BR112015023315B1 - Método para remover um contaminante de uma composição biológica que contém contaminante útil como matéria-prima de biocombustível - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA REMOVER UM CONTAMINANTE DE UMA COMPOSIÇÃO BIOLÓGICA QUE CONTÉM CONTAMINANTE ÚTIL COMO MATÉRIA-PRIMA DE BIOCOMBUSTÍVEL Composições biológicas que contêm gorduras animais e óleos vegetais são, preferivelmente, livres de contaminantes antes do processamento para se transformarem em um biocombustível. É revelado no presente documento um método para remover tais contaminantes dessas composições para tornar esse processamento mais eficiente. O método emprega uma disposição única de misturadores e centrífugas juntamente com soluções ácidas e correntes de reciclagem para remover esses contaminantes das composições.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA REVELAÇÃO

[0001] A revelação refere-se, de modo geral, a um método de tratar uma composição biológica para o uso em sua conversão a jusante em um biocombustível e, mais especificamente, a um método para remover um ou mais contaminantes de uma composição biológica que contém contaminante que inclui gorduras animais e óleos vegetais.

BREVE DESCRIÇÃO DA TECNOLOGIA RELACIONADA

[0002] A biomassa é uma alternativa renovável para matérias-primas fósseis na produção de combustíveis líquidos (por exemplo, biocombustíveis) e produtos químicos. O aumento da produção de biocombustíveis é parte da estratégia do governo para aprimorar a segurança de energia e reduzir emissões de gás do efeito estufa. Contudo, a maioria da biomassa tem alto teor de oxigênio que diminui a qualidade do combustível e valor calórico. A atualização de biomassa e intermediários de biomassa para combustíveis à base de hidrocarboneto de alta qualidade exige, dessa forma, a remoção de oxigênio. O oxigênio da biomassa pode ser sob a forma de um éster, ácido carboxílico ou grupos hidroxila. A remoção de oxigênio por meio de reação catalítica com hidrogênio é mencionada como hidrodesoxigenação (HDO). Essa reação pode ser conduzida com catalisadores de hidrotratamento, bimetálicos de leito fixo convencionais, tais como níquel-molibdênio sulfurado (NiMo) ou cobalto-molibdênio (CoMo), que são comumente usados em refinarias.

[0003] Os óleos vegetais não refinados (por exemplo, óleos vegetais) e gorduras animais têm quantidade indesejável de fósforo na forma de fosfolipídios e outros contaminantes, que incluem metais. Além disso, as gorduras animais podem conter quantidades significativas de sais de metal (por exemplo, sais de cloreto de metal), que são suficientemente solúveis nas alimentações de gordura/graxa, mas indesejavelmente podem precipitar durante a reação HDO e podem obstruir o leito de catalisador. Os metais/sais também podem desativar o catalisador mediante a redução de superfície de poro disponível para realizar reações químicas eficazes. Na presença de ácidos graxos livres, os sais como cloretos de metal podem formar sabões solúveis (por exemplo, estearato de cálcio). Em tal forma, os metais são difíceis de remover com o uso de tecnologias de limpeza convencionais, tais como lavagem com água.

[0004] Vários processos da técnica anterior para a produção de combustíveis a partir de materiais de partida tais como óleos vegetais e gorduras animais, são conhecidos. A conversão de óleos vegetais em n-parafinas tem sido relatada na técnica anterior. Alguma técnica anterior mostrou que o processo pode ser aplicado a outras formas de biomassa, tal como ácidos graxos de tal óleo, gorduras animais, e graxas de restaurantes. A hidroisomerização das n-parafinas bioderivadas em dieselisoparafínico tem sido mostrada na técnica anterior. Outra técnica anterior descreve o uso de tratamento de alimentação a montante de um reator de HDO. Consulte, geralmente, a patente no. U.S. 8.026.401, da qual a revelação está incorporada ao presente documento a título de referência.

[0005] Conforme descrito no documento sob o no. US-2009-0314688 A1, cuja revelação está incorporada ao presente documento a título de referência, sob a produção de biodiesel a partir de óleos brutos, é altamente desejável reduzir o teor de fósforo para no máximo 20 partes por milhão (ppm) em matéria-prima de óleo, graxa, gordura ou sebo, para assegurar que o produto final atende aos padrões reguladores governamentais sobre a emissão de exaustão de motor diesel. Os procedimentos de refino de óleo dependem do tipo de óleo e sua composição e usualmente consistem em degomagem, neutralização alcalina, alvejamento e desodorização. A degomagem se refere à remoção de fosfatídeos e outros compostos similares mediante a adição de água e/ou ácido ao óleo e centrifugação. O principal propósito da degomagem é remover fósforo, o qual está presente no óleo bruto na forma de fosfatídeos hidratáveis e fosfatídeos não hidratáveis. Sem a remoção eficaz dos fosfatídeos, os processos de refino a jusante podem não liberar resultados aceitáveis. Além da remoção de fosfatídeos não hidratáveis, a remoção de ferro e outros metais e sais dos mesmos é altamente desejável. Posteriormente, o óleo pode ser alvejado, desparafinado, hidrogenado e/ou desodorizado para produzir um produto mais estável.

[0006] Uma série de métodos de degomagem é conhecida nessa técnica, que inclui degomagem com água (tratamento de óleo bruto com água quente); degomagem com ácido (tratamento de bruto óleo com ácido fosfórico ou ácido cítrico); refino com ácido (tratamento de óleo degomado com água com um ácido, que é, então, parcialmente neutralizado com base alcalina e centrifugado para remover gomas residuais e ácidos graxos livres); degomagem a seco (degomagem com ácido com quantidade muito pequena de água, combinado com alvejamento); degomagem enzimática (modificação de fosfolipídios com enzimas para obter os compostos solúveis em água); degomagem com ajuda de agentes quelantes (EDTA-ácido etilenodiaminotetracético, aminoácido aspártico, ácidos fumárico e málico orgânico, etc.); e degomagem por filtração de membrana/ultrafiltração (passagem de óleo bruto através de uma membrana semipermeável impermeável para fosfolipídios).

