Procedimiento para el refinado de biodiesel, independientemente del origen de la materia prima utilizada en su fabricación;

que consiste en el tratamiento del mismo con un material adsorbente (preferiblemente carbón activado) a alta temperatura.

Gracias al método, se consigue: reducir el contenido en glicéridos; eliminar materia insaponificable y decolorar el biodiesel. Esta mejora de calidad origina: aumento en ésteres metílicos, descenso de viscosidad y POFF, mejor filtrabilidad, mayor cetanos y ligero aumento del poder calorífico, entre otros.

Mediante la inclusión del método como una etapa adicional en las tecnologías de fabricación actuales, o bien como etapa independiente a las mismas, se alcanzan porcentajes en ésteres metílicos superiores al 99,5 %, permitiendo obtener un biocombustible líquido de alta calidad para su empleo en motores diésel: i) de manera total (B 100), ii) en mezcla con el gasóleo (contenido en biodiesel >5%), ó iii) como aditivo de éste (mezclas< 5%).

Procedimiento para el refinado de biodiésel, independientemente del origen de la materia prima utilizada en su fabricación.

La invención se refiere a un procedimiento de refinado de biodiésel, destinado a entrar en la composición de biocombustibles líquidos para motores de combustión diésel, bien sea: i) de manera total (B100), ii) en mezcla con el gasóleo (contenido en biodiésel superior al 5%), ó iii) como aditivo de éste (mezclas inferiores al 5%).

Gracias al método, se consiguen notables mejoras en relación a los parámetros de calidad especificados en la Norma UNE EN 14214 (especificación Europea y Nacional), así como otros, que aún no estando limitados por dicha normativa, si afectan a los de la Norma EN 590 (especificación para el Gasóleo A con mezclas inferiores al 5% de biodiésel).

Antecedentes de la invención

El sector del transporte consume más de un 30% de toda la energía utilizada en el mundo. Esta cifra se eleva en la Unión Europea por encima del 32% y en España superior al 40%. Cada año se utiliza una cantidad de petróleo cuatro veces superior a la que se descubre y así tarde o temprano, la escasez de petróleo está asegurada. Por otro lado, el consumo en el transporte es responsable de más del 28% de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), lo que supone cada vez más alejarse de cumplir los compromisos adquiridos ante el Protocolo de Kioto.

Dada la necesidad de sustituir el petróleo por otras fuentes energéticas, la Unión Europea aprobó el 8 de mayo de 2003 la Directiva 2003/30/CE de promoción del uso de los biocarburantes y otros combustibles renovables en el transporte, en virtud de la cual cada estado miembro debería velar por que se comercialice en su mercado del transporte una proporción mínima de estos combustibles. Expresado en porcentaje sobre el mercado de gasolinas y gasóleos, esa proporción se sitúa en 2010 en el 5,75%.

El biodiésel como biocombustible líquido de origen biológico, por sus características físico químicas, resulta adecuado para sustituir al gasóleo, bien sea de manera total, en mezcla con éste o como aditivo. Además, el CO₂ emitido durante su combustión corresponde al que fue anteriormente absorbido durante el crecimiento de las plantas que forman su materia prima, con lo que se cierra un ciclo neutro.

La tecnología más extendida a escala industrial para la fabricación de biodiésel es por transesterificación del aceite de partida con un alcohol en presencia de un catalizador. En función de los diseños tecnológicos, las propiedades finales del biodiésel pueden variar, pero siempre dentro de los estándares de calidad implantados según Normativa UNE EN 14214.

El uso del biodiésel en los motores de compresión sin modificación alguna, genera numerosas discrepancias y controversias referidas a problemas de inyección, inquemados, residuos en filtros, etc. debido a una serie de impurezas que se encuentran en el biodiésel aún cumpliendo con las especificaciones de calidad actuales (sumando los % referidos a las limitaciones en todos los parámetros de la EN 14214, existe aproximadamente un 2% de componentes que no están limitados). Como consecuencia de ello, existe una tendencia a reducir los valores límites en los parámetros relacionados con ciertas propiedades o características del biodiésel.

Las propiedades más significativas, y sobre las que se están haciendo más severas las normativas y empresas distribuidoras de biocombustibles son:

• Comportamiento a la filtrabilidad. Esta propiedad está influenciada por varios parámetros, si bien los más importantes o influyentes son: 1) el contenido en estereoglucósidos; 2) el contenido en esteróles libres; y 3) el contenido en glicéridos, -principalmente los monoglicéridos saturados-. En este caso, los parámetros 1 y 2 dependen de la calidad de la materia prima, y aunque pueden ser mejorados en el proceso de desgomado y en las etapas de lavados del biodiésel, la fracción remanente tras dichos procesos sigue siendo significativa. Para el parámetro 3, una modificación del proceso no es suficiente, si la materia prima presenta un elevado contenido en ácidos grasos saturados.

