ES2278533A1

ES2278533A1 - Procedimiento para la obtencion de un biodiesel a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable en sistema continuo y combustible biodiesel obtenido.

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Publication number: ES2278533A1
Application number: ES200600135A
Authority: ES
Inventors: Jose David Lebron Parejo; Cristobal Garcia Ruz
Original assignee: BIODIESEL DE ANDALUCIA 2004 S; BIODIESEL DE ANDALUCIA 2004 SA
Current assignee: BIODIESEL DE ANDALUCIA 2004 S; BIODIESEL DE ANDALUCIA 2004 SA
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: US20090178330A1; CA2651383A1; EP1983039A1; WO2007082971A1; JP2009523880A; MX2008011358A; RU2008135882A; ES2278533B1; BRPI0707162A2

Abstract

Procedimiento para la obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable, por el que se somete a presión y a temperatura en una primera etapa una determinada mezcla de aceites vegetales de grado de acidez variable y metanol o etanol en un reactor tubular modular horizontal múltiple y continuo, en presencia de un ácido fuerte como catalizador hasta obtenerse un aceite vegetal de acidez inferior a un grado. En una segunda etapa se procede a la transesterificación de ese aceite mezclándolo con Metóxido de sodio o potasio, separándose la glicerina y quedando glicerina por un lado, y por otro biodiesel, que una vez purificado y lavado, será apto para el consumo de motores. El número de módulos, tanto en la primera como en la segunda etapa está en función de la capacidad del sistema.

Description

Procedimiento para la obtención de un biodiesel a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable en sistema continuo y combustible biodiesel obtenido.

La presente invención se refiere a un procedimiento por el que a partir de aceites vegetales o grasas animales de distintos grados de acidez a los que se somete a procesos continuos de homogeneización y transesterificación se obtiene un biodiesel limpio y apto para el consumo como combustible de motores, especialmente de automoción. Se refiere también a la instalación industrial necesaria para este procedimiento y al biodiesel por él obtenido.

La patente objeto de esta invención tiene su campo de aplicación en la industria transformadora de combustibles alternativos para motores, específicamente de los combustibles obtenidos a partir de aceites vegetales así como de grasas animales, denominados biodiesel, capaces no sólo de ser utilizados como aditivo de los combustibles procedentes de hidrocarburos, sino que también se puede generalizar su uso para aquellos motores cuya constitución haga posible sustituir el hidrocarburo diesel que emplean por un sustituto de éste, o por lo que se ha venido en llamar combustibles alternativos.

Obtener combustibles alternativos capaces de sustituir, parcialmente como aditivos o totalmente como combustibles, a los derivados del petróleo es una antigua pretensión que se sustenta en numerosas razones. Entre las principales hay que destacar la inestabilidad del precio del petróleo, el paulatino agotamiento de las reservas, la excesiva dependencia energética de los países consumidores en relación con los productores, las emisiones de dióxido de carbono, monóxido de carbono, dióxido de azufre y de nitrógeno, Hidrocarburos policíclicos aromáticos derivados del benceno y partículas, motivos todos ellos desencadenantes de la contaminación de las ciudades y del deterioro mecánico de los vehículos.

Es por ello por lo que se conocen numerosos intentos de obtener combustibles alternativos, entre los que destaca el uso de alcoholes como bien se describe en el documento U 271553, a pesar de las dificultades que presentan su resistencia a la preignición, además de la fuerte resistencia a la detonación causada por la alta temperatura y presiones, por lo que los ensayos llevados a cabo con etanol y metanol, a pesar de los cambios significativos efectuados en el motor o al hecho de ser usados como aditivos, no han dado resultados apetecibles.

Se conocen también numerosos intentos para obtener aditivos en cuya composición se encuentran compuestos metálicos del grupo del platino, como catalizadores superiores para mejorar la eficiencia del combustible y reducir emisiones perniciosas. Sin embargo, se tropieza siempre con la inestabilidad de estos compuestos para su envasado y suministro al motor, además de no poseer suficiente solubilidad en el combustible e insolubilidad en el agua que pueda estar contenida en el combustible. Es así como los documentos US-A-2.086.775 y US-A-2.151.432 de Lyons y McKone, o el US-A-4.295.816 de Robinson o bien el DE-A-2.500.683 de Brantl, a pesar de describir una amplia variedad de metales catalíticos que pueden añadirse a hidrocarburos combustibles para reducir el monóxido de nitrógeno y oxidar el monóxido de carbono en el momento de la combustión, no han sido capaces de resolver este
problema.

