Procedimiento de producción de ácidos y ésteres carboxílicos de cadena corta de biomasa y producto del mismo.

Un procedimiento de producción de una mezcla de ácidos carboxílicos de cadena corta a partir de biomasa,

comprendiendo el procedimiento:

añadir un aceite de biomasa que contiene un compuesto que presenta un grupo carboxilo a un vaso de reactor;

calentarel aceite de biomasa en el vaso de reactor a una temperatura que varía de 390º C a 440º C durante un tiempo suficiente para craquear el aceite de biomasa; eliminar materiales no deseados, material no reaccionado, y productos finales ligeros de la biomasa craqueada; y

eliminar una mezcla que contiene al menos aproximadamente 5% de ácidos carboxílicos que presentan longitudes de cadena de carbono entre C2 y C16.

Procedimiento de producción de ácidos y ásteres carboxilicos de cadena corta de biomasa y producto del mismo Antecedentes

Uno de los desafíos clave que aborda la sociedad industrializada moderna es el rápido agotamiento del petróleo, que es la fuente primaria de la mayor parte de los combustibles para el transporte y muchos productos químicos orgánicos. La industria petroquímica representa un beneficio sustancial para la sociedad humana y la invención y comercialización de fuentes alternativas para los productos químicos es de gran importancia.

Dos categorías de productos químicos orgánicos que se producen frecuentemente a partir de petróleo son ácidos carboxilicos de cadena corta y ásteres carboxilicos de cadena corta. Estos productos químicos presentan un amplio intervalo de usos, que incluyen servir como monómeros para muchos tipos de polímeros, pinturas, recubrimientos y fuentes de fragancia para perfumes y otros artículos.

El uso de ácidos carboxilicos de cadena corta como monómeros es de particular importancia. Se han realizado esfuerzos sustanciales en los años recientes para desarrollar polímeros de utilidad a partir de ácidos grasos unidos dentro de triacilglicéridos. Procedimientos tales como el procedimiento Soyol incorporan ácidos grasos de triacilglicérido directamente en polímeros. Una desventaja de estos procedimientos es que los polímeros resultantes presentan propiedades que son diferentes y en muchos casos inferiores a los polímeros existentes producidos a partir de monómeros basados en la petroquímica.

De forma sorprendente se han realizado muy pocos trabajos para modificar químicamente triacilglicéridos para producir monómeros basados en ácido graso más útiles y otros productos químicos de utilidad que sean idénticos, o casi idénticos, a los monómeros existentes. Por tanto, persiste una necesidad de proporcionar una fuente alternativa para estos productos químicos de modo que se pueda satisfacer la demanda cuando el material fuente, petróleo, disminuya.

Sumario

La invención descrita en el presente documento en las reivindicaciones adjuntas 1 a 17 proporciona un procedimiento de producción de ácidos carboxilicos de cadena corta de calidad comercial y ásteres carboxilicos de cadena corta a partir de triglicéridos, ácidos grasos de cadena larga, lípidos de cadena larga, o productos químicos

similares.

Una realización de la presente invención es un procedimiento de producción de una mezcla de ácidos carboxilicos de cadena corta a partir de biomasa. El procedimiento incluye añadir biomasa a un vaso de reactor, calentamiento de la biomasa para craquearla, eliminar materiales no deseados y no reaccionados y productos finales ligeros de biomasa craqueada, y eliminación de una mezcla que contiene ácidos carboxilicos que presentan longitudes de cadena de carbono entre C2 y C16.

Otra realización de la presente invención es una composición que incluye un compuesto que contiene grupo carboxilo derivado del craqueo de la biomasa y que presenta una longitud de cadena de carbono de carboxilo entre C2 y C16.

En un primer aspecto de la invención, se añade un aceite que contiene principalmente ácidos grasos embebidos dentro de triacilglicérido obtenido de plantas, expresadas de algas, derivado de biomasa animal, o derivado de otras fuentes, a un vaso de reactor.

En un segundo aspecto de la invención, el aceite se calienta en el vaso del reactor a una temperatura de aproximadamente 1° C a aproximadamente 6° C a una presión que varía de aproximadamente condiciones de vacío a aproximadamente 2,4 MPa durante un tiempo suficiente para craquear el aceite. Durante el procedimiento se elimina del aceite craqueado material no deseado, aceite no reaccionado, y productos finales ligeros. El material purificado contiene compuestos químicos que son deseables para aislamiento como ácidos carboxilicos de cadena corta y combustibles.

