Procedimiento e instalación para la producción de biodiésel.

Procedimiento para la producción de biodiésel a partir de grasas,

aceites o ácidos grasos disociados que contienen esterilglucósidos en el que las grasas, los aceites o los ácidos grasos disociados, en presencia de un catalizador y mediante una transesterificación o una esterificación con alcanoles de cadena corta, se convierten en éster alquílico de ácido graso y se obtiene un primer flujo de producto rico en éster alquílico de ácido graso como fase ligera de una separación de fases líquido-líquido caracterizado por que se llevan a cabo las siguientes etapas de procedimiento:

a) lavado del primer flujo de producto en un dispositivo de lavado con agua,

b) tratamiento, mediante la aportación de energía cinética, de la capa de suspensión que contiene esterilglucósidos, éster alquílico de ácido graso y agua y que se forma durante el lavado, en la capa de interfase entre la fase pesada rica en agua y la fase ligera rica en éster alquílico de ácido graso,

c) extracción de un segundo flujo de producto de la fase ligera que contiene esterilglucósidos en forma disuelta de manera homogénea o en forma disuelta de manera coloidal o en forma de aglomerados finamente dispersos de esterilglucósido/éster alquílico de ácido graso/agua o todas sus combinaciones,

d) tratamiento del segundo flujo de producto en al menos una etapa de tratamiento adicional en la que se mezcla intensivamente con agua obteniéndose, como fase ligera de una separación de fases líquido-líquido, un tercer flujo de producto que contiene aglomerados esterilglucósido/éster alquílico de ácido graso/agua, que pueden separarse por medio de procedimientos de separación mecánica,

e) suministro del tercer flujo de producto a un procedimiento de separación mecánica,

f) extracción de un cuarto flujo de producto del procedimiento de separación mecánica como fase ligera que a continuación se suministra a un acondicionamiento de producto, obteniéndose biodiésel de acuerdo con las especificaciones,

g) extracción de un quinto flujo de producto enriquecido en esterilglucósidos a partir del procedimiento de separación mecánica como fase pesada.

Procedimiento e instalación para la producción de biodiésel

La invención se refiere a un procedimiento para la producción de biodiésel a partir de grasas, aceites o ácidos grasos disociados que contienen esterilglucósidos así como a una instalación para llevar a cabo dicho procedimiento.

El biodiésel se produce a partir de grasas, aceites o ácidos grasos disociados de origen animal o vegetal. En la actualidad la materia prima preferida para la producción de biodiésel en Europa es el aceite de colza. Así en el documento de patente europea EP 0523767 B1 se describe un procedimiento para generar ésteres metílicos de ácidos grasos o ésteres etílicos de ácidos grasos y glicerol por transesterificación de aceites o grasas, partiéndose en este caso de aceite de colza. Después de un pretratamiento opcional con metanol o etanol y con un catalizador alcalino en fase líquida, el aceite o la grasa se transforman en los productos éster metílico de ácido graso o éster etílico de ácido graso y glicerol como subproducto. Se trabaja ventajosamente con al menos dos etapas de transformación, comprendiendo cada etapa de transformación un reactor de mezclado y un separador para separar una fase ligera rica en éster alquílico de ácido graso y una fase pesada rica en glicerol. La fase ligera rica en éster alquílico de ácido graso se suministra a un reacondicionamiento adicional que incluye, entre otras operaciones, el lavado con agua en una columna de lavado.

En Norteamérica se emplean también para la producción de biodiésel grandes cantidades de aceite de soja. En Asia se usa además aceite de palma o palmoleína como materia prima para la producción de biodiésel. Todos los aceites vegetales contienen concentraciones significativas de esterilglucósidos en forma disuelta. Se trata de ingredientes vegetales ampliamente usados que, desde un punto de vista, químico resultan de la unión de un carbohidrato, como por ejemplo la glucosa, con un fitoesterol y que también son conocidos como esterolinas. Los fitoesteroles son hormonas de las plantas y representan constituyentes de la pared de la membrana celular; ejemplos conocidos son el estigmaesterol y el campesterol.

La concentración de esterilglucósidos en los aceites vegetales puede variar fuertemente dependiendo del tipo, de la procedencia y del pretratamiento. Por ejemplo, el contenido de esterilglucósidos puede ser de hasta 2300 ppm en el aceite de soja en bruto y de hasta 3000 ppm en el aceite de palma mientras que por el contrario un tipo de aceite pobre en esterilglucósidos como el aceite de girasol contiene tan sólo 300 ppm aproximadamente. El aceite de colza contiene normalmente hasta 500 ppm de esterilglucósidos, pero el contenido depende fuertemente del pretratamiento del aceite.

