ES2243855T3 - Metodo y aparato para la recuperacion de un solvente. - Google Patents

Abstract

Un método para recuperar un solvente hidrofluorocarbonado (HFC) usado en la extracción de biomasa, que comprende, tras usar el solvente para extraer biomasa, (a) pasar el solvente por un adsorbente para contaminantes orgánicos, y (b) desecar el solvente para reducir su contenido de agua,

Description

Método y aparato para la recuperación de un solvente.

El invento se refiere a la recuperación de un solvente, especialmente solvente hidrofluorocarbonado (HFC) usado en la extracción de componentes a partir de materiales de origen natural. De aquí en adelante estos materiales serán denominados "biomasa" y la extracción de tales componentes se llamará "extracto de biomasa".

La extracción de sabores, fragancias y componentes activos farmaceuticamente a partir de materiales de origen natural que usan solventes libres de cloro basados en hidrofluorocarbonados es de creciente interés técnico y comercial. Para evitar la indeseada emisión a la atmósfera de tales solventes, los solventes basados en HFC normalmente se utilizan en una configuración de sistema de extracción de lazo cerrado.

Con el término "hidrofluorocarbonado" nos referimos a materiales que contienen carbono, hidrógeno y átomos de flúor solamente y por lo que están libres de cloro.

Hidrofluorocarbonados preferidos son los hidrofluoroalcanos y particularmente, los hidrofluoroalcanos C_{1-4}. Ejemplos adecuados de hidrofluoroalcanos C_{1-4} que pueden usarse como solventes incluyen, entre otros, trifluorometano (R-23), fluorometano (R-41), difluorometano (R-32), pentafluoroetano (R-125), 1,1,1-trifluoretano (R143a), 1,1,2,2-tetrafluoroetano (R-134), 1,1,1,2-tetrafluoroetano (R-134a), 1,1-difluoroetano (R-152a), heptafluoropropanos y particularmente 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano (R-227ea), 1,1,1,2,3,3-hexafluoropropano (R-236ea), 1,1,1,2,2,3-hexafluoropropano (R-236cb), 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropano (R-236fa), 1,1,1,3,3-pentafluoropropano (R-245fa), 1,1,1,2,3-pentafluoropropano (R-245ca), 1,1,1,2,3-pentafluoropropano (R-24eb), 1,1,2,3,3-pentafluoroptropano (R-245ea) y 1,1,1,
3,3,-pentafluorobutano (R-365mfc). Las mezclas de dos o mas hidroflurocarbonados deben de usarse como de-
seado.

Se prefieren R-134a, R-227ea, R-32, R-125, y R-245fa.

Un hidroflurocarbonado especialmente preferido para su uso en el presente invento es el 1,1,1,2,-tetrafluoroetano (R-134a)

Existen por lo general tres métodos en los cuales el solvente puede manejarse en tal sistema:

(a) Una vez al paso. Se utiliza un muestra de solvente para cada operación de extracción de biomasa para minimizar la contaminación de interproducto por el solvente o construcción de residuos indeseados dentro del solvente.

(b) Solvente dedicado. Se mantiene una muestra solvente para cada tipo de biomasa que hay que extraer para minimizar la contaminación de interproducto a través de solvente.

(c) Recuperación y Reciclaje in situ. Se recupera y recicla el solvente para su uso entre muestras de extracciones y/o entre operaciones de extracción.

Opción (c) tiene una serie de ventajas sobre (a) o (b), en particular;

\bullet Minimización de los costos de pérdidas de disposición de solvente debido a un proceso de vida extendido,

\bullet Minimización del transporte del solvente entre el lugar de extracción y la instalación de reprocesamiento.

\bullet Minimización del almacenamiento del solvente presurizado en el sitio de extracción.

Todo esto contribuyendo a una mejorada efectividad de costes para los productos del proceso de extracción. Claramente, para implementar la opción (c) se necesita un método fiable para asegurar un nivel aceptablemente bajo de contaminantes dentro de la muestra. Para ser efectivo, el método necesita ser capaz de retirar un amplio rango de posibles contaminantes orgánicos del solvente basado en HFC y secar el solvente antes de guardarlo entre las extracciones.

