ES2336008T3 - Aparato y procedimiento para la produccion de ester alquilico. - Google Patents
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Abstract
Aparato de flujo continuo para producir éster alquílico que comprende: un primer reactor que presenta una entrada para recibir una mezcla que comprende un primer reactivo seleccionado de entre el grupo constituido por triglicérido, ácido carboxílico, aceite vegetal y grasa animal, un segundo reactivo que comprende por lo menos uno de entre un alcohol primario y secundario, un producto de reacción, y un disolvente inerte que disuelve por lo menos una parte de los reactivos primero y segundo, una enzima para facilitar una reacción entre los reactivos primero y segundo para generar más producto de reacción, y una salida para emitir el producto de reacción, incluyendo el producto de reacción recibido en la entrada y el producto de reacción generado a partir de la reacción entre los reactivos primero y segundo; un separador que se alimenta con el producto de reacción de la salida del primer reactor, y emitir un producto de reacción bruto que incluye éster alquílico y glicerol, incluyendo el separador un evaporador y un separador de fases líquido-líquido; separando el separador de fases líquido-líquido el éster alquílico del glicerol; y un mecanismo de retorno para enviar una parte de la producción de éster alquílico desde el separador de nuevo hasta la entrada.
Description
Aparato y procedimiento para la producción de
éster alquílico.
La presente invención se refiere a la producción
de éster alquílico, incluyendo la producción de combustible
biodiésel a partir de aceites vegetales y grasas animales.
Puede utilizarse una fuente de aceite de
alcoholisis de aceites vegetales y grasas animales para producir
ésteres alquílicos de ácidos grasos, que pueden utilizarse como
combustibles diésel, generalmente denominados en la presente
memoria combustibles "biodiésel". En un enfoque de producción,
se utilizan catalizadores no enzimáticos, tales como alcoholatos e
hidróxidos alcalinos, para facilitar la alcoholisis. Un subproducto
de la alcoholisis es glicerol. Los catalizadores no enzimáticos se
eliminan con el glicerol, y no pueden reutilizarse. La purificación
de glicerol se hace difícil debido a que contiene una gran cantidad
del catalizador. En otro enfoque de producción, se utilizan
catalizadores enzimáticos, tales como lipasas, para facilitar la
producción de ésteres alquílicos a partir de aceites naturales en
una reacción de alcoholisis. Una fuente de aceite que presenta
triglicérido y un alcohol se disuelven en un disolvente orgánico.
Con una lipasa como catalizador, el triglicérido y el alcohol
reaccionan para producir éster alquílico, con glicerol como
subproducto.
La solicitud de patente europea EP 1 111 064
enseña un procedimiento para la preparación enzimática de
diglicéridos que comprende un circuito cerrado de realimentación,
es decir toda la mezcla de reacción se hace circular de manera
repetida desde el reactor hasta el tanque de deshidratación y de
nuevo hasta el reactor.
En un aspecto general, un enfoque de
transesterificación enzimática para la producción de combustible
biodiésel proporciona un combustible de alta pureza, tal como éster
alquílico (y en algunos ejemplos, el subproducto glicerol), de una
manera económica con menos residuos y producto secundario reducido.
La planta de tratamiento para la transesterificación enzimática
puede prepararse utilizando una configuración simple que requiere
una inversión de capital reducida.
La presente invención se refiere a un aparato de
flujo continuo para producir éster alquílico según la reivindicación
1. En general, en un aspecto, la invención muestra un aparato que
incluye un primer reactor que presenta una entrada para alojar una
mezcla que comprende un primer reactivo, un segundo reactivo, un
producto de reacción y un disolvente inerte que disuelve por lo
menos una parte de los reactivos primero y segundo, una enzima para
facilitar una reacción entre los reactivos primero y segundo para
generar más producto de reacción, y una salida para emitir el
producto de reacción, incluyendo el producto de reacción admitido en
la entrada y el producto de reacción generado a partir de la
reacción entre los reactivos primero y segundo. El aparato incluye
un mecanismo de retorno para enviar por lo menos una parte del
producto de reacción desde la salida de nuevo hasta la entrada.
El producto de reacción incluye éster alquílico.
El mecanismo de retorno envía por lo menos una parte del éster
alquílico de nuevo hasta la entrada. La mezcla incluye un disolvente
que disuelve por lo menos una parte del primer reactivo, el segundo
reactivo y el producto de reacción. La salida emite por lo menos el
éster alquílico, el disolvente y el primer reactivo que no ha
reaccionado.
El aparato también incluye un evaporador para
evaporar el disolvente para generar una mezcla que incluye el éster
alquílico y el primer reactivo que no ha reaccionado. La salida
también emite glicerol. El aparato también incluye un evaporador
para evaporar el disolvente para generar una mezcla que incluye el
éster alquílico, el glicerol y el primer reactivo que no ha
reaccionado. El aparato también incluye un separador de fases para
separar el éster alquílico del glicerol basándose en una separación
de fases líquido-líquido.
Las formas de realización de la invención pueden
incluir una o más de las siguientes características.
El primer reactivo incluye triglicérido. El
primer reactivo incluye un ácido carboxílico. El segundo reactivo
incluye por lo menos uno de un alcohol primario y secundario. El
primer reactivo incluye por lo menos uno de aceite vegetal y grasa
animal. El producto de reacción presenta una composición que es
adecuada para su utilización como combustible. El producto de
reacción presenta una composición que es adecuada para su
utilización como combustible para un motor diésel. El producto de
reacción presenta una composición que es adecuada para su
utilización como combustible para por lo menos uno de un motor
diésel de combustión interna y un motor diésel con turbina
de
gas.
gas.
El aparato también incluye una mezcladora que
presenta una primera entrada para alojar el primer reactivo, una
segunda entrada para admitir el segundo reactivo, una tercera
entrada para admitir una parte del producto de reacción de la
salida del reactor, una cuarta entrada para admitir el disolvente
inerte y una salida para emitir la mezcla que incluye el primer
reactivo, el segundo reactivo, el disolvente inerte y el producto de
reacción. La salida también emite otros componentes, y el mecanismo
de retorno también envía por lo menos una parte de los otros
componentes de nuevo hasta la entrada. La enzima facilita una
reacción entre los otros componentes y el segundo reactivo para
generar más producto de reacción. Los otros componentes incluyen por
lo menos uno de monoglicérido, diglicérido, triglicérido y ácido
carboxílico.
El aparato también incluye un segundo reactor
que presenta una entrada para admitir una mezcla que incluye un
segundo reactivo adicional y el producto de reacción de la salida
del primer reactor, una enzima para facilitar una reacción entre el
segundo reactivo y los otros componentes para generar más producto
de reacción, y una salida para emitir el producto de reacción,
incluyendo el producto de reacción admitido en la entrada del
segundo reactor y el producto de reacción generado a partir de la
reacción entre el segundo reactivo y los otros componentes.
El aparato también incluye un evaporador para
evaporar el disolvente inerte y por lo menos uno del primer
reactivo que no ha reaccionado y el segundo reactivo que no ha
reaccionado. El aparato también incluye un evaporador de recorrido
corto para separar el producto de reacción del reactivo que no ha
reaccionado restante. El producto de reacción incluye éster
alquílico. El producto de reacción incluye por lo menos el 99% de
éster alquílico. El aparato también incluye un mecanismo de retorno
para enviar por lo menos una parte del éster alquílico desde la
salida del segundo reactor de nuevo hasta la entrada del primer
reactor. El primer reactivo incluye triglicérido o ácido
carboxílico, y el segundo reactivo incluye alcohol primario o
secundario.
En general, en otro aspecto, la invención
muestra un aparato que incluye un reactor que presenta una entrada
para admitir una mezcla que incluye reactivos, una enzima para
facilitar una reacción entre los reactivos y un mecanismo de
realimentación para enviar por lo menos una parte de un producto de
la reacción de nuevo hasta la entrada.
El producto de la reacción incluye éster
alquílico, y el mecanismo de realimentación envía por lo menos una
parte del éster alquílico de nuevo hasta la entrada. Los reactivos
incluyen (1) por lo menos uno de triglicérido y ácido carboxílico y
(2) por lo menos uno de alcohol primario y secundario. La enzima
incluye una lipasa.
En general, en otro aspecto, que no es parte de
la invención, un sistema para generar éster alquílico incluye un
primer subsistema y un segundo subsistema. El primer subsistema
incluye un primer reactor que presenta una primera entrada para
admitir una primera mezcla que incluye un primer reactivo, un
segundo reactivo y un disolvente inerte para disolver los reactivos
primero y segundo, una primera enzima para facilitar una reacción
entre los reactivos primero y segundo para generar un producto de
reacción, y una primera salida para emitir el producto de reacción,
el disolvente inerte y otros componentes. El segundo subsistema
incluye un segundo reactor que presenta una segunda entrada para
admitir una segunda mezcla que incluye un segundo reactivo
adicional, un disolvente inerte, por lo menos una parte del producto
de reacción y los otros componentes de la primera salida, una
segunda enzima para facilitar una reacción entre el segundo reactivo
y los otros componentes para generar más producto de reacción, y
una segunda salida para emitir el producto de reacción, incluyendo
el producto de reacción admitido en la entrada de la segunda entrada
y el producto de reacción generado a partir de la reacción entre el
segundo reactivo y los otros componentes.
El producto de reacción incluye éster alquílico.
El sistema también incluye un mecanismo de retorno para enviar por
lo menos una parte del éster alquílico desde la primera salida de
nuevo hasta la primera entrada. El sistema también incluye un
mecanismo de retorno para enviar por lo menos una parte del éster
alquílico desde la segunda salida de nuevo hasta la primera
entrada. El porcentaje de éster alquílico en el producto de reacción
en la producción del segundo reactor es superior al porcentaje de
éster alquílico en el producto de reacción en la producción del
primer reactor.
El segundo subsistema incluye un separador para
eliminar por lo menos una parte de componentes distintos del éster
alquílico de una primera producción de disolución de la segunda
salida para obtener una segunda disolución que presenta por lo
menos el 90% en peso de éster alquílico. El separador incluye un
evaporador. El separador incluye un separador
líquido-líquido.
El primer subsistema incluye un separador para
eliminar por lo menos una parte de componentes distintos del éster
alquílico de una primera producción de disolución de la primera
salida para obtener una segunda disolución que presenta una
concentración de éster alquílico superior que la primera disolución.
El separador incluye un evaporador. El separador incluye un
separador líquido-líquido.
En algunos ejemplos, el primer reactivo incluye
triglicérido. En otros ejemplos, el primer reactivo incluye ácido
carboxílico. El segundo reactivo incluye por lo menos uno de alcohol
primario y secundario. El primer subsistema incluye una mezcladora
que presenta una primera entrada para admitir el primer reactivo,
una segunda entrada para admitir el segundo reactivo, una tercera
entrada para admitir el disolvente inerte, una estructura para
mezclar el primer reactivo, el segundo reactivo y el disolvente
inerte, y una salida para emitir la primera mezcla que incluye el
primer reactivo, el segundo reactivo y el disolvente inerte. En
algunos ejemplos, la primera enzima es igual que la segunda enzima.
En otros ejemplos, la primera enzima es diferente de la segunda
enzima. Por lo menos una de las enzimas primera y segunda incluye
una lipasa.
En general, en otro aspecto, la invención
muestra un aparato que incluye un reactor, una unidad de separación
y un mecanismo de retorno. El reactor presenta un conducto para
transmitir una mezcla que incluye un primer reactivo, un segundo
reactivo, un disolvente inerte y un producto de reacción que están
en un estado homogéneo, un acoplador para alojar un cartucho que
presenta una entrada para admitir la mezcla del conducto, una enzima
para facilitar una reacción entre los reactivos primero y segundo
para generar más producto de reacción y una salida para emitir el
producto de reacción, incluyendo el producto de reacción admitido en
la entrada y el producto de reacción generado a partir de la
reacción entre los reactivos primero y segundo. La unidad de
separación trata la producción de la salida para producir una
disolución que presenta un porcentaje superior del producto de
reacción. El mecanismo de retorno envía por lo menos una parte de la
disolución de nuevo hasta el conducto.
En general, en otro aspecto, la invención
muestra un sistema para generar éster alquílico que incluye un
primer subsistema y un segundo subsistema. El primer subsistema
incluye un primer reactor que presenta un primer conducto para
transmitir una primera mezcla que incluye un primer reactivo, un
segundo reactivo, un disolvente inerte y éster alquílico que están
en un estado homogéneo, un primer acoplador para alojar un primer
cartucho que presenta una primera entrada para admitir la mezcla
del primer conducto, una primera enzima para facilitar una reacción
entre los reactivos primero y segundo para generar éster alquílico,
y una primera salida para emitir el éster alquílico, el disolvente
y otros componentes. El segundo subsistema incluye un segundo
reactor que presenta un segundo conducto para transmitir una
segunda mezcla que incluye un segundo reactivo adicional, el
disolvente inerte y por lo menos una parte del éster alquílico y los
otros componentes de la primera salida, un segundo acoplador para
alojar un segundo cartucho que presenta una segunda entrada para
admitir la mezcla del segundo conducto, una segunda enzima para
facilitar una reacción entre el segundo reactivo y los otros
componentes para generar más éster alquílico, y una segunda salida
para emitir el éster alquílico.
