BR102012006421B1 - BIOKEROSENE PRODUCTION PROCESS IN INTEGRATED ROUTE AND BIOKEROSENES OBTAINED THUS - Google Patents

BIOKEROSENE PRODUCTION PROCESS IN INTEGRATED ROUTE AND BIOKEROSENES OBTAINED THUS Download PDF

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Nívea De Lima Da Silva
Cesar Benedito Batistella
Maria Regina Wolf Maciel
Rubens Maciel Filho
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Universidade Estadual De Campinas - Unicamp
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Abstract

PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIOQUEROSENE EM ROTA INTEGRADA E BIOQUEROSENES ASSIM OBTIDOS A presente invenção descreve o processo de obtenção de dois combustíveis compatíveis com o querosene de origem fóssil. O primeiro combustível é constituído por mistura de ésteres com alto grau de pureza, o segundo combustível é constituído por mistura de hidrocarbonetos com características similares ao querosene de origem fóssil.BIOKEROSENE PRODUCTION PROCESS IN INTEGRATED ROUTE AND BIOKEROSENES OBTAINED THE WAY The present invention describes the process for obtaining two fuels compatible with kerosene of fossil origin. The first fuel consists of a mixture of esters with a high degree of purity, the second fuel consists of a mixture of hydrocarbons with characteristics similar to kerosene of fossil origin.

Description

Campo da invençãofield of invention

Refere-se o presente pedido de patente a dois processos subseqüentes de produção de bioquerosene, que correspondem a combustíveis de origem vegetal com características e/ou propriedades semelhantes com as do querosene de origem fóssil. O primeiro processo origina um combustível constituído por mistura de ésteres. Já o segundo processo possibilita a obtenção de um produto constituído por hidrocarbonetos, com composição semelhante ao querosene de origem fóssil. Ressalta-se que, ambos os processos originam biocombustíveis de baixo custo.The present patent application refers to two subsequent processes for the production of biokerosene, which correspond to fuels of vegetable origin with characteristics and/or properties similar to those of kerosene of fossil origin. The first process originates a fuel consisting of a mixture of esters. The second process makes it possible to obtain a product consisting of hydrocarbons, with a composition similar to kerosene of fossil origin. It is noteworthy that both processes originate low-cost biofuels.

Possui aplicabilidade industrial direcionada a empresas produtoras de etanol e/ou biocombustíveis. Esta tecnologia está inserida no mercado dos biocombustíveis e combustíveis provenientes de fontes renováveis.It has industrial applicability aimed at companies producing ethanol and/or biofuels. This technology is included in the market for biofuels and fuels from renewable sources.

Fundamentos da invençãoFundamentals of the invention

O querosene é um combustível de origem fóssil responsável por emissões de poluentes nocivos ao meio ambiente. Os impactos ambientais locais gerados pela atividade aérea são variados. Abrangem poluição do solo e da água, passando por ruído a problemas na qualidade do ar local. Nesse sentido, essa tecnologia apresenta a obtenção de combustíveis de origem vegetal, alternativos ao querosene de aviação que visa reduzir as emissões de poluentes e possui baixa toxidade.Kerosene is a fossil fuel responsible for emissions of pollutants harmful to the environment. The local environmental impacts generated by air activity are varied. They range from soil and water pollution to noise and local air quality issues. In this sense, this technology presents the obtainment of fuels of vegetable origin, alternative to aviation kerosene that aims to reduce pollutant emissions and has low toxicity.

O querosene, também designado por petróleo iluminante ou óleo de parafina, é um líquido resultante da destilação fracionada do petróleo, com temperatura de ebulição entre 150 e 290 graus Celsius, fração entre a gasolina e o óleo diesel. É uma combinação complexa de hidrocarbonetos (alifáticos, naftênicos e aromáticos) com um número de carbonos na sua maioria dentro do intervalo de C9 a C16, produzida por destilação do petróleo bruto, com faixa de destilação compreendida entre 150°C e 239°C.Kerosene, also called illuminating oil or paraffin oil, is a liquid resulting from the fractional distillation of petroleum, with a boiling temperature between 150 and 290 degrees Celsius, a fraction between gasoline and diesel oil. It is a complex combination of hydrocarbons (aliphatic, naphthenic and aromatic) with a number of carbons mostly within the range of C9 to C16, produced by distillation of crude oil, with a distillation range between 150°C and 239°C.

