Uso de ácido metanosulfónico para la preparación de ésteres de ácidos grasos.

Procedimiento para la preparación de ésteres de ácidos grasos y/o mezclas de ésteres de ácidos grasos de alcoholes monohidroxilados de cadena corta con 1 a 5 átomos de carbono que comprende

(a) la transesterificación de glicéridos de ácidos grasos con alcoholes monohidroxilados de cadena corta con 1 a átomos de carbono en presencia de al menos un catalizador básico para la formación de una mezcla de reacción que contenga el éster de ácido graso y/o la mezcla de ésteres de ácidos grasos y

(b) el tratamiento de al menos una parte de la mezcla de reacción formada en la transesterificación en la etapa (a) con ácido metanosulfónico

Uso de ácido metanosulfónico para la preparación de ésteres de ácidos grasos La invención se refiere a un procedimiento para la preparación de ésteres de ácidos grasos y/o mezclas de ésteres de ácidos grasos de alcoholes monohidroxilados con 1 a 5 átomos de carbono mediante transesterificación de glicéridos de ácidos grasos con alcoholes monohidroxilados de cadena corta con 1 a 5 átomos de carbono en presencia de un catalizador básico, en cuyo marco se usa ácido metanosulfónico. Además, la invención se refiere al uso de ácido metanosulfónico para la preparación de estos ésteres de ácido graso.

Los ésteres de ácidos grasos preparados de acuerdo con la invención son adecuados, dependiendo de los materiales de partida empleados, como sustancias en bruto farmacéuticas, dietéticas o cosméticas, como productos intermedios para otros derivados de ácidos grasos, tales como alcoholes grasos, aminas grasas o tensioactivos. Los ésteres de ácidos grasos además son particularmente adecuados como lubricantes, plastificantes, aceites hidráulicos, combustibles o carburantes para el funcionamiento de motores diesel.

Como consecuencia de su idoneidad como carburante diesel, los ésteres de ácidos grasos por motivos de la protección del medio ambiente, del reemplazo de fuentes de energía fósiles por renovables en los últimos tiempos ha adquirido una importancia particular.

La preparación de los ésteres de ácidos grasos es conocida desde hace tiempo. En particular se obtiene el biodiésel actualmente a escala industrial mediante una transesterificación catalítica de aceite vegetal. A este respecto se hace reaccionar la mayoría de las veces aceite deshidratado, desacidificado y desgomado con un exceso molar de alcohol (la mayoría de las veces metanol) de 6:1 con empleo del 1% en peso de catalizador con respecto a la cantidad del aceite empleado (la mayoría de las veces KOH) por encima de la temperatura de ebullición del alcohol. A este respecto, los ácidos grasos contenidos en las moléculas grasas del aceite se escinden catalíticamente y reaccionan con el alcohol existente hasta dar el éster de ácido graso. Las grasas y los aceites por norma general son triglicéridos, es decir que una molécula de aceite contiene tres de ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol. De este modo se producen en una reacción completa de transesterificación, tal como se lleva a cabo durante la preparación de biodiésel, por molécula de grasa o aceite tres “moléculas de biodiésel” así como una molécula de glicerol. Los productos intermedios de esta reacción son mono- y diglicéridos. Los mono- y diglicéridos están compuestos de un armazón básico de glicerol, denominado en lo sucesivo también esqueleto de glicerol, al que está unido todavía uno (monoglicérico) o dos (diglicérido) ácidos grasos. Ya que en mono- y diglicéridos están presentes tanto grupos hidróxido polares como cadenas de hidrocarburos apolares, los mismos tienen propiedades anfífilas y cambian en disolventes orgánicos casi siempre la polaridad de este disolvente.

La transesterificación necesita un tiempo de reacción de aproximadamente 8 horas, consiguiéndose actualmente una reacción de aproximadamente el 98%.