En un tercer aspecto de la invención, se extraen compuestos de ácido carboxílico de cadena corta de compuestos de combustibles y se purifican. Los ácidos carboxilicos de cadena corta incluyen por lo general ácidos grasos con 2 a 12 átomos de carbono (C2-C12). Componentes de combustible deseables incluyen por lo general aléanos C4-C16, alquenos, compuestos aromáticos, cicloparafinas y alcoholes.

En un cuarto aspecto de la invención, se lleva a cabo la extracción preferente de ácidos grasos seleccionados mediante extracción líquido-líquido usando un disolvente acuoso básico tal como una amina como trimetilamina. El disolvente rico en ácido graso se regenera para liberar los ácidos grasos del disolvente. Se obtienen ácidos grasos C2-C12 individuales en forma purificada mediante separación física y/o química.

En un quinto aspecto de la invención, se lleva a cabo la extracción preferente de ácidos grasos seleccionados mediante un procedimiento de extracción líquido-líquido secuencial en donde se usa agua a temperatura ambiente

para extraer preferentemente ácidos grasos C2-C5, luego se usa agua a mayor temperatura o una solución acuosa básica para extraer de forma selectiva ácidos grasos C4-C7, y finalmente se usa agua caliente presurlzada u otro disolvente para extraer preferentemente ácidos grasos C6-C12. Tras extracción de ácidos grasos C2-C12 individuales se obtienen en forma purificada mediante separación física y/o química.

En un sexto aspecto de la invención, se lleva a cabo la esterificación de uno más ácidos grasos de cadena corta C2- C12 individuales o una mezcla de los mismos usando un alcohol o una mezcla de alcoholes. La esterificación de alcoholes usada para la esterificación incluye, pero sin limitarse a estos, metanol, etanol, propanol normal, iso- propanol, butanol normal, iso-butanol, alcohol alílico y otros alcoholes. Tras esterificación el material esterificado se separa del material no reaccionado.

Breve descripción de los dibujos

FIG. 1 es un diagrama de bloques simplificado que ilustra una realización de un procedimiento de producción de ácido carboxílico de cadena corta.

FIG. 2 es un diagrama de bloques simplificado que ilustra una realización de un procedimiento de extracción de ácido carboxílico de cadena corta.

FIG. 3 es un diagrama de bloques simplificado que ilustra una realización de un procedimiento de purificación de ácido carboxílico de cadena corta.

FIG. 4 es un gráfico que ¡lustra la extracción de ácido graso con trimetilamina.

FIG. 5 ¡lustra un modelo de simulación ASPEN Plus para una serie de columnas de destilación para separar y purificar ácidos carboxílicos de cadena corta.

Descripción detallada

Con el fin de describir de forma exacta la invención, se definen los siguientes términos que presentan los siguientes significados asociados:

"Biocombustible" significa cualquier combustible que se deriva de biomasa de plantas o animal.

"Biomasa" significa cualquier material orgánico, no fósil que se deriva de la masa de cualquier organismo biológico excluyendo masa que se ha transformado mediante procedimientos geológicos en sustancias tales como carbón o petróleo.

"Aceite de biomasa" significa cualquier aceite derivado de una fuente de biomasa.

Grupo carboxilo significa una parte de una molécula química que contiene un átomo de carbono con una conexión por enlace doble con un átomo de oxígeno y donde el mismo átomo de carbono está también conectado a un grupo hidroxilo, y donde no hay otros átomos conectados por un enlace químico al átomo de oxígeno unido doblemente. Esta estructura es ácida debido a que en ciertas soluciones el átomo de hidrógeno en el grupo hidroxilo se disocia fácilmente de la molécula química, formando un catión (el átomo de hidrógeno) y un anión (el resto de la molécula química).

Catalizador significa aquellas sustancias que aceleran la velocidad o facilidad de una reacción química.

Craqueo catalítico significa un proceso de craqueo que usa un catalizador.

Craqueo significa cualquier proceso que cambie la composición química de una mezcla química orgánica o química mediante escisión de uno o más enlaces carbono-carbono en una o más moléculas.

Cultivo significa cualquier planta.

Diésel significa un combustible fabricado comercialmente para vehículos de motor diésel.

Éster de ácido carboxílico es un compuesto químico formado por la reacción de un ácido carboxílico y un alcohol, donde un átomo de hidrógeno terminal del grupo carboxilo está reemplazado por una cadena de carbonos (radical) del alcohol.

Ácido graso significa un ácido carboxílico con una parte alifática saturada o insaturada.

