Procedimiento integrado para la producción de éster metílico de Jatrofa y subproductos.

Un procedimiento integrado para la preparación de éster metílico de Jatrofa (JME) y subproductos a partir de las semillas encapsuladas de Jatrofa que contienen 1,

06% de ácidos grasos libres (FFA), comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

(i) descortezar mecánicamente semillas encapsuladas de Jatrofa en una máquina descortezadora para obtener cortezas de Jatrofa y semillas de Jatrofa;

(ii) expular aceite de Jatrofa, torta de aceite de Jatrofa que tiene 4-6% de nitrógeno y un lodo de aceite residual de las semillas de Jatrofa obtenidas en la etapa (i), usando un expulsor de aceite;

(iii) neutralizar el aceite de Jatrofa obtenido en la etapa (ii) con una base;

(iv) transesterificar una parte del aceite de Jatrofa neutralizado obtenido en la etapa (iii) con un alcohol y una base con agitación durante 10 a 20 minutos y separar la capa de glicerol en bruto GL1 y el éster metílico de Jatrofa (JME) en bruto;

(v) lavar el JME en bruto obtenido en la etapa (iv) tres veces con la capa de glicerol puro para separar tres capas de glicerol impuro GL2, GL3 y GL4 que contienen metanol y KOH para obtener JME-G3W lavado con glicerol;

(vi) purificar el JME-G3W obtenido en la etapa (v) para separar impurezas de metales alcalinos;

(vii) tratar parte del aceite neutralizado restante obtenido en la etapa (iii) con las capas de glicerol GL5 (GL1+GL2+GL3) obtenidas en la etapa (iv) y (v) para obtener JME y la capa de glicerol GL6;

(viii) separar JME y la capa de glicerol GL6 obtenidos en la etapa (vii);

(ix) tratar la capa de glicerol GL6 obtenida en la etapa (viii) con la parte restante de aceite neutralizado para la recogida de metanol y para obtener JME y la capa de glicerol GL7;

(x) separar JME y la capa de glicerol GL7 obtenidos en la etapa (ix);

(xi) usar la capa de glicerol GL7 obtenida en la etapa x) directamente para la producción de polihidroxialcanoatos (PHAs) o para la neutralización del álcali con ácido sulfúrico para obtener glicerol puro y GL8 de cola en reposo;

(xii) combinar el JME-G3W obtenido en la etapa (vi) y el JME obtenido en la etapa (viii) y (x) para obtener éster metílico combinado; y

(xiii) transesterificar el éster metílico combinado obtenido en la etapa (xii) con KOH metanólico para producir éster metílico de Jatrofa puro (Biodiesel) que tiene un glicerol total de 0,088% y un glicerol libre de 0,005%.

Procedimiento integrado para la producción de éster metílico de Jatrofa y subproductos.

Campo de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento integrado mejorado de preparación de éster metílico de Jatrofa a partir de cápsulas de semillas completas. Más específicamente, la invención se refiere a un método de suministro con la necesidad de una recuperación de metanol en exceso a través de destilación, tratamiento de resina económico para el refinado de éster metílico y utilización de corrientes conjuntas para la preparación de briquetas de energía de densidad elevada y polímero biodegradable de polihidroxialcanoato, de una manera eficaz y económica.

Antecedentes de la invención Se puede hacer referencia a la patente australiana nº AU-A-15448/83 sobre aceite de Jatropha curcas para ser usado en motores de gasolina y Diesel (asignada a Yuko Chemical Co. Ltd.) . Aunque este esfuerzo fue pionero en el aprovechamiento de las ventajas del aceite de Jatrofa, es bien conocido por los expertos en la técnica que el aceite de la materia prima es excesivamente viscoso para ser usado en proporciones sustanciales en motores Diesel modernos de hoy día.

Se puede hacer referencia a la patente de EE.UU. nº 6.399.800 de Haas et al. y la solicitud de patente nº 2004/0102640 A1 de Brunner et al. que describen métodos relacionados para producir ésteres alquílicos de ácidos grasos a través de una combinación de procedimientos de esterificación y transesterificación catalizados por ácidos y álcalis, respectivamente. No se hace ninguna mención de las invenciones que son la materia objeto de la presente solicitud.