Después de la reacción, el glicerol formado insoluble en el éster de alquilo de ácido graso (FASE) se retira del biodiésel mediante un separador de fases y se utiliza después de una purificación química y mediante destilación como sustancia en bruto técnica o farmacéutica.

El exceso de alcohol contenido en los ésteres alquílicos de ácido graso (FASE) se separa mediante destilación y se devuelve al proceso. Después de retirada y devolución del exceso de alcohol se añade para la neutralización de los catalizadores alcalinos remanentes (por ejemplo, KOH) un ácido orgánico o inorgánico diluido y después de la separación de fases realizada se retira la fase de éster de ácido graso. Un procedimiento de este tipo se da a conocer, por ejemplo, en el documento EP 0 658 183 A1 o en el documento WO 2007/020 465 A1. A este respecto, como ácidos orgánicos o inorgánicos se mencionan ácido fosfórico, sulfúrico, clorhídrico, nítrico, bórico, fórmico, acético, láctico, glucónico, oxálico, succínico, maleico, tartárico, málico y cítrico así como ácidos sulfónicos orgánicos y semiésteres de ácido sulfúrico. Actualmente se usa preferentemente ácido sulfúrico durante la neutralización de los catalizadores alcalinos.

Las ventas de biodiésel en la república federal de Alemania ascendieron en el año 2004 a 1, 2 millones de toneladas y en el año 2005 se situaban ya en 1, 8 millones de toneladas. Las cantidades indicadas anteriormente hacen evidente que desde el punto de vista económico es razonable poner a disposición procedimientos para la preparación de biodiésel que proporcionen, en comparación con los procedimientos empleados hasta ahora, mayores rendimientos de ésteres de ácidos grasos.

El objetivo de la presente invención es poner a disposición un procedimiento para la preparación de ésteres de ácidos grasos con rendimientos mejorados. A este respecto, el procedimiento para la preparación de ésteres de ácidos grasos se tiene que poder integrar sin gran complejidad en cuanto a aparatos en procedimientos conocidos de preparación.

Este objetivo se resuelve mediante un procedimiento para la preparación de ésteres de ácidos grasos o mezclas de 55 ésteres de ácidos grasos de alcoholes monohidroxilados de cadena corta con 1 a 5 átomos de carbono que comprende

(a) la transesterificación de glicéridos de ácidos grasos con alcoholes monohidroxilados de cadena corta con 1 a 5 átomos de carbono en presencia de al menos un catalizador básico para la formación de una mezcla de reacción que contenga el éster de ácido graso y/o la mezcla de ésteres de ácidos grasos y

(b) el tratamiento de al menos una parte de la mezcla de reacción formada en la transesterificación en la etapa

(a) con ácido metanosulfónico.

A este respecto resulta que en particular gracias al uso de los ácidos metanosulfónicos en el marco del procedimiento de acuerdo con la invención para la neutralización de los catalizadores básicos usados en la transesterificación en la etapa del procedimiento (a) se pueden obtener rendimientos claramente mayores de ésteres de ácidos grasos o de mezclas de ésteres de ácidos grasos en comparación con procedimientos habituales en los que se lleva a cabo, por ejemplo, un tratamiento con ácido sulfúrico. A este respecto, “el tratamiento de al menos una parte de la mezcla de reacción formada durante la transesterificación en la etapa del procedimiento (a) con ácido metanosulfónico” se ha de entender de manera que los catalizadores básicos contenidos en el producto de reacción formados se neutralizan directamente mediante ácido metanosulfónico o que los mismos se neutralizan no hasta después de la separación realizada de la fase de éster de ácido graso.

El tratamiento del éster de ácido graso y/o de la mezcla de ésteres de ácidos grasos con el ácido metanosulfónico en la etapa (b) se puede realizar a este respecto directamente después de la transesterificación para neutralizar al menos sustancialmente el catalizador básico usado en la transesterificación.