En general, en otro aspecto, que no forma parte
de la invención, un sistema para generar éster alquílico incluye un
cartucho para alojar una mezcla que incluye un primer reactivo y un
segundo reactivo, incluyendo el cartucho una enzima para facilitar
una reacción entre los reactivos primero y segundo para generar un
producto de reacción, presentando el cartucho un identificador; y
un controlador para controlar una condición de funcionamiento del
sistema basándose en el identificador en el cartucho.
El producto de reacción incluye éster alquílico.
La enzima incluye una lipasa. El controlador controla una velocidad
de una bomba basándose en el identificador, en el que la velocidad
de la bomba afecta a la velocidad a la que la disolución pasa a
través del cartucho. El controlador controla un calentador basándose
en el identificador, en el que el calentador afecta a la
temperatura de la disolución. El controlador determina cuándo enviar
una señal que indica que se necesita sustituir el cartucho
basándose en el identificador.
En general, en otro aspecto, que no forma parte
de la invención, un aparato incluye un primer reactor que presenta
una entrada para admitir una fuente de aceite y un reactivo, y una
enzima para facilitar una reacción entre la fuente de aceite y el
reactivo para generar un producto deseado y otros componentes; y un
primer separador para separar el producto deseado de los otros
componentes para generar un producto bruto deseado; y un mecanismo
de retorno para enviar por lo menos una parte del producto deseado
bruto de nuevo hasta la entrada del primer reactor.
El producto deseado incluye un combustible. El
producto deseado incluye éster alquílico.
El aparato también incluye un segundo reactor
que presenta una entrada para admitir una mezcla que incluye el
reactivo adicional y por lo menos una parte del producto deseado
bruto, y una enzima para facilitar una reacción entre el reactivo y
los componentes en el producto deseado bruto para generar el
producto deseado adicional; y un segundo separador para separar el
producto deseado de otros componentes para generar un producto
deseado de alta pureza.
La fuente de aceite incluye por lo menos uno de
triglicérido y ácido carboxílico. El combustible bruto incluye
éster alquílico. El reactivo incluye por lo menos uno de entre
alcohol primario y secundario. La enzima incluye lipasa.
En general, en otro aspecto, que no forma parte
de la invención, un aparato incluye un cartucho que incluye una
enzima, estando configurado el cartucho para acoplarse a un
generador de éster alquílico. El generador de éster alquílico
incluye una mezcladora que mezcla un primer reactivo, un segundo
reactivo, un disolvente inerte y éster alquílico para generar una
disolución que se hace pasar a través del cartucho, en el que la
enzima en el cartucho facilita una reacción entre los reactivos
primero y segundo para generar más éster alquílico, y un mecanismo
de retorno para enviar por lo menos una parte del éster alquílico
derivado de la reacción entre los reactivos primero y segundo de
nuevo hasta la mezcladora.
La enzima incluye una lipasa. El cartucho
incluye información sobre el cartucho relacionada con una operación
del generador de éster alquílico.
En general, en otro aspecto, que no forma parte
de la invención, un aparato incluye un cartucho que incluye una
enzima, estando configurado el cartucho para acoplarse a un primer
subsistema de un sistema de dos etapas que genera éster alquílico.
El primer subsistema aloja un primer reactivo, un segundo reactivo y
un disolvente inerte, y hace pasar una mezcla que incluye la
primera reacción, el segundo reactivo y el disolvente inerte a
través del cartucho, facilitando la enzima una reacción entre los
reactivos primero y segundo para generar un primer producto, en el
que el primer producto se trata mediante un primer separador para
generar un producto bruto que presenta un primer porcentaje de
éster alquílico. El segundo subsistema aloja el producto bruto y un
segundo reactivo adicional, y genera un segundo producto, en el que
el segundo producto se trata mediante un segundo separador para
generar un producto refinado que presenta un segundo porcentaje de
éster alquílico que es superior al primer porcentaje.
En general, en otro aspecto, que no forma parte
de la invención, un aparato incluye un cartucho que incluye una
enzima, estando configurado el cartucho para acoplarse a un segundo
subsistema de un sistema de dos etapas que genera éster alquílico.
El primer subsistema aloja un primer reactivo y un segundo reactivo,
y genera un producto bruto que presenta un primer porcentaje de
éster alquílico. El segundo subsistema aloja el producto bruto y un
segundo reactivo adicional, hace pasar una mezcla que incluye el
producto bruto y el segundo reactivo adicional a través del
cartucho, facilitando la enzima una reacción entre componentes en el
producto bruto y el segundo reactivo para generar una producción,
en el que la producción se trata mediante una unidad de separación
para generar un producto refinado que presenta un segundo porcentaje
de éster alquílico que es superior al primer porcentaje.
En general, en otro aspecto, que no forma parte
de la invención, un aparato incluye un cartucho que incluye una
lipasa, estando configurado el cartucho para acoplarse a un
generador de éster alquílico. El generador de éster alquílico
incluye una mezcladora para mezclar una fuente de aceite y un
alcohol primario o un alcohol secundario en un disolvente orgánico
para formar una disolución que se hace pasar a través del cartucho,
en el que la fuente de aceite incluye un triglicérido y la lipasa
facilita una reacción entre el triglicérido y el alcohol primario o
el alcohol secundario para generar un éster alquílico, en el que la
disolución no experimenta separación de fases a lo largo de la
reacción y se produce glicerol como subproducto. El generador de
éster alquílico también incluye un evaporador para eliminar el
disolvente orgánico y el alcohol primario o alcohol secundario que
no ha reaccionado, un separador de fases para separar el éster
alquílico del glicerol y un segundo separador para separar el éster
alquílico de la fuente de aceite que no ha reaccionado.
El segundo separador incluye un evaporador de
recorrido corto.
En general, en otro aspecto, que no es parte de
la invención, un aparato incluye un cartucho que incluye una
lipasa, estando configurado el cartucho para acoplarse a un
generador de éster alquílico. El generador de éster alquílico
incluye una mezcladora para mezclar una fuente de aceite y un
alcohol primario o un alcohol secundario en un disolvente orgánico
para formar una disolución que se hace pasar a través del cartucho,
en el que la fuente de aceite incluye un ácido carboxílico y la
lipasa facilita una reacción entre el ácido carboxílico y el
alcohol primario o el alcohol secundario para generar un éster
alquílico, en el que la disolución no experimenta separación de
fases a lo largo de la reacción y se produce agua como subproducto.
El generador de éster alquílico también incluye un evaporador para
eliminar el disolvente orgánico y el alcohol primario o alcohol
secundario que no ha reaccionado, y un separador para separar el
éster alquílico de la fuente de aceite que no ha reaccionado.
El separador incluye un evaporador de recorrido
corto.
En general, en otro aspecto, la invención
muestra un aparato que incluye un evaporador que presenta una
entrada para admitir una mezcla que incluye éster alquílico,
alcohol, un disolvente inerte y glicerol, el evaporador para
evaporar el disolvente inerte y el alcohol para generar una
disolución que incluye éster alquílico y glicerol, y un separador
que presenta una entrada para admitir la disolución, el separador
para separar el éster alquílico del glicerol basándose en la
separación de fases líquido-líquido.
En general, en otro aspecto, que no forma parte
de la invención, un generador de energía incluye un generador de
éster alquílico basado en enzimas y un generador de electricidad. El
generador de éster alquílico incluye una entrada para admitir una
mezcla que incluye reactivos, una enzima para facilitar una reacción
entre los reactivos para generar éster alquílico y un mecanismo de
realimentación para enviar por lo menos una parte del éster
alquílico desde la salida de nuevo hasta la entrada. El generador de
electricidad incluye una entrada para admitir el éster alquílico
generado mediante el generador de éster alquílico, un convertidor
para convertir la energía del éster alquílico en electricidad y una
salida para emitir la electricidad generada mediante el
convertidor.
Por lo menos una parte del generador de éster
alquílico está impulsada por la electricidad generada mediante el
generador de electricidad. Los reactivos incluyen triglicérido y
alcohol.
En general, en otro aspecto, que no es parte de
la invención, un vehículo incluye un depósito para almacenar los
reactivos; un generador de éster alquílico basado en enzimas y un
motor. El generador de éster alquílico incluye una entrada para
admitir una mezcla que incluye los reactivos, una enzima para
facilitar una reacción entre los reactivos para generar éster
alquílico y un mecanismo de realimentación para enviar por lo menos
una parte del éster alquílico desde la salida de nuevo hasta la
entrada. El motor incluye una entrada para admitir el éster
alquílico generado mediante el generador de éster alquílico y un
convertidor para convertir la energía del éster alquílico en
energía
cinética.
cinética.
Por lo menos una parte del generador de éster
alquílico está impulsada por la energía cinética generada mediante
el motor. En algunos ejemplos, el vehículo también incluye un
mecanismo de transmisión para transmitir la energía cinética a las
ruedas. En algunos ejemplos, el vehículo también incluye un
mecanismo de transmisión para transmitir la energía cinética a los
propulsores.
En general, en otro aspecto, que no es parte de
la invención un vehículo incluye un depósito para almacenar los
reactivos, un generador de éster alquílico basado en enzimas y un
generador de electricidad. El generador de éster alquílico incluye
una entrada para admitir una mezcla que incluye los reactivos, una
enzima para facilitar una reacción entre los reactivos para generar
éster alquílico y un mecanismo de realimentación para enviar por lo
menos una parte del éster alquílico desde la salida de nuevo hasta
la entrada. El generador de electricidad incluye una entrada para
admitir el éster alquílico generado mediante el generador de éster
alquílico, un convertidor para convertir la energía del éster
alquílico en electricidad y una salida para emitir la electricidad
generada mediante el convertidor. El vehículo también incluye
componentes electrónicos y líneas de transporte de energía para
transmitir por lo menos una parte de la electricidad generada
mediante el generador de electricidad a los componentes
electrónicos.
En algunos ejemplos, el vehículo incluye un
avión. En algunos ejemplos, el vehículo incluye un coche. En algunos
ejemplos, el vehículo incluye un barco.
En general, en otro aspecto, que no es parte de
la invención, un edificio incluye una cocina para procesar
alimentos; un depósito para almacenar el aceite reciclado utilizado
en el tratamiento de los alimentos; y un generador de éster
alquílico basado en enzimas. El generador de éster alquílico incluye
una entrada para admitir una mezcla que incluye el aceite reciclado
y un reactivo, una enzima para facilitar una reacción entre el
aceite reciclado y el reactivo para generar éster alquílico y un
mecanismo de realimentación para enviar por lo menos una parte del
éster alquílico desde la salida de nuevo hasta la entrada.
El edificio también incluye un generador de
electricidad que incluye una entrada para admitir el éster alquílico
generado mediante el generador de éster alquílico, un convertidor
para convertir la energía del éster alquílico en electricidad, y
una salida para emitir la electricidad generada mediante el
convertidor; y líneas de transporte de energía para transmitir por
lo menos una parte de la electricidad al edificio.
En general, en otro aspecto, la invención
muestra un aparato para producir un éster alquílico, incluyendo el
aparato una mezcladora para mezclar una fuente de aceite y un
alcohol primario o un alcohol secundario en un disolvente orgánico
para formar una disolución, incluyendo la fuente de aceite un
triglicérido; un reactor para alojar la disolución, incluyendo el
reactor una lipasa que facilita una reacción entre el triglicérido
y el alcohol primario o el alcohol secundario para generar un éster
alquílico, en el que se produce glicerol como subproducto; un
evaporador para eliminar el disolvente orgánico y el alcohol
primario o alcohol secundario que no ha reaccionado; y un separador
de fases para separar el éster alquílico del glicerol.
La disolución alojada por el reactor no
experimenta separación de fases a lo largo de la reacción. Cada
molécula del disolvente orgánico incluye varios átomos de carbono y
un heteroátomo, en la que el número oscila desde 4 hasta 8. El
disolvente orgánico incluye un alcohol terciario de C4 a C8. El
disolvente orgánico incluye por lo menos uno de
t-butanol,
2-metil-2-butanol,
2,3-dimetil-2-butanol,
2-metil-2-pentanol,
3-metil-3-pentanol,
3-etil-3-pentanol,
2,3-dimetil-2-pentanol,
2,3-dimetil-3-pentanol,
2,2,3-trimetil-3-pentanol,
2-metil-2-hexanol y
3-metil-3-hexanol.
El disolvente orgánico incluye piridina. Por lo menos uno del
alcohol primario y el alcohol secundario consiste en de 1 a 18
átomos de carbono. La fuente de aceite incluye por lo menos uno de
aceite vegetal, aceite animal y grasa
residual.
residual.
El aparato también incluye un soporte,
inmovilizándose la lipasa sobre el soporte. La lipasa incluye por lo
menos una de lipasa de Candida antarctica, lipasa de
Thermomyces lanuginosa, lipasa de Pseudomonas
fluorescens, lipasa de Pseudomonas cepacia y lipasa de
Chromobacterium viscosum. Una parte del reactor se mantiene
a una temperatura de reacción de 0 a 95ºC para facilitar la reacción
entre el triglicérido y el alcohol primario o el alcohol
secundario. El aparato también incluye una bomba configurada para
hacer que la disolución fluya a través del reactor en de 1 a 180
minutos.