Se puede hacer referencia también a la solicitud de patente alemana nº DE 10243700 A1 en la que el éster metílico es obtenido a partir de una gama de triglicéridos que incluyen grasa animal, usando ácido sulfúrico y catalizadores de ácido para-tolueno-sulfónico. No se hace mención de la materia objeto de la presente invención.

Se puede hacer referencia a las solicitudes de patentes de Ghosh et aI. (solicitud de patente de EE.UU. número 11/00239; PCT/IN04/00329 y expedientes en fase nacional que se acompañan) en las que se describe un procedimiento integrado de producción de éster metílico de Jatrofa a partir de semilla completa integrado con la recuperación de subproductos. El aceite de la materia prima expulsado de la semilla es neutralizado con NaOH para reducir el contenido de ácidos grasos y seguidamente es transesterificado con KOH metanólico con 5, 0-5, 5 moles de metanol por mol de aceite de triglicérido, contra el requisito teórico de tres moles de metanol por mol de triglicérido. El éster metílico es posteriormente purificado mediante lavados con glicerol puro (4-5 kg por 100 kg de éster metílico) y posteriormente lavado con agua para obtener producto con una pureza > 98% y satisfacer todos los requisitos de las normas EN14214 y ASTM. La capa de glicerol en bruto es sometida a destilación para recuperar metanol, seguidamente es acidificada para recuperar K2SO4 y materia de tipo jabonoso y posteriormente es sometida a destilación una vez más para recuperar glicerol en forma pura, dejando una pequeña cantidad de fondo en reposo como residuo. Un inconveniente del procedimiento es que no todo el aceite es recuperado en la forma de éster metílico, siendo convertida una pequeña parte en jabón que se forma en proporción respecto al contenido de ácido graso libre y, por lo tanto, es una exigencia que el contenido de ácido graso del aceite se mantenga tan bajo como sea posible. No se hace ninguna mención de la utilización de cápsulas de semillas completas como materia de alimentación ni de ningún procedimiento exento de agua para refinar éster metílico ni ningún procedimiento para la producción de polihidroxialcanoato a partir del glicerol en bruto.

Se puede hacer referencia al artículo titulado "On Road Testing of Advanced Common Rail Diesel Vehicles with Biodiesel from the Jatropha curcas Plant" de S. Mandpe, S. Kadlaskar, W. Degen y S. Keppeler (2005-26-356, Proceedings of SAEINDIA Conference 2005) que narra el rendimiento de coches Mercedes de clase C accionados con el éster metílico puro preparado como mediante el procedimiento descrito por Ghosh et a1 en la referencia anteriormente citada.

Se puede hacer referencia al proyecto Europeo titulado "Local and Innovative Biodiesel” (Altener Contract No. 4.1030/C/02-022;

http//www.fedarene.org/publications/projects/contract/biodiesel/horne.htm;

Coordinador - EREN; informe por cortesía de la entidad Austrian Biofuels Institute E.V. - co-contratista) , en el cual se hizo una evaluación de ésteres metílicos de todo el mundo preparados mediante agencias diferentes, usando materias de alimentación iguales o diferentes. El éster metílico de Jatrofa (JME-05-728) preparado como mediante el procedimiento de la invención de Ghosh et al. (documento PCT/IN04/00329; solicitud de patente de EE.UU. número 11/00239) proporcionó un mejor rendimiento del motor en términos de potencia derivada, consumo de combustible y rendimiento a largo plazo.

Se puede hacer referencia al artículo titulado "Biofuel - The little shrub that could - may be" de D. Fairless (Nature, 449, 2007, pag. 652-655) que narra la expectativa de que Jatropha curcas mantiene una fuente adecuada de biodiesel.

Se puede hacer referencia al informe de la entidad IEA Bioenergy Task 40 (http://www.city.northbay.on.ca/business/presentations/woodPellets/Global%20wood%20 pellets%20market%20and%20industrv%20Nov%2007%20report.pdf) que expone extensamente las previsiones de gránulos de biomasa como fuente de combustible y las especificaciones deseadas.

Se puede hacer referencia también al artículo titulado "Prospects for Jatropha Methyl Ester (Biodiesel) in India" de Ghosh et al. (Int. J. Environ. Stud. (Taylor & Francis, U.K.) , objetivo especial sobre las opciones de futuro de la energía en India, 2007, 64, pág. 659-674) que establece la posibilidad de preparar briquetas a partir de cápsulas de semillas completas de Jatropha curcas después de la separación de las semillas. Sin embargo, no hay ninguna mención de ningún procedimiento a través del cual se pueden preparar estas briquetas ni de sus especificaciones.

