Impacto de porcentajes crecientes de Biodiesel en

las propiedades de las mezclas con Gas Oil.

Octubre 2010

Servicio Técnico & OEM´s – YPF SA

2

Indice

1) Objetivo

2 ) Parámetros evaluados

2.1 Volatilidad

2.2 Calidad combustión – Cetano

2.3 Estabilidad a la Oxidación

2.4 Flujo en frío

2.5 Características de separación del agua

2.6 Tendencia a formar Espuma

2.7 Lubricidad

2.8 Contaminación-Partículas

4) Conclusiones

5) Tendencias de Calidad

3

1-Objetivo

Evaluar el impacto de la incorporación de porcentajes crecientes de

Biodiesel en sus mezclas con Gas Oil anticipando información sobre

las propiedades afectadas y la magnitud de los cambios.

4

2.2 Volatilidad

0,848

0,849

0,85

0,851

0,852

0,853

0,854

0,855

0,856

B0 B5 B7 B10

GO J

Densidad @ 15ºC ASTM D 4052, g/ml

A mayor contenido de Biodiesel, se incrementa la densidad, con impacto en el 3er dígito

5

Volatilidad

140,0

170,0

200,0

230,0

260,0

290,0

320,0

350,0

P.I. 5% vol.

10% vol.

20% vol.

30% vol.

40% vol.

50% vol.

60% vol.

70% vol.

80% vol.

90% vol.

95% vol.

P.F.

Curva de Destilaciòn ASTM D-86

B0

B5

B10

Variación de la curva de destilación: en la zona media, la T50% aumenta 5°C a7°C por cada 5% de Biodiesel.

6

2.3 Combustión-Cetano

Número de Cetano (NC): ASTM D 613

Índice de Cetano:

• 4 variables: ASTM D 4737

• 2 variables: ASTM D 976

7

..Calidad combustión: Indice Número 2 y 4 variables

D = density at 15°C, g/ml, determined by Test Method

D 1298 or D 4052, and

B = mid-boiling temperature, °C, determined by Test

Method D 86 and corrected to standard barometric

pressure.

IC ( 2V)

IC ( 4V)

8

..Combustión-Cetano

45,5

46,0

46,5

47,0

47,5

48,0

48,5

49,0

49,5

50,0

50,5

B0 B5 B7 B10

Ce

tan

o

GO J

NC IC D976 IC D4737

NC FAME = 46,9

45,0

46,0

47,0

48,0

49,0

50,0

51,0

52,0

B0 B5 B7 B10

Ce

tan

o

GO C

NC IC D976 IC D4737

NC FAME = 46,9

50

51

52

53

54

55

56

57

B0 B5 B7 B10

Ce

tan

o

GO G 3

NC IC D976 IC D4737

NC FAME = 46,9

9

..Combustión-Cetano

El Indice de Cetano no refleja el impacto Biodiesel en calidad de combustiòn:El IC (2V) aumenta al aumentar 50% recuperadoEl IC ( 4V) no muestra tendencia definida

A mayor contenido de Biodiesel, menor nùmero de cetano. Depende NC de partida.

Mayor dosificación de Aditivo Mejorador de Cetano.

Disminución progresiva del Número de Cetano, con caídas que van desde 0,4 a 1,1números por cada incremento de 5% de incremento de FAME.Fuerte impacto sobre el Índice de Cetano: ambos Índices (D 976 y D 4737) fallan en predecirla calidad de ignición de los GO Grado 2.

10

2.3 Estabilidad Oxidación

0

0,5

1

B0 B5 B10 B15

Estabilidad ASTM D2274 GO Grado 3

@ 95°C

Incrementos menores de los sedimentos según ASTM D 2274. Leve aumento del color (~0,5 unidades)

Especificación: máx. 2 mg/100 ml

11

..Estabilidad Oxidación

El aumento de contenido de Biodiesel es más crítico en el ensayo Rancimat modificado que el ASTM D-2274 .

Este ensayo si bien está especificado en la Norma europea EN 590, está en revisión tanto el método como el límite establecido : mín. 20 hs.

0

10

20

30

40

50

60

B5 B10 B15

Estabilidad Oxidación (Rancimat) GO

Grado 3

Especificación: mín.20 hs

12

2.4 Flujo en frío

En algunos casos no hay cambios en las tasa de tratamiento ( GO J)GO Tipo 3 : se observa un fuerte deterioro del POFF (2°C)

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

PO

FF, ºC

Concentración aditivo, mg/kg

Curvas de susceptibilidad - Tipo 3

B0

B5

B10

Esp. requerida -18°C

-17

-15

-13

-11

-9

-7

-5

-3

-1

1

3

5

0 50 100 150

PO

FF, ºC

Concentración aditivo, mg/kg

Curvas de susceptibilidad GO J

B0

B5

B10

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

PO

FF, ºC

Concentración aditivo, mg/kg

Curvas de susceptibilidad - GO A

B0

B5

B10

Especificación.

POFF Biodiesel: -3 °C

13

..Flujo en frío

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

GO A - Punto de enturbiamiento ASTM D 5771, °C

B0

B5

B10

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

GO J - Punto de enturbiamiento ASTM D 5771-08, °C

B0

B5

B10

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

B0 B5 B10

Punto de enturbiamiento GO 3

Punto de enturbiamiento ASTM D 5771, °C

El P. Enturbiamiento puede tener incrementos de 1 a 2 °C.