[0007] O documento sob o no. US-2010-0056833 A1, cuja revelação está incorporada ao presente documento a título de referência, descreve um processo que tenta atender os problemas mencionados anteriormente de gomagem e remoção de contaminante de uma composição que contém tanto gorduras animais como óleos vegetais. Os inventores têm revelado aqui aprimoramentos nas instruções apresentadas nessa publicação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0008] É revelado no presente documento um método para remover um contaminante de uma composição biológica que contém contaminante que inclui gorduras animais e óleos vegetais. O método inclui geralmente misturar a composição biológica que contém contaminante com uma primeira mistura de uma primeira solução aquosa que tem um pH menor do que cerca de 7 e uma solução ácida para produzir uma composição biológica rica em ácido. A composição biológica rica em ácido é centrifugada para produzir uma composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante e um refugo industrial aquoso que contém uma porção do contaminante removida da composição biológica que contém contaminante. Posteriormente, a composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante é misturada com uma segunda solução aquosa que tem um pH maior do que o da primeira solução aquosa para produzir uma segunda mistura. Essa segunda mistura é centrifugada para produzir uma composição biológica deficiente de contaminante e a primeira solução aquosa. A composição biológica deficiente de contaminante é, então, misturada com uma solução aquosa de pH neutro para produzir uma terceira mistura. E essa terceira mistura é, então, centrifugada para produzir a segunda solução aquosa e uma composição biológica esgotada de contaminante que compreende as gorduras animais e óleos vegetais. A composição biológica esgotada de contaminante pode ser usada em processos à jusante útil na fabricação de um produto combustível biobaseado (biocombustível).

[0009] Os recursos adicionais da invenção podem se tornar evidentes para aqueles elementos versados na técnica a partir de uma análise da descrição detalhada a seguir, tomada em conjunto com os desenhos, os exemplos e as reivindicações em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0010] Para um entendimento mais completo da revelação, deveria ser feita referência à seguinte descrição detalhada e figuras em anexo, em que:

[0011] A Figura 1 é um diagrama de fluxo de processo de uma modalidade do método inventivo revelado;

[0012] A Figura 2 é um diagrama de fluxo de processo de outra modalidade do método inventivo revelado; e

[0013] As Figuras 3A a 6 ilustram graficamente a remoção de contaminante alcançada por uma modalidade de escala de planta piloto, de acordo com o método inventivo revelado.

[0014] Embora o método revelado seja suscetível a modalidades em diversas formas, são ilustradas nas figuras (e serão descritas doravante) modalidades específicas da invenção, com o entendimento que a revelado é destinada a ser ilustrativa, e não se destina a limitar a invenção às modalidades específicas descritas e ilustradas no presente documento

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0015] A invenção refere-se, de modo geral, ao tratamento de uma composição biológica que contém gorduras animais e óleos vegetais de modo que o material seja mais bem adequado ao processamento em um produto combustível biobaseado (biocombustível). Diversas modalidades desse processo de tratamento são descritas no presente documento. Mas, de modo geral, o método de tratamento é definido pela remoção de um contaminante de uma composição biológica que contém contaminante que inclui gorduras animais e óleos vegetais. Os contaminantes podem variar e são descritos em detalhes adicionais abaixo. A composição também pode variar, mas é aquela que contém gorduras animais, e muitas vezes em proporções significativas. Tal composição tem sido até o momento difícil de tratar para remover contaminantes sem danificar operações unitárias ou exigir manutenção significativa de tais operações.

[0016] Geralmente, o método inclui misturar a composição biológica que contém contaminante com uma primeira mistura de uma primeira solução aquosa que tem um pH menor do que cerca de 7 e uma solução ácida para produzir uma composição biológica rica em produto ácido. A composição biológica rica em produto ácido é centrifugada para produzir uma composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante e um refugo industrial aquoso que contém uma porção do contaminante removida da composição biológica que contém contaminante. Posteriormente, a composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante é misturada com uma segunda solução aquosa que tem um pH maior do que o da primeira solução aquosa para produzir uma segunda mistura. Essa segunda mistura é centrifugada para produzir uma composição biológica deficiente de contaminante e a primeira solução aquosa. A composição biológica deficiente de contaminante é, então, misturada com uma solução aquosa de pH neutro para produzir uma terceira mistura. E essa terceira mistura é, então, centrifugada para produzir a segunda solução aquosa e uma composição biológica esgotada de contaminante que compreende as gorduras animais e óleos vegetais. A composição biológica esgotada de contaminante pode ser usada em processos à jusante úteis na fabricação de um produto biocombustível.

[0017] Diversas condições e recursos desse método são apresentados abaixo. Geralmente, uma composição biológica que contém gorduras animais e óleos vegetais é recebida no local do processo revelado por meio, por exemplo, de automotriz(es) ou caminhões tanque. A composição é bombeada a partir dessa fonte através de uma tela adequada (por exemplo, uma tela giratória de 2,5 centímetros (0,1 polegada)) para remover a contaminação bruta ou impurezas. Posteriormente, a mesma é bombeada para um tanque de armazenamento. Quando pronta para o processamento, a composição é medida no método (processo) revelado no presente documento por meio de uma ou mais bombas (por exemplo, uma bomba de deslocamento positivo de frequência variável) para assegurar uma alimentação suficientemente constante para o processo. A composição pode ser pré- aquecida em um trocador de calor (por exemplo, um trocador de calor do tipo casco e tubo ou placa e quadro que emprega vapor ou água como o meio de transferência de calor). Se aquecida, a composição biológica terá, de preferência, uma temperatura entre cerca de 60 °C e 140 °C. Os trocadores de calor podem ser opcionalmente empregados ao longo de todo o método de remoção de contaminante descrito no presente documento, conforme necessário ou conforme desejado pelo operador, para manter uma temperatura similar. A composição pode passar opcionalmente através de uma série de bolsas de filtro (por exemplo, aberturas com tamanho de 800 mícrons). Após essas etapas de descarregamento, filtração e aquecimento, a composição pode ser processada de acordo com o método descrito de maneira geral no parágrafo anterior e conforme descrito doravante.