O biodiesel é definido pela American Society for Testing Materials (ASTM), como um combustível líquido sintético, originário de matéria prima renovável e constituída por mistura de ésteres alquílicos de ácidos graxos de cadeias longas, derivados de óleos vegetais ou gorduras animais.Biodiesel is defined by the American Society for Testing Materials (ASTM) as a synthetic liquid fuel, originating from renewable raw materials and consisting of a mixture of alkyl esters of long-chain fatty acids, derived from vegetable oils or animal fats.

O freqüente aumento do preço do petróleo e a possibilidade de esgotamentos dos combustíveis fósseis vêm motivando inúmeros pesquisadores pela busca de combustível alternativo. Essa preocupação também existe por parte dos ambientalistas visando reduzir a poluição provocada pelo uso do diesel e foi intensificada após o Protocolo de Kyoto.The frequent increase in oil prices and the possibility of depletion of fossil fuels have been motivating countless researchers to search for an alternative fuel. This concern also exists on the part of environmentalists in order to reduce pollution caused by the use of diesel and was intensified after the Kyoto Protocol.

A utilização do biodiesel como combustível vem apresentando um potencial promissor no mundo todo, sendo um mercado que cresce aceleradamente devido a inúmeras vantagens, tais como: - é um combustível produzido a partir de fontes renováveis, como óleos vegetais, resíduos de fritura ou gordura animal. A utilização de resíduos como matéria-prima reduz os custos com tratamento de esgotos e disposição de resíduos. - é biodegradável. Estudos mostram que o biodiesel de óleo de soja e canola são facilmente absorvidos pelo meio ambientes. A utilização de misturas contendo 20% v/v de biodiesel (B20) aumenta a biodegradabilidade do diesel em presença de água. Além disso, foi observado o crescimento de algas em tanques de estocagem de biodiesel. - é um combustível não tóxico, pois a utilização de biodiesel provoca redução substancial na emissão de monóxido de carbono e material particulado. Além disso, é livre de enxofre e aromáticos, impede a formação de fuligem, pois possui 10% v/v de oxigênio. A utilização de 20% v/v de biodiesel ao diesel reduz a emissão de dióxido de carbono em 15,66% v/v.The use of biodiesel as a fuel has shown promising potential worldwide, being a market that is growing rapidly due to numerous advantages, such as: - it is a fuel produced from renewable sources, such as vegetable oils, frying residues or animal fat . The use of waste as raw material reduces the costs of sewage treatment and waste disposal. - is biodegradable. Studies show that soybean oil and canola biodiesel are easily absorbed by the environment. The use of mixtures containing 20% v/v of biodiesel (B20) increases the biodegradability of diesel in the presence of water. In addition, algae growth was observed in biodiesel storage tanks. - it is a non-toxic fuel, as the use of biodiesel causes a substantial reduction in the emission of carbon monoxide and particulate matter. In addition, it is free of sulfur and aromatics, prevents the formation of soot, as it has 10% v/v of oxygen. The use of 20% v/v of biodiesel to diesel reduces carbon dioxide emissions by 15.66% v/v.

Algumas tecnologias apresentam o processo de produção de hidrocarbonetos de origem renovável. Na patente US6.987.79 B2 foi utilizada biomassa como matéria prima para a produção de gás de síntese. O gás de síntese é produzido através de um processo chamado Solene’s plasma gasification vitrification (SPGV) technology. Em seguida, através do processo de Fischer Tropsch (F-T synthesis) é obtido biodiesel, nafta e bioquerosene. Essa tecnologia é mais cara que a tecnologia proposta, porque utiliza plasma, entre outras tecnologias que aumentam o custo de produção inviabilizando um sistema em grande escala.Some technologies present the production process of hydrocarbons from renewable sources. In patent US6,987,79 B2, biomass was used as raw material for the production of synthesis gas. Synthesis gas is produced through a process called Solene's plasma gasification vitrification (SPGV) technology. Then, through the Fischer Tropsch process (F-T synthesis) biodiesel, naphtha and biokerosene are obtained. This technology is more expensive than the proposed technology, because it uses plasma, among other technologies that increase the cost of production, making a large-scale system unfeasible.

