES COMERCIALES 6 meses
 INVESTIGACION BASICA 12 meses
 PLANTA PILOTO 18 meses
 ESCALADO CATALIZADOR 24 meses
 UNIDAD COMERCIAL + 12 meses
6 años +

39
2010
PRODUCCION DE HIDROBIODIESEL
Proyecto presentado en “CEPSA y LOS BIOCOMBUSTIBLES”
CEPSA-E.T.S.I.M.E

40
1. ANTECEDENTES
2. I+D EN HVO. 1ª PRUEBA INDUSTRIAL
3. I+D EN CONVERSIÓN ACEITE USADO (UFO). 2ª PRUEBA
4. I+D ESPECÍFICO EN HVO. 3ª PRUEBA
5. RENTABILIDAD
6. I+D EN CURSO
7. CONCLUSIONES
Cepsa |HIDROBIODIESEL| 2017

41
HIDROTRATAMIENTO
ANTECEDENTES1
ESTERIFICACION
FAME + GLICERINA HVO (HIDROCARBUROS
PARAFINICOS SATURADOS)
R-CH2-COO-CH2
1- HIDROGENACION R-CH2-COO-CH 3 R-CH2-COOH + C3H8
R-CH2-COO-CH2
2- DESCARBOXILACION R-CH2-COOH R-CH3 + CO2
H2
3- DECARBONILACION R-CH2-COOH R-CH3 + CO + H2O
3 H2
4- HDO R-CH2-COOH R-CH2-CH3 + 2H2O
5- WGS CO + H2O CO2 + H2
6- METANACION
CO, CO2 CH4 + H2O
3 H2
3, 4 H2
WGS - WATER GAS SHIFT REACTION

42
2
RESULTADOS EXPERIMENTALES PLANTA PILOTO
I+D EN HVO. 1ª PRUEBA INDUSTRIAL2
PP: POUR POINT , CP: CLOUD POINT, POFF: PUNTO DE OBSTRUCCIÓN FILTRO FRÍO
Heptadecano
Octadecano
H2
AcV+GO
HVO
C3,C1

43
REFINERÍA LA RÁBIDA – UNIDAD DE HDT DE DIESEL
Unidad media P, catalizador y condiciones habituales de HDT GO

44
REFINERÍA LA RÁBIDA – UNIDAD DE HDT DE DIESEL
Conclusiones 1ª prueba
• Exotermia
• Consumo de H2
• Presencia de CO/CO2 en gas de reciclo
• Inhibición HDS

45
I+D EN CONVERSIÓN UFO. 2ª PRUEBA3
40% AcU 40% AcG
60%SRGO Mc-2/8 Mc-12/16 100% SRGO 60%SRGO Verano Invierno
WABT 362 340 360 360
LHSV(h-1) 1 1 2 2
S (ppm) 7991 7 35
Dens (gr/ml) 0,876 0,8099 0,8128 0,8293 0,8090
HPLC-IR (%vol)
Monoarom 12,1 13,8 22,5 12,8
Diarom 1,0 0,8 1,8 1,2
Tri+arom 0,2 0,2 0,5 0,3
PAH´s 1,2 1,0 2,3 1,5
Pour Point (ºC) n.d. 5 6 -6 6 6 0
POFF (ºC) n.d. -2 -2 -6 1 0 -10
I.Cetano CCI n.d. 68 67 59 68
CCI-4V n.d. 74 73 63 76
Avg I. Cetano n.d. 71 71 61 72
Max. 11
Especificación40%AcU+60%SRGO
0.8200 -0.8450
RESULTADOS EXPERIMENTALES PLANTA PILOTO
UFO GO+UFO GO+UFO
HDT

46
I+D EN CONVERSIÓN UFO. 2ª PRUEBA3
REFINERÍA TENERIFE – UNIDAD DE HDT DE DIESEL
Los objetivos
•Viabilidad de procesar aceite vegetal usado
en la unidad de GO HDT.
•Estudiar las limitaciones operativas de la
unidad.
•Conocer el efecto del tratamiento de aceite
vegetal usado en las propiedades del gasoil
HDT
HDS-1 Tenerife. Ciclo TK-573 Febrero'06
Test HDT de aceite Vegetal usado Junio'08
0
5
10
15
20
25
30
4-6-080:00
4-6-089:36
4-6-0819:12
5-6-084:48
5-6-0814:24
6-6-080:00
6-6-089:36
6-6-0819:12
DeltaT(ºC)
Delta T bed1 Delta T bed2 Delta T
inyección según perfil de temp's desde 08:00 hasta
20:00h día 05/06/08
Unidad Media P, condiciones y catalizador habituales HDT GO