Los esterilglucósidos pueden también contener un radical de ácido graso, que está unido a un grupo hidroxilo del carbohidrato debido a la esterificación; se habla entonces de esterilglucósidos acilados. Estos se convierten parcialmente durante la producción de biodiésel en esterilglucósidos no acilados, de forma que disminuye su solubilidad en disolventes orgánicos.

Se sabe que el empleo de tipos de aceites ricos en esterilglucósidos en la producción de biodiésel puede conducir a la formación de turbidez o de precipitados durante el almacenamiento posterior del producto a temperaturas ambiente bajas. Los esterilglucósidos no pueden separarse en una columna de lavado convencional como, por ejemplo, las que pueden usarse en la producción de biodiésel a partir de aceite de colza, debido a su escasa solubilidad en agua, ya que pueden ocurrir obstrucciones a consecuencia de la formación de precipitados ricos en esterilglucósidos. En etapas de proceso posteriores, los esterilglucósidos pueden derivar en deposiciones en los intercambiadores de calor de los secadores así como en la obstrucción de los filtros. El biodiésel producido no cumple con las especificaciones ya que no se respeta el valor especificado de contaminación global. Por el pretratamiento de tales aceites resulta necesario un mayor gasto de mantenimiento de la instalación de producción. Además debido a la inevitable puesta fuera de servicio de la instalación de producción o de sus partes para el mantenimiento, se reducen también la disponibilidad así como la productividad de la instalación de producción. Los precipitados pueden separarse por procedimientos mecánicos como la filtración o la centrifugación y en su caso también en combinación.

En el documento de patente WO 2007/076163 A2 se propone y se reivindica añadir un adsorbente o unos medios de filtración para separar los esterilglucósidos y el biodiésel y su posterior eliminación por medio de filtración, de centrifugación, o de combinaciones de las mismas. La desventaja es que el tratamiento sólo es posible de manera sencilla para el biodiésel como producto final. Además también es una desventaja el empleo de grandes cantidades de medios auxiliares de adsorción o de filtración sólidos y la acumulación resultante de grandes cantidades de residuos sólidos. Cómo una opción adicional, se menciona en el documento de patente el lavado por destilación del biodiésel ya que los esterilglucósidos tienen un punto de ebullición notablemente mayor que los ésteres alquílicos de ácidos grasos. Pero, esta opción tiene el defecto de que se emplea un mayor equipamiento y mucha más energía puesto que todo el éster alquílico de ácido graso debe destilarse para su separación como producto con menor punto de ebullición.

Es por tanto objetivo de la invención evitar las desventajas mencionadas anteriormente y ofrecer un procedimiento económico así como realizable técnicamente con mayor facilidad para la producción de biodiésel usando grasas, aceites y ácidos grasos disociados ricos en esterilglucósidos que destaque especialmente por evitar el uso de substancias auxiliares ajenas al proceso y las operaciones de separación que requieran mucha energía así como por la sencillez de su equipamiento.

Este objetivo se alcanza esencialmente con la invención ya que se obtiene un primer flujo de producto rico en éster alquílico de ácido graso mediante una transesterificación de grasas o aceites o mediante la esterificación de ácidos grasos disociados, que contengan esterilglucósidos, con alcanoles en presencia de un catalizador y una posterior separación de fases líquido-líquido, lavándose dicho primer flujo de producto a continuación en un dispositivo de lavado con agua. De acuerdo con una configuración preferida de la invención, el lavado con agua se realiza a contracorriente en una columna de lavado provista de rellenos o empaquetamientos estructurados. En la capa de interfase entre la fase pesada, rica en agua, y la fase ligera rica en éster alquílico de ácido graso, se forma una capa de suspensión que contiene aglomerados de gran volumen de esterilglucósidos, éster alquílico de ácido graso y agua. Estos aglomerados pueden contener de 10 a 70 veces la cantidad de agua y de 30 a 90 veces la cantidad de éster alquílico de ácido graso, cada uno calculado como porcentaje en peso. Sorprendentemente, se ha descubierto que la separación de los esterilglucósidos puede mejorarse si no se extrae, como se ha sugerido, por un flujo lateral la capa de suspensión desde el lugar en el que se origina y se desecha. De esta manera, sólo se elimina una parte de los esterilglucósidos y se producen pérdidas de éster alquílico de ácido graso. Por el contrario, de acuerdo con la invención la capa de suspensión se trata mediante una aportación de energía cinética que, en una configuración preferida de la invención, se realiza mediante agitación. Alternativamente, puede introducirse energía cinética también con un mezclador de chorro o empleando una fuente de ultrasonidos. Se consigue así una turbulencia en la capa de suspensión y una reducción del tamaño de los aglomerados por aportación de agua a la fase pesada y aportación de éster alquílico de ácido graso a la fase ligera. Desde la capa de suspensión, pasan a la fase ligera esterilglucósidos en forma de disolución homogénea, de disolución coloidal o de aglomerados finamente dispersos de esterilglucósido/éster alquílico de ácido graso/agua. Alternativamente el tratamiento de la capa de suspensión mediante la aportación de energía cinética puede efectuarse también en un tanque externo.

