ES2438442A1 - Proceso de producción de biodiesel a partir de aceites vegetales obtenidos a tal efecto o de frituras reciclados. - Google Patents

Proceso de producción de biodiesel a partir de aceites vegetales obtenidos a tal efecto o de frituras reciclados. Download PDF

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Abstract

Se trata de un proceso en continuo para producir biodiesel a partir de aceites vegetales y de los reciclados de fritura, que al tener distinto grado de acidez pueden ser sometidos a una esterificación en medio acido seguido de una transesterificación en medio alcalino en base al despliegue de las siguientes etapas: 1. Acondicionamiento del aceite usado mediante su paso por un filtro prensa y posterior calentamiento. 2. Acondicionamiento de los reactivos en un depósito provisto de un sistema de agitación por aspas donde se mezclan el metanol y el acido sulfúrico. 3. Esterificación en reactor a tal efecto una vez el aceite y los reactivos se mezclan haciendo uso de una turbina. 4. Transesterificación mediante catálisis alcalina de forma que los triglicéridos presentes en el aceite se transesterifican con metanol. 5. Destilación y decantación mediante columna de destilación. 6. Lavado y centrifugación final.

Description

Proceso de producción de biodiesel a partir de aceites vegetales obtenidos a tal efecto o de frituras reciclados.
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, consiste en un proceso en continuo para producir biodiesel a partir de aceites vegetales y de los reciclados de fritura, que al tener distinto grado de acidez pueden ser sometidos a una esterificación en medio acido seguido de una transesterificación en medio alcalino.
ANTECEDENTES EN EL ESTADO DE LA TÉCNICA
Es por todos conocidos la problemática asociada a la obtención de energía a partir de combustibles fósiles. Al respecto, se están buscando fuentes alternativas, tales como la obtención de biodiesel a partir de aceite de fritura reciclados o incluso, directamente, a partir de los aceites vegetales. La segunda alternativa, presenta el inconveniente de desviar o alterar la funcionalidad de los cultivos agrícolas y forestales dedicados al consumo humano y animal. Existen, sin embargo, plantas no aptas para el consumo humano o animal, como la Jatropha curcas, que produce unas semillas con un contenido elevado en aceites susceptible de utilizarse como biodiesel apto para motores de combustión.
En relación al uso de los combustibles fósiles, su escalada de precios, su limitación en el tiempo en cuanto a recursos disponibles y los efectos de su uso en el cambio climático, han propiciado la búsqueda de nuevas fuentes de energía renovables entre las que se encuentra el biodiesel. Desde un principio el biodiesel se ha obtenido a partir del aceite de los cultivos oleaginosos más extendidos en centro Europa y EE.UU. (soja y colza, principalmente) (Adams y col., 1983; Chang y col., 1996; Einfalt y Goering 1985; Karaosmanoglu y col., 1996; Niehaus y col., 1986; Pryor y col., 1983; Purcell y col., 1996; Schlautman y col., 1986), al tratarse de cultivos destinados a fines alimentarios, estos biocombustibles presentan una fuerte competencia con el uso en alimentación y muestran una rentabilidad económica dudosa. Por este motivo, recientemente las investigaciones se están centrando en otras materias prima que salven estos escollos. Entre estas nuevas fuentes oleaginosas destacan el aceite de fritura (Al-Widyan y col., 2002; Dorado y col., 2003a; b; Dorado y col., 2002b; Felizardo y col., 2006; Lebedevas y col., 2006) y el procedente de cultivos oriundos de países en vías de desarrollo, que podrían dar un impulso a la economía emergente de los mismos (Azam y col., 2005; Foidl y col., 1996; Kumar y Sharma 2005; Subramanian y col., 2005) y cuyo fin no sea alimentario. Este es el caso del cultivo de J. curcas.
