EP2616419A1 - Procede de purification du glycerol brut - Google Patents

Procede de purification du glycerol brut

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Publication number
EP2616419A1
EP2616419A1 EP11754390.0A EP11754390A EP2616419A1 EP 2616419 A1 EP2616419 A1 EP 2616419A1 EP 11754390 A EP11754390 A EP 11754390A EP 2616419 A1 EP2616419 A1 EP 2616419A1
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EP
European Patent Office
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glycerol
crude glycerol
solvent
process according
crude
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11754390.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sergio Mastroianni
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Rhodia Operations SAS
Original Assignee
Rhodia Operations SAS
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Publication date
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/74—Separation; Purification; Use of additives, e.g. for stabilisation
    • C07C29/76—Separation; Purification; Use of additives, e.g. for stabilisation by physical treatment
    • C07C29/86—Separation; Purification; Use of additives, e.g. for stabilisation by physical treatment by liquid-liquid treatment

Definitions

  • the present invention relates to a process for purifying crude glycerol obtained from raw materials such as glycerol obtained during the manufacture of biodiesel or glycerol obtained during transformations of fats or oils.
  • the invention aims in particular to dissolve glycerol in an organic solvent and form an insoluble phase comprising the salts of crude glycerol.
  • Glycerol 1,2,3-propanetriol
  • Glycerol is present in combination form in vegetable and animal oils and fats. It is especially present in the form of triglycerides combined with fatty acids such as stearic, oleic, palmitic and lauric acids.
  • the most common industrial process for obtaining glycerol from vegetable and animal oils and fats involves saponification reactions, high pressure hydrolysis and transesterification with alcohols, such as ethanol or methanol.
  • Glycerol is also a by-product of biodiesel which is generally obtained by the transesterification of glycerides with short chain alcohols, for example methanol or ethanol.
  • the transesterification reaction is catalyzed by an acid or a base, depending on the characteristics of the oils and / or greases used.
  • the resulting esters are separated from excess reactants, catalyst and by-products by a two-step process. First, the glycerol is separated by decantation or centrifugation, then the soaps, the catalyst and alcohol residues are removed by washing with water and bubbling or using magnesium silicate with filtration.
  • the significant production of biodiesel as an alternative to fossil fuels is accompanied by a high production of by-product glycerol.
  • the crude glycerol obtained comprises impurities which involve numerous and complex treatment steps.
  • Such a purification process is therefore not interesting at the industrial level.
  • US Patent 4,990,695 describes the purification of crude glycerol with a combination of operations such as pH adjustment in a range of 9 to 12, heating the medium to 100 ° C, microfiltration and then ultrafiltration. The glycerol obtained is then distilled, optionally after treatment with ion exchange compounds.
  • the present invention thus relates to a crude glycerol purification process comprising at least the following steps:
  • the insoluble phase is generally a heterogeneous dispersed phase in the majority phase and is in the form of a precipitate.
  • the process of the invention can be carried out continuously or discontinuously. The steps mentioned can be performed successively and one after the other or not. Each of the steps of the process can be carried out continuously or discontinuously.
  • the method according to the invention is implemented by the strict succession of steps a), b), c) and d) without performing an intermediate or additional step.
  • said liquid phase comprising the dissolved glycerol formed during said step a) is not subjected, in itself, to any other treatment than the separation of said step c) during which the glycerol is separated from the solvent.
  • the crude glycerol is preferably obtained from renewable raw materials, in particular the crude glycerol is obtained during the manufacture of biodiesel or obtained during the transformation of fats or oils, particularly animal or vegetable fats or oils.
  • the crude glycerol is generally obtained by saponification reaction, transesterification and / or hydrolysis of animal or vegetable fats or oils.
  • the crude glycerol generally comprises from 5 to 95% by weight of glycerol, in particular from 40 to 90% by weight of glycerol and more particularly from 60 to 90% of glycerol.
  • Crude glycerol also includes inorganic salts, glycerides, water and other organic compounds.
  • the crude glycerol may optionally be treated for the process of the invention, in particular for example by adjusting the pH, filtration or distillation. It is thus possible to filter the crude glycerol to remove insoluble organic material and / or distill it generally at temperatures between 100 and 120 ° C at atmospheric pressure to remove water and volatile compounds. Part or all of the water contained in the crude glycerol can also be evaporated before glycerol is dissolved in the solvent.