[0018] Para facilitar a discussão adicional, a atenção do leitor é direcionada para a Figura 1, a qual é um fluxo de processo do método 10. O método 10 inclui diversos fluxos de processo que se comunicam com a primeira, segunda e terceira centrífugas 20, 30 e 40, respectivamente, assim como com o primeiro, segundo e terceiro misturadores 15, 25, e 35, respectivamente. Entre os diversos fluxos de processo mostrados na Figura 1, uma composição biológica que contém contaminante 100 é misturada com uma primeira mistura 102 de uma primeira solução aquosa 104 que tem um pH menor do que cerca de 7 e uma solução ácida 106 para produzir uma composição biológica rica em ácido 108. A composição biológica rica em produto ácido 108 é centrifugada para produzir uma composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante 110 e um refugo industrial aquoso 112 que contém uma porção do contaminante removida da composição biológica que contém contaminante 108. Conforme mostrado na Figura 1, a misturação é mostrada como ocorrendo no primeiro misturador 15, e a centrifugação é mostrada ocorrendo na primeira centrífuga 20. Posteriormente, a composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante 110 é misturada com uma segunda solução aquosa 114 que tem um pH maior do que o da primeira solução aquosa 104 para produzir uma segunda mistura 116. Essa segunda mistura 116 é centrifugada para produzir uma composição biológica deficiente de contaminante 118 e a primeira solução aquosa 104. Conforme mostrado na Figura, a misturação é mostrada como ocorrendo no segundo misturador 25, e a centrifugação é mostrada ocorrendo na segunda centrífuga 30. A composição biológica deficiente de contaminante 118 é, então, misturada com uma solução aquosa de pH neutro 120 para produzir uma terceira mistura 122. E essa terceira mistura 122 é, então, centrifugada para produzir a segunda solução aquosa 114 e uma composição biológica esgotada de contaminante 124 que contém as gorduras animais e óleos vegetais. Conforme mostrado na Figura, a misturação é mostrada como ocorrendo no terceiro misturador 35, e a centrifugação é mostrada ocorrendo na terceira centrífuga 40. A composição biológica esgotada de contaminante 124 pode ser usada em processos à jusante (não mostrados) úteis na fabricação de um produto biocombustível.

[0019] A etapa de centrifugação na primeira centrífuga 20 pode incluir a produção de um primeiro componente fragmentário (não mostrado), do qual pelo menos cerca de 90% (em volume) são divididos para formar uma porção da composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante 110, e do qual o saldo (em volume) forma o refugo industrial aquoso 112. Em uma modalidade preferencial, pelo menos cerca de 95% (em volume) do primeiro componente fragmentário são divididos para formar uma porção da composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante 110, e do qual o saldo (em volume) forma o refugo industrial aquoso 112.

[0020] A etapa de centrifugação na primeira centrífuga 30 pode incluir a produção de um segundo componente fragmentário (não mostrado), do qual 10% (em volume) ou menos são divididos para formar uma porção da composição biológica deficiente de contaminante 118, e do qual o saldo (em volume) forma uma porção da primeira solução aquosa 104. Em uma modalidade preferencial, 5% (em volume) ou menos do segundo componente fragmentário são divididos para formar uma porção da composição biológica deficiente de contaminante 118, e o saldo (em volume) do segundo componente fragmentário forma uma porção da primeira solução aquosa 104.

[0021] A etapa de centrifugação na terceira centrífuga 40 pode incluir a produção de um terceiro componente fragmentário (não mostrado), do qual 10% (em volume) ou menos são divididos para formar uma porção da composição biológica esgotada de contaminante 124, e do qual o saldo (em volume) forma uma porção da segunda solução aquosa 114. Em uma modalidade preferencial, 5% (em volume) ou menos do terceiro componente fragmentário são divididos para formar uma porção da composição biológica esgotada de contaminante 124, e o saldo (em volume) do terceiro componente fragmentário forma uma porção da segunda solução aquosa 114.

[0022] Constatou-se que a disposição descrita acima de centrífugas e fluxos de processo em combinação com as divisões dos diversos componentes fragmentários obtidos em cada centrífuga conduz a uma composição biológica isenta de mais contaminante do que se apenas uma única centrífuga fosse empregada. Adicionalmente, e sem se ater a qualquer teoria particular, acredita-se que a disposição descrita acima de centrífugas e fluxos de processo em combinação com as divisões dos diversos componentes fragmentários obtidos em cada centrífuga conduz a uma composição biológica isenta de mais contaminante (isto é, um produto mais desejável) do que obtenível se, por exemplo, o pH da segunda solução aquosa 114 fosse menor do que aquele da primeira solução aquosa 104 ou se a solução aquosa de pH neutro 120 fosse introduzida em qualquer um dos dois primeiros misturadores 15 e 25 (em vez do terceiro misturador 35). Acredita-se que a mistura da mais contaminada das correntes biológicas com a mais ácida (pH mais baixo) das soluções de lavagem (por exemplo, uma primeira solução aquosa 102), e, a jusante da mesma, a mistura de uma composição biológica menos contaminada com uma solução menos ácida (por exemplo, a mistura da composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante 110 com a segunda solução aquosa 114, e a mistura da composição biológica deficiente de contaminante 118 com a solução aquosa de pH neutro 120), rendam um produto muito desejado (mencionado acima como a composição biológica esgotada de contaminante 124), substancialmente reduzido na quantidades de contaminante em relação à composição considerada a ser processada (por exemplo, a composição biológica que contém contaminante 100).