La fuente típica de ácidos grasos son los aceites vegetales (oliva, girasol, soja, colza, J. curcas), en los que se encuentran en forma de triglicéridos, principalmente. El proceso para la obtención del biodiesel a partir de estos aceites vegetales consiste en una esterificación, que se realiza con facilidad mediante catálisis ácida (Hass y col., 2000; Dimming, y col., 1999), y una transesterificación, realizada por catálisis alcalina con relativa rapidez. Esta modalidad de catálisis alcalina no se puede aplicar al proceso cuyos materiales tienen un elevado contenido en ácidos grasos libres, ya que tiene lugar la formación de jabones que anulan el efecto catalítico. Ejemplo típico de transesterificación alcalina es el método CONEMANN (Conneman, 1997; Conneman y Fischer, 1999), que utiliza como catalizador una solución de NaOH en MEOH, en condiciones suaves de presión y temperatura y con rendimientos finales en ME de 99%, solo si se emplea como materia prima aceites vegetales de muy baja acidez. En cambio, el proceso LUT-Jena (Gutsche, 1997) aplica la catálisis ácida a la transesterificación de aceites usados procedentes de la industria hotelera y frituras, de elevado contenido en ácidos grasos libres obteniendo excelentes rendimientos bajo éstas condiciones de trabajo.
Se han realizado procedimientos de transesterificación a presión, con objeto de reducir el tiempo de reacción. A una presión de alrededor de 2 kg/cm2 se consigue transesterificación completa en 10 min, aplicando catálisis alcalina (Noureddini y col., 1998), y empleando un catalizador no alcalino (mezcla de acetatos de calcio y de bario), el tiempo de transesterificación es más elevado, aún operando a presiones comprendidas entre 575 y 600 psi (US Patent, 1996).
El proceso de obtención de biodiesel a partir de aceites de vegetales y de frituras se va a realizar según sea su acidez: Para aceites con acidez superior a 1 se les someterá, primero, a una esterificación mediante catálisis ácida de los ácidos grasos libres, con metanol (MeOH) y una transesterificación, después, mediante catálisis alcalina de los trigliceridos, con MeOH. Las condiciones óptimas son, para la esterificación temperatura 60ºC, relación molar 6/1 y 1% de catalizador (acido sulfúrico) sobre el contenido en aceite y para la transesterificación temperatura 60ºC; 6/1 relación molar MeOH/TRY; y NaOH como catalizador, al 1,1% sobre el contenido de aceite; y tiempo de reacción en este proceso será de 10 minutos.
Atendiendo al estado de la técnica en la materia, en la patente WO 2007/082971 ya se propone una tecnología similar a la utilizada en esta invención, no obstante, la misma introduce una serie de mejoras en su proceso de obtención de las cuales se derivan ventajas significativas tal y como se describen a continuación;
1ª Mejora
En el proceso de esterificación en medio acido la patente WO 2007/082971 utiliza un reactor tubular modular horizontal múltiple y continuo en el que cada módulo se encuentra dispuesto en sentido horizontal y esta sometido a presión y a temperatura variable de 45 a 90ºC, se mezcla aceite de más de un grado de acidez con metanol en la proporción estequiométrica de 1:50 a 1:300 respecto a los ácidos grasos libres presentes en el medio, en presencia de un ácido fuerte como catalizador, como por ejemplo el ácido sulfúrico, en una proporción de 1 a 10 gramos por kilogramo de aceite. Cada uno de los módulos dispones de un sistema de evacuación de gases (vapor de agua y metanol o etanol) controlados por válvulas electrónicas y ayudado por inyección de aire, nitrógeno u otro gas inerte que favorezcan aún mas la evacuación
En esta invención se va a trabajar con un reactor flujo pistón vertical, termostatizado interiormente por un intercambiador de calor, por donde fluye agua a la temperatura de trabajo (60ºC), y que trabaja a la presión atmosférica, la masa reaccionante se mueve mediante un pitón que al mismo tiempo que agita mezcla, éste hace que la masa reaccionante choque contra las anillas que hay en el interior del reactor haciendo que disminuya la superficie interfacial entre los reactivos y aumente la velocidad de la reacción.
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Una diferencia sustancial es que carece de módulos y no hace falta inyección de aire para desplazar la mezcla reaccionante, evitando problemas de evacuación de gases y de reacciones adversa de oxidación de aceites y de formación de peróxidos y óxidos nitrosos.
