Pirólisis de aceite de motor usado para la obtención de combustible líquido a escala de laboratorio

Abstract

El presente trabajo de graduación presenta el análisis y resultados obtenidos del proceso de pirólisis de aceite de motor usado, teniendo como objetivo principal identificar una potencial aplicación de dicho residuo por medio de la producción de combustibles líquidos. El estudio busca cuantificar el rendimiento de los productos a diferentes condiciones de operación, caracterizar el combustible líquido obtenido y determinar su potencial energético en comparación con combustibles convencionales. Para alcanzar dicho objetivo, se realizó la caracterización inicial del aceite de motor usado en vehículos automotrices mediante análisis fisicoquímicos, y posteriormente se llevaron a cabo corridas de pirólisis bajo dos diferentes rampas de temperatura, iniciando en 380 °C con tiempos de residencia en el reactor de 30 minutos, con el fin de establecer su influencia en el rendimiento de productos líquidos, sólidos y gaseosos. Asimismo, se cuantificó la energía suministrada al sistema para la pirólisis de 40.0 g de aceite de motor usado, siendo de 55,710 kJ para la rampa con aumentos de 8 °C y 38,997 kJ para la rampa con aumentos de 12 °C, obteniendo así 1749.53 kJ y 1714.39 kJ al quemar los productos de las respectivas rampas. Los resultados de distribución de número de carbonos y peso molecular evidenciaron un predominio de hidrocarburos de cadena media (C9, C14 y C15) para ambas rampas, donde la rampa de temperatura con aumentos de 12 °C y 30 minutos de residencia mostró con mayor proporción de fracciones ligeras (C7-C11) con respecto a la rampa de 8 °C/30 min, 35.0 % frente 29.9 %. Dicho comportamiento fue respaldado debido al predominio de compuestos con menor peso molecular (100-160 g/mol) de 34.5 % frente a 30.0 %. Además, permitió obtener el mayor rendimiento de combustible líquido con un 74.8 ± 0.43 % en fracción másica, con una densidad de 818.6 ± 7.54 kg/m³, una viscosidad 0.930 ± 0.011 mm²/s y un poder calorífico de 45023.3 ± 111.7 J/g, comparable al de combustibles comerciales como la gasolina y el diésel, que presentan rangos de 43,500 – 44,500 kJ/g y 42,500 – 46,000 kJ/g respectivamente. En conclusión, la pirólisis de aceite de motor usado presenta viabilidad técnica como alternativa de valorización energética de este residuo, contribuyendo tanto a la reducción de impactos ambientales asociados a su inadecuada disposición como a la generación de un combustible líquido con propiedades aptas para su aprovechamiento energético.

This thesis presents the analysis and results obtained from the pyrolysis process of used motor oil, with the primary objective of identifying a potential application for this waste through the production of liquid fuels. The study seeks to quantify the yield of the products under different operating conditions, characterize the liquid fuel obtained, and determine its energy potential in comparison with conventional fuels. To achieve this objective, an initial characterization of used motor oil from motor vehicles was performed using physicochemical analyses, followed by pyrolysis runs under two different temperature ramps, starting at 380 °C with reactor residence times of 30 minutes, in order to establish their influence on the yield of liquid, solid, and gaseous products. Likewise, the energy supplied to the system for the pyrolysis of 40.0 g of used motor oil was quantified, amounting to 55,710 kJ for the ramp with 8 °C increments and 38,997 kJ for the ramp with 12 °C increments, yielding 1,749.53 kJ and 1,714.39 kJ, respectively, upon combustion of the products from the respective ramps. The results for carbon number and molecular weight distribution showed a predominance of medium-chain hydrocarbons (C9, C14, and C15) for both temperature ramps, with the ramp featuring 12 °C increments and a 30-minute residence time exhibiting a higher proportion of light fractions (C7–C11) compared to the 8 °C/30 min ramp, 35.0% versus 29.9%. This behavior was supported by the predominance of compounds with lower molecular weights (100–160 g/mol), at 34.5% versus 30.0%. Furthermore, this process yielded the highest liquid fuel yield at 74.8 ± 0.43% by mass, with a density of 818.6 ± 7.54 kg/m³, a viscosity of 0.930 ± 0.011 mm²/s, and a calorific value of 45,023. 3 ± 111.7 J/g, comparable to that of commercial fuels such as gasoline and diesel, which range from 43,500 to 44,500 kJ/g and 42,500 to 46,000 kJ/g, respectively. In conclusion, the pyrolysis of used motor oil is technically viable as an alternative for energy recovery from this waste, contributing both to the reducing the environmental impacts associated with its improper disposal, as well as producing a liquid fuel with properties suitable for energy use.