En las extracciones en donde las propiedades de solvencia de un solo solvente HFC no son capaces de proveer el producto deseado de modo apropiado o pureza o en donde las propiedades físicas del HFC no son favorables, entonces se puede requerir el uso de una mezcla de solventes. Típicamente, estas mezclas de solventes pueden basarse en mezclas de HFCs (p. ej. R134a, R-227ea, R-32, R-125 y R-245ca) o en mezclas con solventes esencialmente co-hirviendo (por ejemplo éter R-134a/dimetilo, R-134 a/butano o R-134a/CO_{2}). El etanol representa el elemento más significativo de un tercer grupo de co-solventes o agentes de adición que pueden ser de importancia tecnológica en la extracción de materiales con solventes basados en HFC.

Un problema asociado con todas estas mezclas en una aplicación de nuevo uso de solvente como lo descrito arriba es la de asegurar una composición inicial reproducible para la mezcla de solvente.

La fig. 1 es una representación esquemática de un ciclo de extracción de solvente típica de lazo cerrado.

En la fig. 1 el aparato 10 biomasa es empaquetado en un contenedor de extracción 11 conectado a un circuito de lazo cerrado que comprende, en series, un filtro 12, un separador en forma de un evaporador 14, un compresor 16 y un receptor de 17 condensador / líquido,

En el uso del aparato 10 un solvente HFC líquido pasa por la biomasa en el contenedor de extracción 11, retirando de este los componentes preferidos. La mezcla líquida de solvente / extracto pasa por el evaporador 14 donde el solvente está evaporado y se recogen los componentes preferidos. Los componentes preferidos pueden ser p. ej. en forma líquida, o pueden ser pastas, silicatos o adoptar otras formas físicas. El compresor 16 y el condensador 17 comprimen y condensan el solvente antes de devolverlo al contenedor de extracción 11 para retirar otros componentes preferentes de la biomasa en este.

Una destilación cuidadosa del solvente del evaporador al receptor de condensador / líquido es probable que de como resultado la retirada de la mayoría de los contaminantes de la extracción, pero en ausencia de un aparato de destilación adecuadamente diseñado es poco probable que sea completamente efectivo, resultando en una contaminación del solvente.

De acuerdo con un primer aspecto del invento se ha provisto un método tal como el definido en la reivindicación 1.

Este método es ventajosamente efectivo al recuperar solvente HFC puro. El procedimiento puede ser conducido repetidamente reciclando el solvente a través del absorbente y materiales varias veces hasta que se logren los niveles deseados de agua y contaminantes. El proceso de purificación puede ser conducido dentro del circuito del aparato de extracción, actuando así para lavar continuamente de solvente el equipo de extracción, o en equipos fuera del lazo de extracción. Estos aspectos del invento se definen las reivindicaciones 2 a 4.

Preferentemente, el adsorbente se basa en carbono. Mas preferentemente el adsorbente es o incluye un carbono activado derivado de materiales de un vegetal como el coco, o de pirólisis de materiales fósiles del petróleo.

Los materiales adsorbentes y desecantes, cuando ambos se utilizan, pueden estar dentro de un solo contenedor o en una cantidad de estos individuales.

Mientras que el procedimiento arriba descrito será adecuado para mezclas HFC y para mezclas de HFCs con componentes co-hirviendo, la gran disparidad entre las propiedades físicas del HFC y solventes de agente de adición en el tercer grupo necesita un ataque distinto.

En las reivindicaciones 9 a 14 se definen otras soluciones para este problema añadido. Así se propone que el camino mas apropiado para proveer una composición de solvente de inicio reproducible es retirar el solvente de agente de adición del líquido HFC al final de la extracción y reintroducir el agente de adición de una manera controlada en el extremo frontal del proceso. Para etanol, el volumen del agente de adición será retenido en el evaporador de solvente 14 conjuntamente con el producto de extracto que requiere etanol adicional que se añada al solvente HFC antes de entrar en el vaso de extracción. Durante el ciclo de extracción, la cantidad de agente de adición que vuelve del evaporador no es probable que de como resultado problemas significativos ya que la tasa de alimentación de agente de adición añadido puede ajustarse si así se desea. Si la temperatura de evaporación es suficientemente alta, circulará una cantidad significante de etanol en el solvente HFC al final de la extracción. Si los niveles de etanol en el HFC son altos, entonces es probable que estos interfieran con la función de ambos, el contaminante adsorbente y el desecante. En estas circunstancias, el exceso de etanol puede quitarse lavando el solvente HFC con agua antes de la retirada del contaminante y el proceso de secado descrito arriba. Esta agua puede acompañarse pasando el vapor HFC por una piscina de agua, a través de un material de filtro hidrofílico (por ej. celulosa) humedecido con agua o lavando el líquido HFC con agua seguido de un vertido.