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Otra de las ventajas es que se reduce el consumo de reactivos, se necesita menor cantidad de alcohol, en este caso, una relación molar 8/1, de alcohol sobre los ácidos grasos libres, y menor consumo de catalizador. El tiempo de reacción se reduce a 20 minutos y se abaratan los costes por trabajar a presión atmosférica. Obteniendo un aceite sin acidez (ya convertida en biodiesel), un producto apto para someterlo directamente a la etapa de transesterificación sin necesidad de pasar por un decantador para separar el metanol y el agua del resto del aceite, como en la patente WO 2077/082971.
2ª Mejora
En esta invención antes de pasar a la etapa de transesterificación se dispone de un neutralizador-mezclador, para acondicionar los productos resultantes de la etapa anterior. A esta etapa vienen los productos procedentes de etapa anterior sin necesidad de separar ninguno de ellos y a diferencia de la patente WO 2077/082971 ya entran en el reactor mezclados y en menor relación molar (8/1 en vez de 50/1). Es decir, se necesita menor cantidad de metanol haciendo el proceso menos costoso, al suponer menos gastos de reactivo, y menos calor para separar el metanol y recircularlo.
El reactor es vertical al igual que el de la patente referida, pero tienen un pistón en la parte inferior, que es el que mueve la masa reaccionante, no una biela.
Respecto al sistema de calefacción se ha dispuesto interiormente, lo cual es más rentable que el de la patente anterior al tener mejor rendimiento y menores pérdidas energéticas y va provisto de unas anillas interiores contra las que chocan los reactivos, agitando y al mismo tiempo haciendo que disminuya la superficie interfacial entre ellos aumentando la velocidad de la reacción y dando lugar a un producto más uniforme y en menos tiempo al reducir el tiempo de reacción a 20 minutos
3ª Mejora
En la patente WO 2077/082971 después de cada reactor dispone de un decantador para separar la glicerina y el alcohol del resto del biodiesel formado, esta es recogida en un colector que pasa por un intercambiador de calor y de ahí a un depósito a 80ºC, en el que alcohol, en forma gaseosa se separa de la misma siendo conducido hasta una columna de destilación. Esta operación se apoya con inyección de aire, nitrógeno u otro gas inerte.
En esta invención el producto obtenido de la transesterificacion (metanol, biodiesel y glicerina) se pasa por una columna de destilación por etapas que trabaja entre 65 y 70ºC, evaporando el metanol, que sale por cabeza, e irá a un cambiador de calor para su condensación y almacenamiento y para su posterior reutilización. La glicerina va decantando por la parte inferior del destilador y se recoge en el depósito situado al final del destilador. Por último, el biodiesel obtenido, se recoge por la parte central del destilador, que pasara a la etapa 6 para su purificación. La ventaja es que no utiliza inyección de gases con los problemas de reacciones adversas de oxidación y formación de peróxidos y compuestos nitrogenados contaminando el biodiesel obtenido, perdiendo calidad. Reduciéndose a una sola etapa, en vez de dos etapas como en la patente anterior
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
A modo explicación del “Proceso de producción de biodiesel a partir de aceites vegetales obtenidos a tal efecto o de frituras reciclados”, consta de las siguientes etapas:
1.- Acondicionamiento del aceite usado
10 El aceite se pasa a través de un filtro prensa, con objeto de retener las impurezas que pudiera contener. Acto seguido se calienta hasta una temperatura de 85ºC, aproximadamente, haciendo uso de un depósito provisto de una recamara aislante de poliuretano y un serpentín interior colocado en horizontal que actúa de intercambiador de calor. Así, haciendo circular agua a 85ºC se consigue una temperatura estable dentro del
15 depósito sin muchas perdidas energéticas.
2.-Acondicionamiento de los reactivos
Se utiliza para su efecto un depósito provisto de un sistema de agitación por aspas, se mezclan el metanol y
20 el acido sulfúrico, en una relación que va a depender la cantidad de ácidos grasos libres en el aceite usado aunque la más idónea sería de 8 moles de metanol por mol de aceite y un 1% en peso de acido sulfúrico sobre el peso de aceite.
