Procedimiento y sistema para producir componentes combustibles.

Procedimiento para producir componentes combustibles a partir de un material de origen biológico,

que comprende las etapas siguientes

a) evaporar el material de origen biológico para eliminar las impurezas del material de origen biológico para producir el material biológico purificado,

lográndose la evaporación en dos, tres o más etapas de evaporación, y

la primera etapa de evaporación se lleva a cabo a una temperatura de 50-250ºC y una presión de 5-100 mbares,

b) hidrotratar dicho material biológico purificado en presencia de gas hidrógeno y por lo menos un catalizador para formar una mezcla de compuestos de hidrocarburos,

c) separar los compuestos gaseosos de dicha mezcla de compuestos de hidrocarburos para obtener unos compuestos de hidrocarburos líquidos,

d) fraccionar dichos compuestos de hidrocarburos líquidos para obtener unos componentes combustibles, y

e) reciclar una parte de los compuestos de hidrocarburos líquidos obtenidos de la separación o fraccionamiento de vuelta al hidrotratamiento.

Procedimiento y sistema para producir componentes combustibles.

Campo de ia invención

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un sistema para producir componentes combustibles, y más particularmente a un procedimiento y a un sistema para producir componentes combustibles a partir de un material de origen biológico. El procedimiento es un procedimiento que comprende purificar el material de alimentación y refinar el material de alimentación purificado para formar una mezcla de compuestos de hidrocarburos de cuya mezcla se separan compuestos de hidrocarburos líquidos y se fraccionan a continuación en componentes combustibles. La presente invención se refiere además a componentes combustibles obtenidos mediante el procedimiento de la presente invención, así como a la utilización de los componentes combustibles y una mezcla que comprende los componentes combustibles.

Antecedentes de ia invención

Las materias primas de origen biológico son fuentes potenciales de diversos biocombustibles o componentes de biocombustibles. Estas materias primas se pueden convertir en biocombustibles alimentando la materia prima a través de un reactor catalítico al ponerla en contacto simultáneamente con un hidrógeno gaseoso. El producto resultante se extrae del reactor como una corriente de producto que se puede fraccionar posteriormente, por ejemplo mediante destilación, para formar biocombustible/componentes de biocombustible.

Sin embargo, existen varios problemas relacionados con los procedimientos de producción de biocombustibles a partir de las materias primas de origen biológico, tales como el envenenamiento y la obstrucción del material catalítico usado en los procedimientos de producción. Existen impurezas en las materias primas de origen biológico, tales como metales y sólidos, que provocan la Inactivación del material catalítico y evitan que funcione apropiadamente. A fin de evitar la inactivación del catalizador y prolongar su vida útil, la materia prima se puede purificar y/o pretratar antes de alimentarla al procedimiento de hidrotratamiento. La purificación de las materias primas de origen biológico, para que sean adecuadas para la alimentación a un procedimiento catalítico, es también desafiante. La técnica anterior describe diversas maneras para realizar esto. Sin embargo, éstas tienen todas ellas problemas, y la calidad de la materia prima no está siempre en un nivel requerido para que la etapa catalítica sea capaz de funcionar de la manera más eficiente.

Una posibilidad para purificar y/o pretratar una materia prima de origen biológico que se va a alimentar a procedimientos de hidrotratamiento catalíticos es el intercambio iónico con una resina de intercambio iónico ácida. Otra posibilidad es usar métodos tales como la adsorción sobre un material adecuado, intercambio iónico, o el lavado con ácido para eliminar metales alcalinos y metales alcalino-térreos (Na, K, Ca). Aún otra posibilidad es usar el desgomado para eliminar metales en la alimentación. El desgomado se lleva a cabo lavando la alimentación biológica a 90-105°C, 300-500 kPa(a), con H3PO4, NaOH y agua blanda, y separando las gomas formadas. Una parte importante de los componentes metálicos, que son dañinos para el catalizador de hidrotratamiento, se eliminan de la materia prima durante la etapa de desgomado.

