Proceso continuo de hidrogenación de aceites vegetales en fase líquida a presión y a temperatura con obtención de una grasa con bajo contenido en isómero trans.

Se describe un proceso de hidrogenación catalítico continuo de aceites vegetales en fase líquida a alta presión y temperatura.El proceso se realiza con una mezcla de solvente-cosolvente para trabajar en condiciones más seguras.El proceso parte de tres líneas de alimentación independientes, una por reactivo, cuando los tres están en las condiciones adecuadas llegan al reactor de lecho fijo; en el interior de éste se encuentra como catalizador un metal noble soportado.La reacción se lleva a cabo a una presión comprendida entre 100-350 bar y a una temperatura comprendida entre 20-350°C.Tras el reactor los productos de reacción pasan por una válvula de expansión.Posteriormente llegan a la zona de recogida para su posterior análisis y recuperación de cosolvente.Se tiene que el producto de reacción deseado contiene entre un 1-10% de isómero trans y entre un 10-50% de ácido oleico (porcentajes en peso)

Proceso continuo de hidrogenación de aceites vegetales en fase líquida a presión y a temperatura con obtención de una grasa con bajo contenido en isómero trans.

Sector técnico de la invención

Esta invención corresponde al sector industrial de la tecnología alimentaria. Se relata una mejora en el proceso de hidrogenación de triglicéridos insaturados o trigliceridos en fase líquida a alta presión y temperatura en presencia de cosolvente respecto a una mezcla de solvente, hidrógeno y triglicéridos insaturados en fase vapor homogénea a alta presión.

Estado de la técnica

La reacción de hidrogenación consiste en saturar los dobles enlaces de los ácidos grasos insaturados con hidrógeno en presencia de un metal que cataliza la reacción. El objeto de la saturación de los dobles enlaces es convertir los aceites líquidos en grasa semisólida y reducir las posibilidades de oxidación y subsiguiente enraciado. Las grasas así obtenidas se utilizan en la industria de la alimentación para producción de margarinas, grasas para la repostería etc.

Con 25 millones de toneladas al año, la producción de aceite hidrogenado tiene su sitio en el mercado de la alimentación.

Desafortunadamente, en la reacción de hidrogenación se pierden ácidos grasos esenciales como el linoléico para formar ácidos grasos trans (ácido elaidico) y ácidos grasos saturados (ácido éstearico), que son precursores de colesterol en humanos y del todo innecesario en la dieta humana.

En las últimas décadas, la legislación alimentaria que regula el contenido de este tipo de ácidos en las grasas destinadas a la alimentación es cada vez más estricta; Es por ello que se necesita una alternativa al proceso clásico de hidogenación que consiga disminuir la cantidad obtenida de productos no deseables.

El proceso industrial convencional de hidrogenación consiste básicamente en un reactor agitado con aceite e hidrógeno más partículas de catalizador en suspensión. La reacción se lleva a cabo a baja presión (de 0,5 a 5 bar) y a altas temperaturas (de 130 a 210ºC).[2]. Con este proceso se obtiene entre un 30-50% de isómeros trans. [1] La pequeña solubilidad del H₂ en aceite líquido a la temperatura de reacción y las resistencias al transporte del gas entre la fase gas y la fase líquida así como la superficie externa del catalizador limitan la velocidad de reacción.

Se pueden suprimir estas resistencias al transporte utilizando un solvente a alta presión. Esta es la alternativa al proceso convencional que recoge la patente española ES 2 245 901 A1.

Dicho proceso consiste en mezclar el sustrato, hidrógeno gas y un solvente con el objeto de tener una fase homogénea, en la cual las resistencias de transporte se eliminan y las concentraciones de los reactantes pueden variarse independientemente.

La solución pasa a través del catalizador, donde se forman los productos de la reacción, que también formarán parte de la mezcla homogénea. [3]

El sustrato y los productos han de ser solubles en el solvente utilizado en las condiciones de operación. Dicho solvente puede ser un hidrocarburo saturado o insaturado. [5]

Se mejora así la velocidad de la reacción de hidrogenación, que se incrementa de 10 a 1000 veces y la producción de ácidos grasos trans disminuye respecto a la obtenida en el proceso convencional, [4] obteniendo en los productos hidrogenados menos del 10% de ácidos grasos trans. [5]

Los inconvenientes encontrados en este proceso son la alta inflamabilidad de los solventes utilizados y las altas condiciones de presión y temperatura de operación.