3.-Esterificación
25 El aceite y los reactivos se mezclan por medio de una turbina, pasando, a continuación, al reactor de esterificación. El citado reactor de esterificación dispone de un pistón, un serpentín y unas anillas interiores perforadas dispuestas transversalmente en diferentes alturas repartidas uniformemente. La temperatura de trabajo es de 60ºC, la cual se mantiene por medio del serpentín vertical, a través del cuál circula agua caliente
30 a esa temperatura. El reactor trabaja mediante el modelo ideal de flujo pistón, con un tiempo de residencia de 20 minutos. El pistón al mismo tiempo que agita y mezcla, hace que la masa reaccionante choque contra las anillas que hay en el interior del reactor haciendo que disminuya la superficie interfacial entre los reactivos y aumente la velocidad de la reacción, dando lugar a un producto mas uniforme y en menos tiempo que en los sistemas tradicionales que utilizan reactores con modelos ideales de mezcla completa.
La reacción que tiene lugar en esta etapa de esterificación es la mostrada a continuación
40 4.-Transesterificación:
En esta etapa los triglicéridos presentes en el aceite se transesterifican con metanol, aplicando catálisis alcalina. Las condiciones de trabajo óptima son: temperatura entre 60 y 65ºC, NaOH como catalizador básico en una proporción de entre el uno y el dos por ciento en peso sobre el contenido de aceite y relación molar
45 (numero de moles de alcohol dividido entre el número de moles de triglicéridos) comprendida entre 6/1 y 20/1, teniendo lugar la siguiente reacción:
En esta etapa el producto procedente del reactor de esterificación se neutraliza y mezcla con metóxido procedente de un tanque de almacenamiento que contiene hidróxido sódico y metanol. El metóxido, se añadirá en relación molar de 8/1 y al 1,5% en peso en NaOH. Para ello, el depósito de mezcla contiene un sistema de agitación por aspas que se encargara de mezclar y neutralizar el aceite esterificado del producto procedente de la etapa de esterificación. Esta etapa se lleva a cabo a partir de dos reactores de transesterificación. Los dos reactores se mantendrán a una temperatura de 60ºC, mediante un serpentín vertical colocado a lo largo del reactor por el que se hará circular agua a esa temperatura. El reactor trabaja mediante el modelo ideal de flujo pistón, con un tiempo de residencia de 20 minutos. Cada reactor va provisto de un pistón en la parte inferior, de forma que el citado pistón al tiempo que agita y mezcla, hace que la masa reaccionante choque contra las anillas que hay en el interior del reactor, haciendo que disminuya la superficie interfacial entre los reactivos y aumente la velocidad de la reacción dando lugar a un producto mas uniforme que en los sistemas tradicionales que utilizan reactores con modelos ideales de mezcla completa.
Los reactores están aislados con una recamara inyectada con poliuretano para así conseguir una temperatura estable dentro de los reactores y evitar perdidas energéticas.
5. Destilación y decantación
El producto obtenido de la transesterificación que contiene metanol, biodiesel y glicerina, se conduce a una columna de destilación por etapas que trabaja entre 65 y 70ºC. Mediante la columna de destilación se consigue la evaporación del metanol, que sale por arriba de la columna y se conduce a un intercambiador de calor para su condensación y almacenamiento en un depósito donde queda disponible para su posterior reutilización
La glicerina va decantando por la parte inferior del destilador y se recoge en un depósito específico, mientras que el biodiesel se recoge por la parte central del destilador para conducirlo a la última etapa de purificación.
6. Lavado y centrifugación
En esta etapa, final del proceso, se procederá a purificar el biodiesel crudo, separando las impurezas que le acompañan. Para ello, se lavará el biodiesel obtenido con agua a presión para eliminar la parte jabonosa. De esta forma el biodiesel, procedente del destilador, que todavía arrastra un poco de glicerina se hace pasar por una centrifuga donde se le quita tanto la glicerina como los jabones formados, obteniendo de esta forma un biodiesel en perfectas condiciones para su comercialización.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un dibujo en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Esquema básico de “Proceso de producción de biodiesel a partir de aceites vegetales obtenidos a tal efecto o de frituras reciclados”. En la citada figura se pueden destacar los siguientes elementos constituyentes;
1.
Tanque de aceite.
2.
Tanque de ácido sulfúrico más metanol.