As tecnologias US0264061A1/ 0111599A1 e AU2010201903-A1 utilizam biomassa (madeira) como matéria prima para a produção de combustíveis, mediante Fischer Tropsch. O principal inconveniente dessas tecnologias é que a maior parte dos produtos obtidos possui característica semelhante ao diesel e não querosene. Já a tecnologia US0015459A1/ 0105814A1/ 0092724A1 realize a produção de hidrocarbonetos a partir de ácidos graxos e ésteres. Nesse processo ocorre uma série de reações (hidrogenação, ketonization, hydrodeoxygenation, isomerization), que ocasianam o aumento do custo do processo. Essas reações transformam triglicerídeos, ésteres, ácidos graxos em hidrocarbonetos.Technologies US0264061A1/ 0111599A1 and AU2010201903-A1 use biomass (wood) as raw material for the production of fuels, by Fischer Tropsch. The main drawback of these technologies is that most of the products obtained have characteristics similar to diesel and not kerosene. The technology US0015459A1/ 0105814A1/ 0092724A1 performs the production of hydrocarbons from fatty acids and esters. In this process, a series of reactions occur (hydrogenation, ketonization, hydrodeoxygenation, isomerization), which cause an increase in the cost of the process. These reactions transform triglycerides, esters, fatty acids into hydrocarbons.

A US7589243 utiliza matéria prima proveniente de biomassa e difere do pedido aqui solicitado que utiliza matéria prima constituída por ácidos graxos e/ou triacilglicerois. Vantagem do processo proposto esta no baixo custo e produção mais rápida o que facilitaria um processo contínuo.US7589243 uses raw material from biomass and differs from the order requested here which uses raw material consisting of fatty acids and/or triacylglycerols. The advantage of the proposed process is the low cost and faster production, which would facilitate a continuous process.

A US7.915.460B2 produz hidrocarbonetos mediante hidrogenação, decarboxilação e hidrodeoxigenação. Processo pode ser utilizado para óleos vegetais, gordura e lamas. Processo flexível, pois pode ser utilizado para várias matérias primas. Desvantagem: pode ocorrer a formação de compostos com alto peso molecular ocasionando a desativação de catalisadores.US7,915,460B2 produces hydrocarbons through hydrogenation, decarboxylation and hydrodeoxygenation. Process can be used for vegetable oils, fat and sludge. Flexible process, as it can be used for various raw materials. Disadvantage: the formation of compounds with high molecular weight may occur, causing the deactivation of catalysts.

A tecnologia US7.972.392 B2, utiliza biomassa como matéria prima e converte em hidrocarbonetos por de hidrocarbonetos de C5-C11 e alcoóis de C2-C8 mediante gaseificação de biomassa e Fischer Tropsch. Processo com alto custo em comparação tecnologia proposta. US 0215137A1 Utiliza a fermentação para transformar açucares em bicombustíveis, o produto obtido tem característica de alcoóis. Essa tecnologia utiliza uma rota de produção de bicombustível longa e inviável. Além disso, produz alcoóis que não podem ser usados em aeronaves, pois possuem características diferentes do querosene de origem fóssil e alto custo.The US7,972,392 B2 technology uses biomass as raw material and converts it into hydrocarbons from C5-C11 hydrocarbons and C2-C8 alcohols through biomass gasification and Fischer Tropsch. Process with high cost compared to proposed technology. US 0215137A1 Uses fermentation to transform sugars into biofuels, the product obtained has the characteristic of alcohols. This technology uses a long and unfeasible biofuel production route. In addition, it produces alcohols that cannot be used in aircraft, as they have characteristics different from fossil kerosene and are expensive.

As patentes JPO 2011052077-A/ W02011025002-A1 apresentam a produção de bioquerosene a partir de óleos vegetais, gordura animal e outras matérias primas que contenham glicerídeos e oxigênio mediante dehidrogenação e hidrogenação. Esses inventos utilizam catalisadores bifuncionais contendo metal do grupo 8 da tabela periódica. Processo possui custo superior a tecnologia aqui proposta.Patents JPO 2011052077-A/W02011025002-A1 present the production of biokerosene from vegetable oils, animal fat and other raw materials containing glycerides and oxygen through dehydrogenation and hydrogenation. These inventions use bifunctional catalysts containing metal from group 8 of the periodic table. The process has a higher cost than the technology proposed here.

