Composición de biocombustible y proceso de fabricación.

Un proceso para producir un combustible, que comprende la etapa de electrólisis en una solución alcohólica de un ácido graso o de una sal de ácido graso o de un éster de ácido graso,

para descarboxilar dicho ácido graso o su derivado y producir una mezcla de un éter y un alqueno, donde se realiza la electrólisis utilizando una densidad de corriente de 0,02-0,15 Acm2 y una tensión inferior a 15 V.

Composición de biocombustible y proceso de fabricación.

Campo de la invención La invención se refiere a un proceso para producir un combustible a partir de ácidos grasos. La invención se refiere particularmente al campo de los biocombustibles alternativos a los combustibles derivados del petróleo, que son cada vez más escasos y costosos. Los combustibles de la invención se pueden considerar como biocombustibles y/o aditivos de segunda generación, que tienen propiedades ventajosas para el almacenamiento y el transporte, presentan un punto de fluidez en frío más bajo, buen nivel de rendimiento y seguridad, utilizan materiales renovables (sostenibles) como materia prima, queman de manera más limpia, preservan los combustibles fósiles, son neutros en carbono en un alto grado y, lo más importante, se pueden adoptar fácilmente en la mayoría de los diseños de motores existentes .

Antecedentes de la invención El biodiesel y el bioetanol son los principales biocombustibles actualmente disponibles para uso comercial. Estos biocombustibles se pueden fabricar fácilmente a partir de materias primas renovables (p. ej. biomasa) con tecnología existente. Sin embargo, muchas aplicaciones que utilizan combustibles estándar no se pueden convertir con facilidad para que puedan utilizar biodiesel o bioetanol. Hay diferencias en las propiedades físicas y químicas del biodiesel y del bioetanol en comparación con los combustibles estándar, como por ejemplo, diferencias de densidad energética, inflamabilidad, rango de temperatura de ebullición (o falta de rango) , vida útil y propiedades disolventes. Las especificaciones del combustible que se puede utilizar en muchos motores son muy específicas y pueden imposibilitar el uso de las alternativas existentes al biocombustible, tales como biodiesel y bioetanol. Existe, por tanto, una necesidad de biocombustibles nuevos y alternativos, y de procesos para producir los biocombustibles de manera económica a escala industrial.

En la industria, se conoce la electrólisis como método para producir reacciones químicas a escala de laboratorio. Durante más de 100 años, se han realizado experimentos de laboratorio en los que condiciones drásticamente modificadas han impedido una reacción Kolbe normal, comenzando por Moest et. al. (patente alemana 138442, emitida en 1903) , que creó alcoholes, aldehídos y cetonas a partir de ácidos grasos mediante electrólisis. Su investigación fue honrada dando su nombre a este tipo de descarboxilación electroquímica ("reacción Hofer-Moest") y dio lugar a muchas otras aplicaciones interesantes en la literatura química, ninguna de las cuales, sin embargo, ha alcanzado algún grado de relevancia comercial.

Se podrá encontrar una descripción completa de los antecedentes científicos de esta invención en "Organic Electrochemistr y " (Electroquímica orgánica) de Henning Lund, Manuel M. Baizer, Ole Hammerich, capítulos 12/14, ISBN:0824704304, CRC Press. Kronenthal y otros se centraron en los éteres alifáticos y concretamente en el metoxi-undecano (patente 2760926 de EEUU emitida en 1956) , pero consiguieron únicamente producciones del 40% o inferiores con un alto consumo de electricidad (al menos en un factor diez a juzgar por la tensión aplicada (más de 90 voltios) . En la literatura, no se encuentran referencias al uso de estos éteres, o de cualquier otro éter similar, en una mezcla con hidrocarburos para combustibles como se sugiere aquí.

Más recientemente, no obstante, en WO2007095215 y WO2007027669, se cita la reacción Kolbe original como medio, entre muchas otras técnicas, de crear hidrocarburos útiles a partir de ácidos grasos de origen renovable. Sin embargo, debido a la naturaleza de la reacción Kolbe, la longitud de la cadena casi se duplicaría en el proceso y crearía una mezcla de hidrocarburos C30-C34 que requeriría un refinamiento convencional intensivo para producir combustibles líquidos utilizables en el transporte. Esto se puede contrastar con un proceso especializado Hofer-Moest de un solo paso.

En US 2.760.926 A se describe el preparado de éteres alifáticos por electrólisis de sales alifáticas de ácido carboxílico, preferiblemente en solución alcohólica anhidra. La electrólisis se realiza con una densidad de corriente de hasta aproximadamente 40 amperios por decímetro cuadrado de superficie de ánodo.

Sería posible fabricar dichos combustibles líquidos mediante una electrólisis Kolbe normal cruzada, como por ejemplo, a partir de ácido oléico y ácido acético como materia prima. Este procedimiento produciría un hidrocarburo C18 y mantendría la configuración cis-/"Z-" deseada del enlace doble. No obstante, se cree que dicha técnica resultaría mucho menos económica debido al consumo de ácido acético, el costoso uso de ánodos de platino y los subproductos de poco valor (etano y un hidrocarburo doblemente insaturado C34 en este caso) , generalmente inevitable en una reacción Kolbe cruzada.