• El comportamiento en frío. Ésta característica está fuertemente influenciada por la distribución de esteres metílicos de los ácidos grasos. Dicha distribución, es función de la materia prima de partida, y los procesos de fabricación con tecnología actual, no pueden modificarla. Así mismo, ciertas impurezas contenidas en el biodiésel junto con restos no convertidos del aceite (especialmente contenido en monoglicéridos), presentan efectos sinérgicos que empeoran aún más dicho comportamiento. Existen en el mercado algunos aditivos que mejoran dicho comportamiento en frío, si bien están muy limitados según la materia prima sobre la que trabajen (por ejemplo, para materias primas con alta cantidad de ácido palmítico, o una proporción ácido palmítico/ácido oleico elevada). En ocasiones, en caso de funcionar en el biodiésel, al proceder a la mezcla con el gasóleo, pueden tener efectos negativos debidos a las interacciones con los aditivos que ya lleva éste último.

• Estabilidad a la oxidación. Esta propiedad está fuertemente influenciada por la distribución de ésteres metílicos de los ácidos grasos (al igual que el comportamiento en frío, dicha distribución es función de la materia prima de partida). En esta ocasión los procesos de fabricación con tecnología actual, tampoco pueden modificar la distribución, si bien sí existen aditivos que permiten mejorar dicha estabilidad, aunque ello lleva asociado un coste económico importante. Otro parámetro que puede afectar a la estabilidad es el contenido en peróxidos, que es función del tiempo y condiciones de almacenamiento (tanto del producto como de la materia prima), así como de las condiciones de tratamiento a las que se somete el aceite durante su procesado para obtener biodiésel. Generalmente, para reducir las impurezas que contiene el aceite de partida, se suele realizar un refinado del aceite (generalmente sometiéndolo a una etapa de desgomado a altas temperaturas en medio ácido), y posteriormente a un secado del mismo. Para poder llegar a la eliminación de impurezas hasta niveles muy reducidos, el refinado puede llegar a desestabilizar el aceite.

• Color del Biodiésel. Esta propiedad es inherente al aceite de partida, y no se puede modificar en el proceso productivo del biodiésel (sin tratamiento previo de decoloración del aceite). Aunque actualmente no está incluido en normativa, parece ser que el valor límite establecido para dicho parámetro cuando se emplea el biodiésel como aditivo del gasóleo, es inferior a 2,5 en la escala ASTM (en un futuro inmediato). Generalmente, todos los aceites presentan un valor del Color ASTM inferior a 2,5, si bien en el caso del aceite de palma crudo está muy por encima (entre 3,5 y 5). Dado que el biodiésel de palma es ampliamente utilizado en mezclas de FAME para cumplir otras especificaciones (como por ejemplo la estabilidad a la oxidación) sin necesidad de aditivar, la etapa de decoloración requerida implica un coste adicional (bien por implantar la etapa de refinado, la cual lleva asociada a su vez una pérdida de rendimiento, o bien por el empleo de oleina de palma refinada, la cual tiene un coste muy superior).

Sin pretender quedar limitada a ninguna tecnología, las actualmente disponibles en la mayoría de las Plantas de Producción tienen serios problemas para conseguir bajar dichas medidas por debajo de los valores límites, aún partiendo de materia prima de alta calidad (oleina de palma, colza y/o soja), y en caso de conseguirlo, hay que considerar, que el gravamen económico que ello conlleva, harían totalmente inviable la producción de biodiésel. Como consecuencia de todo ello, con un simple cambio en los sistemas de producción en los que están basadas la mayoría de las tecnologías implantadas en las Plantas de Biodiésel (desgomado, transesterificación básica y lavados), no es suficiente para conseguir el objetivo de calidad tendente a corto plazo. Por esta razón, es necesario una mejora de los procesos productivos actuales, pero con un coste relativamente bajo, y que sea efectivo para la mayoría de los parámetros afectados.

Las mejoras obtenidas tras la aplicación del procedimiento objeto de esta invención, afectan principalmente a parámetros tales como: reducción del contenido en glicéridos (principalmente monoglicéridos totales y saturados);...

1. Un procedimiento para el refinado de un biodiésel EN-14214, independientemente de la materia prima utilizada en su fabricación, que comprende:

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la etapa I puede llevarse a cabo a 100ºC, y la etapa II se realiza en un reactor de mezcla perfecta (tanque agitado); caracterizado porque todas las operaciones (etapas I a IV) se llevan a cabo en discontinuo.

3. Un procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que la etapa II se realiza en una columna constituida por un lecho de material adsorbente.

4. Un procedimiento según las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado por el hecho de que la etapa II se realiza en dos o más columnas en serie.

5. Un procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la etapa I puede llevarse a cabo a 50-70ºC, y la etapa II se realiza en dos fases en serie, en donde:

6. Un procedimiento según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que la regeneración del material adsorbente (etapa III) puede realizarse con un solvente orgánico, seleccionado de entre una gama de alcoholes alifáticos (tipo metanol o etanol), de preferencia aquél que se utiliza en el proceso de transesterificación del aceite para obtener el biodiésel, minimizando así los costes de recuperación posterior.

7. Un procedimiento según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que la regeneración del material adsorbente (etapa III) puede realizarse con un solvente orgánico, seleccionado de entre una gama de solventes típicos utilizados en las extracciones de aceite y/o impurezas de éstos (por ejemplo hexano o ciclohexano).

8. Un procedimiento según las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que todas las operaciones (etapa I a IV) pueden realizarse de forma continua.