A grande vantagem deste processo como um todo é que ele não requer ciclização (reação de reforma, como nos outros processos existentes de produção de bioquerosene) e a etapa seguinte de hidrogenação (hidrocraqueamento) somente é utilizada na fase final, e num percentual pequeno de material em relação à matéria prima original. Nos processos patenteados toda a matéria prima é hidrogenada encarecendo e dificultando muito seus processos.The great advantage of this process as a whole is that it does not require cyclization (reformation reaction, as in other existing biokerosene production processes) and the next step of hydrogenation (hydrocracking) is only used in the final phase, and in a small percentage of material in relation to the original raw material. In the patented processes, all the raw material is hydrogenated, making the processes more expensive and difficult.

O uso de ésteres na etapa de descarboxilação é extremamente importante, pois se consegue obter a reação em condições suaves de processo, com mínima geração de coque e com obtenção de hidrocarbonetos na faixa do querosene, ou seja, entre C9 a C16, e com compostos cíclicos, fato dificultado se utilizar óleos vegetais na forma de triacilgliceróis, requerendo temperaturas operacionais bem mais elevadas e com formação importante de coque.The use of esters in the decarboxylation step is extremely important, as it is possible to obtain the reaction under mild process conditions, with minimal coke generation and obtaining hydrocarbons in the kerosene range, that is, between C9 to C16, and with compounds cycles, a fact that is difficult to use vegetable oils in the form of triacylglycerols, requiring much higher operating temperatures and significant coke formation.

Breve descrição da invençãoBrief description of the invention

O presente pedido de patente de invenção descreve a produção de dois biocombustíveis que são alternativas ao querosene de origem fóssil. Um combustível oxigenado, constituído por mistura de ésteres com alta pureza e características semelhantes as do querosene. Podendo esse combustível ser utilizado em blends com o querosene fóssil, ou puro mediante a utilização de anti-congelantes.The present patent application describes the production of two biofuels that are alternatives to kerosene of fossil origin. An oxygenated fuel, consisting of a mixture of esters with high purity and similar characteristics to kerosene. This fuel can be used in blends with fossil kerosene, or pure using antifreeze.

Resumidamente, óleos vegetais, de preferência àqueles mais ricos em ácidos graxos de cadeias curtas, são submetidos a um processo de transesterificação e, a seguir, são separados a glicerina e o álcool. Na etapa seguinte, é obtido o bioquerosene (oxigenado) por meio da destilação molecular que o separa de forma muito eficiente e com alto grau de pureza.Briefly, vegetable oils, preferably those richer in short-chain fatty acids, are subjected to a transesterification process, and then the glycerin and alcohol are separated. In the next step, biokerosene (oxygenated) is obtained through molecular distillation, which separates it very efficiently and with a high degree of purity.

A glicerina aqui obtida pode ser processada para elaborar produtos de maior valor agregado, como o etanol.The glycerin obtained here can be processed to produce higher value-added products, such as ethanol.

O segundo combustível obtido nesse processo é constituído por uma mistura de hidrocarbonetos com cadeias lineares e cíclicas, que possui a composição similar ao do querosene fóssil. Podem ser utilizado em blends ou puro, sem a necessidade de utilização de anti-congelantes.The second fuel obtained in this process consists of a mixture of hydrocarbons with linear and cyclic chains, which has a composition similar to that of fossil kerosene. They can be used in blends or pure, without the need to use antifreeze.

Resumidamente, os subprodutos obtidos na etapa anterior, são submetidos a uma reação de descarbonilação obtendo-se hidrocarbonetos e hidrocarbonetos oxigenados. Após separação destas duas classes de produtos por destilação, obtêm-se os hidrocarbonetos puros que é o bioquerosene na forma de hidrocarbonetos, e também os compostos mais pesados, que são os oxigenados, estes são encaminhados para próxima etapa de processamento para a reação de descarboxilação (ou hidrogenação). Após a hidrogenação, obtém-se outra corrente de hidrocarbonetos que, dependendo das condições operacionais, podem ser, ou bioquerosene, ou biogasolina.Briefly, the by-products obtained in the previous step are subjected to a decarbonylation reaction, obtaining hydrocarbons and oxygenated hydrocarbons. After separating these two classes of products by distillation, the pure hydrocarbons are obtained, which is biokerosene in the form of hydrocarbons, and also the heavier compounds, which are the oxygenated ones, which are sent to the next processing step for the decarboxylation reaction (or hydrogenation). After hydrogenation, another stream of hydrocarbons is obtained which, depending on the operating conditions, can be either biokerosene or biogasoline.

