Pilot-scale unit for biodiesel production: impact of UCO quality and properties on process yield

Several alternative feedstocks have been tested for biodiesel production. As feedstock can represent up to 80% of the operation costs, used cooking oil (UCO) has been widely chosen. The UCO’s price is not the only advantage. Using waste as a raw material is also environmental friendly. In Madeira Island, there is only one pilot unit dedicated to biodiesel production, and it is located at the company Grupo Sousa / Metal Lobos Lda. in Industrial Free Zone of Madeira. This unit is designed to process two 1000L sets every three days through homogeneous alkaline transesterification in the batch regime, using methanol as a reactant, sodium methoxide as a catalyst, and UCO as feedstock. This raw material is collected in several commercial establishments such as hotels and restaurants. Its proper functionality could bring economic and environmental value to the company and Madeira Island by lowering exhaust emissions and fuel costs. The purpose of the present work is: (i) Test the pilot unit for possible operational failures and optimization possibilities, (ii) test the establishment of biodiesel production using UCO collected in the region, (iii) analyze how feedstock properties can influence transesterification yields Several laboratory tests (transesterifications) were performed to acquire a deeper understanding of the reaction behavior and variables before starting the pilot unit tests. On the pilot unit, four tests were performed using a minimum feedstock volume of 500L of UCO. Biodiesel production yields in the pilot unit varied from 78.52 to 90.37% (w/w). The lowest yields were the ones obtained using UCO with higher acidity values and lower alcohol to oil molar ratio in the reaction (biodiesel with purity of 96.3% (w/w) was obtained with UCO with 9.8% free fatty acids (w/w) and alcohol to oil molar ratio of 7:1). From the evaluation of the transesterification yields, it was possible to conclude that in this pilot unit the influence of the feedstock’s acidity is not so significant, but, it is of utmost importance to further analyze the impact of the impurities on the glycerol quality, as this may determine the economic viability of the whole process. It was concluded that the pilot unit was functional for biodiesel production, but, due to the feedstock properties variability, optimization should be taken into consideration. Improving both process and procedures such as UCO collection and storage could raise the unit’s yield.Várias matérias-primas têm sido testadas para a produção de biodiesel. Como a matéria-prima pode representar ate 80% do custo operacional, os óleos alimentares usados (OAU) têm sido uma escolha frequente. O preço dos OAU não é a única vantagem. O facto de usarmos um resíduo como matéria-prima é também uma boa escolha do ponto de vista ambiental. Na Ilha da Madeira existe apenas uma unidade piloto dedicada à produção de biodiesel e está situada na empresa Grupo Sousa / Metal Lobos Lda. da zona franca da Madeira. Esta unidade está desenhada para processar dois sets de 1000L em cada três dias através de transesterificação alcalina homogénea em regime de lotes, usando metanol como reagente, metóxido de sódio como catalisador e OAU como matéria prima. Os óleos são recolhidos em vários estabelecimentos comercias da região tal como hotéis e restaurantes. O seu bom funcionamento poderá trazer valor ambiental e económico tanto para a empresa como para a Ilha da Madeira, baixando o nível de emissões de escape e os custos com combustíveis. Os objetivos deste trabalho são: (i) testar a unidade piloto para possíveis falhas de operação assim como para oportunidades de otimização, (ii) testar a implementação de produção de biodiesel utilizando OAU recolhidos na região da Ilha da Madeira, (iii) analisar de que modo as propriedades da matéria-prima influenciam o rendimento da reação de transesterificação. Foram realizados vários ensaios laboratoriais (transesterificações) de forma a adquirir um conhecimento mais aprofundado do comportamento e varáveis da reação antes de passar aos testes na unidade piloto. Nesta última foram realizados 4 testes processando sempre mais de 500L de OAU. Os rendimentos de produção de biodiesel na instalação variaram entre 78,52 e 90,37% (w/w), sendo que o rendimento menor foi obtido como OAU de maior valor de acidez e com uma menor razão molar álcool/óleo na reação (foi obtido biodiesel com pureza de 96,3% (w/w) usando OAU de valor de acidez 9,8% ácidos gordos livres (w/w) e razão molar álcool/óleo de 7:1). Avaliando os rendimentos de transesterificação, foi possível concluir que a influência da acidez da matéria-prima para este parâmetro não é significativa. No entanto, é importante avaliar o impacto das impurezas e propriedades da matéria prima na qualidade do glicerol produzido pois esta poderá determinar a viabilidade económica do processo. Conclui-se que a unidade piloto é funcional para a produção de biodiesel, no entanto, devido essencialmente à variabilidade da matéria prima, sugere-se uma otimização. Melhorando o processo e alguns procedimentos tais como a recolha e conservação dos OAU, talvez se possa alcançar um aumento do rendimento da unidade