El aparato también incluye un calentador para
calentar la fuente de aceite hasta un intervalo de 150 a 215ºC. La
fuente de aceite calentada se enfría hasta la temperatura de
reacción antes de que la fuente de aceite se envíe a la mezcladora.
El aparato también incluye una entrada para añadir un éster
alquílico a la disolución antes de que la disolución se envíe al
reactor. El aparato también incluye un mecanismo de retorno para
permitir que por lo menos una parte del éster alquílico separado
mediante el separador de fases se introduzca por la entrada y se
añada a la disolución.
En general, en otro aspecto, que no forma parte
de la invención, un procedimiento incluye insertar un cartucho
dentro de un generador de éster alquílico, presentado el cartucho
una entrada y una salida, y una enzima colocada entre la entrada y
la salida; leer la información codificada en el cartucho; controlar
una operación del generador de éster alquílico basándose en la
información.
Controlar una operación del generador de éster
alquílico incluye controlar por lo menos una de temperatura y
velocidad de flujo de una disolución que fluye hacia el interior de
la entrada del cartucho.
En general, en otro aspecto, que no forma parte
de la invención, se describe un procedimiento de tratamiento de
alimentos, incluyendo el procedimiento tratar alimentos utilizando
aceite; reciclar el aceite utilizado para tratar los alimentos;
admitir una mezcla que incluye aceite reciclado, un reactivo y un
disolvente inerte; utilizar una enzima para facilitar una reacción
entre el aceite reciclado y el reactivo para generar éster
alquílico; reciclar por lo menos una parte del éster alquílico
mezclando por lo menos una parte del éster alquílico con la mezcla,
ayudando el éster alquílico a disolver el aceite reciclado y el
reactivo; generar electricidad o energía cinética a partir del
éster alquílico; e impulsar dispositivos utilizados para tratar los
alimentos utilizando la electricidad o la energía cinética.
En general, en otro aspecto, que no forma parte
de la invención, se describe un procedimiento de funcionamiento de
un vehículo, incluyendo el procedimiento admitir una mezcla que
incluye reactivos y un disolvente inerte, hacer pasar la mezcla a
través de un cartucho de enzimas para facilitar una reacción entre
los reactivos para generar éster alquílico; reciclar por lo menos
una parte del éster alquílico mezclando por lo menos una parte del
éster alquílico con la mezcla, ayudando el éster alquílico a
disolver los reactivos; generar electricidad o energía cinética a
partir del éster alquílico; e impulsar dispositivos utilizados para
hacer funcionar el vehículo utilizando la electricidad o la energía
cinética.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 es un diagrama de bloques de un
sistema de producción de combustible.
Las figuras 2A-2D son unos
diagramas de bloques de diferentes configuraciones de una planta de
producción de combustible. La figura 2A es una planta de una única
etapa con realimentación de biodiésel bruto. La figura 2B es una
planta de dos etapas con realimentación de biodiésel bruto de la
primera etapa. La figura 2C es una planta de una etapa. La figura
2D es una planta de dos etapas.
La figura 3 es un diagrama de bloques de una
planta de una única etapa con realimentación de biodiésel bruto.
La figura 4 es un diagrama esquemático de una
planta de una única etapa con realimentación de biodiésel bruto.
Las figuras 4A-C son unas vistas a escala ampliada
de partes de la figura 4.
La figura 5 es un diagrama esquemático de una
planta de una única etapa con realimentación de biodiésel bruto.
Las figuras 5A-D son unas vistas a escala ampliada
de partes de la figura 5.
La figura 6 es un diagrama esquemático de una
planta de dos etapas con realimentación de biodiésel bruto. Las
figuras 6A-C son unas vistas a escala ampliada de
partes de la figura 6.
La figura 7 es un diagrama de bloques de un
sistema de producción de combustible.
La figura 8 es un diagrama de bloques de un
sistema de producción de combustible acoplado a un generador
eléctrico.
La figura 9 es un diagrama de bloques de un
vehículo que presenta un sistema de producción de combustible.
La figura 10 es un diagrama de bloques de un
sistema de producción de combustible acoplado a una unidad de
tratamiento de combustible.
\vskip1.000000\baselineskip
Haciendo referencia a la figura 1, un sistema de
producción de combustible incluye una planta de tratamiento 100 que
toma una fuente 110 de aceite, tal como aceite de soja, y produce un
combustible 150 biodiésel, tal como éster alquílico, o un producto
relacionado tal como aceite lubricante o un producto químico
intermedio. La planta de tratamiento 100 utiliza uno o más
reactores 140 que utilizan cada uno un catalizador 142 enzimático.
La planta de tratamiento utiliza un disolvente 120 inerte, tal como
un alcohol terciario anhidro o piridina anhidra, así como un
reactivo 130, tal como un alcohol primario o secundario tal como
metanol anhidro. Durante el tratamiento, la planta de tratamiento
100 recupera algo del disolvente 120 inerte y el reactivo 130 para
reponer el suministro. La planta de tratamiento también produce
coproductos 160, tales como agua residual o glicerol.
A continuación, se describen varias versiones
diferentes de la planta de tratamiento. Estas versiones difieren,
por ejemplo, en características tales como el número de etapas de
tratamiento del reactor (por ejemplo, una única etapa con un
reactor, dos etapas con dos reactores), la disposición de
realimentación de biodiésel bruto intermedio a los reactores de
etapas anteriores y en la fuente de aceite, el disolvente inerte, el
reactivo, el biocatalizador particulares y las condiciones de
funcionamiento asociadas utilizadas. Por ejemplo, la planta de
tratamiento puede hacerse funcionar en un modo de flujo continuo o
alternativamente en un modo discontinuo.
Las diferentes versiones de la planta de
tratamiento pueden presentar tamaños físicos diferentes. En un
ejemplo, la planta es relativamente compacta, por ejemplo, el
tamaño de un refrigerador, lo que permite su utilización en el
punto en el que se consume el combustible biodiésel, tal como en la
ubicación de un motor diésel utilizado para la generación de
electricidad. Otras versiones pueden ser significativamente más
grandes con la correspondiente mayor capacidad de producción. En
algunos ejemplos, la planta puede diseñarse para la utilización
doméstica, puede presentar tamaños que son similares a un
refrigerador grande, y puede presentar una capacidad de producción
de 200 litros al día o menos. En otros ejemplos, la planta puede
diseñarse para su utilización en granjas, centros comerciales o
campos militares y puede presentar un tamaño similar a recipientes
que presentan una longitud en un intervalo de 20 a 40 pies. En
otros ejemplos, la planta 100 puede diseñarse para una planta
comercial y puede presentar una capacidad que oscila desde 40.000
toneladas hasta más de 250.000 toneladas anualmente.
Haciendo referencia a las figuras
2A-D, cuatro configuraciones de planta a modo de
ejemplo utilizan diferentes números de etapas y diferentes tipos de
realimentación. En referencia a la figura 2A, una planta de una
única etapa utiliza un único reactor 140. La producción del reactor
(R-1) 140 se alimenta a un separador
(S-1) 220, que incluye componentes para separar el
disolvente 120 inerte, el reactivo 130 que no ha reaccionado y los
subproductos 160 de la producción del reactor para emitir un
producto 225 de biodiésel bruto, por ejemplo, utilizando una
combinación de un evaporador y un separador
líquido-líquido. A la entrada del reactor
R-1 140 se proporciona la producción de una
mezcladora 210, que acepta la fuente 110 de aceite, el disolvente
120 inerte y el reactivo 130. En esta versión de la planta, la
mezcladora 210 también aloja algo del biodiésel 225 bruto
disponible a partir de la emisión del separador S-1.
Esta realimentación del biodiésel bruto presenta dos ventajas: (1)
potenciar que se complete la reacción entre los reactivos y (2)
reducir la cantidad de disolvente inerte requerida para que se
combine en la mezcladora 210. La producción del separador 220 se
alimenta a un separador final 230, por ejemplo, un evaporador de
recorrido corto o una destilación de recorrido corto, que purifica
adicionalmente el biodiésel para producir el biodiésel "puro"
de producción 150. Como ejemplo, el biodiésel bruto 225 puede ser
un 90-99% puro en peso, y el biodiésel 150 puro
puede ser más de un 99% puro en peso. Esta versión de la planta
presenta relativamente pocos componentes que por tanto es adecuada
para versiones pequeñas y portátiles, así como versiones más
grandes.
grandes.
Haciendo referencia a la figura 2B, una planta
de dos etapas 100B utiliza dos etapas 101 y 105, incluyendo cada
una un reactor 140. La disposición de un primer reactor
(R-1) 140 y un primer separador
(S-1) 220 es similar a la mostrada en la figura 2A,
incluyendo la utilización de una realimentación de biodiésel bruto
225 desde la salida del primer separador 220 hasta la mezcladora 210
del primer reactor 140. En esta versión de la planta, la producción
del primer separador 220 se alimenta a una segunda mezcladora 210
que combina el biodiésel bruto 225 con disolvente 120 inerte
adicional y reactivo 130. El producto de la segunda mezcladora 210
se alimenta a un segundo reactor (R-2) 140. La
producción del segundo reactor 140 se hace pasar a través de un
segundo separador (S-2) 220. La producción del
segundo separador 220 puede utilizarse directamente como
combustible 150 biodiésel, o preferentemente puede hacerse pasar a
través de un separador final 230 antes de la salida. Como ejemplo,
en una planta de dos etapas de este tipo, la producción de biodiésel
bruto 225 del primer separador 220 es por lo menos un 90% pura en
peso, mientras que la producción del segundo separador es por lo
menos un 95% pura.
Haciendo referencia a las figuras
2C-D, las plantas que no utilizan la realimentación
de biodiésel bruto presentan configuraciones que son por lo demás
similares a las plantas mostradas en las figuras
2A-B, respectivamente. Como ejemplos, las
producciones de los primeros separadores 220 en estas versiones de
la planta son por lo menos un 80% puras, y en la versión de dos
etapas mostrada en la figura 2D, la producción del segundo separador
es por lo menos un 95% pura.
La planta de una única etapa 100C es útil, por
ejemplo, cuando el catalizador (tal como un tipo particular de
lipasa) es caro, y el producto final presenta un valor añadido alto,
tal como para utilización farmacológica o médica. La cantidad de
lipasa que se requiere en la planta de una única etapa 100C puede
ser inferior a la de las plantas de doble etapa 100B y 100D, y por
tanto el producto final puede producirse de manera más
económica.
Las plantas 100A a 100D pueden presentar
diversas configuraciones. Pueden incluirse en las plantas
componentes adicionales, tales como intercambiadores de calor para
aumentar o disminuir las temperaturas de las disoluciones, y bombas
para controlar el flujo de las disoluciones. Pueden incluirse lechos
de eliminación para eliminar glicerol, humedad no deseados u otras
impurezas no deseadas de lo productos. Por ejemplo, en la planta de
una única etapa 100A, el separador 230 puede separar material de
partida que no ha reaccionado de manera completa (por ejemplo,
reactivo y fuente de aceite) del producto, de modo que el material
de partida que no ha reaccionado de manera completa puede
reciclarse. En este caso, puede utilizarse un lecho de eliminación
de glicerol relleno con una resina de intercambio iónico para
eliminar cantidades traza de glicerol del material de partida
reciclado.
En algunos ejemplos, cuando se utilizan ciertos
tipos de catalizador enzimático, por ejemplo, lipasa de
Thermomyces lanuginosa, es útil limitar la cantidad de
humedad en la disolución que fluye hacia el interior del reactor
140. En tales casos, puede emplearse un lecho de eliminación de agua
de tipo cartucho relleno con resina de adsorción (o absorción) de
humedad en la corriente de entrada de materia prima de aceite para
plantas más pequeñas. Para plantas más grandes, puede controlarse
la humedad del agua mediante otras técnicas de eliminación, tales
como aparato de extracción de aire seco caliente o evaporación.
En algunos ejemplos de las plantas de dos etapas
(por ejemplo, 100B y 100D), el separador final 230 puede
omitirse.
En las plantas 100A a 100D, el equilibrio de
reacción en los reactores 140 puede determinarse mediante la
termodinámica, y es independiente del tipo de catalizador enzimático
utilizado. Por tanto, la concentración de biodiésel en el
equilibrio es una función de la temperatura, la concentración de
disolvente inerte, las concentraciones de reactivos y las
concentraciones de producto. Pueden obtenerse diferentes
concentraciones de equilibrio de biodiésel a diferentes
temperaturas cuando otras condiciones siguen siendo las mismas.
Una variedad de combinaciones de fuente de
aceite, disolventes inertes, reactivos y catalizadores, y
condiciones de funcionamiento asociadas incluyendo los tiempos de
temperatura y de reacción, aptos para las versiones de las plantas
de producción de aceite están descritas en la solicitud US nº.
10/945.339, presentada el 20 de septiembre de 2004, titulada
"Methods for Producing Alkyl Esters", a nombre de
Chih-Chung Chou, que se incorpora a la presente
memoria como referencia.
El enfoque de tratamiento está basado en el
descubrimiento de que los alquilésteres de elevada pureza se pueden
producir fácilmente a partir de una materia prima de aceite (por
ejemplo, aceites vegetales o grasas animales) mediante una reacción
catalizada por lipasa, en la que la inactivación de lipasas se
minimiza.