De forma alternativa, nesta etapa poderia ter partido com matéria prima dos ésteres obtidos após a transesterificação, sem passar pela destilação molecular que, neste caso, não obteria, portanto, os bioquerosenes oxigenados daquela etapa.Alternatively, this stage could have started with raw material from the esters obtained after transesterification, without going through molecular distillation which, in this case, would not obtain, therefore, the oxygenated biokerosenes of that stage.

Breve descrição da figuraBrief description of the figure

A figura 1 demonstra um fluxograma do processo de obtenção de bioquerosene de forma a detalhar a sequência de reações que ocorrem na invenção, assim como as etapas de purificação dos produtos obtidos.Figure 1 shows a flowchart of the process for obtaining biokerosene in order to detail the sequence of reactions that occur in the invention, as well as the purification steps of the products obtained.

Descrição detalhada da invençãoDetailed description of the invention

Refere-se o presente pedido de patente de invenção a dois processos de produção de bioquerosene, que correspondem a dois combustíveis de origem vegetal com características e/ou propriedades semelhantes com as do querosene de origem fóssil. O primeiro processo origina um combustível constituído por mistura de ésteres, aqui será chamado de bioquerosene tipo 1 [bioquerosene (1)]. Já o segundo processo possibilita a obtenção de um produto constituído por hidrocarbonetos, com composição semelhante ao querosene de origem fóssil que será chamado de bioquerosene tipo 2 [bioquerosene (2)]. Ressalta-se que, ambos os processos originam um substituto do querosene de origem fóssil com baixo custo.The present patent application refers to two processes for the production of biokerosene, which correspond to two fuels of vegetable origin with characteristics and/or properties similar to those of kerosene of fossil origin. The first process originates a fuel consisting of a mixture of esters, here it will be called type 1 biokerosene [biokerosene (1)]. The second process makes it possible to obtain a product consisting of hydrocarbons, with a composition similar to kerosene of fossil origin, which will be called biokerosene type 2 [biokerosene (2)]. It should be noted that both processes originate a low-cost substitute for kerosene of fossil origin.

A Figura 1 apresenta um fluxograma de processo que descreve a sequência de reações que ocorrem nesse processo.Figure 1 presents a process flowchart that describes the sequence of reactions that occur in this process.

Inicialmente prepara-se a matéria prima contendo ácidos graxos, na forma de triglicerídeos, com cadeias graxas variando de C8 a até C22, e posteriormente são obtidas misturas de ésteres provenientes de reações de transesterificação, esterificação, acilação de oleofinas ou condensação de aldeídos. Ressalta-se que, a reação de transesterificação fornece maior conversão em menor tempo, por esse motivo será preferencialmente tratada nesse estudo, uma vez que esse fator contribuirá com a redução do custo do processo e viabilizará a produção em grande escala em processos contínuos.Initially, the raw material containing fatty acids is prepared, in the form of triglycerides, with fatty chains ranging from C8 to C22, and later mixtures of esters are obtained from transesterification, esterification, olefin acylation or aldehyde condensation reactions. It is noteworthy that the transesterification reaction provides greater conversion in less time, for this reason it will be preferably treated in this study, since this factor will contribute to reducing the cost of the process and will enable large-scale production in continuous processes.

Essa reação pode ocorrer em diferentes condições de temperatura e pressão, a especificação dessas condições está em função do tipo de matéria prima e do tipo de equipamento usado na reação. Os ésteres são normalmente produzidos por meio de reatores de agitação contínua em batelada (BSTR). Atualmente, diversos tipos de sistemas vêm sendo estudados visando o aumento da eficiência destes processos e consequentemente, a produção de forma mais rápida e econômica. Como exemplos desses sistemas podem ser citados: reatores de agitação contínua em série; a destilação reativa; reatores de alta rotação; reatores com ultrasson; micro-ondas; micro- reatores; reatores com placas de troca térmica; reatores tubulares em série com reatores de agitação contínua; coluna com resina de troca-iônica; reator com duas fases (líquida-gasosa) a altas temperaturas; reatores oscilatórios (Harvey, 2003).This reaction can occur under different conditions of temperature and pressure, the specification of these conditions depends on the type of raw material and the type of equipment used in the reaction. Esters are normally produced using continuous batch stirring reactors (BSTR). Currently, several types of systems have been studied in order to increase the efficiency of these processes and, consequently, the production in a faster and more economical way. As examples of these systems, the following can be cited: continuous agitation reactors in series; reactive distillation; high-speed reactors; ultrasonic reactors; microwave; microreactors; reactors with thermal exchange plates; tubular reactors in series with continuous stirring reactors; column with ion-exchange resin; reactor with two phases (liquid-gaseous) at high temperatures; oscillatory reactors (Harvey, 2003).