La patente europea 90901945 trata de dar solución al problema anteriormente planteado, aunque de nuevo la inestabilidad de los compuestos del platino y la presencia de haluros añaden desventajas significativas para hacer viable el proyecto.

Entre los compuestos de las invenciones anteriormente citadas y en general, en los aditivos conocidos, aparecen para mejorar la solubilidad disolventes, que tienen el inconveniente de estropear el motor y éteres, o bien alcoholes derivados de los vegetales, aditivos éstos que por sí solos no son capaces de arrancar el motor, sino que limpian los carburadores, los inyectores, mejoran los líquidos y sus circuitos. Uno de sus inconvenientes es su elevado precio.

Entre estos últimos, los aditivos derivados de los vegetales, destaca el biodiesel, conociéndose procedimientos para la obtención del mismo, que a partir de aceites vegetales de características y variedad determinadas y de un cierto grado de acidez siempre inferior a uno, alcanzan un biodiesel de calidad standard.

Son conocidos igualmente otros procedimientos en los que se utiliza para la obtención del biodiesel aceite usado, del que son eliminados los ácidos grasos bien por extracción de los mismos o bien por saponificación o esterificación ácida. Para la extracción se requiere el montaje de un complicado y costoso sistema de separación física, además de topar con el inconveniente de la posterior comercialización de los ácidos grasos para su uso en la industria alimentaría. En el caso de la saponificación se arrastran los ácidos grasos convirtiéndose éstos en jabones, con lo que quedan así eliminados del proceso. Pero la verdad es que este proceso conduce a una depreciación del producto final, ya que se desprecia el valor de la materia prima útil, al convertir buena parte de ésta en jabones de un valor comercial muy inferior al del biodiesel.

En el caso de la esterificación ácida, el inconveniente principal de este procedimiento es su alto coste, ya que para destilar el aceite una vez terminado el proceso es necesario subir su temperatura por encima de los cien grados durante bastante tiempo con el fin de eliminar el agua y el metanol en exceso, con el peligro de descomposición del producto obtenido. Pero otro secundario es que se trata de un sistema discontinuo de transformación, en el que necesariamente hay que esperar a que termine una colada para iniciar la siguiente. Y el problema de estas reacciones en grandes masas, en grandes reactores utilizando reactivos que no son solubles en el aceite, sino que la reacción química se produce por el contacto molecular, es que se precisa mucho tiempo y consiguientes costes.

Algo que empeora aún más el problema de los tiempos muertos y de los costes de ello derivados es que si en un reactor no se obtiene la calidad deseada o standard, hay que desechar o reiniciar el proceso en su totalidad, es decir, con todo el volumen de masa, en lugar de, si el proceso fuera continuo, tan sólo la parte correspondiente a la etapa del proceso en que se encuentre. Además, si un reactor se avería paraliza toda la producción, y si no se consigue disminuir la acidez hasta el grado deseado en el tiempo establecido para ello, el reactor tiene que continuar trabajando con toda la masa hasta conseguirlo. También si hay que rectificar o corregir el proceso químico añadiendo reactivos, éstos han de añadirse en cantidad que cubra toda la masa. Son por consiguiente, ventajas significativas de la presente invención las que se derivan de trabajar en procesos modulares continuos, en los que cada módulo funciona como un reactor independiente aunque vinculado en cadena al resto de los módulos, de tal manera que en caso de avería, retraso en la reacción o necesidad de corrección, ello no afecta a la totalidad de la producción ni a la totalidad de la masa procesada.

Los inconvenientes anteriormente descritos quedan superados con la invención que se propone en esta memoria, consistente en un procedimiento para la obtención de biodiesel por el que aceites vegetales o grasas animales de acidez variable se someten a procesos de homogeneización y de esterificación ácida en un sistema modular continuo, y posteriormente a un proceso de Transesterificación, constando el procedimiento de obtención del biodiesel de dos etapas.

Primera etapa: Etapa de homogeneización del aceite vegetal o de la grasa animal de acidez variable.