[0023] A Figura 2 ilustra uma modalidade alternativa 12 do método. Conforme ilustrado no presente documento, a primeira mistura 102 inclui pelo menos uma porção da segunda solução aquosa 114. A segunda solução aquosa 114 pode passar através da válvula reguladora de fluxo adequada 130 e ser combinada depois disso diretamente com a segunda solução aquosa ou a montante dessa solução, por exemplo, com a solução ácida 106 e/ou com a primeira solução aquosa 104. Pode se esperar que a primeira e segunda soluções aquosas 104 e 114, respectivamente, contenham ácido e contaminantes (conforme descrito doravante), assim como complexos de ácido-contaminante, assim como pequenas quantidades de outros materiais insolúveis. De modo geral, não se espera que a composição dessas duas soluções seja extremamente diferente. Consequentemente, isso é uma razão pela qual o elemento versado na técnica pode escolher empregar o processo retratado na Figura 2. Embora não retratado em qualquer uma das Figuras 1 ou 2, cada uma dessas soluções 104 e 114, pode opcionalmente passar através de filtros para remover a matéria não aquosa, tal como lama, presente na mesma, antes de ser reciclada da maneira retratada em cada figura. Adicionalmente, e embora não retratado em qualquer uma das Figuras 1 ou 2, cada uma dessas soluções 104 e 114, pode opcionalmente se submeter ao processamento intermediário para separar e remover os complexos de ácido- contaminante usados a partir dessas soluções, antes das soluções serem recicladas da maneira retratada em cada figura.

[0024] O contaminante considerado a ser removido pelo método revelado no presente documento inclui um material selecionado a partir do grupo que consiste em um composto que contém cloro, um composto que contém nitrogênio, um composto que contém fósforo, um composto que contém enxofre, um metal, e misturas dos mesmos. Entre esse grupo, o metal, se estiver presente, é selecionado a partir do grupo que consiste em bário, ferro, cálcio, magnésio, lítio, potássio, sódio, boro, cromo, cobre, chumbo, manganês, níquel, silício, estrôncio, zinco, e misturas dos mesmos. Acredita-se que os métodos sejam especialmente eficazes na remoção de compostos que contêm fósforo. Tais compostos são predominantes em grandes quantidades nas composições biológicas que contêm gorduras animais em relação às composições que não contêm tais gorduras ou contêm quantidades pequenas de tais gorduras. Dessa forma, no pré-tratamento de composições biológicas que contém gorduras animais, e especialmente grandes quantidades de tais gorduras, a remoção desses compostos é especialmente benéfica para o processamento à jusante em um biocombustível.

[0025] Conforme observado acima, o método é útil para remover um contaminante, e particularmente aqueles contaminantes listados acima, de uma composição biológica que contém contaminante que compreende gorduras animais e óleos vegetais. A composição biológica que contém contaminante inclui geralmente um ou mais dentre os ácidos graxos que ocorrem naturalmente e ésteres de ácidos graxos que ocorrem naturalmente. Em determinadas modalidades, a composição inclui um material selecionado a partir do grupo que consiste em óleos de algas, sebo bovino, resíduo graxo, óleo de camelina, óleo de canola/semente de colza, óleo de rícino, gordura suína, óleo de coco, óleo de grãos de café, óleo de milho, óleos de peixe, óleo de cânhamo, óleo de jatrofa, óleo de linhaça, óleo de mostarda, óleo de palma, gordura de aves, óleo de soja, óleo de girassol, tal óleo, ácido graxo de tal óleo, óleo de tungue, óleos de cozinha usados, óleo de cozinha reciclado, e misturas dos mesmos. Em modalidades adicionais, a composição contém um material selecionado a partir do grupo que consiste em sebo bovino, óleos de peixe, gordura de aves, óleos de cozinha usados, óleo de cozinha reciclado, e misturas dos mesmos, em que se entende que esse grupo seja uma maior fonte de gorduras animais.

[0026] As gorduras animais estão prontamente disponíveis devido ao fato de que as indústrias de abatimento, por exemplo, são geralmente bem gerenciadas para procedimentos de controle e manuseio de produto. Mas, as gorduras animais são conhecidas como altamente viscosas e existem na forma sólida à temperatura ambiente, devido à alta concentração de ácidos graxos saturados (versus óleos à base de planta, que têm concentrações maiores de ácidos graxos insaturados). A alta viscosidade geralmente conduz a dificuldades no uso como um combustível devido à atomização insatisfatória, mesmo que sejam geralmente menos resistentes às temperaturas frias que os combustíveis produzidos a partir de materiais à base de planta. Acredita-se que o método seja especialmente eficaz na remoção de contaminantes, tais como compostos que contêm fósforo, de composições biológicas que contêm uma proporção maior em peso de gorduras animais do que óleos vegetais. Por exemplo, acredita-se que o método seja especialmente eficaz na remoção de contaminantes, tais como compostos que contêm fósforo, de composições biológicas, em que as gorduras animais e óleos vegetais estão presentes na composição biológica que contém contaminante em uma razão de peso de gorduras animais: óleos vegetais de cerca de 0.5:1 a cerca de 99:1, e de preferência, em que a razão de peso é de cerca de 5:1 a cerca de 90:1.

[0027] A solução ácida (106) empregada no método tem um pH menor do que cerca de 7. Em uma modalidade alternativa, a solução ácida tem um pH menor do que cerca de 6. Em outra modalidade alternativa, a solução ácida tem um pH menor do que cerca de 5. De modo geral, a solução ácida inclui um ácido selecionado a partir do grupo que consiste em ácido cítrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido clorídrico, ácido nítrico, ácido acético, ácido carbônico, e misturas dos mesmos. Preferencialmente, a solução ácida inclui ácido cítrico, e com até mais preferência, consiste essencialmente em ácido cítrico (com a exclusão de outros ácidos). Acredita-se que o ácido cítrico funcione especialmente bem na remoção dos tipos de contaminantes, tais como compostos que contêm fósforo, encontrados em composições biológicas que incluem gorduras animais. Por exemplo, acredita-se que o ácido cítrico funcione melhor do que o ácido sulfúrico e ácido fosfórico nesse contexto. Consequentemente, em determinadas modalidades, a solução ácida inclui cerca de 20 % em peso a cerca de 75 % em peso de ácido cítrico, com base no peso total da solução ácida. Em outras modalidades, a solução ácida inclui cerca de 20 % em peso a cerca de 40 % em peso de ácido cítrico, com base no peso total da solução ácida.