Se ha informado que las compañías petroleras que cooperan con productores de grasa animal y/o aceite vegetal crean hidrocarburos a partir de triglicéridos, obteniendo alcanos C16/C18 y propano de cadena lineal (a partir del glicerol contenido en grasas/aceites) . Sin embargo, este proceso utiliza un catalizador e hidrogena totalmente la materia prima a altas presiones y temperaturas. Consume una gran cantidad de hidrógeno y destruye todos los enlaces dobles especiales con orientación cis/"Z". El proceso descrito en esta solicitud puede preservar dichos enlaces dobles y generar hidrógeno como subproducto.

Resumen de la invención La invención constituye un proceso para producir un combustible que puede ser, por ejemplo, un biocombustible de segunda generación. El proceso se puede utilizar, asimismo, para fabricar combustibles de hidrocarburo convencionales a partir de materias primas renovables.

Concretamente, la invención constituye un proceso para producir un combustible que comprende la etapa de realización de electrólisis en una solución alcohólica de un ácido graso o de una sal de ácido graso, o de un éster de ácido graso, descarboxilación de dicho ácido graso o su derivado, y producción de una mezcla de un éter y de un alqueno.

La invención proporciona, asimismo, un producto elaborado directa o indirectamente a partir de este proceso.

La mezcla de éter y alqueno producida se puede utilizar para preparar un combustible.

El proceso de la invención puede, asimismo, comprender la etapa de purificación/separación de la mezcla de alqueno y éter de la solución alcohólica. En forma adicional o alternativa, el proceso de la invención puede comprender la etapa de incorporación uno o más aditivos al combustible.

La descarboxilación del grupo de ácido carboxílico del ácido graso por electrólisis genera un intermedio de radical alquílico. Es posible, en algunas condiciones de reacción, que se produzca la reacción Kolbe en la cual el radical se dimeriza por la reacción con otro radical alquílico del mismo tipo para producir un alcano de cadena larga. Sin embargo, las condiciones utilizadas para la electrólisis en el proceso de la invención se seleccionan para generar una baja concentración de radicales libres, lo que minimiza la dimerización de los radicales libres y, de tal modo, reduce o impide la reacción Kolbe.

En el proceso de la invención, los radicales libres generados por la descarboxilación del ácido graso reaccionan con una molécula disolvente próxima para formar un éter, o para eliminar un átomo de hidrógeno y formar un alqueno. En principio, los radicales podrían también oxidarse más (es decir liberar otro electrón) y convertirse en carbocationes que pueden experimentar cambios estructurales antes de reaccionar con el disolvente para formar un éter o eliminar un átomo de hidrógeno para formar un alqueno. A veces se obtiene una mezcla isomérica de éteres y una mezcla isomérica de alquenos con el proceso de la invención. El número de átomos de carbono en los alquenos es uno menos que el número de átomos de carbono que hay en el ácido graso (el grupo de carboxilos del ácido graso se divide como CO2) .

Varios factores pueden influir en la naturaleza y la concentración de los radicales que se producen durante la etapa de electrólisis. Estos factores son el tamaño y la forma de los electrodos, el material a partir del cual se hacen los electrodos, la distancia que separa los electrodos en solución, el electrólito y el disolvente que se utilizan, la concentración de ácido graso, el tipo de corriente (continua o alterna) y la densidad de corriente. Así, la etapa de electrólisis se puede realizar de distintas maneras para obtener los productos deseados y reducir al mínimo los acoplamientos... [Seguir leyendo]

I

1. Un proceso para producir un combustible, que comprende la etapa de electrólisis en una solución alcohólica de un ácido graso o de una sal de ácido graso o de un éster de ácido graso, para descarboxilar dicho ácido graso o su derivado y producir una mezcla de un éter y un alqueno, donde se realiza la electrólisis utilizando una densidad de corriente de 0, 02-0, 15 Acm2 y una tensión inferior a 15 V.

2. Un proceso según la reivindicación 1, donde la concentración total de ácido graso y/o de sal de ácido graso en la solución alcohólica es de al menos 0, 5 M.

3. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la solución alcohólica de ácido graso o de ácido graso comprende un metal alcalino o sal de hidróxido de metal alcalinotérreo.

4. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la electrólisis se realiza sustancialmente a la temperatura de reflujo del disolvente alcohólico.

5. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde se realiza la electrólisis utilizando un ánodo y un cátodo, donde el ánodo y el cátodo se componen de materiales que son iguales o diferentes entre sí, y cada uno comprende independientemente uno o más de los materiales siguientes: carbono, platino, acero, cobre, plata, oro y níquel.

6. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la electrólisis se realiza en un aparato que tiene un ánodo y un cátodo, y donde la separación mínima entre el ánodo y el cátodo en la solución alcohólica es de 0, 5-5 mm.

7. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la electrólisis se realiza en un ácido graso monoinsaturado.

8. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa de separación del alqueno y/o del éter de la solución alcohólica.