Si la materia prima de origen biológico contiene aceite de pulpa de madera ("taloil"), también se puede usar el desbreado del aceite de pulpa de madera bruto para eliminar Impurezas del aceite de pulpa de madera. El aceite de pulpa de madera desbreado se obtiene evaporando aceite de pulpa de madera bruto, por ejemplo mediante evaporador de película delgada. La patente US n° 5.705.722 describe la conversión de ácidos grasos insaturados, por ejemplo ácidos grasos de aceite de pulpa de madera, en nafta y mejoradores de cetano para combustibles diésel. Según el documento, una materia prima que comprende aceite de pulpa de madera se alimenta a través de un reactor de hidrodesoxigenación que contiene catalizador NiMo/CoMo, en la que se pone en contacto con hidrógeno gaseoso. El producto resultante se extrae del reactor como una corriente de producto que se fracciona posteriormente mediante destilación en nafta y destilado medio, que se afirma que se usa como un mejorador de cetano. También se extrae del reactor un resto. Sin embargo, este procedimiento tiene desventajas; por ejemplo, el rendimiento de biocombustible o componentes de biocombustible, es decir, nafta y mejoradores de cetano, es malo. Esto es debido al hecho de que, en el desbreado, una gran cantidad de materia prima valiosa para la hidrogenación se pierde como residuo, es decir, brea. Según el documento, el residuo se usa como tal como combustible para calderas.

Breve descripción de ia invención

Un objetivo de la presente invención es así proporcionar un procedimiento y un sistema para implementar el procedimiento para superar los problemas anteriores. Los objetivos de la Invención se logran mediante un procedimiento y un sistema, que se caracterizan por lo que se señala en las reivindicaciones independientes. Las formas de realización preferidas de la invención se describen en las reivindicaciones dependientes.

La invención se basa en la ¡dea de purificar el material de origen biológico e hidrotratar el material purificado de

origen biológico para formar una mezcla de compuestos de hidrocarburos, separar compuestos gaseosos de dicha mezcla de compuestos de hidrocarburos para formar compuestos de hidrocarburos líquidos, y fraccionar dichos compuestos de hidrocarburos líquidos para obtener componentes combustibles. La purificación del material de origen biológico se lleva a cabo mediante evaporación.

Mediante evaporación, se hace referencia en la presente memoria a cualquier método de separación adecuado para separar dos o más componentes entre sí, tal como gases de líquido, método de separación el cual se basa en la utilización de las diferencias en la presión de vapor de los componentes. Los ejemplos de tales métodos de separación son evaporación, evaporación instantánea y destilación. Los ejemplos de métodos de evaporación adecuados son aquellos que usan tecnología de evaporación de película delgada. Los evaporadores se pueden seleccionar así del grupo de evaporador de película delgada, evaporador de película descendente, evaporador de corto recorrido, destilador molecular de placa y cualquier otro evaporador que use tecnología de película delgada. La unidad de evaporación puede comprender uno, dos, tres o más evaporadores que pueden ser del mismo tipo o tipo diferente y se seleccionan independientemente de los métodos de separación adecuados presentados anteriormente. Si la unidad de evaporación comprende más de un evaporador, los evaporadores se disponen en serie.

Una ventaja del procedimiento y sistema de la invención es que cuando el material de origen biológico se evapora, las impurezas, tales como metales y sólidos, son retenidas en el concentrado, y el condensado recuperado de la evaporación está listo para ser alimentado al reactor de hidrotratamiento. SI la evaporación se logra en dos etapas, es decir, la unidad de evaporación comprende dos evaporadores, el agua y los componentes ligeros se evaporan en primer lugar del material de origen biológico, a fin de hacer más eficiente la segunda etapa de evaporación. También, el riesgo de transferencia se reduce de manera controlada. Si la evaporación se logra en tres etapas, es decir, la unidad de evaporación comprende tres evaporadores, el agua y los componentes ligeros se evaporan en primer lugar del material de origen biológico en la primera etapa de evaporación a fin de hacer más eficiente las siguientes etapas de evaporación. En las etapas de evaporación segunda y tercera, la fracción residual que contiene brea se minimiza evaporando el producto líquido de la primera etapa de evaporación. La ventaja de usar una unidad de evaporación de tres etapas es que la segunda etapa de evaporación puede ser un evaporador pequeño y barato que elimina componentes ligeros del material. La siguiente tercera etapa de evaporación también puede ser más pequeña y barata que la segunda etapa en la evaporación de dos etapas. En consecuencia, una unidad de evaporación de tres etapas puede ser más barata que una unidad de evaporación de dos etapas. La fracción pesada de la segunda etapa de evaporación se dirige al tercer evaporador, del que se elimina la fracción pesada.