[0028] As quantidades reduzidas de ácido cítrico, contudo, também são possíveis dependendo do tipo do misturador empregado para misturar as composições alimentadas para as diversas centrífugas. Entre os misturadores adequados para o uso no método revelado estão misturadores estáticos, misturadores de tanque agitado, e misturadores de alto cisalhamento (por exemplo, uma bomba de alto cisalhamento ou misturadores de cavitação). Quanto mais vigorosa a misturação, mais baixa a concentração de ácido que pode ser necessária para alcançar os resultados desejáveis (por exemplo, separação e remoção a jusante de contaminantes).

[0029] O primeiro misturador 20 é útil para misturar uma composição biológica que contém contaminante com a primeira mistura 102 para produzir uma composição biológica rica em ácido 108, que é alimentada para a primeira centrífuga. A primeira mistura 102 é uma mistura de soluções que incluem a solução ácida 106 descrita acima. A composição biológica rica em ácido 108, sendo que é por si própria uma mistura que inclui a solução ácida 106, tem provavelmente um pH ligeiramente maior do que aquele da solução ácida e geralmente menor do que cerca de 7. Em modalidades alternativas, em que, por exemplo, a solução ácida 106 tem um pH menor do que cerca de 6, a composição biológica rica em ácido 108 tem um pH de cerca de 6. Em outras modalidades, em que, por exemplo, a solução ácida 106 tem um pH menor do que cerca de 5, a composição biológica rica em ácido 108 tem um pH de cerca de 5. Em uma modalidade, a composição biológica que contém contaminante 100 e a primeira mistura 102 são misturadas em uma razão de massa de cerca de 5:1 a cerca de 50:1.

[0030] A composição biológica rica em produto ácido 108 é centrifugada na primeira centrífuga 20 para produzir a composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante 110 e um refugo industrial aquoso 112 que contém uma porção do contaminante removida da composição biológica que contém contaminante 100. Em determinadas modalidades, o refugo industrial aquoso 112 inclui pelo menos cerca de 50% do contaminante presente na composição biológica que contém contaminante 100, e em outras modalidades, o refugo industrial aquoso 112 inclui pelo menos cerca de 75% do contaminante presente na composição biológica que contém contaminante 100. Adicionalmente, em determinadas modalidades, a composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante 110 inclui menos do que cerca de 50% do contaminante presente na composição biológica que contém contaminante 100, e em outras modalidades, a composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante 110 inclui menos do que cerca de 25% do contaminante presente na composição biológica que contém contaminante 100. Certamente, quando mais contaminante puder ser removido nessa primeira centrífuga melhor. Mas, revelou-se que até os casos em que quase todo o contaminante considerado a ser removido da composição biológica que contém contaminante foi removido, quantidades adicionais desse contaminante podem ser removidas de maneira eficaz em etapas de centrifugação subsequentes, conforme descrito abaixo.

[0031] A primeira centrífuga 20 (semelhante a segunda e terceira centrífugas 30 e 40, respectivamente) é uma centrífuga de discos. Uma centrífuga de discos é útil para as tarefas de separação que envolvem baixas concentrações de sólidos e tamanhos pequenos de partícula e gotícula encontrados no tipo de composições de líquido-líquido e líquido- sólido que compõem as composições biológicas empregadas no método revelado. Uma centrífuga de discos geralmente separa os sólidos e uma ou duas fases líquidas um do outro em um único processo contínuo, com o uso de forças centrífugas muito altas. Os sólidos mais densos (por exemplo, contaminantes, tais como metais) são submetidos a tais forças grandes que são forçados para fora contra uma parede de reservatório giratório, enquanto que os líquidos menos densos formam camadas internas concêntricas. A interface entre duas camadas internas é mencionada no presente documento como um "componente fragmentário". A centrífuga pode ser virada para permitir a divisão precisa desse componente fragmentário, conforme o operador pode desejar. Adicionalmente, o tempo de residência dentro de cada uma dessas três centrífugas pode ser definido pelo operador, dependendo do nível de contaminação da composição e da quantidade de contaminantes considerados a serem removidos. De modo geral, considera-se que o tempo de residência em cada uma dentre as três centrífugas se situe na faixa a partir de cerca de 5 segundos a cerca de 60 segundos, contudo, as três centrífugas não precisam operar cada uma, com o mesmo tempo de residência. A porção de "discos" da centrífuga inclui placas que fornecem área superficial adicional sobre a qual os componentes de um material de alimentação de centrifugação podem assentados com base na densidade. É a configuração, formato e projeto particular dessas placas que permitem que a centrífuga separe continuamente uma ampla gama de sólidos de uma mistura de líquidos. Um sólido concentrado (por exemplo, uma lama) pode ser removido de maneira contínua, intermitente ou manual, conforme desejado pelo operador. As centrífugas de discos adequadas para o uso de acordo com o método revelado são disponíveis comercialmente junto à, por exemplo, Alfa Laval (Suécia) e GEA Westfalia Separator Group (Alemanha).

[0032] Após a primeira etapa de centrifugação, a composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante 110 é misturada em um segundo misturador 25 com uma segunda solução aquosa 114 para produzir uma segunda mistura 116, que é, então, centrifugada em uma segunda centrífuga 30. Em uma modalidade, a composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante 110 e a segunda solução aquosa 114 são misturadas em uma razão de massa de cerca de 5:1 a cerca de 50:1. A segunda solução aquosa 114 é um produto de uma centrifugação a jusante e tem um pH menor do que cerca de 7. Contudo, das diversas correntes misturadas com a composição biológica à medida que a mesma progride através do processo, está a segunda solução aquosa 114 tem um pH alto relativo. Por exemplo, em relação à primeira solução aquosa 102, uma segunda solução aquosa 114 tem um pH mais alto. Mas, em relação à solução aquosa de pH neutro 120 a jusante, a mesma tem um pH mais baixo. A solução aquosa de pH neutro 120 é predominantemente composta de água selecionada a partir do grupo que consiste em água deionizada, água desmineralizada, e misturas das mesmas, e, de preferência, é água deionizada. A faixa de pH da solução aquosa de pH neutro 120 é entre cerca de 6 e cerca de 9. Preferencialmente, a solução aquosa de pH neutro 120 tem um pH de cerca de 7.