1. Un procedimiento de producción de una mezcla de ácidos carboxílicos de cadena corta a partir de biomasa, comprendiendo el procedimiento:

añadir un aceite de biomasa que contiene un compuesto que presenta un grupo carboxilo a un vaso de reactor; calentarel aceite de biomasa en el vaso de reactor a una temperatura que varía de 39° C a 44° C durante un tiempo suficiente para craquear el aceite de biomasa; eliminar materiales no deseados, material no reaccionado, y productos finales ligeros de la biomasa craqueada; y

eliminar una mezcla que contiene al menos aproximadamente 5% de ácidos carboxílicos que presentan longitudes de cadena de carbono entre C2 y C16.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la mezcla eliminada contiene 2% o más de ácidos carboxílicos, preferiblemente contiene 3% o más de ácidos carboxílicos, más preferiblemente contiene 6% o más de ácidos carboxílicos.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además la purificación de la mezcla en uno o más ácidos carboxílicos que presenta longitudes de cadena de carbono entre C2 y C16, en el que la purificación es seleccionada de un grupo que consiste en la extracción de disolvente, destilación y combinaciones de las mismas.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que la mezcla purificada se hace reaccionar con un alcohol para producir uno o más ásteres de ácido carboxílico que presenta longitudes de cadena de carbono entre C2 y C16, en el que preferiblemente el alcohol es seleccionado de un grupo que consiste en metanol, etanol, propanol normal, iso- propanol, butanol normal, iso-butanol, alcohol alílico y combinaciones de los mismos.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la biomasa es seleccionada del grupo que consiste en aceite de haba de soja, aceite de cañóla, aceite de palma, aceite de girasol, aceite de maíz, aceite de semilla de lino, aceite de jatrofa, aceite de semilla de algodón, aceite de cártamo, aceite de crambe, aceite de onagra, aceite de sésamo, aceite de semilla de semilla de colza, aceite de oliva, aceite de coco, camelina, jojoba, carraspique, tomate y combinaciones de los mismos.

6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el aceite es calentado en el vaso del reactor durante un tiempo que varía de un minuto a 18 minutos.

7. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el calentamiento en el vaso del reactor tiene lugar en un ambiente gaseoso, en el que el ambiente gaseoso incluye al menos uno de un gas inerte, nitrógeno, vapor de agua, hidrógeno o una mezcla de productos químicos orgánicos en fase vapor.

8. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el vaso del reactor es de un tipo seleccionado del grupo que consiste en lotes, flujo continuo, flujo por lecho empaquetado y lecho fluidizado.

9. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la mezcla incluye alcanos, alquenos, compuestos aromáticos, cicloparafinas o alcoholes que presentan longitudes de cadena de carbono entre C4 y C12 y ácidos carboxílicos que presentan longitudes de cadena de carbono entre C2 y C16, en el que la mezcla incluye alcanos, alquenos, compuestos aromáticos, cicloparafinas, o alcoholes que presentan longitudes de cadena de carbono entre C4 y C8 y ácidos carboxílicos que presentan longitudes de cadena de carbono entre C2 y C1.

1. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que la extracción con disolvente comprende:

poner en contacto la mezcla con un disolvente seleccionado de un grupo que consiste en agua, una solución acuosa básica, o una solución de amina acuosa;

eliminación de uno o más de ácidos carboxílicos y el disolvente de la mezcla; y separación de uno o más de ácidos carboxílicos del disolvente.

11. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que los ácidos carboxílicos son recuperados del disolvente por destilación, evaporación, pervaporación, ajuste del pH u otro principio de separación físico o químico.

12. Un procedimiento de producción de ácidos carboxílicos de cadena corta y una composición de combustible que presenta un punto de turbidez bajo a partir de un aceite de biomasa que comprende un compuesto que presenta un grupo carboxilo, comprendiendo el procedimiento:

el procedimiento de la reivindicación 1 así como también las etapas de:

recoger fracciones del aceite de biomasa craqueado incluyendo al menos uno de los alcanos, alquenos, compuestos aromáticos, cicloparafinas o alcoholes C4 a C16: ácidos grasos C2 a C16; o ésteres metílicos de ácido graso C2 a C16; y

combinación de las fracciones recogidas de aceite de biomasa craqueada para producir una composición de combustible que presenta un punto de turbidez inferior a -1° C.

13. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que los ácidos carboxílicos en la mezcla son ácidos carboxílicos 5 saturados.

14. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que la mezcla contiene ácidos carboxílicos saturados seleccionados del grupo que consiste en ácido acético, ácido propanoico, ácido butírico, ácido valérico, ácido hexanoico, ácido heptanoico y combinaciones de los mismos.

15. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el aceite de biomasa comprende un triacilglicérido.

16. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el aceite de biomasa es aceite de soja.

17. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el aceite de biomasa se caliente en el vaso del reactor a una presión que varía de condiciones de vacío a 2,4 MPa.