Una ventaja de tal purificación con una evaporación de dos, tres o más etapas es que la ebullición tiene lugar de una manera más controlada debido a que los componentes ligeros de bajo punto de ebullición, es decir, componentes... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para producir componentes combustibles a partir de un material de origen biológico, que comprende ias etapas siguientes

a) evaporar el material de origen biológico para eliminar ias impurezas del material de origen biológico para producir el material biológico purificado,

lográndose la evaporación en dos, tres o más etapas de evaporación, y

la primera etapa de evaporación se lleva a cabo a una temperatura de 50-250°C y una presión de 5-100 mbares,

b) hidrotratar dicho material biológico purificado en presencia de gas hidrógeno y por lo menos un catalizador para formar una mezcla de compuestos de hidrocarburos,

c) separar los compuestos gaseosos de dicha mezcla de compuestos de hidrocarburos para obtener unos compuestos de hidrocarburos líquidos,

d) fraccionar dichos compuestos de hidrocarburos líquidos para obtener unos componentes combustibles, y

e) reciclar una parte de los compuestos de hidrocarburos líquidos obtenidos de la separación o fraccionamiento de vuelta al hidrotratamiento.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la evaporación se logra en tres etapas de evaporación.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la evaporación se logra en dos etapas de

evaporación.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la evaporación se lleva a cabo en un evaporador que utiliza tecnología de evaporación de película delgada.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que el evaporador se selecciona de entre el grupo de evaporador de película delgada, evaporador de película descendente, evaporador de corto recorrido y destilador molecular de placa.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material de origen biológico se selecciona de entre el grupo que consiste en

i) cualquier tipo de grasas, cualquier tipo de ceras, grasas vegetales, aceites vegetales, ceras vegetales; grasas de animales, aceites de animales, ceras de animales, grasas de pez, aceites de pez, ceras de pez, y

¡i) ácidos grasos o ácidos grasos libres obtenidos a partir de grasas vegetales, aceites vegetales, ceras vegetales; grasas de animales, aceites de animales, ceras de animales; grasas de pez, aceites de pez, ceras de pez, y sus mezclas mediante hidrólisis, transesterificación o pirólisis, y

¡ü) ásteres obtenidos a partir de grasas vegetales, aceites vegetales, ceras vegetales; grasas de animales, aceites de animales, ceras de animales; grasas de pez, aceites de pez, ceras de pez, y sus mezclas mediante transesterificación, y

¡v) sales metálicas de ácidos grasos obtenidos a partir de grasas vegetales, aceites vegetales, ceras vegetales; grasas de animales, aceites de animales, ceras de animales; grasas de pez, aceites de pez, ceras de pez, y sus mezclas mediante saponificación, y

v) anhídridos de ácidos grasos a partir de grasas vegetales, aceites vegetales, ceras vegetales; grasas de animales, aceites de animales, ceras de animales; grasas de pez, aceites de pez, ceras de pez, y sus mezclas, y

vi) ásteres obtenidos mediante esterificación de ácidos grasos libres de origen vegetal, animal y a partir de peces con alcoholes, y

v¡¡) alcoholes o aldehidos grasos obtenidos como productos de reducción de ácidos grasos a partir de grasas vegetales, aceites vegetales, ceras vegetales; grasas de animales, aceites de animales, ceras de animales; grasas de pez, aceites de pez, ceras de pez, y sus mezclas, y

vüi)grasas y aceites de uso alimentario reciclados, y grasas, aceites y ceras obtenidos mediante ingeniería genética,

ix) ácidos dicarboxílicos o polioles que incluyen dioles, hidroxicetonas, hidroxialdehídos, ácidos hidroxicarboxílicos, y compuestos de azufre di- o multifuncionales correspondientes, compuestos de nitrógeno di- o multifuncionales correspondientes, y