A transesterificação é normalmente realizada em reatores com agitação contínua, em presença de catálise básica e alcoóis de baixo peso molecular. Os produtos desta reação são 90 % peso de ésteres e 10 % peso de glicerina. Em seguida, os ésteres podem ser separados utilizando um processo de purificação de alto vácuo, que possibilita a obtenção de uma mistura de ésteres de baixo peso molecular (C < 16), com alto grau de pureza (>99 % peso.), chamado de bioquerosene (1). Outra opção é a utilização dos ésteres como matéria prima para a produção de hidrocarbonetos (ver na Figura 1), via direta de HC. Ressalta-se que esse processo pode ocorrer à pressão atmosférica ou sob vácuo e entre temperaturas de 200 a 600°C.Transesterification is normally carried out in reactors with continuous agitation, in the presence of basic catalysis and low molecular weight alcohols. The products of this reaction are 90 wt% esters and 10 wt% glycerin. Then, the esters can be separated using a high vacuum purification process, which makes it possible to obtain a mixture of low molecular weight esters (C < 16), with a high degree of purity (>99 wt.%), called of biokerosene (1). Another option is the use of esters as raw material for the production of hydrocarbons (see Figure 1), directly via HC. It is noteworthy that this process can occur at atmospheric pressure or under vacuum and between temperatures of 200 to 600°C.

Basicamente para se obter o bioquerosene 1, deve-se se seguir as seguintes etapas: a) Prepara-se a matéria prima contendo materiais ricos em glicerídeos, e pelo menos um álcool de cadeia curta de C1 a C5, e pelo menos um catalisador (homogêneo e/ou heterogêneo) realizada a pressão atmosférica; b) Promove-se a reação de transesterificação (Pressão atmosférica e temperatura entre ambiente a até 150°C); c) Purifica-se o produto obtido por alto vácuo, com pressões da ordem de 0,001 a 5 mmHg ou 1,33.10’6 a 10’2 bar.Basically, to obtain biokerosene 1, the following steps must be followed: a) The raw material is prepared containing materials rich in glycerides, and at least one short-chain alcohol from C1 to C5, and at least one catalyst ( homogeneous and/or heterogeneous) performed at atmospheric pressure; b) The transesterification reaction is carried out (atmospheric pressure and temperature between ambient and up to 150°C); c) The product obtained is purified by high vacuum, with pressures of the order of 0.001 to 5 mmHg or 1.33.10'6 to 10'2 bar.

O resíduo do processo de destilação é constituído de ésteres pesados (C > 16), esta corrente é submetida à reação de descarbonilação realizada em reatores de leito fixo ou fluidizado e em presença de zeólitas como catalisadores. Essa reação consiste no aquecimento dos ésteres, num reator (leito fixo ou fluidizados) suportado ou preenchido por zeólitas sob temperaturas entre 150 a até 600°C, preferencialmente de 250 a 450°C, obténdo-se uma mistura de hidrocarbonetos e compostos oxigenados contendo aproximadamente 50% de cada corrente.The residue from the distillation process consists of heavy esters (C > 16), this stream is subjected to the decarbonylation reaction carried out in fixed or fluidized bed reactors and in the presence of zeolites as catalysts. This reaction consists of heating the esters in a reactor (fixed or fluidized bed) supported or filled with zeolites at temperatures ranging from 150 to 600°C, preferably from 250 to 450°C, obtaining a mixture of hydrocarbons and oxygenated compounds containing approximately 50% of each stream.

O produto dessa reação (mistura de hidrocarbonetos + compostos oxigenados) é submetido a um processo de separação, como a destilação atmosférica, sendo obtida uma fração constituída por hidrocarbonetos compatíveis com a composição do querosene de origem fóssil, esses hidrocarbonetos são chamados de bioquerosene (2).The product of this reaction (mixture of hydrocarbons + oxygenated compounds) is subjected to a separation process, such as atmospheric distillation, obtaining a fraction consisting of hydrocarbons compatible with the composition of kerosene of fossil origin, these hydrocarbons are called biokerosene (2 ).