En esta etapa se disminuye progresivamente el grado de acidez del aceite vegetal o de la grasa animal hasta alcanzar menos de un grado. En un reactor tubular modular horizontal múltiple y continuo en el que cada módulo se encuentra dispuesto en sentido horizontal y está sometido a presión y a temperatura variable de 45 a 90 grados, se mezcla aceite vegetal de más de un grado de acidez con metanol en la proporción estequiométrica de 1:50 a 1:300 respecto a los ácidos grasos libres presentes en el medio, en presencia de un ácido fuerte como catalizador, como por ejemplo el ácido sulfúrico, en una proporción de 1 a 10 gramos por kilogramo de aceite. Cada uno de los módulos dispone de un sistema de evacuación de gases, (vapor de agua y metanol o etanol), controlado por válvulas electrónicas y ayudado por inyección de aire, nitrógeno u otro gas inerte que favorezca aún más la evacuación, la cual discurre por un tubo que va desde la zona superior del módulo hasta una columna de destilación en la que se condensa el alcohol volviendo éste al proceso industrial. La salida de gases es periódica y vinculada al paso del aceite de un módulo al siguiente. Como la salida y control de gases es uno de los problemas siempre a resolver, en un modo de realización del proceso de esterificación diferente al inicialmente expuesto, para el caso en que se utilice un único reactor convencional, proponemos la extracción controlada y fraccionada en el tiempo de estos gases, ayudada con inyección de aire, nitrógeno u otro gas inerte. Tras la evacuación de gases, e inmediatamente antes de reiniciarse el proceso, se incorpora a éste metanol o etanol en una proporción equivalente a la evacuada.

Los módulos del reactor tubular forman una serie cuyo número está en función de la capacidad de transformación de la instalación industrial. Cada módulo tiene una capacidad aproximada de entre 300 y 400 Kg de aceite vegetal y un revestimiento a modo de camisa por el que circula el agua caliente que imprime la temperatura apropiada para el proceso o temperatura de trabajo, la cual es de unos 60 grados con picos de hasta 105 grados, para facilitar la evacuación de los gases.

Los módulos se encuentran unidos entre sí por medio de válvulas de cuatro vías o vías múltiples, que permiten la conexión tanto vertical como horizontal a través de las mismas, haciendo posible la entrada de aceite, metanol, ácido sulfúrico y aire, nitrógeno u otro gas inerte en cada módulo y agua de limpieza, así como la salida de gases hacia la columna de destilación y de aceite que conducen a éstos hasta el siguiente módulo.

Cada módulo incorpora un sistema de control de reacciones que indica el estado de la reacción, un sensor de presión, un sensor de temperatura y un indicador de volumen de llenado, todos integrados en un circuito electrónico que controla el proceso.

En función de la graduación del aceite se programa el paso de un módulo a otro, atendiendo al avance de la reacción, de tal manera que entre un módulo y el siguiente se dé una disminución paulatina de la graduación del aceite vegetal.

Cada módulo, constituido de material resistente a la presión y a los reactivos químicos empleados, consta de tres elementos básicos: el tubo de recepción de aceite más reactivos, la cámara de calefacción que lo envuelve y un sistema de arandelas perforadas en el centro y unidas entre sí mediante varillas que se desplazan uniformemente a través del tubo, accionadas por un pistón que mueve un motor eléctrico, el cual, en modos alternativos de realización de la presente invención puede también ser un motor hidráulico o neumático. También en una realización alternativa de este procedimiento, se puede partir de grasas animales en lugar de aceites vegetales, obteniéndose resultados similares.

Con esta primera etapa se obtiene a partir de un aceite vegetal de más de un grado de acidez, uno de acidez inferior a un grado.

Segunda etapa: Transesterificación o esterificación básica (o alcalina) del aceite vegetal de acidez inferior a un grado.