  • Step a) of the process according to the invention aims at dissolving glycerol in the organic solvent and forming an insoluble phase comprising the salts of crude glycerol.
  • One or more solvents can be used.
  • the solvent according to the invention may in particular be a ketone, an alcohol, an aldehyde, an acetal and / or a ketal. Acetals are obtained by nucleophilic addition of an alcohol to an aldehyde in an acidic medium, followed by removal of water. The ketals are obtained by the same type of reaction performed on ketones.
  • the ketones preferentially used are acetone, cyclohexanone, methyl cyclohexanone, cyclopentanone, methyl cyclopentanone and methyl isobutyl ketone (MIBK).
  • the preferred aldehydes are formaldehyde, acetaldehyde and furfuraldehyde.
  • the alcohols preferentially used are ethanol, methanol and isopropanol.
  • the ketals and acetals are preferably dioxonals such as 2,2-dimethyl-1,3-dioxolane 4 methanol (solketal) for example.
  • An organic solvent mixture such as a mixture of alcohol and ketone, particularly a mixture of acetone and ethanol, is particularly preferred.
  • step a no catalyst capable of catalyzing a reaction between the glycerol and the organic solvent or solvents of the medium, especially an esterification catalyst, will be used.
  • Step a) can last between 2 minutes and 1 hour. It can be carried out at a temperature of between 10 and 100 ° C., in particular between 20 and 50 ° C.
  • the pH during this step can be between 6 and 12, preferably between 7 and 12.
  • the mass ratio between the crude glycerol and the solvent is in particular a function of the solubility of glycerol in said solvent, and for example preferably between 1/1 and 1/50, more preferably between 1/1 and 1/25.
  • Step b) aims at the separation of the precipitate obtained in step a) from the liquid phase comprising the solvent and the dissolved glycerol.
  • Step c) is aimed at separating the solvent and the glycerol which is dissolved in the solvent.
  • evaporation or distillation can be carried out for this purpose.
  • step c) it is also possible to separate the water contained in the crude glycerol.
  • the evaporation will include the passing of the organic solvent (s) in the gaseous state so as to recover the glycerol in the liquid state.
  • one or more distillation columns can be used.
  • the different compounds can be distilled on the same distillation column by varying the temperature, and possibly the pressure; for example proceed to the distillation of the organic solvent, then an increase in the temperature to distill the glycerol.
  • Temperatures between 60 and 190 ° C are usually used and pressures between 2 and 1000 mbar are used.
  • the purified glycerol is then obtained and can be used in various applications requiring a high purity level.
  • the commercially available crude glycerol has the following composition: 79.3% by weight of glycerol, 15.8% by weight of water, 1.61% by weight of Na + and 2.56% by weight of Cl-. 120.2 g of crude glycerol are added at room temperature to 2464 g of acetone. The mixture is stirred for 15 minutes until dissolution of the glycerol in acetone and formation of an insoluble phase. The liquid phase is filtered using a PTFE filter with a pore diameter of 0.2 ⁇ m; then the solvent and the water are evaporated under vacuum at a temperature of 60 ° C and a pressure of 0.3 bar absolute.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procédé de purification du glycérol brut obtenu à partir de matières premières telles que le glycérol obtenu au cours de la fabrication du biodiésel ou du glycérol obtenu au cours de transformations des graisses ou d'huiles. L'invention vise notamment à dissoudre le glycérol dans un solvant organique et former une phase insoluble comprenant les sels du glycérol brut.

Description

PROCEDE DE PURIFICATION DU GLYCEROL BRUT
La présente invention concerne un procédé de purification du glycérol brut obtenu à partir de matières premières telles que le glycérol obtenu au cours de la fabrication du biodiésel ou du glycérol obtenu au cours de transformations des graisses ou d'huiles. L'invention vise notamment à dissoudre le glycérol dans un solvant organique et former une phase insoluble comprenant les sels du glycérol brut.
ART ANTERIEUR
Le glycérol, le 1 ,2,3-propanetriol, est présent sous forme combinée dans des huiles et graisses végétales et animales. Il est notamment présent sous forme de triglycérides combinés à des acides gras tels que les acides stéarique, oléique, palmitique et laurique. Le procédé industriel le plus répandu pour obtenir du glycérol à partir des huiles et graisses végétales et animales implique des réactions de saponification, d'hydrolyse haute pression et de transestérification avec des alcools, tels que l'éthanol ou le méthanol.