3.
Tanque de metóxido, es decir sosa y metanol.
4.
Válvula automática de tres vías para salida de aceite.
5.
Bomba con regulación de caudal para aceite.
6.
Válvula automática de tres vías.
7.
Turbina mezcladora para el aceite, acido sulfúrico y metanol.
8.
Válvula automática de tres vías.
9.
Tubería de entrada del aceite, acido sulfúrico y metanol a la columna de esterificación.
10.
Válvula automática de tres vías.
11.
Bomba de regulación de caudal para el ácido sulfúrico más metanol para esterificación.
12.
Tubería de conducción del ácido sulfúrico y metanol a la turbina mezcladora (7).
13.
Válvula automática de tres vías salida de metóxido.
14.
Bomba con regulación de caudal para el metóxido.
15.
Tubería de conducción del metóxido a la válvula automática de tres vías (20).
16.
Entrada de agua caliente al serpentín calefactor de la columna de esterificación (18) de los reactores (24 y 28) y columna de destilación.
17.
Salida de agua caliente del serpentín calefactor de la columna de esterificación (18) de los reactores (24 y 28) y columna de destilación.
18.
Reactor de esterificación.
19.
Tubería de conducción del aceite con el ácido sulfúrico a la turbina mezcladora (20).
20.
Válvula automática de tres vías.
21.
Turbina mezcladora.
22.
Válvula automática de tres vías.
23.
Tubería de entrada al reactor (24).
24.
Reactor de transesterificación (1).
25.
Tubería de conducción del reactor (24) a la válvula automática (26).
26.
Válvula automática de tres vías.
27.
Tubería de entrada de la válvula automática (26) al reactor (28).
28.
Reactor de transesterificación (2).
29.
Tubería de conducción del intercambiador al depósito de metanol.
30.
Columna de destilación de metanol.
31.
Serpentín de licuado del metanol.
32.
Intercambiador de temperatura para metanol.
33.
Tubería de conducción del intercambiador al depósito de metanol.
34.
Depósito de recuperación de metanol.
35.
Válvula automática para salida de metanol.
36.
Tubería de conducción de biodiesel a la centrifugadora (37)
37.
Centrifugadora para separación de la glicerina y lavado de biodiesel.
38.
Tubería de conducción de la centrifugadora al depósito final de biodiesel.
39.
Depósito final de biodiesel listo para su comercialización.
40.
Válvula automática de salida del biodiesel.
41.
Tubería de conducción de la glicerina de la centrifugadora (37) al depósito de glicerina (42).
42.
Tanque de almacenamiento de la glicerina de la columna de destilación y la centrifugadora.
43.
Válvula automática de salida de la glicerina.
44.
Salida de glicerina de la columna de destilación.
45.
Pistón hidráulico del reactor (28)
46.
Pistón hidráulico del reactor (24)
47.
Pistón hidráulico de la columna de esterificación (18)
48.
Válvula de seguridad.
49.
Sensor de temperatura.
50.
Tubería de conducción de aceite sin pasar por la columna de esterificación.
EJEMPLO DE REALIZACIÓN PREFERENTE
A modo de ejemplo de realización preferente de “Proceso de producción de biodiesel a partir de aceites vegetales obtenidos a tal efecto o de frituras reciclados”, se puede llevar a cabo según se muestra en la Figura 1 desplegando de forma sucesiva las siguientes subprocesos productivos;
1.- Acondicionamiento del aceite usado
A partir de un tanque de almacenamiento de aceite de 100 Tn se extrae el mismo a través de una tubería y se conduce por el interior de un filtro prensa en el que se limpia de las impurezas y se conduce a un depósito de 30 Tn (1), donde se calienta hasta una temperatura de 85 ºC. Para ello, el depósito dispone de una recamara aislante de poliuretano y un serpentín interior dispuesto en horizontal y por el que circula agua a 85 ºC.
2.-Acondicionamiento de los reactivos
A su vez en otro depósito (2) de 10 Tn provisto de un sistema de agitación por aspas se mezclan el metanol y acido sulfúrico, en una relación de de 8 moles de metanol por mol de aceite y un 1% en peso de acido sulfúrico sobre el peso de aceite.