[0033] A segunda mistura 116 é, então, centrifugada em uma segunda centrífuga 30 para produzir uma composição biológica deficiente de contaminante 118 e a primeira solução aquosa 104. Em determinadas modalidades, a primeira solução aquosa 104 inclui pelo menos cerca de 50% do contaminante presente na composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante 110, e em outras modalidades, a primeira solução aquosa 104 inclui pelo menos cerca de 75% do contaminante presente na composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante 110. Adicionalmente, em determinadas modalidades, a composição biológica deficiente de contaminante 118 inclui menos cerca de 50% do contaminante presente na composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante 110, e em outras modalidades, a composição biológica deficiente de contaminante 118 inclui menos cerca de 25% do contaminante presente na composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante 110. A primeira solução aquosa 104 tem, de preferência, um pH menor do que cerca de 7, e com mais preferência, menor do que 7, mas maior do que aquele da solução ácida 106 com a qual é combinada para formar a primeira mistura 104.

[0034] A composição biológica deficiente de contaminante 118 que sai da segunda centrífuga 30 é, então, misturada em um misturador 35 com a solução aquosa de pH neutro 120 para formar a terceira mistura 122, que é, então, centrifugada em uma terceira centrífuga 40. Em uma modalidade, a composição biológica deficiente de contaminante 118 e solução aquosa de pH neutro 120 são misturadas em uma razão de massa de cerca de 5:1 a cerca de 50:1. Após essa misturação, a terceira mistura produzida 122 é centrifugada em uma terceira centrífuga 40 para produzir a segunda solução aquosa 114 (descrita acima), e a composição biológica esgotada de contaminante 124 que contém as gorduras animais e óleos vegetais. Em determinadas modalidades, a segunda solução aquosa 114 inclui pelo menos cerca de 50% do contaminante presente na composição biológica deficiente de contaminante 118, e em outras modalidades, a segunda solução aquosa 114 inclui pelo menos cerca de 75% do contaminante presente na composição biológica deficiente de contaminante 118. Adicionalmente, em determinadas modalidades, a composição biológica esgotada de contaminante 124 inclui menos do que cerca de 50% do contaminante presente na composição biológica deficiente de contaminante 118, e em outras modalidades, a composição biológica esgotada de contaminante 124 inclui menos do que cerca de 25% do contaminante presente na composição biológica deficiente de contaminante 118.

[0035] De acordo com o processo descrito acima (de centrífugas e misturadores), e em uma modalidade, a composição biológica esgotada de contaminante 124 inclui menos do que cerca de 5% em peso do contaminante introduzido no processo através de uma composição biológica que contém contaminante 100. Em uma outra modalidade, a composição biológica esgotada de contaminante 124 inclui menos do que cerca de 2 % em peso do introduzido no processo através de uma composição biológica que contém contaminante 100. Alternativamente, a composição biológica esgotada de contaminante 124 tem, de preferência, um teor de metais total menor do que cerca de 50 partes por milhão (com base em peso) (doravante "ppm"), com mais preferência, menor do que 10 ppm, e com até mais preferência, menor do que 2 ppm. Adicionalmente, a composição biológica esgotada de contaminante 124 tem, de preferência, um teor de composto que contém fósforo menor do que cerca de 20 ppm, com mais preferência, menor do que cerca de 10 ppm, e com até mais preferência, menor do que cerca de 5 ppm. Esse tratamento da composição alimentada 100 e a remoção de contaminantes da mesma resulta em correntes de lama (por exemplo, correntes 126 e 128) que saem das centrífugas, conforme observado acima. Essas correntes de lama contêm os contaminantes e geralmente incluem impurezas insolúveis que têm uma densidade maior do que a água.

[0036] Conforme observado acima na discussão das centrífugas de discos, as centrífugas são desejavelmente equipadas com alavancas ajustáveis (ou dedos) que podem mover a zona de separação (do componente fragmentário). No interior das centrífugas, tal interior é parcialmente definido por um reservatório, as forças centrífugas lançam o material pesado (lama) para uma região externa do reservatório, aonde a lama pode se acumular até que seja eventualmente removida durante, por exemplo, um ciclo de remoção de lama cronometrado. Uma solução ácida aquosa mais densa do que o óleo irá assentar adjacente à camada de lama. A fase de óleo, sendo que é a menos densa em relação à solução ácida e à lama, irá assentar em uma região interna do reservatório. Entre cada camada está uma camada de emulsão de material parcialmente separado, o qual é mencionado no presente documento como o componente fragmentário. O componente fragmentário em cada centrífuga contém um óleo limpo (ou fase leve), assim como água e contaminantes, tais como fosfolipídios presentes como uma emulsão. Em uma primeira centrífuga, com base na divisão do primeiro componente fragmentário especificado no presente documento, uma proporção significativa (em volume) do primeiro componente fragmentário (e a fase pesada no mesmo) é enviada para a segunda centrífuga em uma tentativa de separar adicionalmente os óleos desejáveis da solução ácida aquosa e contaminantes indesejáveis. Por fim, e após a terceira centrífuga, a solução aquosa coletada pode ser reciclada (conforme mostrado nas Figuras) ou porções da mesma podem ser enviadas para um tanque de armazenamento para o processamento adicional.

[0037] A composição biológica esgotada de contaminante 124 pode ser adicionalmente limpa antes da conversão em um biocombustível. Essa limpeza adicional pode incluir passar a composição através de um filtro a vácuo pré-revestido para remover quaisquer partículas finas microscópicas residuais (microfinas). O filtro emprega, de preferência, meios, tais como uma argila ácida, com capacidade para remover metais e polietileno que permanecem na composição na forma de partículas microfinas. Posteriormente, a composição limpa pode ser armazenada para aguardar a conversão em um biocombustível ou passada diretamente para tal processo de conversão (por exemplo, um sistema de reator de hidroconversão).

