Decoloración o clarificación de aceites industriales, biocombustibles, combustibles y otros hidrocarburos.

Decoloración o clarificación de aceites industriales, biocombustibles, combustibles y otros hidrocarburos con carbón activado

Guía técnica para ingenieros y especialistas en procesos de purificación de aceites | Carbotecnia

El color de un aceite es un parámetro de calidad. En la industria oleoquímica, de biocombustibles y de lubricantes, la apariencia visual suele ser el primer filtro del comprador y, en muchos casos, un requisito normativo que impulsa procesos de decoloración y clarificación.

Pigmentos como clorofilas, carotenos y compuestos formados por degradación térmica incrementan la absorbancia en el espectro visible, reducen la estabilidad oxidativa y hacen necesaria su remoción. En biocombustibles, estos compuestos y sus subproductos pueden afectar el desempeño de los sistemas de inyección, lo que refuerza la importancia de una adecuada decoloración y clarificación.

El carbón activado es, desde hace décadas, uno de los adsorbentes de mayor eficiencia para la remoción de estos compuestos cromóforos. Su extensa área superficial —que puede superar los 1,100 m²/g en productos de alta especificación— y la diversidad de grupos funcionales en su superficie lo hacen capaz de capturar moléculas orgánicas complejas y de gran peso molecular (como compuestos altamente aromáticos), por lo que logra una eficiencia mayor a la que alcanzan los adsorbentes minerales convencionales (tierras de blanqueo, sílice), esto debido a su limitada selectividad por compuestos no polares.

1 Origen del color y la turbidez en aceites e hidrocarburos

1.1 Aceites vegetales, lubricantes y biocombustibles

Los aceites crudos —tanto vegetales como minerales— contienen una amplia variedad de compuestos, de origen natural o generados durante el procesamiento, que aportan color:

• Clorofilas y feofitinas: pigmentos verdes presentes en aceites de canola, soya y girasol; extremadamente estables frente a los procesos convencionales de refinación alcalina.
• Carotenoides (β-caroteno, licopeno): responsables de las tonalidades amarillas y anaranjadas en aceite de palma y algunos aceites de fritura.
• Productos de oxidación lipídica: aldehídos conjugados, cetonas α,β-insaturadas y polímeros generados por calentamiento excesivo o almacenamiento prolongado.
• Compuestos fenólicos y alquitranes: presentes en aceites recuperados por pirólisis o en lubricantes usados, confieren coloraciones oscuras y turbias.
• Metales traza (Fe, Cu, Ni): aunque no son pigmentos per se, catalizan reacciones de oxidación que intensifican el color y aceleran la degradación.

1.2 Hidrocarburos: gasolinas, diésel, condensados y ceras

En el sector de hidrocarburos, los compuestos responsables de color, turbidez y olor indeseable son de naturaleza diferente pero gran parte de estos son adsorbibles o tratables con carbón activado:

• Mercaptanos y sulfuros orgánicos: confieren olor y coloración características a gasolinas y naftas; incrementan el índice de doctor y comprometen la especificación de azufre total. 
• Aromáticos policíclicos (PAH): presentes en gasóleos pesados, diésel y aceites de corte; responsables del color oscuro y clasificados como compuestos de preocupación regulatoria (IARC Grupo 2A/2B o Grupo 1).
• Resinas de oxidación y precursores de gomas: polímeros de bajo peso molecular formados por la oxidación de dienos y olefinas; generan turbidez, depósitos en filtros e inyectores.
• Nitrogenados básicos (pirroles, piridinas): actúan como precursores de color mediante mecanismos de oxidación y polimerización, degradan la estabilidad cromática y térmica de los cortes medios.
• Impurezas cromogénicas en ceras: hidrocarburos aromáticos remanentes en parafinas sólidas que reducen el índice de blancura Saybolt.

2 Mecanismos de adsorción del carbón activado sobre compuestos coloreados

La remoción de color por carbón activado en polvo involucra principalmente dos mecanismos:

Adsorción física (fisisorción): las moléculas cromóforas son retenidas en los microporos y mesoporos del carbón mediante fuerzas de Van der Waals. Este mecanismo predomina para moléculas de bajo peso molecular como aldehídos y cetonas oxidadas.

Interacción π-π y puentes de hidrógeno: compuestos aromáticos como las clorofilas y los carotenos —que poseen sistemas de dobles enlaces conjugados— establecen interacciones electrónicas con la superficie grafítica del carbón activado, lo que explica la alta afinidad de este adsorbente por pigmentos que resultan difíciles de remover con tierra de blanqueo ácida.