La finalidad de esta patente es resolver el problema de la peligrosidad del proceso cambiando el solvente por uno no inflamable que además respete el medio ambiente.

Se decide usar el solvente verde: CO₂, el cual es no tóxico, no inflamable y respetuoso con el medio ambiente. No obstante, presenta un inconveniente y es la baja solubilidad de los reactivos en el sistema de reacción, problema que se traduce en un encarecimiento del proceso ya que se requieren condiciones de operación más severas.

La finalidad de la presente invención es dar a conocer un novedoso procedimiento de tipo industrial para la hidrogenación catalítica de triglicéridos insaturados en fase liquida a alta presión y temperatura utilizando CO₂ con el fin de mejorar el proceso utilizado hasta el momento, en términos de seguridad.

Bibliografía

[1] Nancy Ajzenberg, Grasas y aceites. Vol. 53 Fasc.2 (2002), 229-238

[2] Farrauto R.J., Bartholomew, C.H., Fundamentals o Industrial Catalytic Process, (1997)

[3] Tacke, T., Degussa.

[4] Ramírez E., Zgarní, S., Larrayoz, M.A. & Recasens F., F. Chem. Eng. TeTechnol.: Engineering in Life Science, Vol.2, 9, 2002, p.257

[5] Harrod, M., 1996, patente internacional, A1, WO9601304.

[6] Cama, Josep. Selecció d'un co-solvent per a la hidrogenació d'olis vegetals en CO₂ supercrític: millora de la seguretat del procés. Barcelona, Novembre 2006.

[7] A. Santana, M. J. Mayorga, A. Huguet, B. Pina, F. Recasens and M. A. Larrayoz, Trans-Free Hydrogenation of Vegetable Fat in Vapor Phase Supercritical Modified CO₂. AlChE Annual Meeting Philadelphia 2008 (EEUU) - 16^th - 21^st November (2008).

Explicación de la invención

La presente invención relata una mejora en el proceso de hidrogenación parcial de triglicéridos insaturados en fase líquida a presión y a temperatura respecto el proceso realizado en fase vapor a alta presión. Se innova adicionando un cosolvente al solvente principal, esto permite trabajar con solventes menos inflamables que los utilizados hasta el momento consiguiendo un proceso más seguro además de permitir trabajar a temperaturas más bajas.

Se obtienen cantidades de isómeros trans inferiores al 10% en peso y cantidades de ácido oleico entre el 30 y el 50% cuando el índice de yodo de la grasa obtenida es cercano a 100.

Debido a la cinética de la reacción y a los experimentos llevados a cabo interesa trabajar en las siguientes condiciones para reducir la formación de ácidos trans (ácido elaidico) y en este tipo de montaje explicado a continuación:

• T = 20-350ºC

• P = 100-350 bar

• WSHV = 10 - 2000 h^-1

• g catalizador = 0,5-4

• %H₂ = 2-10%

Se utiliza una mezcla de solvente-cosolvente, formada por CO₂ y preferentemente entre el 5-95% en volumen de un cosolvente apolar preferiblemente alcano, en particular hexano.

Un cosolvente, entrainer o modificador se define como un segundo solvente que se adiciona al principal con la finalidad de aumentar la solubilidad del soluto en la mezcla.

Adicionando este segundo solvente se consigue tener un medio de reacción homogéneo. Diferentes estudios sobre los efectos de la adición de cosolvente rebelan que se disuelve mayormente en la fase líquida. Como la densidad de la fase líquida es generalmente mayor que la de fase gas, existen fuerzas intermoleculares mayores que ejercen un mayor efecto sobre la distribución de los componentes. Modificando así la fase líquida haciéndola soluble en la fase gaseosa.

Se resumen los efectos de la influencia de la adición de cosolvente al solvente principal:

• La temperatura crítica del solvente y por tanto la del proceso puede ser manipulada para satisfacer el valor óptimo de la mezcla de alimentación.

•...

1. Procedimiento para la hidrogenación continua de aceites vegetales en fase líquida a presión y baja temperatura con obtención de una grasa con bajo contenido en isómero trans que comprende las fases de:

\circ Pasar una mezcla formada por un gas a alta presión y un cosolvente, a través de una bomba (1) hasta la llegada a un tubo estático de mezcla (3), junto con aceite vegetal, previamente impulsado por una bomba (4) e hidrógeno impulsado hacia la instalación con la ayuda de un multiplicador (5) para formar una mezcla de reacción cuyo producto será una grasa con bajo contenido en isómero trans;