Se puede hacer referencia al artículo titulado "Comparison of purification methods for biodiesel" de Berrios y R.L. Skelton (Chemical Engineering Journal, 2008, pag. 459-465) , en el que se describen diferentes métodos de purificación de Biodiesel. Específicamente, se hizo una valoración comparativa de lavado con agua, uso de resina de intercambio iónico y uso de silicato de magnesio como adsorbente.

Se puede hacer referencia a la patente alemana nº DE 4301686 C1 de Gross et al. que describe un procedimiento de producción de éster metílico, aceite de colza mediante un procedimiento de destilación que hace que sea un procedimiento exento de agua.

Se puede hacer referencia al artículo titulado "Refining of biodiesel by ceramic membrane separation" de Wang et al. (Fuel Processing Technology, Article in Press, 20 de diciembre de 2008) , en el que se usaron membranas cerámicas con un tamaño de poros de 0, 6, 0, 2 y 0, 1 µm en un intento de separar el jabón residual y liberar glicerol a través de un procedimiento exento de agua.

Se puede hacer referencia al sitio web de Purolite (http://www.desmoparts.com/filters/purolite/HBDPurolite%20Refieneration.pdf) que menciona la resina PD206 [Purolite Application note/Purolite PD-206 Guide] que puede ser usada de dos formas: una para separar humedad, metanol y glicerol y la otra para un intercambio iónico de catalizador, sales y jabones que intercambian hidrógeno (H+) principalmente con sodio (Na+) del catalizador en la resina. Se describe que después de la adsorción de agua, metanol y glicerol a partir del Biodiesel, el volumen de la resina se expande hasta el doble del volumen seco de la resina. Además, hay un desgaste estimado de 10% debido a la rotura de gránulos en la primera regeneración. La rotura de gránulos y la pérdida de grupos funcionales son factores limitativos que determinan el número de veces que puede ser regenerada la PD206 y actualmente hay una necesidad de sustituir la PD206 después de 2-4 regeneraciones. Es suficiente decir que el uso de la resina sería viable solamente si el contenido de impurezas en el éster metílico está en el mínimo estricto.

Se puede hacer referencia a la patente de EE.UU. nº 5.424.467 de Bam et al. en la que se describe la purificación de éster metílico y la utilización de una capa de glicerol en bruto. Se establece en el mismo que las impurezas de mono y di-glicéridos en la capa de glicerol pueden ser convertidas en el éster metílico... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento integrado para la preparación de éster metílico de Jatrofa (JME) y subproductos a partir de las semillas encapsuladas de Jatrofa que contienen 1, 06% de ácidos grasos libres (FFA) , comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

(i) descortezar mecánicamente semillas encapsuladas de Jatrofa en una máquina descortezadora para obtener cortezas de Jatrofa y semillas de Jatrofa;

(ii) expular aceite de Jatrofa, torta de aceite de Jatrofa que tiene 4-6% de nitrógeno y un lodo de aceite residual de las semillas de Jatrofa obtenidas en la etapa (i) , usando un expulsor de aceite;

(iii) neutralizar el aceite de Jatrofa obtenido en la etapa (ii) con una base;

(iv) transesterificar una parte del aceite de Jatrofa neutralizado obtenido en la etapa (iii) con un alcohol y una base con agitación durante 10 a 20 minutos y separar la capa de glicerol en bruto GL1 y el éster metílico de Jatrofa (JME) en bruto;

(v) lavar el JME en bruto obtenido en la etapa (iv) tres veces con la capa de glicerol puro para separar tres capas de glicerol impuro GL2, GL3 y GL4 que contienen metanol y KOH para obtener JME-G3W lavado con glicerol;

(vi) purificar el JME-G3W obtenido en la etapa (v) para separar impurezas de metales alcalinos;

(vii) tratar parte del aceite neutralizado restante obtenido en la etapa (iii) con las capas de glicerol GL5 (GL1+GL2+GL3) obtenidas en la etapa (iv) y (v) para obtener JME y la capa de glicerol GL6;

(viii) separar JME y la capa de glicerol GL6 obtenidos en la etapa (vii) ;

(ix) tratar la capa de glicerol GL6 obtenida en la etapa (viii) con la parte restante de aceite neutralizado para la recogida de metanol y para obtener JME y la capa de glicerol GL7;