x) compuestos derivados de algas, mohos, levaduras, hongos y/u otros microorganismos que pueden producir los compuestos mencionados en i) a ix) o compuestos similares a estos,

x¡) mezclas de dicho material de origen biológico.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material de origen biológico se selecciona de entre el grupo que consiste en aceites de pez tales como aceite de arenque báltico, aceite de salmón, aceite de arenque, aceite de atún, aceite de anchoas, aceite de sardina, y aceite de caballa; aceites vegetales tales como aceite de semilla de colza, aceite de colza, aceite de cánola, aceite de pulpa de madera, aceite de pulpa de madera bruto, aceite de semilla de girasol, aceite de soja, aceite de maíz, aceite de cáñamo, aceite de semilla de lino, aceite de oliva, aceite de semilla de algodón, aceite de mostaza, aceite de palma, aceite de cacahuete, aceite de ricino, aceite de semilla de jatrofa, aceite de semilla de Pongam/a p/nnafa, aceite de nuez de palma, y aceite de coco; y grasas animales tales como manteca, sebo, manteca derretida y sebo derretido, y aceites y grasas de uso alimentario de desechos y reciclados, así como grasas, ceras y aceites producidos mediante ingeniería genética; ceras de animales tales como cera de abejas, cera china (cera de insectos), cera de goma laca, y lanolina (cera de lana); ceras vegetales tales como cera de palma de carnauba, cera de palma de Ouricouri, aceite de semilla de jojoba, cera de candelilla, cera de esparto, cera de Japón, aceite de salvado de arroz, terpenos, terplneoles y trlgllcérldos o sus mezclas.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el hidrotratamiento se logra en una única etapa y el catalizador es un catalizador que contiene metales del grupo VI y/u VIII o sus mezclas o combinaciones, pudlendo dicho catalizador convertir material de alimentación biológico en componentes combustibles.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por que el catalizador es NiW o una mezcla o combinación de catalizadores NIW y NIMo sobre un soporte seleccionado de entre AI2O3, zeolita, zeolita-AbOs, y AÍ203-SÍ02.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 7, caracterizado por que el hidrotratamiento se logra en dos etapas y el catalizador en la primera etapa es cualquier catalizador que contiene metales del Grupo VIII y/o VIB del Sistema Periódico sobre un soporte adecuado que puede convertir hidrocarburos en n-parafinas y el catalizador en la segunda etapa es un catalizador que se selecciona de entre el grupo de Pt, Pd y NIW soportado por AI2O3, zeolita, zeollta-AbOs o A^Os-SiC^.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los compuestos gaseosos separados comprenden gas hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, gases combustibles ligeros, principalmente más ligeros que los hidrocarburos de C5.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los componentes ligeros se eliminan de la primera etapa de evaporación.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado por que el condensado de la primera etapa de evaporación se recupera y alimenta a una segunda etapa de evaporación.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los componentes combustibles obtenidos son una fracción que contiene gasolina y/o nafta y una fracción que contiene un destilado medio.

15. Sistema para producir componentes combustibles a partir de un material de origen biológico, caracterizado por que el sistema comprende

- una unidad (6) de evaporación para eliminar las impurezas del material de origen biológico y producir un material biológico purificado,

en el que la unidad de evaporación comprende dos o tres o más evaporadores,

- uno o más reactores de hidrotratamiento (12, 12', 12") para hidrotratar el material biológico purificado y producir una mezcla de compuestos de hidrocarburos, comprendiendo dichos uno o más reactores de hidrotratamiento por lo menos un catalizador (13, 13', 13"),

- por lo menos una entrada de hidrógeno (10, 15, 17), para alimentar con gas hidrógeno a dichos uno o más reactores (12, 12', 12") de hldrotratamlento,

- una unidad de separación (16) para separar los compuestos gaseosos de la mezcla de compuestos de hidrocarburos para obtener unos compuestos de hidrocarburos líquidos,

- una unidad de fraccionamiento (26) para fraccionar los compuestos de hidrocarburos líquidos recuperados del separador (16) en fracciones separadas de componentes combustibles, y

- por lo menos una conexión de reciclaje (32, 34) para reciclar una parte de los compuestos de hidrocarburos líquidos desde la unidad de separación (16) y/o la unidad de fraccionamiento (26) de vuelta hacia uno o más reactores de hldrotratamiento (12, 12', 12").