Otro aspecto de la ventaja del método del invento es que este permite que una mezcla basada en HFC circule por el sistema 10 para actuar como liquido limpiador entre operaciones de extracción. Cualquier solvente agente de adición contaminado se acumulará en el evaporador y se lava en agua con el componente HFC recuperado para su re-uso.

De acuerdo con un segundo aspecto del invento se ha provisto un aparato tal como definido en la reivindicación 15. Algunas características opcionales del aparato se definen en las reivindicaciones 16 a 20.

El aparato del invento es ventajosamente adecuado para llevar a la práctica los pasos del método aquí descritos.

Sigue a continuación una descripción de las realizaciones preferentes del invento, por vía de un ejemplo no limitativo con referencia a los dibujos que le acompañan en, los cuales:

La fig. 1 es una representación esquemática de un circuito de extracción de biomasa de lazo cerrado que no forma parte del invento, pero que ilustra un método de extracción de biomasa;

La fig. 2 muestra el aparato de la fig. 1 modificado de acuerdo con el invento,

La fig. 3 muestra una variante de parte del aparato de la Fig. 2

La fig. 4 muestra otra realización del invento, y

La fig. 5 muestra una variante de parte del aparato de la fig.4

La fig. 2 muestra el aparato 10 de la fig. 1 modificado para practicar el método de la invención. Solamente se describen aquí en detalle las diferencias comparado con el aparato de la fig. 1, siendo el resto del aparato como en fig. 1.

Una línea de puente 18 para recuperar solvente HFC líquido contaminado es conectable operativamente en paralelo con el evaporador 14 y compresor 16 del circuito de la fig. 2.

Otra línea de puente 19 es conectable operativamente en paralelo con el vaso de extracción 11 y filtro 12.

Cada línea de puente 18, 19 está conectada al lazo cerrado principal por medio de válvulas de control de flujo respectivamente conmutables 20,22,23 a cada uno de sus extremos.

La línea de puente 18 incluye una válvula de control de flujo 25 además conmutable para drenar solvente líquido HFC del aparato 10.

Cada válvula de control de flujo 20, 22, 23, 25 puede ser operada bajo el control de por ejemplo un software de control de procesos que opera por microprocesador. Alternativamente estas válvulas pueden ser manualmente conmutables. Esta opción es particularmente deseable cuando tal como es habitual es la técnica de extracción de biomasa, el aparato 10 está configurado como planta de "tamaño sala".

La línea de puente 18 incluye conectada en línea un contenedor 26 que contiene una capa de adsorbente y materiales desecantes tal como aquí se definen. Se verá entonces que cuando se necesita, las válvulas 20 y 22 pueden ser operadas para hacer circular (opcionalmente pero no necesariamente mediante bombeo) solvente HFC líquido del vaso de extracción 11 a través de los materiales adsorbentes y desecantes para purificar el solvente HFC.

Habitualmente, este proceso ocurre después que la extracción causa el agotamiento de una capa de biomasa en el vaso de extracción 11.

La línea de puente 19 puede ser abierta para permitir que el solvente HFC puentee el vaso de extracción 11 si así se desea durante la purificación (recuperación HFC). La decisión de si se usa la línea de puente 19 puede tomarse por ejemplo sobre la base de que el vaso se recarga con la misma biomasa o diferente biomasa.

El circuito de la fig. 2 es uno en el cuál, en su uso, la línea de purificación 18 forma esencialmente parte del lazo de flujo principal de la planta de extracción 10 y vía cuyo solvente es hecha circular por el lazo, es decir por medio de una bomba. Por ello, el proceso de recuperación de solvente en la fig. 2 lava el resto del circuito con solvente.

Una disposición alternativa se muestra en la fig. 3. Aquí la recuperación del solvente HFC ocurre en un lazo auto-contenido 28, que selectivamente aspira líquido HFC contaminado del lazo principal del aparato y devuelve solvente HFC purificado al lazo principal o una ubicación de almacenamiento por medio de las válvulas de control de flujo conmutables 23, 23a y 25.

El lazo auto-contenido 28 incluye en serie una bomba 29 para hacer circular líquido HFC alrededor del lazo 28, y un contenedor 26, similar al contenedor 26 de la fig. 2 que contiene materiales adsorbente y desecantes tal como aquí definidos.