De acuerdo con otra forma de realización de la invención, después de la transesterificación realizada en la etapa (a) , el tiempo de permanencia de los productos de reacción antes de la realización de la etapa (b) se puede seleccionar de manera que tenga lugar una separación de fases en una fase de éster de ácido graso y una fase de glicerol. Después se puede retirar la fase pesada de glicerol y se pueden neutralizar los restos de catalizador remanentes en la fase de éster mediante adición del ácido metanosulfónico.

La transesterificación en la etapa (a) se puede llevar a cabo generalmente en uno o en dos o en más pasos, es decir, el glicérido de ácido graso se transesterifica con toda la cantidad de alcohol inferior y catalizador o en un primer paso se emplea solo una parte de la cantidad necesaria de alcohol monohidroxilado de cadena corta y catalizador para la transesterificación y después de la sedimentación realizada y separación de una fase de glicerol en un segundo paso o en otros casos la cantidad o las cantidades restantes de alcohol monohidroxilado de cadena corta y catalizador se emplean para la transesterificación del mismo modo, conllevando las formas de trabajo de dos o más pasos la ventaja de una reducción adicional del exceso de alcohol y, además, rendimientos aumentados de éster de ácido graso.

Si la transesterificación se realiza de acuerdo... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación de ésteres de ácidos grasos y/o mezclas de ésteres de ácidos grasos de alcoholes monohidroxilados de cadena corta con 1 a 5 átomos de carbono que comprende

(a) la transesterificación de glicéridos de ácidos grasos con alcoholes monohidroxilados de cadena corta con 1 a 5 átomos de carbono en presencia de al menos un catalizador básico para la formación de una mezcla de reacción que contenga el éster de ácido graso y/o la mezcla de ésteres de ácidos grasos y

(b) el tratamiento de al menos una parte de la mezcla de reacción formada en la transesterificación en la etapa

(a) con ácido metanosulfónico.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que en la etapa (a) después de la transesterificación realizada y antes de la realización de la etapa (b) el tiempo de permanencia de la mezcla de reacción se selecciona de manera que tenga lugar una separación de fases en una fase de éster de ácido graso y una fase de glicerol.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la transesterificación en la etapa (a) se realiza en varios pasos.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la transesterificación en la etapa (a) se realiza en dos pasos.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, enel que en el primer paso se emplea del 60 al 90% de la cantidad empleada en total de alcohol y catalizador y en el segundo paso del 10% al 40% de la cantidad empleada del total del alcohol y catalizador.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que como glicéridos de ácidos grasos se emplean grasas y aceites vegetales y animales de origen natural seleccionados de aceite de soja, palma, palmiste, coco, girasol, colza, linaza, ricino, cacahuete, oliva, onagra y semilla de algarrobo así como sus mezclas.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que como alcohol monohidroxilado de cadena corta se emplea metanol o etanol.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que como catalizadores básicos se emplean compuestos de metal alcalino o alcalinotérreo básicos seleccionados de hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, alcoholatos de sodio y potasio de los alcoholes monohidroxilados de cadena corta con 1 a 5 átomos de carbono o mezclas de los mismos.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el catalizador básico se emplea en una cantidad del 0, 5 al 5% en peso con respecto a la masa del glicérido de ácido graso empleado.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la cantidad del ácido metanosulfónico en la etapa (b) se dimensiona de manera que sea al menos equivalente a las cantidades del catalizador básico empleadas en la etapa (a) .

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 10, en el que después de la transesterificación realizada en la etapa (a) se configura la fase de éster de ácido graso, se separa y se trata en la etapa (b) con ácido metanosulfónico.

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el ácido metanosulfónico se emplea en forma de un ácido acuoso del 50 al 99% para el tratamiento en la etapa (b) .

13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que antes de la realización de la etapa del procedimiento (b) se separa el exceso de alcohol de la etapa (a) .

14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13 que se lleva a cabo como procedimiento continuo.

15. Uso de ácido metanosulfónico en la preparación de ésteres alquílicos de ácido graso o mezclas de los mismos con empleo de catalizadores básicos en la transesterificación de glicéridos de ácidos grasos.