16. Sistema según la reivindicación 15, caracterizado por que el sistema comprende un reactor de hidrotratamiento (12) que comprende un catalizador (13), que se selecciona de entre catalizadores que contienen metales del Grupo VI y/u VIII del Sistema Periódico o sus mezclas o combinaciones, pudlendo dicho catalizador convertir material de alimentación biológico en componentes combustibles.

17. Sistema según la reivindicación 16, caracterizado porque el catalizadores NiWo una mezcla o combinación de catalizadores NiMo y NIW sobre un soporte seleccionado de entre AI2O3, zeolita, zeol¡ta-Al203, y AI203-SÍ02.

18. Sistema según la reivindicación 16, caracterizado por que el sistema comprende un primer reactor de hidrotratamiento (12') y un segundo reactor de hldrotratamlento (12").

19. Sistema según la reivindicación 18, caracterizado por que el primer reactor de hidrotratamiento (12') comprende un primer catalizador (13 ) que es cualquier catalizador que contiene metales del Grupo VIII y/o VIB del Sistema Periódico sobre un soporte que puede convertir hidrocarburos en n-parafinas.

20. Sistema según la reivindicación 19, caracterizado por que el primer catalizador (13') en el primer reactor de hidrotratamiento (12 ) se selecciona de entre el grupo de Pt, Pd, Ni, NiMo y C0M0 soportado por alúmina y/o sílice.

21. Sistema según la reivindicación 18, caracterizado por que el segundo reactor de hidrotratamiento (12") comprende un segundo catalizador (13 ") que se selecciona de entre el grupo de Pt, Pd y NiW soportado por AI2O3, zeolita, zeollta-AbOs o AI203-SI02.

22. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 21, caracterizado por que la unidad de evaporación (6) comprende tres evaporadores.

23. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 21, caracterizado por que la unidad de evaporación (6) comprende dos evaporadores.

24. Sistema según la reivindicación 15, caracterizado por que el/los evaporador/es se selecciona(n) de entre el grupo que consiste en evaporadores que utilizan la tecnología de evaporación de película delgada.

25. Sistema según la reivindicación 24, caracterizado por que el/los evaporador/es se selecciona(n) de entre el grupo de evaporador de película delgada, evaporador de película descendente, evaporador de corto recorrido y destilador molecular de placa.

26. Componentes combustibles obtenidos mediante un procedimiento en el que un material de origen biológico se evapora en dos, tres o más etapas de evaporación para eliminar impurezas, en el que la primera etapa de evaporación se lleva a cabo a una temperatura de 50-250°C y a una presión de 5-100 mbares, para producir material biológico purificado, dicho material biológico purificado es hidrotratado en presencia de gas hidrógeno y catalizador para formar una mezcla de compuestos de hidrocarburos, los compuestos gaseosos se separan de dicha mezcla de compuestos de hidrocarburos para formar unos compuestos de hidrocarburos líquidos y dichos compuestos de hidrocarburos líquidos se fraccionan y una parte de los compuestos de hidrocarburos líquidos obtenidos a partir de la separación o del fraccionamiento se recicla de vuelta al hidrotratamiento para obtener los componentes combustibles.

27. Componentes combustibles según la reivindicación 26, caracterizados por que los componentes combustibles son la gasolina y/o la nafta y los compuestos de destilado medio.

28. Utilización de los componentes combustibles según la reivindicación 26 o 27 como combustible diésel, combustible de gasolina, combustible de calefacción, combustible de reactor, combustible de aviación, y/o como sus componentes.

29. Mezcla que comprende un componente combustible o componentes combustibles según la reivindicación 26 o

30. Utilización de una mezcla según la reivindicación 29 como combustible diésel, combustible de gasolina, combustible de calefacción, combustible de reactor, combustible de aviación, y/o como sus componentes.