Le glycérol est également un sous-produit du biodiesel qui est obtenu généralement par la transestérification de glycérides par des alcools à chaînes courtes, par exemple le méthanol ou l'éthanol. La réaction de transestérification est catalysée par un acide ou une base, selon les caractéristiques des huiles et/ou des graisses utilisées. Après la réaction de transestérification, les esters résultants sont séparés des réactifs en excès, du catalyseur et des sous-produits par un procédé comportant deux étapes. D'abord, on sépare le glycérol par décantation ou centrifugation, puis, on élimine les savons, les résidus de catalyseur et d'alcool par lavage à l'eau et barbotage ou utilisation de silicate de magnésium avec filtration. La production importante de biodiesel comme alternative aux sources fossiles s'accompagne d'une production élevée de glycérol obtenu comme sous-produit. Selon les procédés de fabrication, le glycérol brut obtenu comprend des impuretés qui impliquent de nombreuses et complexes étapes de traitements. A cette fin, il est notamment connu de purifier le glycérol brut par distillation en opérant avec des conditions particulières pour ne pas altérer le glycérol qui se décompose à des températures de 170-180 °C et qui peut se polymériser et générer des impuretés. Un tel procédé de purification n'est donc pas intéressant au niveau industriel.
Il existe ainsi un certain nombre de techniques complexes qui ont été développées dans le passé pour purifier du glycérol tout en évitant des décompositions ou autres réactions non désirées. Par exemple, le brevet US 4,655,879 décrit un procédé de purification de glycérol brut très laborieux qui implique un grand nombre d'étapes dans lesquelles le glycérol brut est d'abord alcalinisé en présence d'air pour oxydation, puis distillé à de hautes températures sous pression réduites. Comme le glycérol obtenu présente une couleur non désirée, il est par ailleurs nécessaire de procéder à un traitement supplémentaire au charbon activé.
Le brevet US 4,990,695 décrit la purification du glycérol brut avec une combinaison d'opérations telles que l'ajustement du pH dans une gamme de 9 à 12, chauffage du milieu à 100°C, microfiltration et ensuite ultrafiltration. Le glycérol obtenu est alors distillé, éventuellement après un traitement avec des composés échangeurs d'ions.
L'art antérieur connaît aussi d'autres méthodes complexes telles que l'electro- désionisation, le traitement à l'acide phosphorique ou l'acide sulfurique qui nécessitent plusieurs étapes contraignantes de séparation.
Il est ainsi recherché le développement d'un procédé simple et industriel de purification du glycérol à partir de glycérol brut qui soit peu coûteux et dans des conditions usuelles de températures et de pression ; permettant d'obtenir du glycérol purifié ayant une qualité adéquate pour un certain nombre d'applications, tout en évitant les inconvénients mentionnés précédemment. INVENTION
Il a maintenant été mis en évidence qu'il était possible de purifier du glycérol brut par un procédé simple a mettre en œuvre, efficace et qui par ailleurs n'altérait pas le glycérol ou sa couleur. Ce procédé consiste à ajouter au glycérol brut une quantité de solvant organique qui va dissoudre le glycérol et ainsi former une phase insoluble constituée d'un mélange hétérogène de sels et de quelques composés organiques. Cette phase insoluble va ensuite être séparée du milieu liquide et enfin le solvant sera séparé du glycérol purifié. Un tel procédé présente de nombreux avantages. En effet, ce procédé permet une excellente purification et séparation du glycérol quel que soit le type de glycérol brut utilisé. On obtient notamment une pureté supérieure à 95%, de préférence supérieure à 97%, de glycérol contenant de très faibles quantités de sels résiduels ; et le solvant utilisé peut parfaitement être recyclé.