Se mezcla aceite vegetal de -1º de acidez con Metoxido de sodio o potasio en proporción estequiométrica de 1:6 a 1:50 a una temperatura de entre 45 y 60 grados centígrados en un reactor vertical modular múltiple, en el que cada módulo consta de un tubo vertical de materiales resistentes a la presión y a los reactivos empleados, que incorpora en su interior una serie de arandelas fijas perforadas en el centro por las que se desplaza el aceite hacia arriba y abajo por la acción de la cabeza de un pistón o de una biela accionado o accionada por un motor eléctrico, hidráulico o neumático. La incorporación de materia prima y reactivos se realiza a través de la cámara por la que se desplaza la cabeza del pistón o biela, en la que pueden colocarse válvulas que permitan el paso del líquido, cuando esta retroceda produciéndose el vaciado de su contenido. Estas válvulas permanecen cerradas cuando sube la cabeza del pistón, periodo en el que se produce el llenado de la cámara. Las válvulas pueden ser sustituidas o complementadas por toberas. Una cámara de calefacción que reviste el cilindro del módulo a modo de camisa, mantiene la zona a la temperatura de trabajo. Un conducto de entrada provisto a su vez con válvula antirretorno llena de aceite el espacio de la cámara vacía, cuando la cabeza del pistón avanza hacia arriba. En la cámara principal del modulo, conforme va subiendo el nivel del líquido, van apareciendo vapores de alcohol que son conducidos a través de un tubo situado en la zona más alta del mismo hasta un conducto refrigerado que condensa los gases para su inmediato retorno. El modulo incorpora una tapadera practicable en su extremo superior, así como un sistema de entrada y salida de agua para su lavado a efectos de limpieza.

Una orificio superior conecta el modulo a un tubo por el que sale el producto al menos en la misma medida en que va entrando, siendo conducido a un depósito intermedio en el que decanta la fase de glicerina. En el fondo de ese depósito intermedio hay un sensor de densidad o de turbidez, que se activa en presencia de glicerina, permitiendo la salida de esta, hacia un colector en el que se recoge la glicerina extraída en todos los módulos. El depósito intermedio también tiene un tubo en su parte superior, por el que sale el producto hacia el siguiente módulo de características similares al descrito. El número de módulos está en función de la capacidad de producción industrial.

A lo largo de esta etapa se va separando la glicerina, consiguiéndose al final la máxima la separación de las dos fases, es decir un producto en el que el aceite inicial ha desaparecido quedando biodiesel por un lado, glicerina por otro y unida a ella sales de los ácidos empleados, así como una gran proporción del alcohol excedente. La glicerina recogida en el colector, pasa por un intercambiador de calor y de ahí a un depósito a 80º centígrados, en el que alcohol, en forma gaseosa se separa de la misma, siendo conducido hasta una columna de destilación. Esta operación se apoya con inyección de aire, nitrógeno u otro gas inerte.

En el último de los módulos que componen esta segunda etapa el biodiesel sale separado de la glicerina, pero portando restos de alcohol, por ello se pasa por un intercambiador de calor a 80º centígrados y se vierte a un depósito, en el que los gases del alcohol se separan del biodiesel y también son dirigidos hacia la columna de destilación, en la que se recupera el metanol o etanol para su reutilización.

El biodiesel se lleva a una centrifugadora vertical en la que se procede a su purificado y lavado, quedando en condiciones de uso y pasando al circuito comercial para el consumo.

El procedimiento y el combustible biodiesel que se proponen en esta invención presentan como ventajas, además de no tenerse que extraer de la tierra y de no tener que soportar la contaminación de las refinerías, que el motor al tener una combustión más homogénea por su mayor capacidad lubricante, consume menos combustible, la explosión es más silenciosa, con lo que contamina menos acústicamente, la emisión de gases es menor, disminuye un 80% la contaminación a la atmósfera y los componentes son menos abrasivos. Por otra parte es un combustible fácilmente degradable y de manipulación muy segura. En cuanto al ahorro económico, su precio final puede llegar a ser incluso inferior que el precio final de los combustibles derivados del petróleo, si se tiene en consideración la inestabilidad de los precios de éstos, así como su coste de refinamiento.

La experiencia ha demostrado que en este sector de la técnica priman las soluciones sencillas y efectivas que puedan ser versátiles y que no encarezcan el producto final, siendo posible un fácil mantenimiento, abastecimiento de piezas deterioradas y fabricación en serie.

La construcción y estructura de todos los componentes son resistentes al medio en el que se encuentran y a la acción de los reactivos, siendo la seguridad ofrecida total, ya que aunque la instalación está totalmente protegida por los medios de seguridad que impiden cualquier accidente, el hecho de estar constituida por módulos disminuye extraordinariamente la posibilidad de un accidente de grandes proporciones.