La válvula 25, para soltar solvente HFC líquido, es decir para propósitos de almacenamiento, está presente en el lazo 28 auto-contenido y funciones en la misma manera que como en fig. 2

El lazo 28 esencialmente es remoto respecto a, pero selectivamente conectable al lazo principal del aparato 10.

Las válvulas 23, 23a y 25 pueden ser controladas por un microprocesador o conmutable manualmente.

En lo referente ahora a la fig. 4, se muestra una variante del aparato de la fig. 2 que es adecuado para su uso cuando el solvente incluye un co-solvente o un agente de adición tal como etanol, cuyas propiedades físicas difieren significativamente de aquellas de los solventes HFC.

El aparato 10 de la fig. 4 es similar al aparato de la fig. 2, con iguales números de referencia que denotan los mismos componentes, excepto que el lazo de flujo principal incluye un lazo ramificado adicional 30 cuya función es retirar el exceso de etanol del solvente HFC mediante lavado.

El lazo ramificado 30 es conectable de modo conmutable selectivamente por medio de una válvula de control de flujo 31 y 32 (que puede ser similar a las válvulas de control de flujo del aparato 10) para formar parte del lazo de flujo principal.

El lazo ramificado 30 incluye un vaso hueco 34 conectado en línea en el cual puede tener lugar un lavado de vapor al solvente HFC. El vaso 34 puede contener por ejemplo agua, por la cual el vapor HFC es pasado bajo presión, es decir, a partir de una bomba opcional. Alternativamente el vaso 34 puede contener un material de filtro hidrofílico (es decir celulosa) impregnado en agua.

El lazo ramificado 30 y el vaso 34 pueden estar ubicados si así se desea en otro punto en el lazo principal del aparato, por ejemplo si se desea lavar el HFC en un punto en el circuito en donde está en forma líquida. En este caso, el vaso 34 puede ser del tipo de filtro húmedo hidrofílico o puede ser relleno de agua, y el etanol (u otro co-solvente / agente de adición) puede ser retirado del líquido HFC vertiendo un líquido del otro. El vaso 34 puede si así se desea ser retirable del aparato 10 o por lo menos movible para este propósito.

La fig. 5 muestra el lavado del vaso 34 incorporado en el aparato de la fig. 3. Aquí el vaso 34 (que puede ser el mismo que el vaso 34 en la fig. 4) se ha conectado operativamente en línea entre las válvulas 23 y 23a. Ya que en esta forma de realización el vaso 34 trata el fluido de trabajo corriente abajo del condensador 17, la mezcla de solvente está en forma líquida. Por esta razón, el vaso 34 de construcción preferido en el tipo humedecido hidrofílico arriba mencionado, aunque en vez de eso se puede usar un lavado de líquido de agua (cuyo contenido requerirá decantación tal como se describe arriba).

Independientemente de la forma de realización adoptada, el adsorbente preferido para los contaminantes orgánicos es probable que sea basado en carbono, particularmente un carbono activado derivado de o bien de materiales de plantas tales como el coco o de la pirólisis de materiales de combustible fósiles. El desecante es una combinación de un tamiz molecular con o bien gel de silíceo o bien aluminio, siendo el tamiz molecular usado para pulir agua tras una gran retirada de agua por el volumen de silica / alumina. El uso de una alumina que contenga sitios básicos también actuará para además reducir los componentes orgánicos ácidos desde el solvente mientras que una alumina que contiene sitios ácidos ayudará a reducir aun más los niveles de contaminantes básicos orgánicos. Los tamices moleculares preferidos de aluminosilicato es probable que tengan un tamaño de poros de entre 2A^{0} y 4A^{0}.

En uso, la mezcla HFC contaminada podría pasar, tras la extracción de la biomasa, alrededor del circuito relevante, contactando y siendo accionada por cada uno de los componentes purificantes de turno hasta que resulta una pureza HFC adecuada. El aparato 10 puede entonces ser reutilizado para extraer biomasa.

En la fig. 4 y 5 realizaciones de una línea de relleno de co-solvente/agente de adición, para proporcionar co-solvente/agente de adición fresco al aparato 10, pueden ser conectables de modo conmutable en una ubicación específica en el lazo de flujo principal. El propósito de esto es de rellenar el co-solvente / agente de adición retirado del circuito en el vaso 34.

La cantidad de material fresco añadido puede ser controlado en dependencia de la cantidad de co-solvente/agente de adición en el evaporador 14 tras la extracción. Tal control puede ser impulsado por ejemplo un microprocesador programado, basado en lecturas de transductor, o bien pueden ser manuales.