47
I+D EN CONVERSION UFO. 2ª PRUEBA3
• Exotermia
• Consumo de H2
• No limitaciones para UFO en carga <5.5%
• Primera prueba con UFO en España
Observación: Garantía de origen vegetal del UFO
REFINERÍA TENERIFE – UNIDAD DE HDT DE DIESEL

48
I+D ESPECÍFICO EN HVO. 3ª PRUEBA4
• Presencia de CO/CO2 en gas de reciclo
• Inhibición HDS
ASPECTOS A ESTUDIAR

49
ESTUDIOS MINIMIZACIÓN CO/CO2 – PLANTA PILOTO
Simulador de procesos ASPEN PLUS

50
CONVERSION DE 40% Ac GIRASOL en SRGO
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
TOS (hrs)
COMPOSICIONGASRECICLO(%VOL)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
H2(%VOL)
CO CO2 C1 C3 H2
40% AcG
120 bars,
40%AcG
49 bars
0% AcG
120 bars,
0% AcG
120 bars
40% AcG
120 bars,
1 5432
0% AcG
49 bars
6 7
40%AcG
49 bars
ESTUDIOS MINIMIZACIÓN CO/CO2 – PLANTA PILOTO

51
REFINERÍA LA RÁBIDA – UNIDAD DE HDT DE ALTA PRESIÓN
Unidad Gulfinisher
Test Aceite Vegetal Soja 2010 - NiMo
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
6-jul-10
7-jul-10
8-jul-10
9-jul-10
10-jul-10
11-jul-10
12-jul-10
13-jul-10
14-jul-10
15-jul-10
16-jul-10
17-jul-10
18-jul-10
19-jul-10
20-jul-10
WABT(ºC)
WABT bed sup WABT avg/bed WABT bed inf
Aceite Soja
12-17 % Ac Soja
/ / 400 - 370ºC
130 bares

52
• Exotermia
• Consumo de H2
• Minimización COx / Maximización n-C18
• No se detectó inhibición HDS
• Se confirman resultados planta piloto
• No hay constancia a nivel mundial de otra prueba de co-
procesar Aceite Vegetal y GO a alta presión en unidad
convencional de HDT
REFINERÍA LA RÁBIDA – UNIDAD DE HDT DE ALTA PRESIÓN

53
RENTABILIDAD5
ASPECTOS A CONSIDERAR
•Diferencial Coste (Ac Vegetal – GOA)
•Diferencial Costes operativos (5% AcV < > 15-20 Nm3/m3 extra-consumo H2)
•Diferencial Rendimiento (HDT GOA - HVO)
•¿Eliminación del pago del impuesto especial de hidrocarburos sobre el componente de
origen bio? (ley 38/1992 de 28 de Diciembre de Impuestos Especiales)

54
RENTABILIDAD5
BÚSQUEDA DE LA DETASACIÓN
GC-FID
Uso de trazadores a HDT (perfluoro compuestos)
Datación C14
…
Departamento de Aduanas de la
Agencia Tributaria
desde el 13-5-2010 reconoce a CEPSA
un rendimiento al HVO

La historia de desarrollo de
catalizador de isomerización se
repetiría a semejanza del desarrollo
del catalizador de isomerización de
nafta ligera
55
I+D EN CURSO6
FASES
1. DESARROLLO DE CATALIZADOR PROPIO DE ISOMERIZACIÓN
2. ESCALADO DEL CATALIZADOR
3. ESTUDIOS DE VIDA, EFECTO VENENOS, REGENERABILIDAD,..
4. ESTUDIOS DE VIABILIDAD DE IMPLANTACIÓN INDUSTRIAL
ESTUDIOS DE MEJORA DE PROPIEDADES EN FRÍO DEL HVO
Carga a desparafinado
Producto de
desparafinado
Cargas alternativas: aceites de 2 y 3 GEN- en marcha

DURACION TOTAL DEL PROCESO : del I+D a la producción industrial
Centro de Investigación I+D 2005-2011
Pruebas industriales
CI (soporte a los trials)
2007-2011 Producción industrial 2011-
FAME
56
3 % v
97 % v
Aceite vegetal
2 - 5% p
d15= 0.910- 0.920
Unidad
HDS
Rendimiento Diesel EN-590
Hydrotreated
Vegetable Oil
Plus Diesel
Gasoil
FAME