En particular, la presente invención proporciona
un procedimiento para producir un alquiléster mediante una reacción
de transesterificación o de esterificación. El procedimiento
incluye: (1) mezclar una fuente de aceite que contiene un
triglicérido o un ácido carboxílico y un primer alcohol primario o
un primer alcohol secundario en un primer solvente orgánico para
formar una primera solución, en la que cada molécula del primer
solvente orgánico contiene 4 a 8 átomos de carbono y un
heteroátomo, (2) hacer reaccionar el triglicérido o el ácido
carboxílico con el primer alcohol primario o el primer alcohol
secundario en presencia de una primera lipasa para producir un
primer alquiléster, en el que la primera solución no experimenta
separación de fases durante la reacción, y (3) separar el primer
alquiléster de la primera solución.
Entre los ejemplos de una fuente de aceite
adecuada se incluyen aceite vegetal (por ejemplo aceite de
microalgas), aceite animal (por ejemplo aceite de pescado, manteca,
grasas extraídas o sebo), grasas residuales (por ejemplo grasas
residuales procedentes de un restaurante) o una fracción hidrolítica
de las mismas (por ejemplo ácidos carboxílicos). Antes de la etapa
de mezcla, puede calentarse la fuente de aceite hasta una
temperatura de entre 150ºC y 215ºC, y enfriarse hasta la
temperatura de reacción.
Antes de la reacción, la fuente de aceite puede
mezclarse con el primer alcohol primario o el primer alcohol
secundario en el primer solvente orgánico para formar una solución
de una fase. Entre los ejemplos del primer alcohol primario y del
primer alcohol secundario se incluyen aquellos que contienen 1 a 18
átomos de carbono, tales como metanol, etanol, isopropanol,
isobutanol,
3-metil-1-butanol,
hexanol, octanol, decanol o alcohol laurílico. Entre los ejemplos
del primer solvente orgánico se incluyen piridina o un alcohol
C4-C8 terciario (por ejemplo
t-butanol,
2-metil-2-butanol,
2,3-dimetil-2-butanol,
2-metil-2-pentanol,
3-metil-3-pentanol,
3-etil-3-pentanol,
2,3-dimetil-2-pentanol,
2,3-dimetil-3-pentanol,
2,2,3-trimetil-3-pentanol,
2-metil-2-hexanol o
3-metil-3-hexanol).
El primer solvente orgánico también puede mezclarse con otros
solventes adecuados. Preferentemente los primeros solventes
orgánicos pueden mezclarse con un alquiléster, que puede ser un
alquiléster obtenido mediante el procedimiento de la presente
invención o un alquiléster obtenido a partir de otras fuentes (por
ejemplo el obtenido de una fuente comercial). En el caso de que el
primer solvente orgánico se utilice conjuntamente con otro
solvente, se añade en una cantidad suficiente para mantener la
homogeneidad de la primera solución durante la reacción,
minimizando de esta manera la inactivación de la primera lipasa. El
término "lipasa" se refiere a cualquier enzima que puede
catalizar una reacción de transesterificación o de esterificación.
Entre los ejemplos se incluyen la lipasa de Candida
antarctica, la lipasa de Thermomyces lanuginosa, la
lipasa de Pseudomonas fluorescens, la lipasa de
Pseudomonas cepacia o la lipasa de Chromobacterium
viscosum. La primera lipasa puede incluir una sola lipasa o una
combinación de dos o más lipasas. Preferentemente se inmoviliza
sobre un portador en el primer reactor. La reacción de
transesterificación o de esterificación puede llevarse a cabo a una
temperatura de entre 0ºC y 95ºC (por ejemplo de entre 20ºC y 95ºC)
durante 1 a 180 minutos (por ejemplo 10 a 90 minutos, o 20 a 60
minutos), obteniendo el primer alquiléster.
Durante la reacción de transesterificación entre
una fuente de aceite que contiene un triglicérido y un primer
alcohol primario o secundario, se produce glicerol como producto
secundario. Inesperadamente, pudo obtenerse fácilmente el primer
alquiléster mediante separación de fases entre el primer alquiléster
y el glicerol tras eliminar el primer solvente orgánico y el primer
alcohol primario o secundario no reaccionado mediante evaporación.
La fuente de aceite anteriormente indicada también puede contener
monoglicéridos, diglicéridos o ácidos carboxílicos. Los
monoglicéridos o diglicéridos reaccionan con el primer alcohol
primario o secundario de una manera similar a los triglicéridos.
Los ácidos carboxílicos reaccionan con el primer alcohol primario o
secundario mediante una reacción de esterificación, en la que se
produce agua como producto secundario, que puede eliminarse
fácilmente durante el proceso de evaporación.
Durante una reacción de esterificación entre una
fuente de aceite que contiene un ácido carboxílico y un primer
alcohol primario o secundario, se produce agua (aunque no glicerol)
como producto secundario. También resulta inesperado que pueda
obtenerse fácilmente el primer alquiléster mediante la eliminación
del primer solvente orgánico, el primer alcohol primario o
secundario no reaccionado y el agua mediante evaporación. En el caso
de que la fuente de aceite recién mencionada contenga una cantidad
significativa de triglicéridos, diglicéridos o monoglicéridos, el
primer alquiléster puede obtenerse de la manera descrita en el
párrafo anterior.
En el caso de que el primer alquiléster obtenido
anteriormente se encuentre contaminado por monoglicéridos,
diglicéridos, triglicéridos o ácidos carboxílicos, los contaminantes
pueden eliminarse mediante la reacción adicional con un alcohol a
través de otra reacción de transesterificación o de esterificación.
Específicamente, el primer alquiléster puede mezclarse con un
segundo alcohol primario o un segundo alcohol secundario en un
segundo solvente orgánico para formar una segunda solución. Cada
molécula del segundo solvente orgánico contiene 4 a 8 átomos de
carbono y un heteroátomo. El segundo solvente orgánico puede ser
igual o diferente del primer solvente orgánico. El segundo alcohol
primario o secundario preferentemente es igual o diferente del
primer solvente orgánico. El segundo alcohol primario o secundario
preferentemente es igual al primer alcohol primario o secundario.
Los monoglicéridos, diglicéridos, triglicéridos o ácidos
carboxílicos en la segunda solución seguidamente puede reaccionar
con el segundo alcohol primario o el segundo alcohol secundario en
presencia de una segunda lipasa para producir un segundo
alquiléster. En la reacción, la segunda solución no experimenta
separación de fases. La segunda lipasa puede ser igual o diferente
de la primera lipasa. El primer y segundo alquilésteres obtenidos
de esta manera seguidamente pueden separarse de la segunda solución.
Preferentemente, el segundo alquiléster es idéntico al primer
alquiléster.
Una serie de ejemplos del enfoque de tratamiento
se describen a continuación.
\vskip1.000000\baselineskip
1.2.1. Ejemplo
1
Se utilizó aceite de soja como fuente de aceite
para la preparación de alquilésteres. Específicamente se mezcló
aceite de soja refinado (55,4% en peso) con metanol anhidro (8,6% en
peso) y t-butanol anhidro (36,0% en peso) en un
primer mezclador para formar una solución de una fase. A
continuación se envió la solución a un primer reactor, que se llenó
con NOVOZYM 435 (una lipasa de Candida antarctica; Novozymes
A/S, Bagsvaerd, Dinamarca). Específicamente se inmovilizó NOVOZYM
435 sobre un portador (una resina macroporosa) y después se
introdujo en el reactor. La temperatura del reactor era 45ºC. El
tiempo de reacción era de 62 minutos. Tras completar la reacción,
la solución se alimentó a un evaporador de vacío y después a un
separador líquido-líquido, obteniendo un producto.
Se determinó la composición del producto mediante HPLC (columna:
Luna Su C18(2) 250x4,6 mm, Phenomenex; fases móviles:
metanol, hexano e isopropanol; detector de UV:
UV-2075, JASCO, Japón). Inesperadamente el producto
obtenido contenía 96,19% en peso de alquilésteres, 3,59% en peso de
monoglicéridos y diglicéridos y 0,22% en peso de triglicéridos.
En otro experimento, se utilizó un alquiléster
como cosolvente. Específicamente se mezcló aceite de soja refinado
(49,1% en peso) con metanol anhidro (7,6% en peso),
t-butanol anhidro (20,5% en peso) y un alquiléster
(22,8% en peso) en un primer mezclador para formar una solución de
una fase. Las condiciones de reacción eran iguales a las indicadas
anteriormente, excepto en que la reacción se completó en 58,0
minutos. Inesperadamente, el producto obtenido contenía 96,10% en
peso de alquilésteres, 3,23% en peso de monoglicéridos y
diglicéridos y 0,67% en peso de triglicéridos.
En todavía otro experimento, se utilizó alcohol
t-amílico y un alquiléster como solventes. Específicamente
se mezcló aceite de soja refinado (40,8% en peso) con metanol
anhidro (6,3% en peso), alcohol t-amílico anhidro (37,3% en
peso) y un alquiléster (15,6% en peso) en un primer mezclador para
formar una solución de una fase. Las condiciones de reacción eran
iguales a las indicadas anteriormente, excepto en que la reacción
se completó en 53,0 minutos. Inesperadamente, el producto obtenido
contenía 96,96% en peso de alquilésteres, 2,64% en peso de
monoglicéridos y diglicéridos y 0,40% en peso de triglicéridos.
\vskip1.000000\baselineskip
1.2.2 Ejemplo
2
Se mezcló un alquiléster obtenido a partir del
Ejemplo 1 con metanol anhidro y t-butanol anhidro en otro
mezclador para formar una solución de una fase. La solución formada
de esta manera contenía 70,00% en peso del alquiléster, 2,8% en
peso de contaminantes (es decir, 2,47% en peso de monoglicéridos y
diglicéridos, y 0,31% de triglicéridos), 7,28% en peso del metanol
y 19,94% en peso del t-butanol. A continuación, la solución
se envió a otro reactor, que se llenó con NOVOZYM 435. En
particular, se inmovilizó NOVOZYM 435 en un portador y después se
introdujo en el reactor. La temperatura del segundo reactor era
45ºC. El tiempo de reacción era 17,5 minutos. Tras completar la
reacción, la solución se alimentó a otro evaporador de vacío y
después a otro separador líquido-líquido para
obtener un producto. Se determinó la composición del producto
mediante HPLC.
Inesperadamente el producto obtenido
anteriormente contenía 99,24% en peso de alquilésteres, 0,65% en
peso de monoglicéridos y diglicéridos y 0,11% en peso de
triglicéridos.
\vskip1.000000\baselineskip
1.2.3. Ejemplo
3
Se utilizaron fuentes de aceites que no eran
aceite de soja como materiales de partida para preparar los
alquilésteres de una manera similar a la descrita en el Ejemplo 1.
Entre las fuentes de aceites utilizadas se incluían grasas
residuales de restaurantes que contenían cantidades elevadas de
ácidos grasos libres, grasas residuales de restaurantes que
contenían cantidades reducidas de ácidos grasos libres, sebo,
manteca, aceite de pescado, aceite de palma y aceite de ricino. En
un experimento, se utilizaron grasas residuales procedentes de
restaurantes que contenían cantidades elevadas de ácidos grasos
libres. Específicamente se alimentó el reactor que contenía NOVOZYM
435 con una solución que contenía dichas grasas residuales de
restaurante (49,1% en peso), metanol anhidro (7,6% en peso),
t-butanol (20,5% en peso) y un alquiléster (22,8% en peso).
Específicamente se inmovilizó NOVOZYM 435 sobre un portador y
después se introdujo en el reactor. La temperatura del reactor era
45ºC. El tiempo de reacción era 24,0 minutos. Se aisló el producto
del reactor y se determinó su composición mediante HPLC.
Inesperadamente, el producto obtenido anteriormente contenía 96,63%
en peso de alquilésteres, 3,17% en peso de monoglicéridos y
diglicéridos y 0,20% en peso de triglicéridos.
En otro experimento, se utilizó aceite de pesado
(un aceite animal) como una fuente de aceite. Específicamente se
mezcló aceite de pescado (52,4% en peso) con metanol anhidro (7,8%
en peso) y piridina anhidra (39,8% en peso) en un primer mezclador
para formar una solución de una fase. Las condiciones de reacción
eran iguales a las indicadas anteriormente, excepto en que se
completó la reacción en 25,0 minutos.
Inesperadamente, el producto obtenido contenía 95,63% en peso de
alquilésteres, 3,03% en peso de monoglicéridos y diglicéridos y
1,34% en peso de triglicéridos.
Todavía en otro experimento, se utilizó aceite
de palma (un aceite vegetal) como una fuente de aceite.
Específicamente se mezcló aceite vegetal (46,5% en peso) con
metanol anhidro (7,5% en peso) y alcohol t-amílico anhidro
(46,0% en peso) en un primer mezclador para formar una solución de
una fase. Las condiciones de reacción eran iguales a las indicadas
anteriormente, con la excepción de que la reacción se completó en
41,0 minutos. Inesperadamente, el producto obtenido contenía 96,97%
en peso de alquilésteres, 1,95% en peso de monoglicéridos y
diglicéridos, y 1,08% en peso de triglicéridos.
