Procedimiento para la producción de biodiésel.

Procedimiento para la producción de biodiésel, comprendiendo dicho procedimiento los pasos siguientes:

a) la preparación, tras el procesamiento y el secado de las semillas oleaginosas alimentadas, de una suspensión homogénea de semillas oleaginosas y un alcohol anhidro en un reactor en una cantidad de 4:1 a 0,5:1 en partes a temperatura ambiente para obtener una emulsión;

b) la adición de un catalizador de alcóxido alcalino a la emulsión obtenida en a), ascendiendo la cantidad de catalizador a entre 0,1 y 5% en peso, respecto al peso de las semillas, y permitiendo que la reacción de transesterificación transcurra durante 30 a 90 minutos a temperaturas comprendidas entre 45 y 55ºC para obtener los ésteres alquílicos deseados con una tasa de conversión del 98 al 100%;

c) la separación por filtración de los ésteres alquílicos producto, obteniendo una fase líquida y una fase sólida;

d) la retirada del alcohol de la fase líquida por destilación y la decantación de la fase restante, la glicerina y los ésteres alquílicos deseados;

e) el secado y el tamizado de la fase sólida, obteniendo carbohidratos para la fermentación o la alimentación de ganado y vainas para la formulación de fertilizantes.

Procedimiento para la producción de biodiésel.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento integrado para la producción de biodiésel de ésteres alquílicos de ácidos grasos de cadena larga procedentes de aceites vegetales para el uso como combustible o como aditivos para combustible, y productos secundarios económicamente viables, estando tales ácidos grasos presentes en 10 semillas oleaginosas. Más específicamente, la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de biodiésel por transesterificación, en la que en lugar de hacer reaccionar alcohol y aceite extraído de semillas de ricino son las semillas de ricino mismas las que se hacen reaccionar con alcohol en presencia de un catalizador alcalino, para proporcionar un producto combustible constituido por monoésteres etílicos de los ácidos grasos presentes en aquellas semillas. Asimismo se obtiene glicerina, un producto amiláceo exento de ricina que es útil para la formulación de alimentos para el ganado y que se puede usar también como materia prima para producir alcohol etílico o como fertilizante, y finalmente un producto rico en minerales procedente de la vaina de las semillas de ricino que se puede utilizar como fertilizante.

Antecedentes

Los productos conocidos o clasificados como biodiésel son combustibles líquidos sintéticos obtenidos a partir de materias primas renovables y constituidos por mezclas de monoésteres alquílicos de ácidos grasos de cadena larga procedentes de aceites vegetales o grasa animal.

Se conoce el uso de estos productos como combustible, bien como tales o bien en mezcla con otros productos. La especificación internacional de referencia para este tipo de productos es la "Especificación Provisional para Mezclas de Combustibles Biodiésel (B100) para Combustibles de Destilación" definida por la Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales (ASTM) y designada con PS 121 -99.

Los procedimientos convencionales para la producción industrial de este tipo de combustibles son los procedimientos unitarios de transesterificación en los que los triglicéridos que constituyen los aceites vegetales o las grasas animales se hacen reaccionar con alcoholes inferiores en presencia de catalizadores ácidos o básicos.

La patente de EE.UU. 4, 695, 411 expone uno de estos procedimientos para producir una composición de monoésteres de ácidos grasos que es útil como combustible para un motor diésel como sustituto de gasóleo. De acuerdo con la enseñanza de dicha patente de EE.UU., la transesterificación de aceites o grasas de origen vegetal o animal se efectúa en tres pasos diferenciados usando cuatro alcoholes anhidros o hidratados diferentes en presencia de catalizadores ácidos o básicos.

Un procedimiento similar se describe en la patente de EE.UU. 4, 364, 743, que proporciona una lista de aceites vegetales que se hicieron reaccionar con diferentes alcoholes en presencia de los catalizadores siguientes: alcóxido de sodio, hidróxido de sodio o de potasio y tetrahidropropóxido de titanio (catalizadores básicos) o los ácidos sulfúrico, alquilsulfónico o arilsulfónico.

Otros documentos presentan procedimientos similares con modificaciones en los pasos de producción de otros tipos de biodiésel, pero ninguno de ellos menciona el uso directo de las semillas oleaginosas como materia prima para la reacción de transesterificación. Estos documentos son las patentes US 5, 525, 126, US 6, 015, 440, US 6, 174, 501 y US 6, 211, 390.

Otras patentes, como por ejemplo las patentes US 5, 578, 090, US 6, 017, 369 y US 6, 129, 773, enseñan y prueban la viabilidad técnica del uso de varios tipos de biodiésel, bien como tales o bien en mezcla con diésel de petróleo, como combustible para motores estacionarios o de vehículos.

De una manera u otra y con diferentes niveles de sofisticación, la característica básica de estos procedimientos de la 55 técnica anterior es siempre una transesterificación de triglicéridos de aceite vegetal o grasa animal con alcoholes inferiores primarios catalizada por un catalizador ácido o básico, soluble o insoluble. El refinamiento del producto y de los productos secundarios (ésteres y glicerina) se realiza con diferentes grados de calidad y pureza después de la separación física de las dos fases líquidas formadas en el reactor tras la destilación del exceso de alcohol residual.