3.-Esterificación
El aceite y los reactivos se mezclan en una turbina a tal efecto (7), pasando, a continuación, al reactor de esterificación (18). El mismo dispone de un pistón, un serpentín y unas anillas interiores perforadas colocadas a lo largo de él. El serpentín vertical conduce agua caliente que permite trabajar a una temperatura de 60ºC, mientras que el reactor trabaja mediante el modelo ideal de flujo pistón, con un tiempo de residencia de 20 minutos.
4.-Transesterificación
En esta etapa los triglicéridos presentes en el aceite se transesterifican con metanol, aplicando catálisis alcalina. Las condiciones de trabajo óptimas son una temperatura de 62,5 ºC, NaOH como catalizador básico en un 1,5% sobre el contenido de aceite y una relación molar de 8/1 (moles de alcohol por moles de triglicéridos). Así el producto procedente del reactor de esterificación se neutraliza y se mezcla con metóxido procedente del tanque de hidróxido sódico y metanol (2), el cual se mezclará con el aceite procedente de la etapa anterior en una relación molar de 8/1 y al 1,5% (en peso) de NaOH en el deposito de mezcla (21) provisto de un sistema de agitación por aspas, el cual se encargara de mezclar y neutralizar el aceite del producto resultante de la etapa de esterificación.
Para la etapa de transesterificación se hace uso de dos reactores tubulares (24 y 28) que se mantienen a una temperatura de 60ºC mediante un serpentín vertical que se aloja en el interior de cada reactor y por la que circula agua caliente a la misma temperatura. Cada reactor trabaja mediante el modelo ideal de flujo pistón, con un tiempo de residencia de 20 minutos. El reactor aloja en su parte inferior un pistón que al mismo tiempo que agita y mezcla la masa reaccionante, hace que la misma choque contra las anillas que hay en el interior del reactor haciendo que disminuya la superficie interfacial entre los reactivos y aumente la velocidad de la reacción.
Evidentemente cada reactor, dispone de su correspondiente aislamiento consistente en una recamara inyectada con poliuretano.
5. Destilación y decantación
El producto obtenido de la transesterificación consistente en metanol, biodiesel y glicerina se hace pasar por una columna de destilación por etapas (30) que opera entre 65 y 70ºC hasta evaporar el metanol que sale por arriba que se conduce hasta un intercambiador de calor que lo condensa para que puede ser almacenarlo en un depósito adecuado (34) de 10 Tn, donde queda disponible para su reutilización, mientras que la glicerina va decantando por la parte inferior del destilador (30) y se recoge en otro depósito (42) de 10 Tn.
Por último, el biodiesel se recoge por la parte central del destilador (36) desde donde se conducirá a la última etapa de purificación
6. Lavado y centrifugación
En esta etapa, final del proceso, se procederá a purificar el biodiesel crudo, separando las impurezas que le acompañan. Para ello, se lavará el biodiesel obtenido con agua a presión para eliminar la parte jabonosa. Así, el biodiesel procedente del destilador que todavía arrastra un poco de glicerina se hace pasar por una centrifuga (37) para separar el resto de glicerina y a su vez lavarlo para eliminar los jabones formados y obtener de esta forma un biodiesel convenientemente almacenado y listo para su comercialización.
No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan. La tecnología que lo implementa, el tamaño de los diferentes elementos que lo componen, la proporción de los reactivos o el valor de las variables de control de los diferentes procesos serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración en la esencialidad del invento.

Claims (2)

  1. REIVINDICACIONES
    1.“Proceso de producción de biodiesel a partir de aceites vegetales obtenidos a tal efecto o de frituras reciclados” caracterizado por llevarse a cabo desplegando las siguientes etapas:
    a) Acondicionamiento del aceite usado
    El aceite se pasa a través de un filtro prensa, con objeto de retener las impurezas que pudiera contener. Acto seguido se calienta hasta una temperatura de 85ºC, aproximadamente, haciendo
    10 uso de un depósito provisto de una recamara aislante de poliuretano y un serpentín interior colocado en horizontal que actúa de intercambiador de calor. Así, haciendo circular agua a 85ºC se consigue una temperatura estable dentro del depósito sin muchas perdidas energéticas.
