ES2542765T5

ES2542765T5 - Procedimiento y aparato para purificar material de origen biológico

Info

Publication number: ES2542765T5
Application number: ES11802115T
Authority: ES
Inventors: Jaakko Nousiainen; Heli Laumola; Arto Rissanen; Jari Kotoneva; Matti Ristolainen
Original assignee: UPM Kymmene Oy
Current assignee: UPM Kymmene Oy
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2022-02-04
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: EP2643442B1; US20130245301A1; CN103370404A; EP2643442A1; CA2817675A1; US9181494B2; FI126067B2; CN103370404B; FI20115722L; FI20115723A0; FI20115217A0; FI20155542A; EP2940111B1; EP2643443A1; EP2930231A1; WO2012069704A1; FI127465B; ES2806754T3; WO2012069706A2; FI20106252A0

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y aparato para purificar material de origen biológico

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento según se define en las reivindicaciones.

Antecedentes de la invención

Las materias primas de origen biológico son fuentes potenciales de diversos biocombustibles o componentes de biocombustibles. Estas materias primas se pueden convertir en biocombustibles alimentando la materia prima a través de un reactor catalítico al ponerla en contacto simultáneamente con un hidrógeno gaseoso. El producto resultante se extrae de la reacción como una corriente de producto que se puede fraccionar posteriormente, por ejemplo, mediante destilación, para formar biocombustible/componentes de biocombustible.

Sin embargo, existen varios problemas relacionados con los procedimientos de producción de biocombustibles a partir de materias primas de origen biológico, tales como el envenenamiento y obstrucción del material catalítico usado en los procedimientos de producción. Existen impurezas en las materias primas de origen biológico, tales como metales y sólidos, que provocan la inactivación del material catalítico o provocan coquización en el catalizador y evitan que funcione apropiadamente. A fin de evitar la inactivación del catalizador y prolongar su vida útil, la materia prima se puede purificar y/o pretratar antes de alimentarla al procedimiento de hidrotratamiento. La purificación de las materias primas de origen biológico, para que sean adecuadas para la alimentación a un procedimiento catalítico, es también desafiante. La técnica anterior describe diversas maneras para realizar esto. Sin embargo, éstas tienen todas ellas problemas, y la calidad de la materia prima no está siempre en un nivel requerido para que la etapa catalítica sea capaz de funcionar de la manera más eficiente.

Una posibilidad para purificar y/o pretratar una materia prima de origen biológico, tal como aceite de pulpa de madera (del inglés, “tall oil”) bruto (CTO), que se va a alimentar a procedimientos de hidrotratamiento catalíticos, es el intercambio iónico con una resina de intercambio iónico catiónica y/o aniónica.

Otra posibilidad es usar métodos tales como la adsorción sobre un material adecuado o el lavado con ácido para eliminar metales alcalinos y metales alcalinotérreos (Na, K, Ca). El material de adsorción puede ser catalíticamente activo o inactivo. Aún otra posibilidad es usar el desgomado para eliminar metales en la alimentación.

Cuando la materia prima de origen biológico contiene aceite de pulpa de madera, también se puede usar el desbreado del aceite de pulpa de madera bruto para eliminar impurezas del aceite de pulpa de madera. El aceite de pulpa de madera desbreado se obtiene evaporando aceite de pulpa de madera bruto, por ejemplo, mediante evaporador de película delgada. El documento de patente US n° 5.705.722 describe la conversión de ácidos grasos insaturados, por ejemplo, ácidos grasos de aceite de pulpa de madera, en nafta y mejoradores del número de cetano para combustibles diésel. Sin embargo, este procedimiento tiene desventajas; por ejemplo, el rendimiento de biocombustible o componentes de biocombustible, es decir, nafta y mejoradores de cetano, es malo. Esto es debido al hecho de que, en el desbreado, una gran cantidad de materia prima valiosa para la hidrogenación se pierde como residuo, es decir, brea. Según el documento, el residuo se usa como tal como combustible para calderas.

El documento WO2009/131510 A1 se refiere a la conversión de aceite de pulpa de madera bruto, en la que se eliminan contaminantes no oleosos y la fracción volátil, seguido de la destilación a vacío para obtener fracciones que se someten a una reducción del contenido de oxígeno y a descarboxilación/descarbonilación.