Cabe destacar que en todas las patentes citadas el procedimiento se ha de realizar con un aceite vegetal caro purificado o semipurificado, o bien se realiza con una especie de desecho o producto secundario con un bajo contenido en aceite. La mayoría de las veces esto significa una elevada razón coste/beneficio, pues el precio de la materia prima de partida -el aceite vegetal -es mayor que el del producto final de biodiésel. Además, de acuerdo 5 con la técnica del estado de la técnica, el alcohol, bien alcohol metílico o bien alcohol etílico, aun reciclado o recuperado parcialmente, debe ser suministrado por fuentes externas. Es por esta razón que, pese al enorme interés de los gobiernos de varios países en la tecnología y producción de biodiésel, todavía se requieren cuantiosas subvenciones para el suministro de biodiésel a las gasolineras. Por el contrario, el procedimiento de la presente solicitud, al realizar la reacción de transesterificación con semillas y generar todo el alcohol etílico de reacción necesario aparte de otros coproductos valiosos tales como glicerina pura, fertilizantes agrícolas y alimento para el ganado, prescinde de subvenciones y se puede producir industrialmente a un coste razonable sin ninguna carga para la economía.

La patente brasileña PI BR 8003739 expone un procedimiento para la extracción de aceites vegetales de semillas para obtener un combustible usando alcohol metílico o etílico, con la transformación parcial concomitante del aceite en ésteres metílicos o etílicos que son solubles en los alcoholes correspondientes. El combustible así obtenido es útil para motores diésel o similares. A pesar de la reacción de transesterificación descrita y el combustible resultante, la técnica de dicha patente brasileña no conduce a un producto de biodiésel según se especifica en el método PS 121-99 de la ASTM antes citado. Para empezar, en el momento en que se realizaron las investigaciones que condujeron a dicha patente, el término biodiésel se refería al aceite vegetal propiamente dicho, tal y como se usa en los motores diésel. Puesto que el diésel de petróleo contiene moléculas hidrocarbonadas C8-C22 y el aceite vegetal restos C12-C18 unidos a un resto glicerol, la similitud de las moléculas dio lugar a experimentos para sustituir las moléculas derivadas del petróleo por aceites vegetales. Cabe señalar que el calentamiento hasta el punto de ebullición del alcohol etílico usado en el procedimiento del documento PI BR 8003739 introduce componentes vegetales presentes en las semillas que son nocivos para el combustible producido, tales como pigmentos, vitaminas, fosfolípidos generadores de goma e incluso aceites esenciales. El catalizador usado, NaOH, proporciona jabones que deberán ser eliminados del producto final. Asimismo queda en el producto final glicerol libre que al quemarse en el motor genera acroleína, un potente agente carcinógeno. En base a la estequiometría de la reacción, la cantidad de glicerol asciende a cerca del 10% en peso del producto final. Esta cantidad supera con creces la permitida por la presente ASTM PS 121-99, limitada al 0, 02% en peso.

Por lo tanto, y pese a los desarrollos del estado de la técnica, la técnica sigue necesitando un procedimiento económicamente viable para la preparación de biodiésel en el que la transesterificación de los triglicéridos presentes en una semilla oleaginosa se efectúe directa e íntegramente en estas semillas, prescindiendo del paso de extracción del aceite de estas semillas y de la necesidad de suministrar alcohol etílico desde fuentes externas y produciendo al mismo tiempo glicerina pura y valiosos coproductos agrarios, como el procedimiento que se describe y reivindica en la presente solicitud.

Resumen de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de biodiésel para combustible, usándose en el procedimiento directamente las semillas de ricino como materia prima para promover la transesterificación de los aceites vegetales contenidos en dichas semillas con alcohol etílico, catalizándose la reacción mediante un catalizador básico. De este modo es posible obtener tasas de conversión extremadamente altas sin la generación de 45 jabón, presentando el combustible biodiésel producido una polaridad suficiente como para... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de biodiésel, comprendiendo dicho procedimiento los pasos siguientes:

a) la preparación, tras el procesamiento y el secado de las semillas oleaginosas alimentadas, de una suspensión homogénea de semillas oleaginosas y un alcohol anhidro en un reactor en una cantidad de 4:1 a 0, 5:1 en partes a temperatura ambiente para obtener una emulsión;

b) la adición de un catalizador de alcóxido alcalino a la emulsión obtenida en a) , ascendiendo la cantidad de catalizador a entre 0, 1 y 5% en peso, respecto al peso de las semillas, y permitiendo que la reacción de transesterificación transcurra durante 30 a 90 minutos a temperaturas comprendidas entre 45 y 55ºC para obtener los ésteres alquílicos deseados con una tasa de conversión del 98 al 100%;

c) la separación por filtración de los ésteres alquílicos producto, obteniendo una fase líquida y una fase sólida;

d) la retirada del alcohol de la fase líquida por destilación y la decantación de la fase restante, la glicerina y los ésteres alquílicos deseados;

e) el secado y el tamizado de la fase sólida, obteniendo carbohidratos para la fermentación o la alimentación de ganado y vainas para la formulación de fertilizantes.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la semilla oleaginosa es una semilla de girasol, colza, soja o cacahuete. 25

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la semilla oleaginosa es una semilla de ricino.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el catalizador es etanoato de sodio o de 30 potasio usado en una cantidad de 0, 3% en peso a 1, 5% en peso, respecto al peso de las semillas.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la reacción se efectúa entre 45 y 55ºC durante 40 a 60 minutos.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el alcohol usado en dicho procedimiento se recicla por completo.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los productos de reacción, los ésteres alquílicos, se neutralizan y se formulan como biodiésel adecuado para el uso como combustible. 40

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los productos de reacción, los ésteres alquílicos, se neutralizan y se formulan como codisolventes en mezclas de gasóleo y gasolina con alcohol etílico anhidro o hidratado.