Por tanto, se aprovecha la versatilidad de la constitución modular y la continuidad del sistema para obtener las mejores prestaciones, al mismo tiempo que la mayor seguridad.

Aunque en principio se fabricarán distintas medidas o módulos en concreto, debido a la posibilidad del conjunto para ser automatizable y poder fabricarse en serie, las medidas pueden ser adaptables con una fácil mecanización a cada necesidad en concreto, pudiendo por tanto realizarse módulos a la medida. Pero como el número de módulos depende de la capacidad de producción que se desee alcanzar, se podrán por tanto realizar instalaciones a la medida.

Para la mejor comprensión de cuanto queda descrito en la presente memoria se acompañan unos dibujos esquemáticos en los que a título de ejemplo se representa un caso práctico de realización de la instalación y su funcionamiento.

En dichos dibujos:

\bullet Figura 1: Diagrama esquemático de la primera etapa o etapa de homogeneización.

\bullet Figura 2: Esquema de la segunda etapa o etapa de esterificación alcalina.

Los detalles numerados corresponden a:

(1): Módulo de homogeneización.

(2): Sistema de evacuación de gases del módulo homogeneizador.

(3): Válvula reguladora de la evacuación de gases.

(4): Inyector de aire.

(5): Columna de destilación.

(6): Camisa para el agua caliente del módulo homogeneizador.

(7): Válvula de cuatro vías

(8): Indicador de reacciones

(9): Indicador del sensor de presión

(10): Indicador del sensor de temperatura.

(11): Indicador de volumen de llenado

(12): Circuito electrónico controlador del proceso

(13): Tubo receptor de aceite más reactivos

(14): Arandelas móviles perforadas en el centro

(15): Varillas de desplazamiento de las arandelas

(16): Pistón del módulo homogeneizador

(17): Motor del módulo homogeneizador

(18): Módulo de transesterificación

(19): Arandelas fijas perforadas en el centro

(20): Pistón del módulo transesterificador

(21): Motor de la etapa de transesterificación

(22): Orificios de no retorno de la cabeza del pistón

(23): Cámara de calefacción

(24): Conducto de entrada al módulo

(25): Válvula antirretorno del conducto de entrada

(26): Orificio de evacuación de gases

(27): Conducción refrigerada para condensación de gases

(28): Retorno de gases ya condensados

(29): Tapadera practicable para limpieza del módulo

(30): Abertura superior de salida de producto

(31): Tubo de conducción del producto

(32): Depósito intermedio para decantación de glicerina

(33): Sensor de densidad o turbidez del depósito de glicerina

(34): Tubo de salida al siguiente módulo

(35): Colector de glicerina

(36): Intercambiador de calor de glicerina

(37): Depósito de glicerina

(38): Tubo de conducción de gases del depósito de glicerina a la columna de destilación.

(39): Centrífuga vertical para purificación y lavado de biodiesel

(40): Deposito de biodiesel listo para su comercialización

A: Entrada del producto al módulo de homogeneización

B: Entrada de reactivos al mismo módulo

C: Salida de gases del módulo de homogeneización

D: Entrada de agua caliente

E: Salida de agua caliente

F: Salida del producto del módulo de homogeneización

Una realización preferida de la invención se constituye a partir de la instalación en proceso continuo de una serie de 20 módulos de homogeneización (1) en posición horizontal, que constituyen la primera etapa del proceso, funcionando cada uno como reactor de una masa de aceite vegetal de acidez superior a un grado y metanol o etanol en proporción esquiométrica de 1:50 a 1:300, en relación a la cantidad de ácidos grasos libres que presente cada aceite, sometida a presión y a temperatura variable de 45 a 105 grados centígrados, en presencia de ácido sulfúrico como catalizador, en una proporción de 1 a 10 gramos por kilogramo de aceite. Cada módulo está provisto de un sistema de extracción de gases (2) vinculado al paso del aceite de un módulo al siguiente, regulado por válvula electrónica (3) y ayudado por inyector de aire (4), que conduce los gases producidos por el aumento de temperatura, alcohol y vapor de agua, a una columna de destilación (5) en la que se pierde el agua y se condensa el alcohol, siendo conducido éste al módulo siguiente, recuperándose así este alcohol en el proceso, en la misma proporción a la
evacuada.