57
Producción de Lípidos de Valor Energético con
Microalgas
Presentado en IMDEA ENERGIA en Jornada “Aplicaciones
Biotecnológicas para el Sector Energético”

58
Idea/Motivo
 El cultivo de microalgas es una de las tecnologías más prometedoras en el campo
de la utilización de biomasa para la producción energética.
 Motivos:
 No compite con el mercado de productos alimentarios
 No requiere terrenos cultivables para su desarrollo
 Aprovecha efluentes gaseosos o líquidos de origen industrial
 La producción por hectárea y año es superior a otros cultivos vegetales
 Aceite de microalgas - combustibles bio (diesel, keroseno,..)
- bio-productos de interés industrial.
 Desarrollos tecnológicos innovadores para optimización y control de cultivos, etapas de harvesting y extracción
Cepsa |MICROALGAS| 2017

59
Producción de Lípidos de Valor Energético con Microalgas
¿Qué resolvería?/ ¿Qué aportaría?
“La producción de biodiesel a partir de microalgas permite reciclar CO2 así como aguas de origen
industrial ricas en nutrientes”
La producción de biocombustibles a partir de algas ayudaría a cumplir lo indicado en la DIRECTIVA
2009/28/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 23 de abril de 2009, relativa al
fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables: <<… la contribución de los
biocarburantes obtenidos a partir de desechos, residuos, materias celulósicas no alimentarias y material
lignocelulósico se considerará que equivale al doble de la de otros biocarburantes….>>
CEPSA vió en las microalgas una oportunidad de contribuir al medioambiente mediante una
tecnología prometedora y todavía en desarrollo, a la que aportar nuestro conocimiento en
el desarrollo de procesos industriales competitivos.
Escenario actual
Agotamiento de combustibles fósiles,
incremento precio crudo ,
dificultades medioambientales
Escenario futuro
Desarrollo de fuentes
energéticas alternativas
renovables: Bio-combustibles y
Bio-productos

60
Cómo sería

61
Premisas del Proyecto/Que buscamos?
-La selección de microalgas autóctonas (especies naturales), capaces de adaptarse con facilidad a
condiciones ambientales y biológicas de los entornos donde potencialmente serían cultivadas.
-La utilización de CO2 de efluentes de CEPSA como nutriente para el cultivo de las microalgas.
-La utilización de agua de la planta de tratamiento de efluentes acuosos de refinería, de donde
proceden algunas de las microalgas de rápido crecimiento utilizadas en el proyecto.
Que necesitamos?
-La disponibilidad de una planta experimental de producción de microalgas con una capacidad total
actual de 5 metros cúbicos de cultivos, y que cuenta con la zona de cultivos interior y exterior y con
toda la metodología analítica necesaria para su seguimiento y la valorización de los productos obtenidos.
-La realización de un estudio comparativo sobre los diferentes métodos de extracción de aceite de las
microalgas empleando diversos procedimientos extractivos, entre ellos el uso de CO2 supercrítico.
-La obtención de biocombustible a partir de aceite de microalgas vía hidrotratamiento

62
 Evaluar viabilidad técnica y económica del uso de microalgas para obtener
ácidos grasos útiles para la producción de biodiesel
 Aumentar conocimiento del proceso de producción de lípidos de
microalgas útiles para biocombustibles, optimizando rendimiento, y
contribuir así al futuro desarrollo de este sector industrial en España.
 Colaboración científica entre las empresas CEPSA y BIO-OILS y las
Universidades de Cádiz y de Huelva (a través del grupo BITAL) en
proyecto de 2 años co-financiado por CDTI (2011-2012).
“Producción de lípidos de valor energético con microalgas
cultivadas con CO2 industrial- ALGINDCO2”
Definición del Proyecto y Objetivos

63
ALGINDCO2 IDI-2011-1086ón
Selección y optimización de los cultivos de microalgas y procesado de la
biomasa resultante
Extracción de lípidos (y otros compuestos de interés ) y caracterización
Caracterización de lípidos y conversión de los mismos
Conversión de lípidos (HAO) y de Biomasa. Apoyo analítico.
Coordinación del Proyecto desde Desarrollo y CI

64
ACTIVIDADES
Selección de microalgas, optimización de
cultivo y acumulación de lípidos
Aislamiento
Selección
Optimización cultivo y lípidos
Escalado de los cultivos
Cultivo y acumulación de lípidos
Procesado
Producción de biomasa (ensayos)
Transformación de aceite en biocombustible
Caracterización aceites
Transformación en biocombustibles