A corrente constituída de compostos oxigenados é submetida à reação de descarboxilação e/ou hidrogenação na presença de um catalisador de hidrogenação comercial, e sob pressão. Em seguida, o produto desta reação é purificado mediante destilação a pressão atmosférica, obtendo-se hidrocarbonetos, que são chamados de bioquerosene (2) e hidrocarbonetos com cadeias menores (C < 9), que podem ser utilizados como biogasolina. Dependendo das condições operacionais das etapas anteriores, como 10 condução em temperaturas menores, ou maiores, podem aumentar ou diminuir os rendimentos em biquerosene, respectivamente.The stream consisting of oxygenated compounds is subjected to a decarboxylation and/or hydrogenation reaction in the presence of a commercial hydrogenation catalyst, and under pressure. Then, the product of this reaction is purified by distillation at atmospheric pressure, obtaining hydrocarbons, which are called biokerosene (2) and hydrocarbons with smaller chains (C < 9), which can be used as biogasoline. Depending on the operating conditions of the previous steps, such as conduction at lower or higher temperatures, they may increase or decrease the bikerosene yields, respectively.

Ressalta-se que, ambos os bioquerosenes podem ser utilizados em blends com o querosene de origem fóssil, sendo que ao bioquerosene (1) por ser constituído por mistura de ésteres deve ser adicionado anticongelantes 15 caso seja utilizado puro. O bioquerosene (2) é semelhante ao querosene de origem fóssil, em termos de composição e propriedades físicas. Tabela 1 - Propriedades do Bioquerosene 1

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It should be noted that both biokerosenes can be used in blends with kerosene of fossil origin, and since biokerosene (1) consists of a mixture of esters, antifreeze 15 should be added if used pure. Biokerosene (2) is similar to fossil fuel kerosene in terms of composition and physical properties. Table 1 - Properties of Biokerosene 1
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A glicerina que é o subproduto da reação de transesterificação pode ser utilizada para a obtenção de diversos produtos químicos. Dentre as principais utilizações da glicerina estão a indústria de cosméticos que absorve 40% de toda a produção, a indústria alimentícia que utiliza 24%, já a produção de resinas e ésteres utiliza 18% de glicerina, por fim a indústria farmacêutica absorve 11%, entre outras aplicações. Nesse estudo pretende-se reaproveitar a glicerina visando a obtenção de etanol, que será utilizado como matéria prima para reação de transesterificação. O reaproveitamento da glicerina visa reduzir o custo da reação, uma vez que será utilizada na produção de um dos reagentes da reação de transesterificação. Além da redução do custo do processo, o reaproveitamento desse subproduto contribuirá para diminuição da geração de resíduos do processo. Haja vista que existe um excedente de glicerina no mercado proveniente do processo de produção de biodiesel, não sendo viável comercialização desse subproduto.The glycerin that is the by-product of the transesterification reaction can be used to obtain several chemical products. Among the main uses of glycerin are the cosmetics industry which absorbs 40% of all production, the food industry which uses 24%, the production of resins and esters uses 18% of glycerin, finally the pharmaceutical industry absorbs 11%, among other applications. In this study, it is intended to reuse glycerin in order to obtain ethanol, which will be used as raw material for the transesterification reaction. The reuse of glycerin aims to reduce the cost of the reaction, since it will be used in the production of one of the reagents of the transesterification reaction. In addition to reducing the cost of the process, the reuse of this by-product will contribute to reducing the generation of waste from the process. Considering that there is a surplus of glycerin on the market from the biodiesel production process, it is not feasible to commercialize this by-product.

Dois processos podem ser utilizados na produção de etanol a partir da glicerina. Esses processos serão descritos a seguir.Two processes can be used to produce ethanol from glycerin. These processes will be described below.

O primeiro processo consiste em degradação térmica da glicerina, entre 750°C e 900°C, para obtenção de gás de síntese (mistura de monóxido de carbono e hidrogênio). Em seguida, o gás de síntese é convertido em etanol através da reação conhecida como síntese direta.

Figure img0004
The first process consists of thermal degradation of glycerin, between 750°C and 900°C, to obtain synthesis gas (a mixture of carbon monoxide and hydrogen). Next, the synthesis gas is converted into ethanol through the reaction known as direct synthesis.
Figure img0004

O segundo processo consiste na fermentação da glicerina em presença da bactéria Escherichia Coli, dando origem a uma mistura de butanol e etanol. A reação será descrita a seguir.The second process consists of the fermentation of glycerin in the presence of the bacteria Escherichia Coli, resulting in a mixture of butanol and ethanol. The reaction will be described below.