La présente invention concerne ainsi un procédé de purification de glycérol brut comprenant au moins les étapes suivantes :
(a) mis en présence du glycérol brut et d'au moins un solvant organique comprenant de 1 à 10 atomes de carbone et comprenant au moins une fonction cétone, aldéhyde, alcool, acétal et/ou cétal ;de manière à former une phase liquide comprenant le glycérol dissous dans le ou les solvants et former également une phase insoluble ;
(b) séparation de la phase insoluble et de la phase liquide ;
(c) séparation du solvant et du glycérol de la phase liquide ; et
(d) récupération du glycérol. La phase insoluble est généralement une phase dispersée hétérogène dans la phase majoritaire et se présente sous la forme d'un précipité. Le procédé de l'invention peut être réalisé en continu ou en discontinu. Les étapes mentionnées peuvent être réalisées successivement et les unes à la suite des autres ou non. Chacune des étapes du procédé peut être réalisée en continu ou en discontinu. De manière préférée, le procédé selon l'invention est mis en œuvre par la stricte succession des étapes a), b), c) et d) sans effectuer d'étape intermédiaire ou supplémentaire. En particulier et de manière avantageuse, ladite phase liquide comprenant le glycérol dissous formée au cours de ladite étape a) n'est soumise, en elle-même, à aucun autre traitement que la séparation de ladite étape c) au cours de laquelle le glycérol est séparé du solvant.
Le glycérol brut est préférentiellement obtenu à partir de matières premières renouvelables, en particulier le glycérol brut est obtenu au cours de la fabrication du biodiesel ou obtenu au cours de transformation de graisses ou d'huiles, particulièrement des graisses ou huiles animales ou végétales. Le glycérol brut est généralement obtenu par réaction de saponification, transestérification et/ou hydrolyse des graisses ou huiles animales ou végétales.
Le glycérol brut comprend généralement de 5 à 95 % en poids de glycérol, notamment de 40 à 90 % en poids de glycérol et plus particulièrement de 60 à 90% de glycérol. Le glycérol brut comprend également des sels inorganiques, des glycérides, de l'eau et d'autres composés organiques.
Le glycérol brut peut éventuellement être traité pour le procédé de l'invention, notamment par exemple par ajustement du pH, filtration ou distillation. Il est ainsi possible de filtrer le glycérol brut afin d'éliminer les matières organiques insolubles et/ou de le distiller généralement à des températures comprises entre 100 et 120°C à la pression atmosphérique pour éliminer de l'eau et les composés volatiles. On peut également évaporer une partie ou la totalité de l'eau contenue dans le glycérol brut avant la dissolution du glycérol dans le solvant.
L'étape a) du procédé selon l'invention vise a dissoudre le glycérol dans le solvant organique et former une phase insoluble comprenant les sels du glycérol brut. On peut utiliser un ou plusieurs solvants. Le solvant selon l'invention peut notamment être une cétone, un alcool, un aldéhyde, un acétal et/ou un cétal. Les acétals sont obtenus par addition nucléophile d'un alcool sur un aldéhyde en milieu acide, suivie d'une élimination d'eau. Les cétals sont obtenus par le même type de réaction effectuée sur les cétones.
Les cétones préférentiellement utilisées sont l'acétone, la cyclohexanone, la méthyl cyclohexanone, la cyclopentanone, la méthyl cyclopentanone et la méthyl isobutyl cétone (MIBK). Les aldéhydes préférentiellement utilisés sont le formaldéhyde, l'acétaldéhyde et la furfuraldehyde. Les alcools préférentiellement utilisés sont l'éthanol, le méthanol et l'isopropanol. Les cétals et acétals sont préfentiellement des dioxonales tel que le 2,2 diméthyl 1 ,3-dioxolane 4 methanol (solketal) par exemple. On préfère notamment un mélange de solvants organique, tel qu'un mélange d'alcool et de cétone, particulièrement un mélange d'acétone et d'éthanol.
Dans l'étape a), on n'utilisera pas de catalyseur susceptible de catalyser une réaction entre le glycérol et le ou les solvants organiques du milieu, notamment pas un catalyseur d'estérification.
L'étape a) peut durer entre 2 minutes et 1 heure. Elle peut être réalisée à une température comprise entre 10 et 100°C, notamment entre 20 et 50°C. Le pH lors de cette étape peut être compris entre 6 et 12, préférentiellement entre 7 et 12.
Le rapport massique entre le glycérol brut et le solvant (glycerol brut/solvant) est notamment fonction de la solubilité du glycérol dans ledit solvant, et par exemple préférentiellement compris entre 1/1 et 1/50, plus préférentiellement compris entre 1/1 et 1/25.
L'étape b) vise à la séparation du précipité obtenu à l'étape a) de la phase liquide comprenant le solvant et le glycérol dissous. On peut notamment procéder à une filtration, une décantation ou une centrifugation. L'étape c) vise à la séparation du solvant et du glycérol qui est dissous dans le solvant. On peut notamment procéder à une évaporation ou une distillation pour ce faire.