A partir de la fase ligera enriquecida de esta manera en esterilglucósidos, se extrae un segundo flujo de producto y se suministra al menos a una etapa de tratamiento posterior en la cual el mismo se mezcla intensivamente con agua, de forma que se obtiene, después de una separación de fases líquido-líquido, un tercer flujo de producto... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de biodiésel a partir de grasas, aceites o ácidos grasos disociados que contienen esterilglucósidos en el que las grasas, los aceites o los ácidos grasos disociados, en presencia de un catalizador y mediante una transesterificación o una esterificación con alcanoles de cadena corta, se convierten en éster alquílico de ácido graso y se obtiene un primer flujo de producto rico en éster alquílico de ácido graso como fase ligera de una separación de fases líquido-líquido caracterizado por que se llevan a cabo las siguientes etapas de procedimiento:

a) lavado del primer flujo de producto en un dispositivo de lavado con agua, b) tratamiento, mediante la aportación de energía cinética, de la capa de suspensión que contiene esterilglucósidos, éster alquílico de ácido graso y agua y que se forma durante el lavado, en la capa de interfase entre la fase pesada rica en agua y la fase ligera rica en éster alquílico de ácido graso, c) extracción de un segundo flujo de producto de la fase ligera que contiene esterilglucósidos en forma disuelta de manera homogénea o en forma disuelta de manera coloidal o en forma de aglomerados finamente dispersos de esterilglucósido/éster alquílico de ácido graso/agua o todas sus combinaciones, d) tratamiento del segundo flujo de producto en al menos una etapa de tratamiento adicional en la que se mezcla intensivamente con agua obteniéndose, como fase ligera de una separación de fases líquido-líquido, un tercer flujo de producto que contiene aglomerados esterilglucósido/éster alquílico de ácido graso/agua, que pueden separarse por medio de procedimientos de separación mecánica, e) suministro del tercer flujo de producto a un procedimiento de separación mecánica, f) extracción de un cuarto flujo de producto del procedimiento de separación mecánica como fase ligera que a continuación se suministra a un acondicionamiento de producto, obteniéndose biodiésel de acuerdo con las especificaciones, g) extracción de un quinto flujo de producto enriquecido en esterilglucósidos a partir del procedimiento de separación mecánica como fase pesada.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de lavado es una columna de lavado que se hace funcionar a contracorriente y que contiene rellenos o empaquetamientos estructurados como elementos de separación.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la aportación de energía cinética se consigue mediante agitación.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el procedimiento de separación mecánica es la centrifugación.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el acondicionamiento de producto comprende el secado o la filtración o ambos.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a partir del quinto flujo de producto, después de reacondicionamiento adicional, se obtiene una suspensión espesa que contiene esterilglucósidos y que se destina para su eliminación o para otro uso.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como alcanoles se usan metanol o etanol o ambos.

8. Instalación para la producción de biodiésel a partir de grasas, aceites o ácidos grasos disociados que contienen esterilglucósidos, en particular para llevar a cabo un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,

-con al menos una etapa de reacción en la que las grasas, los aceites o los ácidos grasos disociados que contienen esterilglucósidos se convierten con alcanoles de cadena corta, en presencia de un catalizador y mediante transesterificación o esterificación, en éster alquílico de ácido graso y se obtiene un primer flujo de producto rico en éster alquílico de ácido graso como fase ligera de una separación de fases líquido-líquido, -con una columna de lavado (3) a la que se suministra el primer flujo de producto a través de una conducción

(1) y en la que el mismo se lava con agua, obteniéndose un segundo flujo de producto como fase ligera, -con al menos un mezclador (9) al que se suministra el segundo flujo de producto a través de una conducción

(8) y que se mezcla allí intensivamente con agua, obteniéndose un tercer flujo de producto compuesto como fase ligera después de una separación de fases líquido-líquido, -con un dispositivo de separación mecánica (14) al que se suministra el tercer flujo de producto a través de una conducción (13) y del que se obtiene un cuarto flujo de producto como fase ligera después de la separación de fases, que se suministra después a través de una conducción (15) a un acondicionamiento de producto, obteniéndose biodiésel de acuerdo con las especificaciones y del que se obtiene un quinto flujo de producto enriquecido en esterilglucósidos como fase pesada, que se desvía a través de una conducción (16) y se destina para su eliminación tras un reacondicionamiento adicional o para otro uso.

9. Instalación de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada porque la columna de lavado (3) se hace funcionar a contracorriente y contiene rellenos o empaquetamientos estructurados como elementos de separación.

10. Instalación de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, caracterizada porque el dispositivo de separación mecánica

(14) es una centrífuga.