Breve descripción de la invención

Un objetivo de la presente invención es así proporcionar un procedimiento para implementar el procedimiento para superar los problemas anteriores. Los objetivos de la invención se logran mediante un procedimiento, que se caracteriza por lo que se señala en la reivindicación independiente. Las formas de realización preferidas de la invención se describen en las reivindicaciones dependientes.

En una forma de realización de la invención, dicha al menos una etapa de evaporación adicional se lleva a cabo en una etapa, mediante lo cual el procedimiento como un todo comprende dos etapas de evaporación según se define en la reivindicación 1. En otra forma de realización de la invención, dicha al menos una etapa de evaporación adicional se lleva a cabo en dos etapas según se define en la reivindicación 1, mediante lo cual la evaporación como un todo comprende tres etapas.

En una forma de realización preferida de la invención, el procedimiento comprende además una etapa de pretratamiento de almacenar el material de aceite de pulpa de madera en un tanque de almacenamiento antes de la primera etapa de evaporación.

La invención se basa en la idea de purificar material de aceite de pulpa de madera para obtener fracciones de hidrocarburos purificadas. La purificación según la presente invención se lleva a cabo mediante evaporación. Las fracciones de hidrocarburos purificadas obtenidas en el procedimiento, tras la purificación adicional opcional, se usan como materia prima para la producción de biocombustibles, tales como biogasolina, biodiésel y/o sus componentes. La purificación del material de aceite de pulpa de madera según la presente invención se lleva a cabo mediante un procedimiento de evaporación de múltiples etapas, por ejemplo, mediante un procedimiento de tres etapas.

En el procedimiento de la presente invención, la evaporación se logra de tal manera que la cantidad de residuo procedente de la evaporación es muy pequeña, oscilando típicamente de 5% a 15%, preferentemente por debajo de 10% en peso de la alimentación. Esto es una gran ventaja con respecto a los procedimientos de desbreado de la técnica anterior, en los que la cantidad de residuo de brea de la evaporación puede ser tan alta como 20% a 35% en peso de la alimentación. En la presente invención, las condiciones del procedimiento (temperatura, presión) se controlan de tal manera que se extraigan con las fracciones recuperadas tantos componentes neutros del material de aceite de pulpa de madera como sea posible para la utilización posterior, en lugar de ser extraídos con el residuo como en los procedimientos de desbreado de aceite de pulpa de madera de la técnica anterior.

Una ventaja del procedimiento de la invención que comprende una evaporación de múltiples etapas es que cuando el material del aceite de pulpa de madera se evapora, las impurezas, tales como metales y sólidos, son retenidas en el concentrado, y el condensado recuperado de la evaporación está listo para ser alimentado al reactor de hidrotratamiento. El agua y los componentes ligeros se evaporan en primer lugar del material de aceite de pulpa de madera, lo que hace más eficientes a las etapas posteriores de evaporación. También, el riesgo de transferencia de sustancias residuales no deseadas a la fracción de destilado en las etapas de evaporación posteriores se reduce de manera controlada. Una ventaja de tal purificación con una evaporación de múltiples etapas es que la ebullición tiene lugar de una manera más controlada debido a que los componentes ligeros de bajo punto de ebullición, es decir, componentes que tienen un punto de ebullición de 150-210°C, preferentemente 150-170°C, a una presión normal, no provocan tanta “transferencia”, es decir, la migración de los compuestos que tienen un intervalo de punto de ebullición en el extremo más alto de los intervalos de puntos de ebullición anteriores, así como impurezas, al vapor en las etapas de evaporación subsiguientes. Los componentes ligeros, si se desea, se pueden devolver al material de origen biológico, o se pueden refinar adicionalmente en otro procedimiento, o se pueden vender posteriormente como tales.

Una ventaja aún adicional de usar la evaporación de tres etapas es que el evaporador en la segunda etapa de evaporación puede ser un evaporador pequeño y barato que elimina componentes ligeros del material de alimentación. El siguiente tercer evaporador también puede ser más pequeño y barato que el segundo evaporador en la evaporación de dos etapas. Consiguientemente, una unidad de evaporación de tres etapas puede ser más barata que una unidad de evaporación de dos etapas.