Cada módulo, de una capacidad de 250 kg de aceite vegetal, tiene un revestimiento a modo de camisa (6) por el que circula el agua caliente que imprime al proceso una temperatura media de 60ºC con picos de hasta 105ºC para facilitar la evacuación de los gases.

Los módulos se encuentran unidos entre sí por medio de válvulas de cuatro vías (7), que permiten la conexión tanto vertical como horizontal a través de las mismas, haciendo posible la entrada de aceite, alcohol, ácido sulfúrico y aire en cada módulo, así como la salida de gases hacia la columna de destilación y la salida de aceite hacia el siguiente módulo.

Cada módulo incorpora un sistema de control de reacciones (8) que indica el estado de la reacción, un sensor de presión (9), un sensor de temperatura (10) y un indicador de volumen de llenado (11), todos integrados en un circuito electrónico (12) que controla el proceso. En función de la graduación del aceite se programa el paso de un módulo a otro, atendiendo al avance de la reacción, de tal manera que entre un módulo y el siguiente se dé una disminución paulatina de la graduación de aceite.

Cada módulo, constituido de material resistente a la presión y a los reactivos químicos empleados, consta de tres elementos básicos: el tubo de recepción de aceite (13) más reactivos, la ya descrita cámara de calefacción que lo envuelve (6) y un sistema de arandelas perforadas (14) en el centro y unidas entre sí mediante varillas (15) que se desplazan uniformemente a través del tubo (1), accionadas por un pistón (16) movido por motor eléctrico, neumático o hidráulico (17).

Con esta primera etapa se obtiene a partir de un aceite vegetal de acidez variable siempre mayor de un grado, uno de acidez inferior a un grado.

La segunda etapa del procedimiento, la de transesterificación o esterificación básica (o alcalina) del aceite vegetal de acidez inferior a un grado obtenido en la etapa anterior, se consigue a partir de un reactor vertical modular múltiple y continuo en el que se mezcla aceite vegetal de -1º de acidez con Metoxido de sodio o de potasio en proporción estequiométrica de 1:6 a 1:50 a una temperatura de entre 45º y 60ºC. Cada módulo de transesterificación (18) consta de un tubo vertical que incorpora en su interior una serie de arandelas fijas, pero extraíbles (19) perforadas en el centro por las que se desplaza el aceite hacia arriba por el empuje de la cabeza de un pistón (20) accionado por motor (21) eléctrico, haciendo dicho pistón las veces de una válvula antirretorno, al mantener abiertos una serie de válvulas con orificios y toberas (22) cuando retrocede, y cerrados cuando avanza o sube. Al avanzar la cabeza del pistón (20), en la misma medida en que ésta sube se va llenando de aceite el espacio de la cámara (23), haciéndolo a través de un conducto de entrada (24) provisto a su vez de válvula antirretomo (25). Una cámara de calefacción (23) reviste el cilindro del módulo a modo de camisa, manteniendo la masa a la temperatura de trabajo, que como se ha descrito es de unos 60ºC, es decir, una temperatura capaz de producir vapores en la cámara (23) que son evacuados a través de un orificio (26) situado en la zona más alta de la misma con posterior conducción refrigerada (27) que condensa los gases para su inmediato retorno (28) una vez condensados. La cámara incorpora una tapadera practicable (29) para su lavado y un sistema de entrada y salida de agua para su lavado a efectos de limpieza.

Una abertura superior (30) conecta a un tubo (31) por el que sale el producto al menos en la misma medida en que va entrando, como ya se ha descrito, siendo conducido a un depósito intermedio (32) en el que se decanta la fase de glicerina. En el fondo de ese depósito intermedio (32) hay un sensor de densidad o turbidez (33) que se activa en presencia de glicerina, mientras que el resto del producto se dirige por un conducto de salida (34) hacia el siguiente módulo (18) de características similares al descrito. El número de módulos (18) de esta realización preferida es de 9.