Dans l'étape c) on peut également procéder à la séparation de l'eau contenue dans le glycérol brut.
L'évaporation va notamment consister à faire passer le ou les solvants organiques à l'état gazeux de manière a pouvoir récupérer le glycérol à l'état liquide.
Pour procéder à la distillation, on peut utiliser une ou plusieurs colonnes de distillation. On peut notamment distiller les différents composés sur une même colonne de distillation en faisant varier la température, et éventuellement la pression ; par exemple procéder à la distillation du solvant organique, puis une augmentation de la température pour distiller le glycérol. On utilise habituellement des températures comprises entre 60 et 190°C, et des pressions comprises entre 2 et 1000 m bars.
Le glycérol purifié est ensuite obtenue et peut être utilisé dans diverses applications requérants un taux de pureté élevé.
Un langage spécifique est utilisé dans la description de manière à faciliter la compréhension du principe de l'invention. Il doit néanmoins être compris qu'aucune limitation de la portée de l'invention n'est envisagée par l'utilisation de ce langage spécifique. Des modifications, améliorations et perfectionnements peuvent notamment être envisagés par une personne au fait du domaine technique concerné sur la base de ses propres connaissances générales.
Le terme et/ou inclut les significations et, ou, ainsi que toutes les autres combinaisons possibles des éléments connectés à ce terme. D'autres détails ou avantages de l'invention apparaîtront plus clairement au vu des exemples donnés ci-dessous uniquement à titre indicatif.
PARTIE EXPERIMENTALE
Exemple 1
Le glycérol brut disponible commercialement présente la composition suivante : 79,3 % en poids de glycérol, 15,8 % en poids d'eau, 1 ,61 % en poids de Na+ et 2, 56 % en poids de Cl-. 120,2 g de glycérol brut sont ajouté à température ambiante à 2464 g d'acétone. Le mélange est agité pendant 15 minutes jusqu'à dissolution du glycérol dans l'acétone et formation d'une phase insoluble. La phase liquide est filtrée en utilisant un filtre en PTFE avec un diamètre de pores de 0,2 pm ; puis le solvant et l'eau sont évaporés sous vide à une température de 60°C et une pression de 0,3 bar absolu.
On récupère alors 88,93 g de glycérol purifié, comprenant 97,5 % en poids de glycérol. Exemple 2
150,8 g de glycérol brut sont ajouté à température ambiante à 91 ,3 g d'éthanol et 1754,3 g d'acétone. Le mélange est agité pendant 20 minutes jusqu'à dissolution du glycérol dans l'acétone et formation d'une phase insoluble. La phase liquide est filtrée en utilisant un filtre en PTFE avec un diamètre de pores de 0,2 pm ; puis le solvant est évaporé sous vide à une température de 75°C et une pression de 0,3 bar absolu.
On récupère alors 106,7 g de glycérol purifié, comprenant 98,3 % en poids de glycérol.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de purification de glycérol brut comprenant au moins les étapes suivantes :
(a) mis en présence du glycérol brut et d'au moins un solvant organique comprenant de 1 à 10 atomes de carbone et comprenant au moins une fonction cétone, aldéhyde, alcool, acétal et/ou cétal ;de manière à former une phase liquide comprenant le glycérol dissous dans le ou les solvants et former également une phase insoluble sous la forme d'un précipité ;
(b) séparation de la phase insoluble et de la phase liquide ;
(c) séparation du solvant et du glycérol de la phase liquide ; et
(d) récupération du glycérol.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le glycérol brut provient de matières premières renouvelables.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le glycérol brut est obtenu au cours de la fabrication du biodiesel ou au cours de transformation de graisses ou d'huiles, particulièrement des graisses ou huiles animales ou végétales.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cétone est choisie dans le groupe comprenant l'acétone, la cyclohexanone, la méthyl cyclohexanone, la cyclopentanone, la méthyl cyclopentanone et la méthyl isobutyl cétone.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aldéhyde est choisi dans le groupe comprenant le formaldéhyde, l'acétaldéhyde et la furfuraldehyde.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alcool est choisi dans el groupe comprenant sont l'éthanol, le méthanol et l'isopropanol.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cétal ou l'acétal est un dioxolane.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport massique entre le glycérol brut et le solvant (glycerol brut/solvant) est compris entre 1/1 et 1/50.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la séparation de l'étape b) est réalisée par filtration.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la séparation de l'étape c) est réalisée par évaporation.
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