Una ventaja todavía adicional de la presente invención en comparación con las conocidas de la técnica anterior es que el material purificado según la presente invención es alimentado al hidrotratamiento, y el hidrotratamiento es capaz de producir componentes combustibles con excelente rendimiento, debido a que se minimiza la fracción de brea.

Una ventaja adicional de la presente invención es que los componentes pesados generados a partir de la brea se pueden evitar en las fracciones. Una ventaja todavía adicional de la presente invención es que el rendimiento del material purificado procedente de la evaporación es tan alto como 65% a 95%, en una forma de realización preferida, de 80% a 95%, y en una forma de realización muy preferida, de 88% a 95%.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, la invención se describirá con mayor detalle a partir de las formas de realización preferidas haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que

la figura 1 representa un diagrama de flujo según la presente invención para el procedimiento para purificar material de aceite de pulpa de madera, en el que el aparato comprende dos evaporadores.

la figura 2 representa un diagrama de flujo según la presente invención para el procedimiento para purificar material de aceite de pulpa de madera, en el que el aparato comprende tres evaporadores.

Descripción detallada de la invención

El material de aceite de pulpa de madera, en relación con la presente invención, se refiere a un subproducto de la fabricación de pasta Kraft a partir de madera, especialmente madera de coníferas. El material de aceite de pulpa de madera es una mezcla de ácidos grasos, ácidos resínicos, compuestos neutros y componentes de trementina que se originan de la madera, especialmente madera de coníferas. Los componentes de trementina del aceite de pulpa de madera están compuestos sustancialmente de terpenos C¹⁰H¹⁶.

En una forma de realización de la invención, el material de aceite de pulpa de madera es aceite de pulpa de madera bruto (CTO). CTO se refiere a la mezcla procesada de compuestos de origen natural extraídos de especies madereras como pino, picea y álamo. Se obtiene de la acidulación de jabón de aceite de pulpa de madera bruto de procesos de fabricación de pasta Kraft y al sulfito usados en la obtención de papel. El aceite de pulpa de madera bruto (CTO) contiene generalmente compuestos orgánicos tanto saturados como insaturados que contienen oxígeno, tales como ácidos resínicos (principalmente ácido abiético y sus isómeros), ácidos grasos (principalmente ácido linoleico, ácido oleico y ácido linolénico), sustancias neutras, alcoholes grasos, esteroles y otros derivados de hidrocarburos alquílicos, así como impurezas inorgánicas (compuestos de metales alcalinos, azufre, silicio, fósforo, calcio y compuestos de hierro. CTO también cubre aceite de jabón.

En una forma de realización de la invención, el material de aceite de pulpa de madera usado para la alimentación, o una parte del mismo, puede comprender CTO purificado. Para la purificación de CTO, se puede usar desbreado, lavado y/o destilación.

En otra forma de realización de la invención, los ácidos grasos o ácidos grasos libres obtenidos de aceite de pulpa de madera se pueden usar como material de aceite de pulpa de madera, solo o como una mezcla de otro material de aceite de pulpa de madera.

En una forma de realización adicional de la invención, el aceite de jabón se puede usar como el material de aceite de pulpa de madera para la alimentación. También se pueden usar mezclas de aceite de jabón y aceite de pulpa de madera como el material de aceite de pulpa de madera para la alimentación.

En relación con la presente invención, los materiales de aceite de pulpa de madera para la mezcla de alimentación se seleccionan preferentemente de entre aceite de pulpa de madera, aceite de pulpa de madera bruto (CTO), aceite de jabón y sus mezclas, por ejemplo.

La evaporación, en relación con la presente invención, se refiere a cualquier método de separación adecuado para separar dos o más componentes entre sí, tal como gases de líquido, método de separación el cual se basa en la utilización de las diferencias en la presión de vapor de los componentes. Los ejemplos de tales métodos de separación son evaporación, evaporación instantánea y destilación. Preferentemente, la evaporación se lleva a cabo en un evaporador usando tecnología de evaporación de película delgada. En esta forma de realización de la invención, el evaporador se puede seleccionar así del grupo que consiste en evaporador de película delgada, evaporador de película descendente, evaporador de corto recorrido y destilador molecular de platos y cualquier otro evaporador que use tecnología de película delgada. El evaporador de película descendente se refiere a un evaporador de tubo de película descendente.