\vskip1.000000\baselineskip
1.2.4. Ejemplo
4
Se utilizaron alcoholes primarios como
materiales de partida para preparar alquilésteres de una manera
similar a la indicada en el Ejemplo 1. Entre los alcoholes
utilizados se incluían metanol, etanol, isobutanol,
3-metil-1-butanol,
hexanol, octanol, decanol y alcohol laurílico. En un experimento, el
reactor que contenía NOVOZYM 435 se alimentó con una solución que
contenía aceite de pescado (52,0% en peso), etanol (11,2% en peso) y
t-butanol anhidro (36,8% en peso). Específicamente, se
inmovilizó NOVOZYM 435 sobre un portador y después se introdujo en
el reactor. La temperatura del reactor era 45ºC. El tiempo de
reacción era 39,0 minutos. Se aisló el producto del reactor y se
determinó su composición mediante HPLC. Inesperadamente, el producto
obtenido anteriormente contenía 97,44% en peso de alquilésteres,
1,44% en peso de monoglicéridos y diglicéridos y 1,11% en peso de
triglicéridos.
En otro experimento, se utilizó hexanol (un
alcohol C6) como material de partida. Específicamente, se mezcló
aceite de soja (53,7% en peso) con hexanol anhidro (26,6% en peso) y
t-butanol anhidro (19,7% en peso) en un primer mezclador
para formar una solución de una fase. Las condiciones de reacción
eran iguales a las indicadas anteriormente, excepto en que la
reacción se completó en 46,0 minutos. Inesperadamente, el producto
obtenido contenía 95,06% en peso de alquilésteres, 4,11% en peso de
monoglicéridos y diglicéridos y 0,88% en peso de triglicéridos.
En todavía otro experimento, se utilizó alcohol
laurílico (un alcohol C12) como material de partida.
Específicamente, se mezcló aceite de soja (37,2% en peso) con
alcohol laurílico anhidro (33,6% en peso) y t-butanol anhidro
(29,2% en peso) en un primer mezclador para formar una solución de
una fase. Las condiciones de reacción eran iguales a las indicadas
anteriormente, excepto en que la reacción se completó en 66,0
minutos. Inesperadamente, el producto obtenido contenía 95,03% en
peso de alquilésteres, 4,07% en peso de monoglicéridos y
diglicéridos y 0,90% en peso de triglicéridos.
\vskip1.000000\baselineskip
1.2.5. Ejemplo
5
Se utilizaron alcoholes secundarios como
materiales de partida para preparar alquilésteres de una manera
similar a la indicada en el Ejemplo 1. Entre los alcoholes
utilizados se incluían isopropanol (un alcohol C3),
2-butanol (un alcohol C4) y alcohol
n-octílico secundario (un alcohol C8). En un
experimento, el reactor que contenía NOVOZYM 435 se alimentó con
una solución que contenía aceite de soja (52,9% en peso),
isopropanol (14,1% en peso) y alcohol t-amílico anhidro
(33,0% en peso). Específicamente, se inmovilizó NOVOZYM 435 sobre un
portador y después se introdujo en el reactor. La temperatura del
reactor era 45ºC. El tiempo de reacción era
39,0 minutos. Se aisló el producto del reactor y se determinó su
composición mediante HPLC. Inesperadamente, el producto obtenido
anteriormente contenía 93,92% en peso de alquilésteres, 4,86% en
peso de monoglicéridos y diglicéridos y 1,22% en peso de
triglicéridos.
En otro experimento se utilizó
2-butanol como material de partida. Específicamente
se mezcló aceite de soja (52,5% en peso) con
2-butanol anhidro (18,9% en peso) y alcohol
t-amílico anhidro (28,6% en peso) en un primer mezclador
para formar una solución de una fase. Las condiciones de reacción
eran iguales a las indicadas anteriormente, excepto en que la
reacción se completó en 46,0 minutos. Inesperadamente, el producto
obtenido contenía 92,84% en peso de alquilésteres, 5,08% en peso de
monoglicéridos y diglicéridos y 2,09% en peso de triglicéridos.
Todavía en otro experimento, se utilizó alcohol
n-octílico secundario como material de partida.
Específicamente se mezcló aceite de soja (46,4% en peso) con
alcohol n-octílico secundario anhidro (29,3% en
peso) y alcohol t-butanol anhidro (24,3% en peso) en un
primer mezclador para formar una solución de una fase. Las
condiciones de reacción eran iguales a las indicadas anteriormente,
excepto en que la reacción se completó en 42,0 minutos.
Inesperadamente, el producto obtenido contenía 94,69% en peso de
alquilésteres, 2,45% en peso de monoglicéridos y diglicéridos y
2,86% en peso de triglicéridos.
\vskip1.000000\baselineskip
1.2.6. Ejemplo
6
Se preparó un alquiléster utilizando ácido
láurico y metanol como materiales de partida mediante una reacción
de esterificación de una manera similar a la indicada en el Ejemplo
1. Específicamente, el reactor que contenía NOVOZYM 435 se alimentó
con una solución que contenía ácido láurico anhidro (77,7% en peso),
metanol anhidro (17,6% en peso) y t-butanol anhidro (4,7% en
peso). Se inmovilizó NOVOZYM 435 sobre un portador y después se
introdujo en el reactor. La temperatura del reactor era 45ºC. El
tiempo de reacción era 37,0 minutos. Se aisló el producto del
reactor y se determinó su composición mediante GC (8610C, SRI, USA;
columna: MXT-65TG, longitud: 30 m, D.I.: 0,25
\mum; gas portador: He, caudal: 1 ml/minuto; inyector: relación de
división de flujo: 20 a 1, temperatura: 300ºC; detector: FID,
temperatura: 370ºC).
Inesperadamente, el producto obtenido
anteriormente contenía 96,0% en peso de laurato de metilo y 4,0% en
peso de ácido láurico.
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1.2.7. Ejemplo
7
Se prepararon alquilésteres utilizando aceite de
soja y metanol como materiales de partida de una manera similar a
la indicada en el Ejemplo 1, con la excepción de que se calentó
aceite de soja durante un periodo de tiempo antes de la
utilización. Específicamente, en primer lugar se calentó el aceite
de soja a 200ºC durante 5 minutos a 210ºC durante 1 hora y después
se enfrió hasta la temperatura de reacción. Después, se mezcló el
aceite de soja (49,1% en peso) con metanol anhidro (7,6% en peso),
t-butanol anhidro (20,5% en peso) y un alquiléster (22,8% en
peso) en el mezclador para formar una solución de una fase. A
continuación, la solución se envió al reactor, que se llenó con
NOVOZYM 435. Específicamente, se inmovilizó NOVOZYM 435 sobre un
portador y se introdujo en el reactor previamente. La temperatura
del reactor era 45ºC. Se aisló cada producto del reactor y se
determinó su composición mediante HPLC.
Inesperadamente, se necesitaron 50,3 minutos y
47,4 minutos para obtener un producto que contenía menos de 1,5% en
peso de triglicéridos utilizando aceite de soja calentado a 200ºC
durante 5 minutos y utilizando aceite de soja calentado a 210ºC
durante 1 hora, respectivamente. En comparación, se necesitaron 53,8
minutos para el mismo resultado en una reacción similar utilizando
aceite de soja sin tratamiento térmico previo.
\vskip1.000000\baselineskip
1.2.8. Ejemplo
8
Se utilizó LIPOZYME TL IM (una lipasa de
Thermomyces lanuginosa, Novozymes A/S, Bagsvaerd, Dinamarca)
como catalizador para preparar alquilésteres de una manera similar a
la indicada en el Ejemplo 1. Específicamente, se inmovilizó sobre
un portador de sílice granulado y después se introdujo en el
reactor. A continuación, el reactor se alimentó con una solución
que contenía aceite de soja (49,1% en peso), metanol anhidro (7,6%
en peso), t-butanol anhidro (20,5% en peso) y un alquiléster
(22,8% en peso). La temperatura del reactor era 45ºC. El tiempo de
reacción era 51,0 minutos. Se aisló el producto del reactor y se
determinó su composición mediante HPLC.
Inesperadamente, el producto obtenido
anteriormente contenía 94,04% en peso de alquilésteres, 3,65% en
peso de monoglicéridos y diglicéridos y 2,31% en peso de
triglicéridos.
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Haciendo referencia a la figura 3, un ejemplo de
la planta de tratamiento 100A de la configuración mostrada en la
figura 2A incluye varios componentes utilizados para ejecutar los
separadores 220 y 230, así como componentes adicionales no
mostrados en la figura 2A utilizados para tratar la producción
recuperada y productos residuales producidos por los separadores.
En este ejemplo, el reactivo 130 incluye un alcohol.
El reactor 140 puede ser, por ejemplo, un
reactor de flujo de pistón que incluye el catalizador 142
enzimático. Una descripción de la reacción entre la fuente 110 de
aceite y el alcohol 130 reactivo puede encontrarse en la sección
1.2 y en la solicitud de patente U.S. 10/945.339. La velocidad del
flujo de fluido a través del reactor 140 se controla de modo que se
cumple un tiempo de residencia especificado para el reactor 140, que
permite un tiempo suficiente para que las reacciones se completen.
El tiempo de residencia puede oscilar desde, por ejemplo, 3 horas
hasta menos de 20 minutos. La temperatura del reactor 140 se
mantiene en un valor prefijado, que puede oscilar desde, por
ejemplo, 20ºC hasta 95ºC, dependiendo en parte del tipo de fuente de
aceite, reactivo y catalizador.
El reactor 140 emite un producto 103 bruto, que
incluye éster alquílico, glicerol e impurezas, tales como aceites
que han reaccionado de manera incompleta que se generan a partir de
la reacción entre la fuente 110 de aceite y el reactivo 130. Los
ejemplos de aceites que han reaccionado de manera incompleta
incluyen monoglicérido y diglicérido.
La planta de tratamiento 100A incluye un módulo
220 de separación que separa los componentes en el producto 103
bruto en, por ejemplo, glicerol bruto 168 y biodiésel bruto 150
incluyendo aceite 110 que no ha reaccionado, disolvente 120 inerte
y reactivo 130 que no ha reaccionado. El módulo 220 de separación
incluye un evaporador a vacío, tal como un evaporador de láminas
rotativas 324, tipo modelo VD, fabricado por Verfahrens Technische
Aulagen GMBH, Deggendorf, Alemania, o un tambor de evaporación
simple integrado con un evaporador de lecho compacto. El evaporador
de láminas rotativas 324 separa los diversos componentes en el
producto 103 bruto utilizando la evaporación por medio de láminas
rotativas. El evaporador de láminas rotativas 324 incluye una
lámina delgada que presenta un área superficial grande de modo que
el disolvente 120 inerte, el alcohol 130 que no ha reaccionado y el
agua pueden evaporarse a una velocidad más rápida. Los componentes
que presentan puntos de ebullición inferiores, tales como el
alcohol 130 que no ha reaccionado, el vapor de agua, el disolvente
inerte y otras impurezas, se evaporan, condensan y recogen en una
unidad 328 de recuperación de disolvente, que separa el disolvente
120 inerte, el alcohol 130 que no ha reaccionado, el vapor de agua y
otras impurezas. El disolvente 120 inerte y el alcohol 130 que no
ha reaccionado pueden reciclarse y mezclarse con disolvente 120
nuevo, fuente 110 de aceite nueva y alcohol 130 reactivo nuevo como
parte de la entrada al reactor 140. El vapor de agua y otras
impurezas se envían a un convertidor 362 catalítico, que convierte
las impurezas en, por ejemplo, dióxido de carbono. El vapor de agua
y el dióxido de carbono se emiten a través de un orificio de
ventilación (no mostrado).
El residuo del evaporador de láminas rotativas
324 incluye glicerol, éster alquílico, aceite que no ha reaccionado
y aceite que ha reaccionado de manera incompleta, que se envían a un
primer coalescedor y separador 336. El coalescedor coalesce las
gotas de glicerol en forma líquida. Tras sedimentarse la disolución
durante un periodo de tiempo en el separador, el biodiésel y el
glicerol se separarán, formando una capa superior de biodiésel y
una capa inferior de glicerol.
La capa inferior de glicerol se denomina
glicerol bruto 168, que incluye impurezas, tales como agua,
disolvente inerte y alcohol que no ha reaccionado. El glicerol
bruto 168 se envía a un evaporador de glicerol bruto 338. Un
ejemplo del evaporador 338 es un evaporador de recorrido corto, tal
como el tipo modelo VK, fabricado por VTA GMBH, o un tambor de
evaporación simple acoplado con un evaporador de lecho compacto. El
evaporador 338 funciona mediante evaporación para separar el
glicerol de las impurezas, y emite el glicerol "puro" 114. Como
ejemplo, el glicerol puro 114 puede ser por lo menos un 99% puro en
peso.
La capa superior de biodiésel se denomina
biodiésel bruto 225 debido a que incluye impurezas, tales como
aceite que ha reaccionado de manera incompleta, aceite que no ha
reaccionado y cantidad traza de glicerol. Una parte del biodiésel
bruto 225 se recicla y se alimenta de nuevo al reactor 140. Tal como
se describió anteriormente, la recirculación del biodiésel bruto
225 puede reducir la cantidad de disolvente inerte que se requiere
para disolver la fuente de aceite y el alcohol reactivo, además de
la ventaja de promover la reacción hasta que se complete.