(x) separar JME y la capa de glicerol GL7 obtenidos en la etapa (ix) ;

(xi) usar la capa de glicerol GL7 obtenida en la etapa x) directamente para la producción de polihidroxialcanoatos (PHAs) o para la neutralización del álcali con ácido sulfúrico para obtener glicerol puro y GL8 de cola en reposo;

(xii) combinar el JME-G3W obtenido en la etapa (vi) y el JME obtenido en la etapa (viii) y (x) para obtener éster metílico combinado; y

(xiii) transesterificar el éster metílico combinado obtenido en la etapa (xii) con KOH metanólico para producir éster metílico de Jatrofa puro (Biodiesel) que tiene un glicerol total de 0, 088% y un glicerol libre de 0, 005%.

2. Un procedimiento integrado para la preparación de subproductos según la reivindicación 1, en que dicho procedimiento comprende las etapas de:

a) formar briquetas de cortezas de Jatrofa obtenidas en la etapa (i) de la reivindicación 1 en una máquina formadora de briquetas con la adición del lodo de aceite residual obtenido en la etapa (ii) de la reivindicación 1 para obtener briquetas de Jatrofa con una densidad de 1, 05-1, 10 g/cm3 como subproducto;

b) hidrolizar la torta de aceite de Jatrofa que tiene 4-6% de nitrógeno obtenida en la etapa (ii) de la reivindicación 1 con H3PO4 y H2SO4 para obtener un hidrolizado de torta de aceite de Jatrofa (JOCH) como subproducto.

3. El procedimiento según la etapa (i) de la reivindicación 1, caracterizado porque las cápsulas de semillas completas secadas al sol mejoran las características de mantenimiento y el aceite tiene un contenido de ácidos grasos libres de solamente 0, 5-2, 0% cuando las semillas son encapsuladas, aumentando así el rendimiento de éster metílico.

4. El procedimiento según la etapa (i) de la reivindicación 1, en el que el descortezado se hace en una máquina descortezadora especialmente diseñada que comprende (i) un rompedor de cápsulas que consiste en un tambor rotatorio que rompe las cortezas abiertas por desgaste con una superficie estacionaria sin deteriorar las semillas, (ii) tamices vibradores inclinados para separar las semillas de las cortezas y dirigir las semillas para que se desplacen en una dirección opuesta a las cortezas, y (iii) usar un soplador para separar por soplado las cortezas que se recogen separadamente sin pérdida de semillas en las cortezas.

5. El procedimiento según la etapa (iv) de la reivindicación 1, en el que la base usada se selecciona entre el grupo que consiste en hidróxido de potasio e hidróxido de sodio.

6. El procedimiento según la etapa (iv) de la reivindicación 1, en el que el alcohol se selecciona entre el grupo que consiste en metanol y etanol.

7. El procedimiento según la etapa (vi) de la reivindicación 1, en el que la capa de JME-G3W es purificada usando una resina de intercambio catiónico macro-porosa para separar impurezas de metales alcalinos.

8. El procedimiento según la etapa (v) de la reivindicación 1, en el que la capa de JME-G3W sometida a tratamiento con resina tenía un nivel máximo de impurezas de [Na+] y [K+] de 15-30 ppm a < 0, 5 ppm, un nivel de impurezas de

metanol de 0, 4-0, 6% (p/p) , un nivel de humedad d.

50. 1500 ppm, un contenido total de glicerol de 0, 2-0, 3% (p/p) y un contenido inferior de ácidos grasos libres de 0, 15-0, 25% (p/p) .

9. El procedimiento según la etapa (a) de la reivindicación 2, en el que la formación de briquetas se hizo en una máquina formadora de briquetas que comprende (i) un alimentador de husillos inclinado, (ii) un dispositivo de mezcla equipado con agitador y con aberturas para alimentar los aditivos, (iii) un sistema de compresión que consiste en una matriz para moldear las briquetas y un sistema hidráulico para generar una presión elevada para la compactación y (iv) un sistema de traslado de briquetas para enfriar la briqueta formada.

10. El procedimiento según la etapa (i) de la reivindicación 1, en el que las cortezas obtenidas tenían una densidad aparente de 0, 08 g/cm3 y una potencia calorífica de 3700 kcal/kg.

11. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que las etapas anteriores pueden ser igualmente aplicadas a 15 una diversidad de aceites de triglicéridos.