[0038] Embora o documento sob o no. US-20100056833 A1 descreva um processo de lavagem de um contaminante que contém composição biológica que inclui gorduras animais com uma corrente contrária de solução ácida ao fluxo da alimentação fresca, e o uso de uma pluralidade de estágios de contator-separador, não se acredita que essas sugestões tratem adequadamente dos problemas de gomagem que os operadores encontram na prática. Certamente, estágios adicionais podem ajudar, mas existem custos operacionais e capital alto associado a essa sugestão. Os inventores descobriram agora que uma série particular de operações unitárias (etapas de misturação e centrifugação) trata de maneira melhor e mais confiável do problema de gomagem encontrado com as composições de alimentação que contém gorduras animais. Adicionalmente, a disposição das operações unitárias e condições especificadas no presente documento oferece vantajosamente, ao operador do processo, a capacidade de minimizar a perda de matéria prima fresca (aqui a composição biológica que contém contaminante), enquanto que maximiza a remoção de contaminantes que de outro modo contribuem para a gomagem e formação de cinzas indesejáveis no processamento a jusante (por exemplo, processos de HDO) e outros contaminantes desfavoráveis para o meio ambiente. Ainda adicionalmente, o processo revelado emprega correntes de reciclagem em que a composição biológica limpa (aqui a composição biológica esgotada de contaminante) e a água de tratamento não são contaminadas de maneira cruzada.

EXEMPLOS

[0039] O exemplo e os dados a seguir são fornecidos para ilustrar a invenção, mas não se destinam a limitar o escopo da mesma.

[0040] Um processo de planta piloto foi preparado para realizar os experimentos revelados abaixo. O processo empregado é conforme mostrado nas Figuras 1 e 2, exceto onde observado em contrário.

[0041] Produção de água: Isso envolveu misturar o material de bomba de carga de HDO da planta atual com água deionizada limpa para preparar a água inicial recuperada a partir da terceira centrífuga. Essa água foi usada para a primeira execução para toda a água de alimentação para a primeira e segunda centrífugas 20 e centrífuga 30, respectivamente. Depois que a primeira amostra da composição biológica que contém contaminante (mencionada no presente documento como "FOG") foi passada através de todos os três ciclos de centrífuga, a água (corrente 104) recuperada da segunda centrífuga 30 foi usada 50/50 com a água (corrente 114) a partir da terceira centrífuga 40 na primeira centrífuga 20.

[0042] As FOG's brutas não foram filtradas. Toda a misturação foi imitada com o uso de um mesclador, misturando-se durante 30 segundos no ambiente liquefaciente. Uma amostra de aproximadamente meio litro foi separada da matéria prima bruta para análise. A centrífuga foi imitada com o uso das centrífugas de laboratório, ajustadas em 800 G e 93,33 °C (200 °F) (apesar de baixas velocidades).

[0043] A primeira centrifugação foi realizada três vezes com 900 ml de FOG, 21 ml de água da terceira centrífuga, 21 ml de água da segunda centrífuga e 2 ml de ácido cítrico a 50% (uma amostra de aproximadamente meio litro foi capturada a partir da metade superior dos tubos de centrifugação para análise).

[0044] A segunda etapa de centrifugação foi realizada três vezes com 675 ml de FOG recuperados a partir da metade superior dos tubos de centrifugação da primeira etapa de centrifugação e 31,5 ml de água recuperados da terceira etapa de centrifugação (uma amostra de aproximadamente meio litro foi capturada a partir da metade superior dos tubos de centrifugação para análise, e coletando-se água do fundo do tubo para o experimento de FOG seguinte).

[0045] A terceira etapa de centrifugação foi realizada duas vezes com 450 ml de FOG a partir da metade superior dos tubos de centrifugação da segunda etapa de centrifugação e 21 ml de água deionizada limpa (uma amostra de aproximadamente meio litro foi capturada a partir da metade superior dos tubos de centrifugação para análise, e coletando-se água do fundo do tubo para o experimento de FOG seguinte).

[0046] Quatro amostras de cada ciclo foram testadas para comparação, bruta, após primeira centrífuga, após segunda centrífuga e após terceira centrífuga.

[0047] A maioria das amostras não foi mantida a ~93,33 °C (~200 °F), sob a misturação e preparação para a centrifugação, embora a FOG de sebo tenha sido (devido a sua natureza de endurecimento em temperaturas mais baixas). Isso mostrou, na terceira etapa de centrifugação, que um componente fragmentário branco/castanho-amarelado grande apareceu — mas, após deixar assentar a 93,33 °C (200 °F) na centrífuga inativa durante 30 minutos adicionais, o componente fragmentário grande se tornou um componente fragmentário delgado. O sebo começou com a camada de componente fragmentário delgado. Em operação de escala comercial, uma camada de componente fragmentário leve na terceira centrífuga pode ser encontrada; mas deveria ser uma camada pequena se a temperatura fosse mantida em torno de 93,33 °C (200 °F) e de outro modo consistente através de todas as três etapas de centrifugação.

[0048] As FOGs a seguir foram empregadas: uma alimentação de óleo vegetal que contém quantidades muito pequenas de gorduras animais; uma alimentação de sebo não comestível que contém quantidades substanciais de gorduras animais; e uma alimentação de aves que contém quantidades substanciais de gorduras animais. A alimentação de óleo vegetal foi uma mistura de 70 % em peso de óleo de cozinha reciclado e 30% de óleo de milho, com base no peso total da alimentação de óleo vegetal. Em contraste com essa alimentação de óleo vegetal, a qual pode ser considerada como não tendo quantidade significante de gorduras animais, as outras duas alimentações continham quase 100 % em peso de gorduras animais. A questão de empregar essas três FOGs é demonstrar a remoção de contaminante inesperadamente boa alcançável com uma composição de alimentação que contém gorduras animais, e quantidades significativas de gorduras animais.