    b) Acondicionamiento de los reactivos
    15 A su vez en otro deposito, provisto de un sistema de agitación por aspas, se mezclan el metanol y el acido sulfúrico, en una relación que va a depender la cantidad de ácidos grasos libres en el aceite usado aunque la más idónea sería de 8 moles de metanol por mol de aceite y un 1% en peso de acido sulfúrico sobre el peso de aceite.
    c) Esterificación
    El aceite y los reactivos se mezclan por medio de una turbina, pasando, a continuación, al reactor de esterificación. El citado reactor de esterificación dispone de un pistón, un serpentín y
    25 unas anillas interiores perforadas dispuestas transversalmente en diferentes alturas repartidas uniformemente. La temperatura de trabajo es de 60ºC, la cual se mantiene por medio del serpentín vertical, a través del cuál circula agua caliente a esa temperatura. El reactor trabaja mediante el modelo ideal de flujo pistón, con un tiempo de residencia de 20 minutos. El pistón al mismo tiempo que agita y mezcla, hace que la masa reaccionante choque contra las anillas que
    30 hay en el interior del reactor haciendo que disminuya la superficie interfacial entre los reactivos y aumente la velocidad de la reacción, dando lugar a un producto mas uniforme y en menos tiempo que en los sistemas tradicionales que utilizan reactores con modelos ideales de mezcla completa.
    35 La reacción que tiene lugar en esta etapa de esterificación es la mostrada a continuación
    40
    d) e) Transesterificación:
    En esta etapa los triglicéridos presentes en el aceite se transesterifican con metanol, aplicando
    catálisis alcalina. Las condiciones de trabajo óptima son: temperatura 60 y 65ºC; NaOH, como
    catalizador básico en una proporción de entre el uno y el dos por ciento sobre el contenido de
    45
    aceite; relación molar o numero de moles de alcohol dividido entre el número de moles de triglicéridos comprendido entre 6/1 y 20/1, teniendo lugar la siguiente reacción:
    En esta etapa el producto procedente del reactor de esterificación se neutraliza y mezcla con metóxido procedente de un tanque que contiene acido sulfúrico y metanol. El mismo, se añadirá con una relación molar de 8/1 y al 1,5% en NaOH en un depósito de mezcla provisto de un sistema de agitación por aspas, el cual se encargara de mezclar y neutralizar el aceite del producto resultante de la etapa de esterificación. En esta etapa hay dos reactores de transesterificación,. Así, los dos reactores se mantendrán a una temperatura de 60ºC, mediante un serpentín vertical colocado a lo largo del reactor por el que se hará circular agua a esa temperatura. El reactor trabaja mediante el modelo ideal de flujo pistón, con un tiempo de residencia de 20 minutos y de forma que el citado pistón al tiempo que agita y mezcla, hace que la masa reaccionante choque contra las anillas que hay en el interior del reactor haciendo que disminuya la superficie interfacial entre los reactivos.
    f) Destilación y decantación
    El producto obtenido de la transesterificación consistente en metanol, biodiesel y glicerina se conduce a una columna de destilación por etapas que trabaja entre 65 y 70ºC. Mediante la columna de destilación se consigue la evaporación del metanol, que sale por arriba de la columna y se conduce a un intercambiador de calor para su condensación y almacenamiento en un depósito donde queda disponible para su posterior reutilización
    La glicerina va decantando por la parte inferior del destilador y se recoge en un depósito específico, mientras que el biodiesel se recoge por la parte central del destilador para conducirlo a la última etapa de purificación.