Un parámetro clave es la distribución de tamaño de poro: los mesoporos (2–50 nm) son determinantes para la adsorción de moléculas grandes como la clorofila (PM ≈ 893 g/mol), mientras que los microporos (< 2 nm) capturan compuestos más pequeños como ácidos grasos oxidados y aldehídos.

3 Casos de aplicación por industria

La siguiente tabla resume las aplicaciones más frecuentes, los contaminantes cromógenos dominantes y el tipo de carbón activado recomendado según el perfil del aceite:

Industria	Contaminantes típicos	Tipo de carbón activado recomendado
Biodiesel (FAME)	Clorofila, carotenos, fosfolípidos	Polvo (CAP), alta área superficial
Aceite de palma refinado	Pigmentos carotenoides, metales traza	CAP activado con ácido fosfórico, alta macroporosidad
Aceite mineral / lubricante	Productos de oxidación, color oscuro	Granular (CAG) o polvo (CAP)
Aceite de girasol / soya	Clorofilas, productos de degradación térmica	CAP neutro de madera, pH controlado
Combustibles de pirólisis	Alquitranes, compuestos fenólicos	CAG de alta resistencia mecánica

Nota técnica: en aceites con alto contenido de sólidos en suspensión o ceras, se recomienda una etapa de filtración previa antes del contacto con el carbón activado, para evitar el bloqueo prematuro de la estructura porosa y extender la vida útil del adsorbente.

4 Parámetros técnicos de dosificación para clarificación de hidrocarburos

La dosis óptima de carbón activado depende de la carga inicial de color (medida en unidades APHA, Lovibond o absorbancia a 450–670 nm), la temperatura de proceso y el tiempo de contacto disponible. Los siguientes rangos aplican para operaciones por lote (batch) con agitación mecánica:

Aplicación	Dosis típica (carbón)	Temperatura	Tiempo de contacto
Biodiesel (decoloración)	0.5 – 2.0% p/p	60 – 80 °C	15 – 45 min
Aceites vegetales refinados	0.1 – 1.5% p/p	70 – 110 °C	20 – 30 min
Aceites minerales / lubricantes	1.0 – 3.0% p/p	Amb. – 60 °C	30 – 60 min
Combustibles de pirólisis	2.0 – 7.0% p/p	40 – 70 °C	30 – 90 min
Gasolina / naftas (clarificación)	0.05 – 1.0% p/p	Amb. – 40 °C	10 – 30 min
Diésel / gasóleo (clarificación)	0.5 – 1.5% p/p	40 – 60 °C	20 – 45 min
Condensados de gas natural	0.2 – 0.8% p/p	Amb. – 30 °C	10 – 20 min
Ceras de parafina	0.5 – 2.0% p/p	80 – 110 °C (fundida)	20 – 60 min

Variables críticas adicionales:

• pH del aceite: en aceites vegetales refinados, un pH ligeramente ácido (4.5–6.0) favorece la protonación de grupos carboxílicos y mejora la adsorción de compuestos polares.
• Viscosidad: aceites de alta viscosidad requieren mayor temperatura o tiempos de contacto prolongados para garantizar la difusión de las moléculas hacia los poros internos del carbón.
• Tipo de carbón (en polvo vs granular): el carbón activado en polvo (CAP) ofrece mayor área de contacto y es preferible en procesos batch; el granular (CAG) es adecuado para columnas de flujo continuo con regeneración in situ.
• Humedad del carbón: en aceites no acuosos, la presencia de humedad en el carbón (> 5%) puede generar emulsiones; se recomienda usar carbón seco o con humedad controlada.

5 Criterios de selección del carbón activado en polvo para decoloración de aceites

No todos los carbones activados son equivalentes para este servicio. Los parámetros de especificación más relevantes son:

• Número de yodo ≥ 900 mg/g: indicador de microporosidad total; valores superiores favorecen la captura de compuestos de bajo peso molecular.
• Número de azul de metileno ≥ 200 mg/g: refleja la capacidad de adsorción en mesoporos; crítico para la remoción de clorofilas y carotenos de mayor tamaño molecular.
• Área BET > 1,000 m²/g: parámetro de referencia para capacidad de adsorción global.
• Bajo contenido de cenizas y metales: evita la contaminación del aceite tratado, especialmente relevante en aplicaciones alimentarias y de biocombustibles de alta pureza.
• Distribución granulométrica controlada (para CAP): partículas de 200–325 mesh facilitan la filtración posterior y reducen pérdidas de producto.

6 Decoloración de biodiesel con carbón activado en polvo

El biodiesel (éster metílico de ácidos grasos, FAME) es uno de los fluidos donde el carbón activado en polvo tiene una aplicación más sólida y documentada dentro del sector de los combustibles. A diferencia de los hidrocarburos de origen fósil, el biodiesel proviene de aceites vegetales o grasas animales y arrastra consigo compuestos cromógenos de naturaleza orgánica que persisten incluso después de la transesterificación y los lavados convencionales.