A lo largo de esta etapa se va separando la glicerina, quedando al final una separación máxima de las dos fases, es decir un producto en el que el aceite inicial ha desaparecido quedando biodiesel por un lado, glicerina por otro y unida a la glicerina sales de los ácidos empleados, así como la mayor parte del alcohol excedente. La glicerina es recogida en un colector (35) inferior, pasa por un intercambiador de calor (36) y de ahí a un depósito (37) de 80ºC, en donde los gases del alcohol, son conducidos por tubos (38) a la columna de destilación (5) para su reutilización. Esta operación se apoya con inyección de nitrógeno.

En el último de los módulos (18) que componen esta segunda etapa, se obtiene el biodiesel liberado ya de glicerina, pero con restos de alcohol, por ello pasa a continuación por un intercambiador de calor (37) a 80º Centígrados, desde el que se vierte a un depósito (38) y los vapores van por el mismo sistema de recogida de gases hacia la columna de destilación (5) en la que se recupera el metanol o etanol para su reutilización.

El biodiesel se lleva a una centrifugadora vertical (39) en la que se procede a su purificado y lavado, quedando en condiciones de uso y pasando al circuito comercial (40) para el consumo.

Claims

1. Procedimiento para la obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de acidez variable, caracterizado por mezclar en una primera etapa aceites vegetales de grado de acidez variable en un reactor tubular modular horizontal múltiple y continuo con metanol o etanol en la proporción estequiométrica de 1:50 a 1:300 respecto a la cantidad de ácidos grasos libres presentes en el medio, en presencia de un ácido fuerte como catalizador, en una proporción de 1 a 10 gramos por kilogramo de aceite. Cada módulo tiene una capacidad aproximada de entre 300 y 400 Kg de aceite vegetal y consta de tres elementos básicos: el tubo de recepción de aceite más reactivos, un sistema de arandelas perforadas en el centro y unidas entre sí mediante varillas que se desplazan uniformemente a través del tubo, accionadas por un pistón que mueve un motor y un revestimiento a modo de camisa por el que circula agua caliente a una temperatura de unos 60 grados. Cada módulo dispone además de un sistema de evacuación de gases, vapor de agua y metanol o etanol, que es periódica y vinculada al paso del aceite de un módulo al siguiente, controlada por válvulas electrónicas y ayudada por inyección de aire, nitrógeno o cualquier gas inerte, discurriendo dichos gases por un tubo que va desde la zona superior del módulo hasta una columna de destilación en la que se pierde el agua y se condensa el alcohol volviendo éste al proceso industrial al que se incorpora en una proporción equivalente a la evacuada.

Los módulos se encuentran unidos entre sí por medio de válvulas de cuatro vías o vías múltiples, que permiten la conexión tanto vertical como horizontal a través de las mismas, haciendo posible la entrada de aceite, metanol, ácido fuerte y aire en cada módulo, así como la salida de gases hacia la columna de destilación y de aceite hacia el siguiente módulo.

En función de la graduación del aceite se programa el paso de un módulo a otro, atendiendo al avance de la reacción, de tal manera que entre un módulo y el siguiente se dé una disminución paulatina de la graduación del aceite vegetal. En esta primera etapa se obtiene a partir de un aceite vegetal de alta o media acidez, un aceite de acidez menor de un grado.

En la segunda etapa o etapa de transesterificación o esterificación básica o alcalina se mezcla el aceite vegetal de <1º de acidez obtenido en la etapa anterior con Metoxido de sodio o potasio en proporción estequiométrica de 1:6 a 1:50 a una temperatura de entre 45 y 60ºC en un reactor vertical modular múltiple, en el que cada módulo consta de un tubo vertical de materiales resistentes a la presión y a los reactivos empleados, que incorpora en su interior una serie de arandelas fijas, pero extraíbles, perforadas en el centro por las que se desplaza el aceite hacia arriba por el empuje de la cabeza de un pistón accionado un por motor, que hace las veces de una válvula antirretorno, bajando después. Cuando desciende la cabeza del pistón, mantiene abiertos sus orificios y toberas a través de los cuales pasa la materia prima y los reactivos desde la cámara del pistón hasta la cámara principal del modulo, y cerrados cuando avanza o sube. Las válvulas son complementadas por toberas que facilitan el paso de líquidos hacia la cámara principal del modulo. Un conducto de entrada provisto a su vez con válvula antirretorno llena de aceite el espacio de la cámara del pistón, vacía cuando la cabeza del pistón avanza hacia arriba. Una cámara de calefacción que reviste el cilindro del módulo a modo de camisa, mantiene la zona a la temperatura de trabajo. Conforme va subiendo el nivel del líquido se producen vapores en la cámara principal del modulo que son evacuados a través de un tubo situado en la zona superior de la misma con conducción refrigerada que condensa los gases para su inmediato retorno una vez condensados. La cámara incorpora una tapadera practicable para su lavado así como un sistema de entrada y salida de agua a efectos de limpieza.