P.Ent.Biodiesel: 0 a 2°C

14

2.5 Características de separación del agua

La presencia de biodiesel incrementa los tiempos de separación del agua ( ruptura de emulsión) en caso de formación de la misma - Esto se observa también en las operaciones de transferencia de producto.

BO B5 B10

Temperatura, °C 21 21 21

Ruptura emulsión , seg. 0 0 0

Separación 75% agua (1), seg. 15 5 29

Separación agua , seg. 30 53 >300

Volumen interfase a 5 min., ml <1 <1 2

Volumen fase acuosa a 5 min., ml 20 20 18

Condición de interfase 1b 1b 3

Separación 2 2 2

Turbidez a 2 horas MSEP (2) 100 99 90

(1) Inferior a 300 segundos

(2) Superior a 50

15

2.6 Tendencia a formar Espuma

0

10

20

30

40

50

B0 B5 B10

Esta

bil

idad

de e

sp

um

a,

seg

.

Espuma -Método Manual - Método Seco

máx.

0

10

20

30

40

50

B0 B5 B10

Pers

iste

ncia

de e

sp

um

a, seg

.

Espuma - Método Manual - Húmedo

GO J

GOL C

0

10

20

30

40

50

B0 B5 B10

Esta

bil

idad

de e

sp

um

a,

seg

.

Espuma - Método Seco

máx.

0

10

20

30

40

50

B0 B5 B10

Pers

iste

ncia

de e

sp

um

a, seg

.

Espuma - Método Húmedo

La presencia de biodiesel puede impactar en mayor tendencia a la formación de espuma.

16

2.7 Lubricidad

La presencia de biodiesel mejora la lubricidad del combustible, menor desgaste de la bomba inyectora.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Lubricidad HFRR ( ASTM D-6079)

B0

B7

B10

µm

17

2.8 Partículas

Código Iso 4406 recomendado por WWFC

Este parámetro se ha comenzado a medir dada la importancia que tiene en los nuevos motores (elevadas presiones) la presencia de contaminantes/ partículas

TK GO J GO C

Código ISO 4406 rating B0 19/16/12

B100 23/21/18

Contaminación Total , mg/kg B0 11 2

B100 25 19

Muestras de Tk de Terminal

23/22/18

19/15/12

Código rating 18/16/13

18

4 Conclusiones

Volatilidad:

Incremento de la densidad, con impacto en el 3er dígito.

Variación de la curva de destilación: en la zona media, la Temperatura del 50% aumenta 5°C a 7°C por cada 5% de B100.

Calidad combustión - Cetano:

Disminución progresiva del Número de Cetano.

El Indice de Cetano no refleja el impacto Biodiesel en calidad de combustión.

Estabilidad a la Oxidación:

El aumento de contenido de Biodiesel en este parámetro es más crítico en el método Rancimat modificado ( establecidoen la norma europea para mezclas con hasta 7% de BIODIESEL) que en el método tradicional para evaluar estapropiedad (ASTM D-2274 ).

Flujo en frío:

El P. Enturbiamiento puedo incrementarse hasta 1 – 2 °C, en algunos casos.

El aumento de contenido de Biodiesel modifica la susceptibilidad del aditivo de POFF.

19

Características de separación del agua:

Tendencia a aumentar el tiempo de separación del agua ( ruptura de la emulsión) en los Gas Oils sin aditivomultifuncional.La presencia del aditivo multifuncional mejora las características de separación del agua en las muestrasevaluada.

Tendencia a formar Espuma:

El aumento de contenido de Biodiesel en algunos casos genera una mayor tendencia a la espuma y en otros lamejora. La dosificación actual del aditivo multifuncional deberá incrementarse en el orden de 10% - 20% en loscasos que lo requiera.

Lubricidad:

La presencia de biodiesel mejora la lubricidad del combustible, contribuyendo a una mayor vida útil de labomba inyectora.

Contaminación-Partículas:

Todos los B100 presentan mayores valores de contaminación total que el B0 y mayor número de partículasmedidas según Código ISO 4406.

..Conclusiones

20

EN 14214 :Norma europea de Biodiesel Métodos (m) y algunos parámetros (p) en revisión como:

Contenido de Ester: EN 14103 (m)Número de Cetano: DCN ( Número de Cetano derivado) (m)Cenizas sulfatadas: reemplazo por especificación de metales ?? (p)Contaminación total : en revisión (m)Carbón Conradson: eliminarlo ?Indice de Yodo: calculado ? (m)

Monogliceridos,Diglicéridos,Triglicéridos,Glicerina libre y total: EN 14105 (m)

Ca+Mg;Na+K;Fósforo : límites en revisión

Desarrollo futuros:

Estándar para el FAEERevisión EN 590 (norma europea de calidad de combustibles diesel )que refleje

características de blending de Biodiesel hasta 10%

Especificaciones futuras: pr EN 14214 : blending hasta 10%(v/v) Biodiesel

Est. Oxidación : 6 8 hsFósforo: 4 2 mg/kg

Requerimientos relacionados al clima

5 Tendencias de calidad

Fuente: CEN/TC 19 Conference “The future of Biodiesel in Europe” Setiembre 2010

21

..Tendencias de Calidad

Filtrabilidad : problemas en el campo (Francia,Sweden)

Cómo resolverlo ?Buscando ensayo de Filtrabilidad/PerformanceLimitando contaminantes como monoglicéridos saturados y esterol glucósidos.

22mrodriguezav@ypf.com