Exemplo de concretizaçãoExample of implementation

A seguir serão apresentadas as conversões obtidas em cada etapa do processo de obtenção de bioquerosene. Primeira etapa: Reação de transesterificação (20 < T < 150°C), e preferencialmente entre 30 e 60°C. Conversão: 85 - 99% em peso. Segunda etapa: Reação de descarbonilação (150 < T < 650°C) e preferencialmente entre 250 e 450°C Conversão: Aproximadamente 50% em peso de hidrocarbonetos e Aproximadamente 50% peso de compostos oxigenados. Terceira etapa: Descarboxilação e/ou hidrogenação (5 < P < 100 bar), preferencialmente entre 10 e 50 bar. Conversão em bioquerosene: 70 - 80% de hidrocarbonetos com número de carbonos entre 9 e 16 (9<C<16).The conversions obtained in each stage of the process of obtaining biokerosene will be presented below. First step: Transesterification reaction (20 < T < 150°C), and preferably between 30 and 60°C. Conversion: 85 - 99% by weight. Second stage: Decarbonylation reaction (150 < T < 650°C) and preferably between 250 and 450°C Conversion: Approximately 50% by weight of hydrocarbons and Approximately 50% by weight of oxygenated compounds. Third step: Decarboxylation and/or hydrogenation (5 < P < 100 bar), preferably between 10 and 50 bar. Conversion to biokerosene: 70 - 80% hydrocarbons with carbon numbers between 9 and 16 (9<C<16).

Claims (1)

1. Processo de produção de bioquerosene em rota integrada caracterizado por obter bioquerosene (1) e bioquerosene (2) e compreender as seguintes etapas: a) Preparação da matéria prima realizada a pressão atmosférica contendo materiais ricos em glicerídeos e pelo menos um álcool de cadeia curta de C1 a C5 e pelo menos um catalisador homogêneo e/ou heterogêneo; b) Promoção da reação de transesterificação em pressão atmosférica e temperatura entre ambiente a até 150°C; c) Purificação do produto obtido na reação (b) por alto vácuo compreendendo uma pressão na ordem de 0,001 a 5 mmHg ou 1,33.10- 6a 10-2 bar obtendo o bioquerosene (1); d) Obtenção de resíduo constituído de ésteres pesados (C > 16) obtidos da etapa (C); e) Descarbonilação realizada em reatores de leito fixo ou fluidizado e em presença de zeólitas como catalisadores sob temperaturas entre 250 a 450°C; f) Obtenção de uma mistura de hidrocarbonetos e compostos oxigenados contendo aproximadamente 50% de cada corrente; g) Separação do produto da reação realizado em (f) por destilação atmosférica; h) Obtenção de uma fração constituída por hidrocarbonetos compatíveis com a composição do querosene de origem fóssil; i) Reação de descarboxilação e/ou hidrogenação da corrente constituída de compostos oxigenados; e j) Purificação do produto da reação (i) mediante destilação a pressão atmosférica obtendo-se bioquerosene (2) e hidrocarbonetos com cadeias menores (C < 9).1. Biokerosene production process in an integrated route characterized by obtaining biokerosene (1) and biokerosene (2) and comprising the following steps: a) Preparation of the raw material carried out at atmospheric pressure containing materials rich in glycerides and at least one chain alcohol short from C1 to C5 and at least one homogeneous and/or heterogeneous catalyst; b) Promoting the transesterification reaction at atmospheric pressure and temperature between ambient and up to 150°C; c) Purification of the product obtained in reaction (b) by high vacuum comprising a pressure in the order of 0.001 to 5 mmHg or 1.33.10-6 to 10-2 bar obtaining biokerosene (1); d) Obtaining a residue consisting of heavy esters (C > 16) obtained from step (C); e) Decarbonylation carried out in fixed or fluidized bed reactors and in the presence of zeolites as catalysts at temperatures between 250 and 450°C; f) Obtaining a mixture of hydrocarbons and oxygenated compounds containing approximately 50% of each stream; g) Separation of the reaction product carried out in (f) by atmospheric distillation; h) Obtaining a fraction consisting of hydrocarbons compatible with the composition of kerosene of fossil origin; i) Reaction of decarboxylation and/or hydrogenation of the stream consisting of oxygenated compounds; and j) Purification of the reaction product (i) by distillation at atmospheric pressure, obtaining biokerosene (2) and hydrocarbons with smaller chains (C < 9).
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