Una abertura superior conecta a un tubo por el que sale el producto al menos en la misma medida en que va entrando, siendo conducido a un depósito intermedio en el que se decanta la fase de glicerina. En el fondo de ese depósito intermedio hay un sensor de densidad o de turbidez que se activa en presencia de glicerina, permitiendo su salida hacia un colector en el que se recoge la glicerina extraída en todos los módulos. El depósito intermedio también tiene un tubo en su parte superior, por el que sale el producto hacia el siguiente módulo de características similares al descrito. El número de módulos está en función de la capacidad de producción industrial.

A lo largo de esta etapa se va separando la glicerina, quedando al final una separación máxima de las dos fases, es decir un producto en el que el aceite inicial ha desaparecido quedando biodiesel por un lado, glicerina por otro y unida a la glicerina sales de los ácidos empleados, así como la mayor parte del alcohol excedente. La glicerina recogida en el colector, pasa por un intercambiador de calor y de ahí a un depósito de 80º centígrados, en el que los gases del alcohol se separan, siendo conducidos por tubos a la columna de destilación. Esta operación se apoya con inyección de aire, nitrógeno o cualquier otro gas inerte.

En el último de los módulos que componen esta segunda etapa el biodiesel sale separado de glicerina pero portando restos de alcohol, por ello ha de pasar por un intercambiador de calor a 80º centígrados y se vierte a un depósito, en el que los gases del alcohol se separan del biodiesel y también son dirigidos hacia la columna de destilación, en la que se recupera el alcohol para su reutilización.

2. Procedimiento para la obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable, según reivindicación 1, caracterizado porque se parte de grasas animales de más de un grado de acidez en lugar de aceites vegetales, obteniéndose resultados similares.

3. Procedimiento para la obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable, según reivindicación 1, caracterizado porque en la primera etapa se somete a presión y temperatura la mezcla de aceite y metanol o etanol en presencia de ácido sulfúrico como ácido fuerte.

4. Procedimiento para la obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez, variable, según reivindicación 1, caracterizado porque en un modo de realización diferente al propuesto, en el que como se viene haciendo convencionalmente se utiliza un único reactor, la extracción controlada y fraccionada en el tiempo de los gases, novedosamente se produce ayudada con inyección de aire, nitrógeno u otro gas inerte.

5. Procedimiento para la obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez, variable, según reivindicación 1, caracterizado porque los módulos del reactor constituyen una serie cuyo número está en función de la capacidad de transformación de la instalación industrial.

6. Procedimiento para la obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable, según reivindicación 1, caracterizado porque el revestimiento a modo de camisa por el que circula el agua caliente que imprime la temperatura apropiada para el proceso o temperatura de trabajo, que es de unos 60 grados, alcanza picos de hasta 105ºC, para facilitar la evacuación de los gases.

7. Procedimiento para la obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable, según reivindicación 1, caracterizado porque para favorecer aún más la evacuación de gases se utiliza para ello aire, nitrógeno u otro gas inerte en lugar de dejarlo salir por su propia inercia.

8. Procedimiento para la obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable, según reivindicación 1, caracterizado porque en modos alternativos de realización de la presente invención se utiliza un motor hidráulico o neumático para mover el pistón de los módulos.

9. Procedimiento para la obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable, según reivindicación 1, caracterizado porque en la segunda etapa al separarse los gases del alcohol de la glicerina y ser conducidos por tubos a la columna de destilación, se apoya esta operación en la inyección de aire, nitrógeno u otro gas inerte en lugar de dejarlo salir por su propia inercia.

10. Biodiesel obtenido a partir del procedimiento descrito en las reivindicaciones anteriores.