    g) Lavado y centrifugación
    En esta etapa, final del proceso, se procederá a purificar el biodiesel crudo, separando las impurezas que le acompañan. Para ello, se lavará el biodiesel obtenido con agua a presión para eliminar la parte jabonosa. De esta forma el biodiesel, procedente del destilador, que todavía arrastra un poco de glicerina se hace pasar por una centrifuga donde se le quita tanto la glicerina como los jabones formados, obteniendo de esta forma un biodiesel en perfectas condiciones para su comercialización.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201231083
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 11.07.2012
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : C10L1/02 (2006.01) C11C3/10 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    CN 101935592 A (WENZHOU ZHONGKE NEW ENERGY TECHNOLOGY CO LTD) 05/01/2011, resumen [en linea], recuperado de [WPI/Thomson]. 1
    A
    ES 2278533 A1 (BIODIESEL DE ANDALUCIA 2004 S) 01/08/2007, columna 2 líneas 25-40; columna 3 líneas 14-31; columna 4 líneas 31-55; fig. 1 y 2 1
    A
    QIU Z et al. "Process intensification technologies in continuous biodiesel production".CHEMICAL ENGINEERING AND PROCESSING, 2010/04/01, VOL: 49 No: 4 Pags: 323 -330 ISSN 0255-2701 1
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 08.11.2013
    Examinador I. González Balseyro Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201231083
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) C10L, C11C, Y02E Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, TXTUS, TXTEP, TXTGB, XPESP
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201231083
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 08.11.2013
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones 1 Reivindicaciones SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones 1 Reivindicaciones SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201231083
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    CN 101935592 A (WENZHOU ZHONGKE NEW ENERGY TECHNOLOGY CO LTD) 05.01.2011
    D02
    ES 2278533 A1 (BIODIESEL DE ANDALUCIA 2004 S) 01.08.2007
    D03
    QIU Z et al. "Process intensification technologies in continuous biodiesel production".CHEMICAL ENGINEERING AND PROCESSING, 2010/04/01, VOL: 49 No: 4 Pags: 323 -330 ISSN 0255-2701 01.04.2010
  2. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El objeto de la invención es un proceso de producción de biodiesel a partir de aceites vegetales con las siguientes etapas: acondicionamiento del aceite; acondicionamiento de los reactivos; esterificación de los ácidos grasos libres; transesterificación con metanol de los triglicéridos presentes en el aceite; destilación y decantación del producto obtenido en la etapa anterior; lavado y centrifugación del biodiesel crudo.
    El documento D01 divulga un proceso de obtención de biodiesel a partir de aceite usado donde inicialmente se elimina el agua del aceite y se lleva a cabo una esterificación poniendo el aceite en contacto con metanol y ácido sulfúrico a 55-75ºC durante 0,4-0,6 horas. El éster así obtenido se trata con KOH y metanol en un reactor de flujo pistón a 35-95ºC. El producto obtenido se centrifuga y evapora para tener el biodiesel final. (Ver resumen).
    El documento D02 divulga un procedimiento para la obtención de un biodiesel a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable donde el aceite vegetal junto con un alcohol es sometido a una etapa de esterificación ácida en un reactor tubular modular horizontal. El producto así obtenido se somete a transesterificación mezclándolo con metóxido de sodio o potasio en varios reactores verticales modulares en serie, separándose la glicerina a lo largo de esta etapa de manera que se obtiene un biodiesel que una vez purificado y lavado será apto para su consumo en motores. (Ver columna 2 líneas 2540; columna 3 líneas 14-31; columna 4 líneas 31-55; fig. 1 y 2).
    El documento D03 divulga diferentes tipos de reactores a utilizar en la obtención de biodiesel a partir de aceites vegetales: reactores con micro canales, de flujo oscilatorio, cavitacionales, microondas, de membrana, destilación reactiva, …. Las tecnologías recogidas en este documento buscan mejorar la transferencia de masa y calor así como la separación de los productos obtenidos. (Ver puntos 1, 4).
    Ninguno de los documentos D01-D03 citados o cualquier combinación relevante de los mismos revela un proceso de producción de biodiesel con las características recogidas en la reivindicación 1 de la solicitud, consiguiéndose de esta manera un menor consumo de reactivos y un menor tiempo de residencia en el reactor, dando lugar por lo tanto a una disminución de los costes de operación.
    En consecuencia, se considera que la invención recogida en la reivindicación 1 cumple los requisitos de novedad y actividad inventiva, según lo establecido en los Artículos 6.1 y 8.1 de la Ley de Patentes.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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WO2015162307A1 (es) * 2014-04-23 2015-10-29 Juan Rodriguez Garcia Proceso mejorado de produccion de biodiesel a partir de aceites vegetales naturales y reciclados

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