La parte del biodiésel bruto 225 que no se
recicla se envía al separador final 230, que incluye un evaporador
de recorrido corto 344 que separa el biodiésel de las impurezas para
generar el biodiésel puro 150.
El evaporador de recorrido corto 344 emite el
aceite incompleto, aceite que no ha reaccionado y el glicerol hacia
un segundo coalescedor y separador 354 o un lecho de resina de
intercambio iónico regenerable (lecho de flujo de pistón), que
separa o elimina el glicerol de los otros componentes. El
coalescedor y separador 354 emite el glicerol bruto 156 hacia el
evaporador de glicerol bruto 338, que trata el glicerol bruto 156
para generar glicerol puro 114. El coalescedor y separador 354 emite
aceites que no han reaccionado e incompletos, que, opcionalmente,
pueden reciclarse y alimentarse de nuevo al reactor 140.
\vskip1.000000\baselineskip
Haciendo referencia a la figura 4, se describe
en detalle a continuación otro ejemplo de planta 110A de la
configuración mostrada en la figura 2A.
Haciendo referencia a la figura 4, la planta
110A incluye un tambor de aceite (D-1) que almacena
la fuente 110 de aceite. El disolvente 120 inerte se almacena en un
tambor de disolvente, que aloja disolvente inerte nuevo, disolvente
inerte recirculado de la unidad de recuperación de disolvente dentro
de la planta y gas nitrógeno. El gas nitrógeno bloquea la humedad y
el oxígeno del disolvente. El alcohol 130 reactivo se almacena en
un tambor de alcohol reactivo, que aloja alcohol reactivo nuevo,
alcohol reactivo recirculado y gas nitrógeno.
El mezclado de la fuente 110 de aceite, el
disolvente 120 inerte y el alcohol 130 reactivo se realiza
utilizando varios componentes. Una bomba dosificadora de doble
cabezal (P-1) 430 bombea la fuente 110 de aceite a
lo largo del recorrido 432 a una velocidad fijada hacia un lecho de
eliminación de agua (RB-1) 436, que puede ser, por
ejemplo, un lecho compacto relleno con polímero superabsorbente que
elimina cantidades traza de agua directamente de la fuente de
aceite. Tras eliminar el agua, la fuente de aceite se envía a través
de una tubería 440 hacia la mezcladora 210, que incluye una
mezcladora estática (SM-1) 438. Al mismo tiempo, una
bomba dosificadora de doble cabezal (P-2) 424
bombea el reactivo y el disolvente inerte hacia la mezcladora
estática 438 a una velocidad de modo que la razón de la fuente de
aceite frente al alcohol reactivo y el disolvente inerte se
mantiene a un valor predeterminado. La bomba 430 también bombea
biodiésel bruto recirculado 225 a través de una tubería 476 hacia
la mezcladora estática 438, a una razón predeterminada de biodiésel
bruto recirculado frente a fuente de aceite.
La mezcladora estática 438 puede ser, por
ejemplo, una mezcladora estática de múltiples elementos tal como se
describe en la patente U.S. n.º 3.286.992, o una mezcladora
compacta, tal como mezcladora estática compacta Sulzer, disponible
de Sulzer Chemtech, Suiza. Una mezcladora estática no presenta
partes móviles, y mezcla la disolución sin energía externa. La
mezcladora estática 438 hace que el reactivo, el disolvente inerte,
la fuente de aceite y el biodiésel bruto recirculado se mezclen
meticulosamente para producir una disolución homogénea.
El reactor 140, que incluye un intercambiador de
calor (HE-1) 448 y un reactor de tipo cartucho
(R-1) 404, aloja la producción de la mezcladora
210. Específicamente, la producción de la mezcladora estática 438 se
envía a un intercambiador de calor (HE-1) 448, que
regula la temperatura de la disolución mezclada utilizando, por
ejemplo, agua de refrigeración, aceite caliente, vapor de agua o
enfriadores o calentadores eléctricos. El intercambiador de calor
448 puede presentar, por ejemplo, un diseño de doble tubería.
Entonces se introduce la disolución en un cartucho 404 alargado del
reactor que está relleno con el catalizador 142 enzimático, en este
caso lipasa. La temperatura de reacción puede estar en un intervalo
de 0 a 95ºC, preferentemente a temperatura ambiente (por ejemplo,
25ºC).
Pueden utilizarse varios tipos alternativos de
cartucho 404. Por ejemplo, el cartucho 404 puede ser una columna
con soporte de rejilla en la parte inferior. Se proporciona un tamiz
en la parte inferior del cartucho para retener el catalizador 142
enzimático dentro del cartucho, y se proporciona otro tamiz en la
parte superior del cartucho para nivelar el flujo de la disolución
en el cartucho. Entre los dos tamices, el cartucho se rellena con
el catalizador. La disolución mezclada de temperatura regulada se
introduce en el cartucho 404 a través de una abertura en la parte
superior del cartucho, y fluye hacia abajo a través del catalizador
142 enzimático. El catalizador enzimático facilita una reacción
entre los alcoholes reactivos y la fuente de aceite, que incluye
triglicérido, para generar éster alquílico, glicerol y agua (y/u
otras impurezas).
El reactor 140 emite un producto bruto que
incluye éster alquílico, glicerol, aceite que no ha reaccionado
(triglicérido), aceite incompleto (monoglicérido y diglicérido),
alcohol que no ha reaccionado, disolvente inerte y otras impurezas.
Tal como se describió anteriormente con referencia a la figura 3, la
producción bruta del reactor 140 se hace pasar a un separador 220,
que incluye un evaporador 324 y coalescedor y separador 336. En la
figura 4, se indica un diseño particular de coalescedor y separador
336 mediante el número de referencia 336A, en el que se emplea un
filtro de membrana con tamaño de poro de 1\sim5 \mum para
coalescer las gotas de glicerol.
En la planta 110A mostrada en la figura 4, el
evaporador 324 incluye un regulador 452 de la presión (PR), un
precalentador 448 (HE-2) y un evaporador de tambor
de evaporación simple integrado con un diseño 451 de lecho compacto
(E-1). El precalentador 448 puede utilizar, por
ejemplo, aceite caliente o vapor de agua para precalentar el
producto bruto. El evaporador 451 puede utilizar aceite caliente o
vapor de agua como medio de calentamiento en la zona con camisa. En
el interior del evaporador 451, se evaporan el disolvente inerte,
agua y alcohol que no ha reaccionado y salen del evaporador 451 a
través de una abertura superior. El disolvente inerte, agua y el
alcohol que no ha reaccionado se condensan y se recogen en la unidad
328 de recuperación de disolvente (no mostrada en la figura 4), y
pueden reciclarse.
La composición del líquido condensado en la
unidad de recuperación de disolvente puede incluir alcohol que no
ha reaccionado, disolvente inerte, agua y cantidad traza de
biodiésel. Pueden utilizarse dos columnas simples para separar el
alcohol que no ha reaccionado, disolvente inerte y agua. En un
ejemplo, la primera columna separa el disolvente inerte del alcohol
que no ha reaccionado y agua. El disolvente inerte, incluyendo
cantidad traza de biodiésel, si hay alguna, sale de la parte
inferior de la primera columna y se recicla al tambor de disolvente
inerte.
En la unidad de recuperación de disolvente, el
alcohol que no ha reaccionado y el agua salen de la parte superior
de la primera columna y se envían a la segunda columna, en la que el
alcohol que no ha reaccionado se recoge en un tambor a reflujo
superior y se recicla al tambor de alcohol reactivo. El residuo de
la parte inferior en la segunda columna consiste en su mayor parte
en agua y cantidades pequeñas de alcohol que no ha reaccionado y
disolvente inerte. La pequeña cantidad de alcohol que no ha
reaccionado y disolvente inerte puede vaporizarse a través de un
convertidor catalítico y quemarse completamente. Ambas columnas
simples pueden hacerse funcionar automáticamente a presión
ambiente. En general, el diseño de la recuperación de disolvente
depende del alcohol y el disolvente inerte que se utilizan, y
pueden utilizarse diferentes esquemas de recuperación.
Continuando con la referencia a la figura 4, los
componentes en el evaporador 451 que presentan puntos de ebullición
superiores se bombean mediante una bomba de engranajes
(p-6) a un coalescedor 454 (CL-1), y
las gotas de glicerol coalescen para dar gotas grandes que pueden
separarse fácilmente del biodiésel bruto. Se forman dos líquidos en
el separador de fases líquido-líquido
(S-2) 456. Se envía biodiésel bruto a través de un
enfriador (HE-3) 458 y un lecho de eliminación de
cantidades traza de glicerol (RB-3) 461, que está
relleno con una resina de intercambio iónico regenerable. La
producción del lecho de eliminación de cantidades traza de glicerol
461 se divide en dos flujos 476 y 478. Un flujo 476 se recicla a la
mezcladora estática 438, el otro flujo 478 se envía al evaporador
de recorrido corto (E-2) 424.
El biodiésel bruto, que puede incluir por lo
menos el 95% en peso de éster alquílico, fluye hacia fuera del
separador 456 y se enfría mediante un enfriador
(HE-3) 458. Se utiliza agua de refrigeración para
enfriar el biodiésel bruto en el enfriador.
Una parte del biodiésel bruto se recicla a
través de una tubería 476 de realimentación. El biodiésel bruto
recirculado pasa por una válvula de solenoide de tres vías 478, que
puede conectarse entre el biodiésel bruto y el biodiésel puro. Tal
como se describió anteriormente, la bomba 430 bombea el biodiésel
recirculado hacia la mezcladora estática 438.
La parte del biodiésel bruto que no se recicla
se envía al evaporador de recorrido corto 344 (parte del separador
final 230 tal como se muestra en la figura 3). El evaporador de
recorrido corto 344 incluye un intercambiador de calor
(HE-4) 486, un regulador 452 de presión y un
evaporador de recorrido corto (E-2) 424. El
evaporador de recorrido corto 424 separa el biodiésel del glicerol,
aceite que no ha reaccionado y otras impurezas. El biodiésel de
alta pureza fluye hacia fuera del evaporador 424 a través de un
recorrido 426.
El evaporador 424 emite el aceite que no ha
reaccionado contaminado con cantidad traza de glicerol a través de
un recorrido 433 hacia un tambor (S-4) 472. El
aceite que no ha reaccionado se bombea mediante una bomba de
engranajes (P-8) 473 a través de un enfriador
(HE-6) 475. Dependiendo de la calidad del aceite que
no ha reaccionado y/o la cantidad de impureza en el aceite, el
aceite que no ha reaccionado puede enviarse a un tambor de
eliminación de aceite residual, o enviarse a través de un lecho de
eliminación de glicerol (RB-2) 444 para eliminar
cualquier glicerol restante y reciclarse al tambor de aceite
D-1. El lecho de eliminación de glicerol 444 puede
ser, por ejemplo, un lecho compacto relleno con una resina que puede
eliminar cantidades traza de glicerol de la disolución.
Una trampa 457 de drenaje por gravedad doble
(DN-1) se coloca entre el separador de fases
líquido-líquido (S-2) 456 y el
tambor 474 para descargar el glicerol automáticamente. Un ejemplo de
la trampa 457 está disponible de Armstrong, MI, EE.UU..
Alternativamente, si la trampa de drenaje no puede utilizarse debido
a que la cantidad de glicerol es demasiado pequeña, puede
utilizarse un tambor pequeño con un conmutador de nivel alto y un
conmutador de nivel bajo, ambos acoplados a una válvula de solenoide
en la parte inferior del tambor para la descarga de
glicerol.
glicerol.
El glicerol bruto en el tambor 474 puede
refinarse a través de un evaporador a vacío (no mostrado en la
figura 4) para eliminar el agua, el alcohol que no ha reaccionado y
el disolvente inerte. El vapor evaporado se condensa y se agrupa
con el tambor de líquido condensado del evaporador
E-1 (y E-2) descrito anteriormente.
El residuo que deja el evaporador de glicerol bruto es el producto
de glicerol puro adecuado para su utilización comercial.
El biodiésel de alta pureza del evaporador de
recorrido corto 424 se bombea a través de un intercambiador de
calor (HE-5) 408, en el que el agua de refrigeración
enfría el biodiésel de alta pureza. El producto de biodiésel puro
final puede incluir por lo menos un 99% en peso de éster alquílico.
El producto de biodiésel puro se almacena en un tambor de producto
de biodiésel puro (D-5). Durante la puesta en marcha
de la planta de tratamiento, el biodiésel puro puede reciclarse a
través de un recorrido de realimentación a la mezcladora 210 para
el reactor 140 cuando el biodiésel bruto no está disponible. El
recorrido de realimentación está conectado a la válvula de
solenoide 478 de modo que el biodiésel puro recirculado puede
desconectarse cuando se emplea el biodiésel bruto.