6.1 ¿Por qué el biodiesel tiene color?

El color del biodiesel terminado puede variar desde un amarillo pálido hasta un pardo oscuro dependiendo de la materia prima y las condiciones de proceso. Los compuestos responsables son:

• Clorofilas y feofitinas residuales: procedentes del aceite vegetal crudo, son extremadamente estables y no se eliminan completamente en la etapa de transesterificación.
• Carotenos y xantofilas: pigmentos liposolubles de alta persistencia, especialmente relevantes en biodiesel de palma o canola.
• Productos de degradación térmica y glicólisis parcial: monoglicéridos y diglicéridos coloreados generados por reacción incompleta.
• Trazas de jabones y fosfolípidos: si la materia prima no fue degomada correctamente, estos compuestos aportan turbidez y ligera coloración.
• Productos de oxidación de ácidos grasos insaturados: el biodiesel con alto contenido de ácido linolénico (soya, lino) es especialmente susceptible; la oxidación genera compuestos cromóforos secundarios que oscurecen el producto incluso durante el almacenamiento.

6.2 Aplicación del CAP en la purificación de biodiesel

El carbón activado en polvo se aplica típicamente como etapa de pulido (polishing) posterior al lavado con agua y la deshidratación del biodiesel. El proceso es sencillo y compatible con instalaciones de producción batch de cualquier escala:

• Adición del CAP directamente al tanque de biodiesel seco (humedad <500 ppm), con agitación mecánica moderada.
• Tiempo de contacto: 20 a 45 minutos a temperatura de 60–80 °C para reducir la viscosidad y mejorar la difusión de los pigmentos hacia los poros del carbón.
• Dosis habitual: 0.5 a 2.0% en peso respecto al volumen de biodiesel, ajustable según la carga de color inicial medida en la escala Lovibond o en unidades de absorbancia a 450 nm.
• Filtración posterior: mediante filtro prensa o filtro de placas con ayuda filtrante (tierra diatomácea o perlita), para retener completamente el CAP y evitar su arrastre hacia el producto final.

Es importante destacar que el CAP actúa simultáneamente sobre el color y sobre compuestos minoritarios que afectan la estabilidad oxidativa del biodiesel (peróxidos secundarios, aldehídos conjugados), lo que puede mejorar el índice de estabilidad a la oxidación (Rancimat, EN 14112) como efecto secundario positivo del tratamiento.

Consideración práctica: en biodiesel producido a partir de aceite de palma, los carotenos representan la fracción cromogénica dominante y pueden requerir dosis en el extremo superior del rango (1.5–2.0% p/p). En biodiesel de soya o girasol, las clorofilas son el contaminante principal y responden mejor a carbones con alta mesoporosidad (número de azul de metileno ≥ 220 mg/g).

7 Decoloración o clarificación de hidrocarburos con carbón activado

La decoloración de hidrocarburos con carbón activado es una aplicación existente en la industria, aunque menos extendida que en aceites vegetales o biocombustibles. Conviene ser precisos: no se trata de un proceso estándar para todas las corrientes de hidrocarburos, sino de una herramienta que resulta técnicamente viable y económicamente justificada en escenarios específicos donde el color es un parámetro de venta o de cumplimiento regulatorio.

7.1 ¿En qué hidrocarburos tiene sentido decolorar o clarificar con carbón activado?

El carbón activado —principalmente en su forma granular (GAC) para columnas continuas, y en polvo (CAP) para procesos batch a menor escala— ha sido documentado para las siguientes corrientes:

• Gasolinas y naftas de destilación primaria: la presencia de indanos, naftalenos y fenantrenos coloreados puede comprometer la especificación de color visual en mercados donde el producto se comercializa sin teñir. El carbón activado adsorbe selectivamente estos aromáticos policíclicos sin afectar significativamente el número de octano ni los hidrocarburos mayoritarios.
• Diésel de proceso o producto terminado: corrientes de diésel fuera de especificación por color (ASTM D1500 o número Saybolt) pueden tratarse con GAC en columna o con CAP en batch como etapa de corrección antes del despacho, evitando el costoso reprocesamiento por hidrotratamiento.
• Ceras de parafina: en la industria de ceras, el índice de blancura Saybolt es un parámetro comercial crítico. Los aromáticos remanentes tras el dewaxing son los responsables del color amarillo o pardo; el CAP de alta superficie (coco o carbón mineral) permite clarificar la cera fundida de forma eficiente en proceso batch.
• Aceites de proceso y fluidos de transferencia térmica: aceites minerales blancos o fluidos de proceso que han oscurecido por oxidación térmica o contaminación pueden recuperar parte de su especificación visual mediante tratamiento con GAC o CAP, dependiendo del volumen y la exigencia del cliente.
• Condensados de gas natural: corrientes de condensado con mercaptanos coloreados o trazas de aromáticos pesados pueden beneficiarse de un lecho de GAC extruido de alta dureza como etapa de pulido previo al almacenamiento o exportación.