Claims (20)

1. Un método para recuperar un solvente hidrofluorocarbonado (HFC) usado en la extracción de biomasa, que comprende, tras usar el solvente para extraer biomasa,

(a) pasar el solvente por un adsorbente para contaminantes orgánicos, y

(b) desecar el solvente para reducir su contenido de agua,

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1 que incluye los pasos repetidos de (a) y (b) hasta que se obtiene el nivel deseado de pureza del solvente.

3. Método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2 siguiendo el uso del solvente en un circuito de extracción de lazo cerrado, en donde los pasos (a) y (b) esencialmente se llevan a cabo en el lazo cerrado, por ello lavando de solvente el lazo de solvente.

4. Método según la reivindicación 1 o reivindicación 2 siguiendo el uso de solvente en un aparato de extracción de lazo cerrado, en donde los pasos (a) y (b) se llevan a cabo en un aparato que esencialmente es remoto respecto a, pero selectivamente conectable para recibir solvente desde el lazo cerrado.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde el adsorbente está basado en carbono.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 5 en donde el adsorbente es o incluye carbono activado derivado de materiales de plantas o de la pirolisis de combustibles fósiles.

7. Método de conformidad con la reivindicación 1,5 y reivindicación 6 donde adsorbente y el desecante están en un contenedor común.

8. Método de acuerdo con la reivindicación 1,5 y reivindicación 6 donde adsorbente y el desecante están en una pluralidad de contenedores.

9. Método de conformidad a cualquier reivindicación precedente donde el solvente incluye un solvente HFC y un agente de adición, el método incluye los pasos de:

(c) retirar el agente de adición del solvente después de su uso en la extracción y antes de practicar los pasos (a) y (b) sobre el solvente HFC; y

(d) adicionar una cantidad de agente de adición puro al HFC tras haber completado los pasos (a) y (b)

10. Método según la reivindicación 9, en el que el paso c ocurre evaporando el solvente HFC de la mezcla solvente/agente de adición en un evaporador y almacenando el agente de adición en el evaporador.

11. Método según la reivindicación 10, en el que el paso (d) incluye la adición de agente de adición fresco al solvente HFC tras haberse completado los pasos (a) y (b)

12. Método según la reivindicación 11, en el que la cantidad de agente de adición fresco añadido es controlado en dependencia de la cantidad de agente de adición retenido en el evaporador.

13. Método de conformidad a cualquier reivindicación de la 9 a la 12 que incluye el paso (e) de lavado del solvente HFC antes de practicar los pasos (a) y (b).

14. Método de conformidad con la reivindicación 13, en donde el paso (e) incluye un paso o mas del solvente HFC en forma de vapor por una piscina de agua,

pasar el solvente HFC por un material de filtro hidrofílico, o

lavar el solvente HFC líquido con agua y decantando el agua y el solvente uno del otro.

15. Aparato para extracción de biomasa, que usa un solvente HFC, el que incluye un vaso de extracción (11), un evaporador (14) para el solvente, un compresor(16) y un condensador (17) conectado en serie en un circuito de extracción de lazo cerrado, y uno o mas contenedores (26) que contienen un adsorbente para contaminantes orgánicos y un desecante, conectable en un lazo de recuperación de solvente al cual selectivamente se le suministra solvente en el circuito de extracción suministrando en ello el solvente usado en el circuito de extracción a través del adsorbente y el desecante.

16. Aparato de conformidad con la reivindicación 15 en el que el uso del lazo de recuperación está conectado para formar parte de la vía principal de circulación de solvente que pasa alrededor del circuito de extracción.

17. Aparato según la reivindicación 15 en el que el lazo de recuperación en uso es aislado de fluidos del circuito de extracción.

18. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones de la 15 a 17, el que incluye un lavador para solvente HFC.

19. Aparato según la reivindicación 18, en el que el lavador incluye uno o mas de

una piscina de agua y medios para pasar selectivamente el solvente HFC en forma de vapor por la piscina.

un material hidrofílico impregnado en agua y medios para pasar selectivamente el solvente HFC por el filtro, o

un lavador de agua para solvente líquido HFC y medios para decantar el agua de lavado y el solvente HFC líquido uno del otro.

20. Aparato según una de las reivindicaciones 15 a 19, el que incluye una bomba para bombear solvente en el circuito.