[0049] As Figuras 3A a 6 ilustram graficamente a remoção de contaminante (em partes por milhão) alcançada pelo processo de escala de planta piloto mencionado anteriormente. Nas Figuras, "Holcomb - IT" se refere à alimentação de sebo não comestível e "Forest - PF" se refere à alimentação de gordura de aves. Os dados relatados nas Figuras 3A, 3B, 4A, 4B, 5A e 5B, foram obtidos submetendo-se as amostras a ASTM D7111 (Método de teste padrão para determinação de oligoelementos em combustíveis destilados intermediários por espectrometria de emissão atômica de plasma indutivamente acoplada (ICP-AES)), em que os destilados intermediários especificados no teste são substituídos pela amostra (gorduras, óleos e graxas). Os dados relatados na Figura 6 foram obtidos submetendo-se as amostras a AOCS Ca 3a-46 (impurezas insolúveis).

[0050] A descrição mencionada anteriormente é apresenta somente a título de esclarecimento do entendimento, e nenhuma limitação desnecessária deveria ser entendida a partir da mesma, tendo em vista que as modificações dentro do escopo da invenção podem ser evidentes para aqueles elementos versados na técnica.

Claims (20)

1. Método para remover um contaminante de uma composição biológica que contém contaminante que compreende gorduras animais e óleos vegetais caracterizado pelo fato de que compreende:(a) misturar a composição biológica que contém contaminante com uma primeira mistura de uma primeira solução aquosa que possui um pH menor do que 7 e uma solução ácida para produzir uma composição biológica rica em ácido;(b) centrifugar a composição biológica rica em ácido para produzir uma composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante, um refugo industrial aquoso que contém uma porção do contaminante removido da composição biológica que contém contaminante, e um primeiro componente fragmentário, e subsequentemente combinar 90% (em volume) ou mais do primeiro componente fragmentário com a composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante e combinar o saldo restante (em volume) do primeiro componente fragmentário com o refugo industrial aquoso;(c) misturar a composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante compreendendo 90% (em volume) ou mais do primeiro componente fragmentário com uma segunda solução aquosa para produzir uma segunda mistura, em que a segunda solução aquosa possui um pH menor do que 7, porém maior do que o pH da primeira solução aquosa;(d) centrifugar a segunda mistura para produzir uma composição biológica deficiente de contaminante e a primeira solução aquosa;(e) misturar a composição biológica deficiente de contaminante com uma solução aquosa de pH neutro para produzir uma terceira mistura; e(f) centrifugar a terceira mistura para produzir a segunda solução aquosa e uma composição biológica esgotada de contaminante que compreende as gorduras animais e os óleos vegetais.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira mistura compreende uma porção da segunda solução aquosa.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda solução aquosa compreende adicionalmente a solução ácida.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o contaminante é um material selecionado a partir do grupo que consiste em um composto que contém cloro, um composto que contém nitrogênio, um composto que contém fósforo, um composto que contém enxofre, um metal e misturas de quaisquer dois ou mais dos mesmos.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição biológica que contém contaminante compreende um ou mais dentre os ácidos graxos que ocorrem naturalmente e os ésteres de ácidos graxos que ocorrem naturalmente.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a composição biológica que contém contaminante compreende um material selecionado a partir do grupo que consiste em óleos de algas, sebo bovino, resíduo graxo, óleo de camelina, óleo de canola/semente de colza, óleo de rícino, gordura suína, óleo de coco, óleo de grãos de café, óleo de milho, óleos de peixe, óleo de cânhamo, óleo de jatrofa, óleo de linhaça, óleo de mostarda, óleo de palma, gordura de aves, óleo de soja, óleo de girassol, talóleo, ácido graxo de talóleo, óleo de tungue, óleos de cozinha usados, óleo de cozinha reciclado e misturas de quaisquer dois ou mais dos mesmos.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a composição biológica que contém contaminante compreende um material selecionado a partir do grupo que consiste em sebo bovino, óleos de peixe, gordura de aves, óleos de cozinha usados, óleo de cozinha reciclado e misturas de quaisquer dois ou mais dos mesmos.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as gorduras animais e os óleos vegetais estão presentes na composição biológica que contém contaminante em uma razão de peso entre gorduras animais e óleos vegetais de 0,5:1 a 99:1.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a razão de peso é de 5:1 a 90:1.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira solução aquosa possui um pH menor do que 5.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução ácida compreende um ácido selecionado a partir do grupo que consiste em ácido cítrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido clorídrico, ácido nítrico, ácido acético, ácido carbônico e misturas de quaisquer dois ou mais dos mesmos.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a solução ácida compreende 20% em peso a 75% em peso de ácido cítrico, com base no peso total da solução ácida.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a solução ácida compreende 20% em peso a 40% em peso de ácido cítrico, com base no peso total da solução ácida.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a composição biológica esgotada decontaminante compreende menos do que 5% em peso do contaminante.

15. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a composição biológica que contémcontaminante e a primeira mistura são misturadas em uma razão de massa de5:1 a 50:1.

16. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição biológica rica em ácido e deficiente de contaminante e a segunda solução aquosa são misturadas em uma razão de massa de 5:1 a 50:1.

17. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição biológica deficiente de contaminante e a solução aquosa de pH neutro são misturadas em uma razão de massa de 5:1 a 50:1.

18. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa (d) produz, ainda, um segundo componente fragmentário, sendo que 10% (em volume) ou menos do mesmo é combinado com a composição biológica deficiente de contaminante, e o saldo (em volume) do mesmo é combinado com a primeira solução aquosa.

19. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa (f) produz, ainda, um terceiro componente fragmentário, sendo que 10% (em volume) ou menos do mesmo é combinado com a composição biológica esgotada de contaminante, e o saldo (em volume) é combinado com a segunda solução aquosa.

20. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as etapas (b), (d) e (f) são realizadas independentemente em uma centrífuga de discos.

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