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La figura 5 muestra un diseño alternativo de un
reactor de una única etapa que utiliza un diseño de descarga de
producto inferior. Se utilizan dos tambores de líquido
(S-1) 556 y (S-2) 566, que están
conectados entre vacío y atmósfera, para descargar líquido de un
tambor 455 acoplado al evaporador. Se utilizan detectores de
líquido (no representados) en los tambores 556 y 566 para el control
automático de la operación de conexión para descargar líquidos. Las
válvulas de solenoide de dos vías 558 y 560, y una válvula de
solenoide de tres vías 568 regulan el flujo de la disolución desde
el tambor 455 hasta los tambores 556 y 566. La válvula 560 regula
un flujo de líquido desde la parte inferior del tambor 556. En un
primer periodo de tiempo, la válvula 560 se cierra y la válvula 558
se abre. La válvula de solenoide de tres vías 568 está configurada
de modo que una abertura superior del tambor 556 se acopla a una
bomba de vacío (no representada). La disolución fluye por gravedad
desde el tambor 455 hacia el interior del tambor 556.
Después de que haya una cantidad prefijada de
disolución en el tambor 556, la válvula 558 se cierra. La válvula
560 se abre, y la válvula de solenoide de 3 vías 568 se selecciona
de modo que el aire ambiente puede pasar por un gel de sílice (o
resina) 570 y se introduce en la abertura superior del tambor 556.
El gel de sílice o resina 570 elimina la humedad del aire que se
introduce en el tambor 556.
Debido a la gravedad, la disolución en el tambor
556 fluye hacia el interior del tambor 566. Después de que la
disolución fluya hacia fuera del tambor 556 hasta un nivel
prefijado, la válvula 560 se cierra, la válvula 568 se conecta y la
válvula 558 vuelve a abrirse.
Una bomba 562 bombea de manera continua la
disolución a través de un coalescedor 454 (CL-1), en
el que las gotas de glicerol se coalescen para dar gotas grandes y
se separan del biodiésel bruto. La bomba 562 funciona de manera
similar al papel de la bomba de engranajes 467 en la figura 4. La
diferencia es que, para la bomba 562, la presión de succión procede
de la presión ambiente en vez de la situación de alto vacío tal como
en el caso para la bomba de engranajes 467. Esto proporciona más
flexibilidad en la selección de la bomba, haciendo más fácil que se
encuentre una bomba adecuada.
La operación posterior es similar a la
facilitada en la figura 4. Puede emplearse un diseño similar para
los flujos inferiores del evaporador de recorrido corto
(E-2) 424.
\vskip1.000000\baselineskip
Haciendo referencia a la figura 6, a
continuación se describe en detalle un ejemplo de una planta de
tratamiento de dos etapas 110B de la configuración mostrada en la
figura 2B. El separador final 230 de la figura 2B se omite en la
figura 6.
La primera parte de la planta de tratamiento
110B en la figura 6 incluye un primer reactor 140, un primer
evaporador 324 y un primer coalescedor y separador 336B, que
funciona de manera similar a los correspondientes elementos en la
figura 5. En vez de utilizar un evaporador de recorrido corto 344
como en la figura 5, la planta de tratamiento 110B de la figura 6
utiliza un segundo reactor 140, un segundo evaporador 324 y un
segundo coalescedor y separador 336B. El segundo reactor 140, que
puede ser similar al primer reactor 140, incluye un catalizador
enzimático, tal como una lipasa. Los reactores primero y segundo 140
pueden utilizar los mismos o diferentes catalizadores
enzimáticos.
El biodiésel bruto deja el lecho de eliminación
de glicerol RB-2, que elimina glicerol del biodiésel
bruto, se transporta a lo largo de una tubería 288 hacia una
segunda mezcladora estática (SM-2) 210, que es
similar a la primera mezcladora estática 210 para el primer reactor
140. Al mismo tiempo, una bomba de doble cabezal
(P-4) 292 bombea el alcohol 130 reactivo y el
disolvente 120 inerte hacia la segunda mezcladora estática
(SM-2) 210 a una velocidad de modo que una razón
prefijada del alcohol 130 reactivo y el disolvente 120 inerte se
mezcla con el biodiésel bruto en una ubicación 290 antes que se
introduzca en la mezcladora estática SM-2 210. La
producción de la mezcladora estática SM-2 210 se
envía al segundo reactor 140.
En el segundo reactor 140, el alcohol reactivo,
el aceite que no ha reaccionado y el aceite incompleto reaccionan
para generar más éster alquílico, de modo que en una producción del
segundo reactor 140, queda menos aceite que no ha reaccionado y
aceite incompleto.
La producción del segundo coalescedor y
separador 336B incluye biodiésel de pureza superior, que incluye un
porcentaje superior (por ejemplo, más del 99% en peso) de éster
alquílico. El biodiésel de pureza superior, que puede incluir una
cantidad traza de glicerol, se enfría en primer lugar en el
enfriador (HE-5) 488 y entonces se hace pasar a
través del lecho de resina (RB-3) 489. El lecho de
resina (RB-3) se rellena con una resina para
eliminar una cantidad traza de glicerol.
El producto final, biodiésel de alta pureza 150,
que puede incluir, por ejemplo, un 99% en peso de éster alquílico,
se envía a un tambor de producto de alta pureza
(D-5). El biodiésel de alta pureza en el tambor
D-5 puede reciclarse durante la puesta en marcha o
proporcionarse a un usuario.
En algunos ejemplos, las condiciones de
funcionamiento para las plantas de tratamiento 100A (figuras 4 y 5)
y 100B (figura 6) pueden ser tal como sigue. El primer reactor 404
se hace funcionar a temperaturas que oscilan desde 0ºC hasta 95ºC,
en el que el tiempo de residencia oscila desde 1 hasta 180 minutos.
El primer evaporador 451 se hace funcionar a temperaturas
inferiores a 120ºC y presiones inferiores a 100 mmHg. Los lechos de
eliminación 436, 444 y 461 pueden hacerse funcionar a temperaturas
que oscilan desde 20ºC hasta 80ºC, preferentemente cera de la
temperatura ambiente (por ejemplo, 25ºC). Los coalescedores 454 y
456 pueden hacerse funcionar a temperaturas que oscilan desde 20ºC
hasta 80ºC.
\vskip1.000000\baselineskip
6.1 Ejemplo
1
A continuación, se proporciona un ejemplo de
condiciones de funcionamiento para una planta de tratamiento de dos
etapas descrita anteriormente, en la que se recirculó biodiésel
bruto a la primera entrada del reactor. Se utilizaron evaporadores
de láminas rotativas y no se utilizó un evaporador de recorrido
corto. Se utilizó aceite de soja refinado adquirido de un
supermercado local como materia prima para la planta de tratamiento.
La cantidad de agua en el aceite de soja refinado era de
aproximadamente 200-300 ppm. Se utilizó metanol
anhidro puro como alcohol reactivo. Se utilizó alcohol
t-amílico anhidro puro como disolvente inerte. El
primer reactor (R-1) incluía un lecho compacto
relleno con lipasa, en el que la lipasa era TL IM, de Novozymes. El
tiempo de residencia de la disolución en el primer reactor era de
50 minutos, y la temperatura de reacción era de 25ºC. El segundo
reactor (R-2) era un lecho compacto relleno con
lipasa, en el que la lipasa era Novo 435, de Novozymes. El tiempo
de residencia de la disolución en el segundo reactor era de 115
minutos y la temperatura de reacción era de 25ºC. Los evaporadores
son evaporadores de láminas rotativas, que se hacen funcionar a una
temperatura de 110ºC y una presión de 1,0 mmHg abs., y a una
velocidad de rotación de 250 revoluciones por minuto. El producto
final incluía un 99,10% en peso de biodiésel, un 0,62% en peso de
monoglicérido, un 0,22% en peso de diglicérido, un 0,066% en peso
de triglicérido y el índice de acidez era de 0,630 mg KOH/g.
\vskip1.000000\baselineskip
6.2 Ejemplo
2
A continuación, se proporciona un ejemplo de
condiciones de funcionamiento para una planta de tratamiento de una
única etapa descrita anteriormente, en la que se recirculó el
biodiésel bruto a la entrada del reactor. Se utilizaron dos diseños
de evaporador alternativos: (1) un tambor de evaporación simple
integrado con un evaporador de lecho compacto, y (2) un evaporador
de láminas rotativas. Se trató el producto final mediante un
evaporador de recorrido corto. La materia prima era aceite de soja
nuevo refinado con 200-300 ppm de humedad de agua.
El reactor (R-1) era un lecho compacto relleno con
lipasa. La lipasa era TL IM (de Novozymes), el tiempo de residencia
era de 53 minutos y la temperatura de reacción era de 25ºC. Cuando
el evaporador (E-1) utilizó un tambor de
evaporación simple integrado con un lecho compacto, la temperatura
de funcionamiento era de 120ºC y la presión era de 5 torr abs.
Cuando el evaporador utilizó un evaporador de láminas rotativas sin
tambor de evaporación de manera prioritaria, la temperatura de
funcionamiento era de 120ºC, la presión era de 1 torr abs. y la
velocidad de rotación era de 250 revoluciones por minuto. El
separador final utilizó un evaporador de recorrido corto
(E-2), en el que la temperatura de funcionamiento
era de 120ºC, la presión era de 0,05 torr abs. y la velocidad de
rotación era de 400 RPM. El producto final que se obtuvo incluía un
99,81% en peso de biodiésel, un 0,13% en peso de monoglicérido, un
0,06% en peso de diglicérido y cantidad no detectable de
triglicérido, y el índice de acidez es de 0,770 mg KOH/g.
\vskip1.000000\baselineskip
6.3. Ejemplo
3
A continuación, se proporciona un ejemplo de
condiciones de funcionamiento para una planta de tratamiento de una
única etapa descrita anteriormente, en la que no se recirculó el
biodiésel bruto. La materia prima era aceite de soja nuevo refinado
con 200-300 ppm de humedad de agua. El reactor
(R-1) era un lecho compacto relleno con lipasa. La
lipasa era TL IM (de Novozymes), el tiempo de residencia era de 66,6
minutos y la temperatura de reacción era de 25ºC. El evaporador
(E-1) era un tambor de evaporación simple integrado
con un lecho compacto, que funcionaba a temperatura de 120ºC y
presión de 5 torr abs. El producto final que se obtuvo incluía un
86,55% en peso de biodiésel, un 6,52% en peso de monoglicérido, un
5,24% de diglicérido y un 1,69% en peso de triglicérido.
\vskip1.000000\baselineskip
6.4. Ejemplo
4
El producto de biodiésel bruto que es la
producción de un coalescedor de tipo membrana típico (tamaño de poro
en el intervalo de 1-5 \mum) puede presentar una
cantidad de 1.000-1.500 ppm de glicerol tras la
separación líquido-líquido. El biodiésel bruto
puede hacerse pasar a través de un lecho de resina que presenta una
profundidad de 90 cm, en el que el tiempo de residencia del fluido
en el lecho es de aproximadamente 25 minutos. La concentración
final de glicerol en el efluente puede ser inferior a 15 ppm. La
resina que se utiliza puede ser un tipo de resina de intercambio
iónico, MonoPlus SP112, disponible de Bayer Company, Alemania. El
lecho saturado puede regenerarse mediante metanol, etanol o
materiales equivalentes.
\vskip1.000000\baselineskip
Los reactores primero y segundo 140 pueden
utilizar cartuchos que pueden retirarse rellenos con catalizadores
enzimáticos, de modo que los cartuchos viejos pueden sustituirse por
los nuevos cuando el catalizador se vuelve ineficaz tras una
ejecución prolongada. Los reactores primero y segundo 140 están
configurados para aceptar una variedad de cartuchos que pueden
retirarse, tales como de diferentes vendedores, o que presentan
diferentes tipos de catalizadores. Las plantas de tratamiento 100A
a 100D pueden diseñarse para que presenten un mecanismo de
acoplamiento que se acopla con los cartuchos, de modo que los
cartuchos pueden retirarse e instalarse fácilmente. Pueden
utilizarse diferentes tipos de catalizadores enzimáticos, estando
asociado cada catalizador con un conjunto diferente de condiciones
de funcionamiento, tales como velocidad de flujo y temperatura de
funcionamiento. Los sistemas de producción de combustible biodiésel
pueden ajustar las condiciones de funcionamiento basándose en el
tipo particular de catalizador enzimático que está utilizándose.
Haciendo referencia a la figura 7, un sistema
702 de producción de combustible biodiésel incluye reactores 704,
incluyendo cada uno un cartucho 706 relleno con catalizador
enzimático. El cartucho 706 incluye un identificador 708, tal como
un código de barras o una etiqueta de identificación por
radiofrecuencia (RFID), que identifica el catalizador enzimático en
el cartucho 706. Un lector 710 (por ejemplo, un lector de RFID o
código de barras) lee el identificador 708, y envía la información
de identificación a un procesador 712 de datos. Basándose en la
información de identificación, el procesador 712 de datos recupera
la información de funcionamiento prealmacenada a partir de una base
714 de datos, y utiliza la información de funcionamiento para
controlar un subsistema 716 de control del flujo y un subsistema
718 de control de la temperatura.