7.2 Diferencias operativas respecto a aceites vegetales

Aunque el principio de adsorción es el mismo, la decoloración de hidrocarburos presenta particularidades operativas importantes que el ingeniero de proceso debe considerar:

• Menor polaridad del medio: los hidrocarburos son medios de baja polaridad, lo que favorece la competencia entre las moléculas del solvente y los solutos por los sitios activos del carbón. En general, la capacidad de adsorción efectiva por unidad de carbón es algo menor que en medios acuosos o en aceites polares.
• Riesgo de ignición: a diferencia de los aceites vegetales, los hidrocarburos ligeros (gasolinas, naftas, condensados) son inflamables. El proceso debe llevarse a cabo en atmósfera inertizada o con equipos diseñados para zonas ATEX, y la temperatura de operación debe mantenerse muy por debajo del punto de inflamación del fluido.
• Preferencia por GAC en columna continua: para corrientes continuas de hidrocarburos (diésel, gasolina en refinería), el GAC en lecho fijo es más adecuado que el CAP en batch, pues permite operar sin interrupciones y facilita el monitoreo de la curva de ruptura (breakthrough). El CAP en batch es más común en operaciones de menor escala o en correcciones puntuales fuera de especificación.
• Filtración tras CAP batch: cuando se usa CAP en proceso batch con hidrocarburos, la filtración posterior es especialmente crítica. El producto final no debe contener trazas de carbón en polvo, pues estas pueden dañar inyectores, bombas o equipos de proceso aguas abajo. Se recomienda filtración en dos etapas (filtro grueso + filtro fino de 1–5 μm).

Nota sobre alcance: para corrientes de refinería de gran volumen (miles de barriles/día), el carbón activado no compite con el hidrotratamiento catalítico, que es el proceso industrial estándar para la decoloración y la reducción de azufre a escala. El carbón activado resulta más competitivo en corrientes de menor caudal, en operaciones discontinuas, en plantas de biodiesel o biocombustibles de segunda generación, y en escenarios de corrección de producto terminado donde el hidrotratamiento no es viable económicamente.

8 Consideraciones operativas y disposición del carbón agotado

Tras el proceso de adsorción, el carbón saturado retiene los pigmentos y contaminantes capturados, por lo que su manejo debe ser cuidadoso. En muchos países, el carbón agotado proveniente de aceites industriales se clasifica como residuo especial y requiere disposición controlada o valorización energética (co-combustión en hornos de cemento o plantas de cogeneración).

Regeneración térmica: aunque el carbón activado es técnicamente un material reactivable mediante tratamiento térmico (800–900 °C en atmósfera controlada), esta opción no es viable cuando se utiliza carbón en polvo (CAP). La naturaleza particulada fina del CAP hace que su manejo para reintroducción en hornos de reactivación sea prácticamente inviable: el material vuela, se dispersa y genera pérdidas de producto inaceptables, además de riesgos operativos. Por esta razón, en aplicaciones con CAP el carbón agotado se trata exclusivamente como residuo para disposición final o valorización energética.

Carbotecnia: experiencia técnica al servicio de la purificación de aceites

En Carbotecnia contamos con una línea especializada de carbones activados en polvo y granular, seleccionados y evaluados para aplicaciones en aceites industriales y biocombustibles. Nuestro equipo técnico puede apoyar en la selección del carbón más adecuado, el diseño del protocolo de dosificación y la interpretación de isotermas de adsorción previas al escalamiento industrial.

Fuentes:

• Carbotecnia — Decoloración con carbón activado carbotecnia.info/en/learning-center/activated-carbon-applications/decolorization-with-activated-carbon/
• Pohndorf et al. (2016) — Journal of Food Engineering doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2016.03.028
• Decoloración de aceite de girasol con carbón activado (2018) — Int. Journal of Industrial Chemistry link.springer.com/article/10.1007/s40090-018-0156-1
• Lee et al. (2022) — NREL: Decolorization of Biofuels and Biofuel Blends docs.nrel.gov/docs/fy22osti/83138.pdf
• Li et al. (2021) — Adsorption and decolorization of hydrogenated coal tar — ScienceDirect sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1872580521600562

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