65
ACTIVIDADES
Fuentes de microalgas: planta de tratamiento de efluentes de Refinería La
Rábida, canal de desagüe y Ciecem.
Primera colección: 17
posibles microalgas. Seleccionadas 5.
Selección final: tasa de crecimiento, productividad en baño, contenido en
lípidos totales, carotenoides.
Tres especies: Chlorella sp. (Cepsa) y Scenedesmus (Ciecem)

66
ACTIVIDADES
Nutrientes: en modos baño y semicontinuo, con fórmulas NPK.
Reutilización de recursos:
Chlorella sp.: aguas de PTA de CEPSA y glicerol.
Productividades máximas:
Chlorella sp. 0,3 g/(L.d)
Scenedesmus sp. 0,2 g/(L.d)
Optimización cultivo
Sin estrés, máximos:
Chlorella sp. 35%. FAMEs: 10%
Scenedesmus sp. 50% . FAMEs: 15%
Estrés, máximos:
Chlorella sp. -N + alto PFD: 45% . FAMEs: 15% (20%)
Scenedesmus sp. -N: 55%-60% . FAMEs: 20%
Heterotrofía: Chlorella sp., aumenta productividad y contenido en
lípidos. Glicerol…?
FAMEs: C16 a C18:(1,2,3)
Optimización lípidos

67
ACTIVIDADES
Escalado Scenedesmus sp.
• Producción estable en exterior durante todo el año. Sistemas: tanque
agitado y tubulares (700 L).
• Producción semi-industrial en sistema tubular (3500 L).
• Productividades máximas de 0,2 g·L-1·d-1 , tubular 3500 L (invierno).
• Proyecciones: 55 Ton·ha-1·año-1 (invierno). FAMEs: 10 Ton·ha-1·año-1

68
ACTIVIDADES
Cosechado
• Pre-filtración hasta 1,25% y centrifugación. Reducción del coste energético
en aprox. 50% .
• Filtración mejora rendimiento de lípidos totales frente a centrifugación
(depende especies).
Extraccion de lípidos (Métodos)
1. Extracción con líquidos presurizados (HEXANO y CLOROFORMO-METANOL)
2. Extracción con fluido supercrítico (ESC) ( CO2 y CO2-METANOL)
3. Ultrasonido con sonda (UAE) (HEXANO y CLOROFORMO-METANOL
Estudiados efecto humedad y efecto T extracción
• Extracción: UCA, cloroformo-metanol, optimizada hasta recuperar máx. 60%
lípidos totales en estrés.

69
ANALISIS DE EXTRACTOS
 ASPECTO
 ACIDEZ
 CROMATOGRAFIA CAPA FINA (TLC)
 HUMEDAD KARL-FISHER
 METALES POR ICP
 INSAPONIFICABLES
• HIDROCARBUROS
• ALCOHOLES
• ESTEROLES (alimentación)
 HPLC-MS-qTOF : BETAINAS (salud animal)
 PERFILES ACIDOS GRASOS
 PUFA
 PARAFINAS
ACTIVIDADES
•Análisis de Lípidos : BIOOILS

70
CONVERSION DE LOS ACEITES
HIDROTRATAMIENTOESTERIFICACION
FAME +
GLICERINA
HAO (HIDROCARBUROS
PARAFINICOS SATURADOS)
ACTIVIDADES
 VIA HIDROTRATAMIENTO A HAO: Cepsa
HDT
NiMo – 353ºC - 55 bars -
1 h-1 respecto al aceiteAceite alga al
29% en C7
HAO
C13 2,3
C14 1,2
C15 43,1
C16 23,2
C17 2,6
C18 1,4
C19 4,2
C20 2,3
C21 0,3
C22 0,1

71
Producción de Lípidos de Valor Energético con
Microalgas
Conclusiones
Entre los principales cuellos de botella que han de vencerse en el camino hacia un proceso de
obtención del biocombustible que sea técnica y económicamente viable, se encuentran:
La selección de microalgas de entornos naturales de las zonas donde se efectuaría la
producción masiva,
Optimización de aporte de CO2 y nutrientes (de residuos industriales)
El diseño de sistemas de cultivo eficientes y la disminución de costes energéticos
y de operación de los sistemas de cultivo de las microalgas
Los procesos de “harvesting”, extracción y refino de aceites
Los cálculos de los expertos mundiales en este área
de investigación cifran en 10-15 años el tiempo necesario
para hacer del proceso de producción de biocombustibles
de microalgas una actividad viable.

72
GRACIAS POR VUESTRA ATENCIÓN

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