El subsistema 716 de control del flujo incluye,
por ejemplo, bombas que determinan una velocidad de flujo de la
fuente de aceite y el alcohol reactivo que fluyen a través de los
reactores. En algunos ejemplos, el identificador 708 puede estar
asociado con un catalizador enzimático que requiere un tiempo de
residencia corto, de modo que el procesador de 712 datos controla
el subsistema 716 de control del flujo para bombear las
disoluciones a través de los reactores 704 más rápido. En algunos
ejemplos, el identificador 708 puede estar asociado con un
catalizador enzimático que requiere un tiempo de residencia más
largo, de modo que el procesador 712 de datos controla el
subsistema de control del flujo para bombear las disoluciones a
través de los reactores 704 más lento. En algunos ejemplos, el
identificador 708 puede estar asociado con un catalizador
enzimático que requiere una temperatura de reacción superior, de
modo que el procesador 712 de datos controla el subsistema 718 de
control de la temperatura para fijar las temperaturas de los
reactores o los intercambiadores de calor a un valor superior. En
algunos ejemplos, el identificador 708 puede estar asociado con un
catalizador enzimático que requiere una temperatura de reacción
inferior, de modo que el procesador 712 de datos controla el
subsistema 718 de control de la temperatura para fijar las
temperaturas de los reactores o los intercambiadores de calor a un
valor inferior.
En algunos ejemplos, el identificador 708 puede
estar asociado con información prealmacenada que proporciona una
estimación sobre cuándo necesita sustituirse el cartucho 706. La
información prealmacenada puede indicar que el cartucho 706
necesita sustituirse después de que un cierto volumen de disolución
haya pasado por el cartucho 706. Basándose en medidores de flujo
(no mostrados) en el sistema, el procesador 712 de datos determina
el volumen de disolución que ha pasado por el cartucho 706. Cuando
el volumen supera un cierto límite, el procesador 712 de datos
muestra un mensaje al usuario para indicarle que el cartucho
necesita sustituirse.
\vskip1.000000\baselineskip
Haciendo referencia a la figura 8, un generador
800 de energía eléctrica incluye una planta de tratamiento 802 que
aloja una fuente 804 de aceite y un alcohol 805 reactivo, y genera
biodiésel 806. El biodiésel 806 se envía a un generador 808 de
energía eléctrica de biodiésel, que genera electricidad 810 a partir
del biodiésel 806. Una parte de la electricidad se envía a la
planta de tratamiento 802 a través de un recorrido 812, y se
utiliza para proporcionar energía a diversos componentes eléctricos
de la planta de tratamiento.
El sistema 802 puede ser cualquiera de las
plantas de tratamiento descritas anteriormente.
Una ventaja del generador 800 de energía
eléctrica es que el sistema puede generar electricidad con menos
contaminación que los generadores de energía eléctrica que utilizan
combustible diésel a base de petróleo. Si la fuente de aceite
incluye triglicérido, el generador 800 produce glicerol, agua y
dióxido de carbono como subproducto. Si la fuente de aceite incluye
ácido carboxílico,
\hbox{el generador 800 produce sólo agua y
dióxido de carbono como subproducto.}
Haciendo referencia a la figura 9, un vehículo
820 incluye una planta de tratamiento 802 que aloja la fuente 804
de aceite y el alcohol 805 reactivo, y genera biodiésel 806. El
biodiésel 806 se envía a un motor 814 diésel, que convierte el
biodiésel en energía 820 cinética que se envía un sistema 816 de
transmisión que transmite la energía cinética a las ruedas o
propulsores para impulsar el vehículo 820. El vehículo 820 puede
incluir un generador de energía eléctrica (no mostrado) que
convierte la energía cinética del motor diésel en electricidad. La
electricidad puede utilizarse para impulsar diversos componentes
eléctricos del vehículo 820.
La planta de tratamiento 802 puede ser
cualquiera de las plantas de tratamiento descritas anteriormente. El
vehículo 820 puede ser, por ejemplo, un coche, un camión, un tren,
un barco o un avión.
Haciendo referencia a la figura 10, un edificio
830, tal como un restaurante, incluye una unidad 834 de tratamiento
de alimentos (tal como una cocina) que aloja aceite 832 de cocina
para tratar alimentos. El aceite 836 reciclado generado mediante la
unidad 834 de tratamiento de alimentos se envía a una planta de
tratamiento 802, que también aloja el alcohol 805 reactivo y emite
el biodiésel 806. Un generador 808 de energía eléctrica diésel
aloja el biodiésel y genera electricidad, que se utiliza para
impulsar diversos componentes eléctricos de la unidad 834 de
tratamiento de alimentos y la planta de tratamiento 802.
\vskip1.000000\baselineskip
Otras formas de realización están dentro del
alcance de las siguientes reivindicaciones. Por ejemplo, las bombas
de doble cabezal pueden sustituirse por dos bombas independientes.
Las mezcladoras estáticas pueden sustituirse por un tambor de
mezclado agitado o mezcladoras estáticas de tipo dosificadoras. Para
la producción a pequeña escala de biodiésel, puede utilizarse una
mezcladora estática compacta de tipo dosificadora en cada punto de
mezclado. Si la fuente de aceite incluye un alto porcentaje de agua,
tal como más de 2.000 ppm, el lecho de eliminación de agua puede
sustituirse por un aparato de extracción de aire caliente. El agua
puede eliminarse mediante extracción y el aceite se enfría antes de
que se envíe al reactor. En algunos ejemplos, cuando se utilizan
grasas animales o aceites vegetales de alto punto de fusión como
materia prima, las grasas o los aceites se disuelven en primer
lugar en el disolvente inerte.
Si la fuente de aceite incluye ácido
carboxílico, una reacción entre el ácido carboxílico y el alcohol
reactivo genera éster alquílico, con agua como subproducto. No se
genera glicerol en este caso. Debido a que no hay glicerol, la
purificación del éster alquílico puede lograrse mediante la
evaporación del disolvente, el alcohol que no ha reaccionado y el
agua. Cuando la fuente de aceite incluye ácido carboxílico, no es
necesario utilizar los separadores para separar el biodiésel del
glicerol, o utilizar lechos de eliminación para eliminar el
glicerol.
En algunos ejemplos, el biodiésel puede
utilizarse como combustible para un motor diésel de combustión
interna o un motor diésel con turbina de gas.
En algunos ejemplos, se utilizan cartuchos
rellenos con catalizadores enzimáticos en los reactores de plantas
de tratamiento de unidades pequeñas. Para unidades comerciales más
grandes, puede insertarse una carga y transferencia en línea de la
lipasa en el diseño del sistema.
En algunos ejemplos, el evaporador
E-1 (figuras 4-6) puede ser un
tambor de evaporación simple con o sin integración de un diseño de
lecho compacto. En otros ejemplos, cuando se utiliza alcohol
superior (alcohol reactivo o disolvente inerte), pueden emplearse
evaporadores de láminas rotativas.
En algunos ejemplos, los enfriadores
(HE-1, HE-3, HE-5 y
HE-6) en la misma planta de tratamiento pueden
agruparse en una unidad para sistemas a pequeña escala. En algunos
ejemplos, los enfriadores están separados, pero colocados en
paralelo en una caja y presentan una entrada común y una salida
común para el medio de refrigeración, tal como agua de
refrigeración. En algunos ejemplos, los enfriadores se diseñan como
enfriadores de aire que utilizan un ventilador para enfriar todas
las corrientes simultáneamente.
En algunos ejemplos, un evaporador de recorrido
corto puede utilizar un tambor de evaporación en la entrada de
manera similar al del evaporador E-1. Esta clase de
diseño puede reducir la carga del condensador en el interior de la
unidad de recorrido corto, lo que significa que puede obtenerse una
velocidad de entrada superior. Puede utilizarse un condensador
externo para condensar el vapor evaporado que abandona el tambor de
evaporación. El material condensado se agrupa con el producto
destilado de la unidad de recorrido corto.
La regeneración del lecho de eliminación de
glicerol puede ser un tratamiento en línea (tal como cuando se
utilizan diseños paralelos para sistemas grandes) o tratamiento
fuera de línea (tal como cuando se utilizan diseños de tipo
cartucho para unidades pequeñas).
Durante el apagado, el sistema de producción de
combustible completo puede someterse a inertización con nitrógeno
para bloquear la humedad y el aire (para reducir la acidificación
del biodiésel o la fuente de aceite).
En algunos ejemplos, la resina de eliminación de
glicerol puede ser una resina de intercambio iónico, tal como
Lewatit MonoPlus SP112, disponible de Bayer Chemical, Leverkusen,
Alemania.
La mezcladora estática puede sustituirse por una
mezcladora agitada (tambor) con su velocidad de salida regulada por
un control de nivel.
Claims (18)
1. Aparato de flujo continuo para producir éster
alquílico que comprende:
- \quad
- un primer reactor que presenta
- \quad
- una entrada para recibir una mezcla que comprende un primer reactivo seleccionado de entre el grupo constituido por triglicérido, ácido carboxílico, aceite vegetal y grasa animal, un segundo reactivo que comprende por lo menos uno de entre un alcohol primario y secundario, un producto de reacción, y un disolvente inerte que disuelve por lo menos una parte de los reactivos primero y segundo,
- \quad
- una enzima para facilitar una reacción entre los reactivos primero y segundo para generar más producto de reacción, y
- \quad
- una salida para emitir el producto de reacción, incluyendo el producto de reacción recibido en la entrada y el producto de reacción generado a partir de la reacción entre los reactivos primero y segundo;
- \quad
- un separador que se alimenta con el producto de reacción de la salida del primer reactor,
- \quad
- y emitir un producto de reacción bruto que incluye éster alquílico y glicerol, incluyendo el separador un evaporador y un separador de fases líquido-líquido; separando el separador de fases líquido-líquido el éster alquílico del glicerol; y
- \quad
- un mecanismo de retorno para enviar una parte de la producción de éster alquílico desde el separador de nuevo hasta la entrada.
2. Aparato según la reivindicación 1, en el que
la mezcla incluye un disolvente que disuelve por lo menos una parte
del primer reactivo, del segundo reactivo y del producto de
reacción.
3. Aparato según la reivindicación 2, en el que
la salida emite por lo menos el éster alquílico, el disolvente y el
primer reactivo que no ha reaccionado.
4. Aparato según la reivindicación 1, en el que
el primer reactivo comprende triglicéridos.
5. Aparato según la reivindicación 1, en el que
el primer reactivo comprende un ácido carboxílico.
6. Aparato según la reivindicación 1, en el que
el primer reactivo comprende por lo menos uno de entre aceite
vegetal y grasa animal.
7. Aparato según la reivindicación 6, en el que
el producto de reacción presenta una composición que es apta para
su utilización como combustible.
8. Aparato según la reivindicación 1, que
comprende además un segundo reactor que presenta
- \quad
- una entrada para recibir una mezcla que comprende un segundo reactivo adicional y el producto de reacción de la salida del primer reactor,
- \quad
- una enzima para facilitar una reacción entre el segundo reactivo y los otros componentes para generar más producto de reacción, y
- \quad
- una salida para emitir el producto de reacción, incluyendo el producto de reacción recibido en la entrada del segundo reactor y el producto de reacción generado a partir de la reacción entre el segundo reactivo y los otros componentes.
9. Aparato según la reivindicación 8, que
comprende además un evaporador para evaporar el disolvente inerte y
por lo menos uno de entre el primer reactivo que no ha reaccionado y
el segundo reactivo que no ha reaccionado.
10. Aparato según la reivindicación 9, que
comprende además un evaporador de recorrido corto para separar el
producto de reacción del reactivo que no ha reaccionado
restante.
11. Aparato según la reivindicación 10, en el
que el producto de reacción comprende éster alquílico.
12. Aparato según la reivindicación 11, que
comprende además un mecanismo de retorno para enviar por lo menos
una parte del éster alquílico desde la salida del segundo reactor de
nuevo hasta la entrada del primer reactor.
13. Aparato según la reivindicación 1, en el que
los reactivos comprenden (1) por lo menos uno de entre el
triglicérido y el ácido carboxílico, y (2) por lo menos uno de entre
el alcohol primario y el secundario.
14. Aparato según la reivindicación 1, en el que
la enzima comprende una lipasa.
15. Aparato según la reivindicación 1, en el
que
- \quad
- el reactor comprende
- \quad
- un conducto para transmitir una mezcla que comprende un primer reactivo, un segundo reactivo, un disolvente inerte y un producto de reacción que están en un estado homogéneo,
- \quad
- un acoplador para recibir un cartucho, y
- \quad
- una unidad de separación para tratar la producción de la salida para producir una disolución que presenta un porcentaje superior del producto de reacción;
- \quad
- en el que el cartucho comprende
- \quad
- la entrada para recibir la mezcla del conducto,
- \quad
- la enzima para facilitar una reacción entre los reactivos primero y segundo para generar más producto de reacción, y
- \quad
- la salida para emitir el producto de reacción, incluyendo el producto de reacción recibido en la entrada y el producto de reacción generado a partir de la reacción entre los reactivos primero y segundo.
16. Procedimiento de producción de combustible
biodiésel que comprende la transesterificación enzimática de un
triglicérido o la esterificación de un ácido carboxílico en un
aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15.
17. Utilización de un aparato según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 15, para la producción de combustible
biodiésel.
18. Aparato según la reivindicación 1, que
comprende además un evaporador de recorrido corto para purificar
adicionalmente el producto de reacción.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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