La evaporación en el procedimiento se lleva a cabo con cualesquiera evaporadores adecuados comercialmente disponibles. Prefentemente, la evaporación se lleva a cabo en un evaporador seleccionado del grupo definido anteriormente. En una forma de realización especialmente preferida de la invención, la evaporación se lleva a cabo mediante evaporación usando evaporación de película delgada. Las combinaciones adecuadas para evaporadores (en este orden) en la unidad de evaporación son:

Para evaporación de dos etapas:

TF SP

FF TF

TF FF

TF TF

Para evaporación de tres etapas:

TF TF SP

TF PMS SP

FF TF SP

FF TF TF

en la que

TF = evaporador de película delgada

FF = evaporador de tubo de película delgada

SP = evaporador de corto recorrido

PMS = destilador molecular de placa

De este modo, en una forma de realización, la evaporación en una evaporación de dos etapas se lleva a cabo usando un evaporador de película delgada en la primera etapa de evaporación y un evaporador de corto recorrido en la segunda etapa de evaporación. En otra forma de realización, la evaporación de dos etapas se lleva a cabo usando un evaporador de película delgada en la primera etapa de evaporación y un evaporador de película descendente en la segunda etapa de evaporación. Aún en otra forma de realización, la evaporación de dos etapas se lleva a cabo usando un evaporador de película delgada tanto en las etapas de evaporación primera como segunda. En una forma de realización preferida, la evaporación de dos etapas se lleva a cabo usando un evaporador de película descendente en la primera etapa de evaporación y un evaporador de película delgada en la segunda etapa de evaporación.

En una forma de realización de una evaporación de tres etapas, la evaporación se lleva a cabo usando un evaporador de película delgada en la primera etapa, un destilador molecular de platos en la segunda etapa y un evaporador de corto recorrido en la tercera etapa de evaporación. En otra forma de realización, la evaporación de tres etapas se lleva a cabo usando un evaporador de película delgada en la primera etapa, un evaporador de película delgada en la segunda etapa y un evaporador de corto recorrido en la tercera etapa de evaporación. En otra forma de realización, la evaporación de tres etapas se lleva a cabo usando un evaporador de película descendente en la primera etapa, un evaporador de película delgada en la segunda etapa y un evaporador de corto recorrido en la tercera etapa de evaporación. Todavía en otra forma de realización, la evaporación de tres etapas se lleva a cabo usando un evaporador de película descendente en la primera etapa y un evaporador de película delgada en las etapas de evaporación segunda y tercera. El segundo evaporador en la evaporación tanto de dos etapas como de tres etapas es muy preferentemente un evaporador de película delgada.

En relación con la presente invención, las impurezas que se deben eliminar mediante la evaporación se refieren a agua, sólidos, tales como lignina, materiales en partículas, diversos compuestos orgánicos, metales, tales como Na, Fe, P y Si, compuestos de azufre, tales como sulfatos, por ejemplo, Na²SO⁴y H²SO⁴, y compuestos orgánicos, tales como hidratos de carbono. Muchas de estas impurezas (tales como metales y compuestos de azufre) son dañinas en las etapas de hidrotratamiento catalítico posteriores, y por lo tanto no son deseables en la alimentación al hidrotratamiento.

A continuación, el procedimiento de la invención se explicará haciendo referencia a las figuras 1 y 2, proporcionadas en la presente memoria para ser contempladas como un diagrama de flujo del procedimiento. La figura 1 describe un procedimiento que comprende una evaporación de dos etapas. La figura 2 describe un procedimiento que comprende evaporación de tres etapas.

La evaporación según la presente invención comprende una primera etapa de evaporación E y al menos una etapa de evaporación adicional mostrada por la letra G o letras F y G. Según la forma de realización de la figura 1, dicha al menos una etapa de evaporación adicional se lleva a cabo en una etapa G, mediante lo cual la evaporación como un todo comprende dos etapas E, G. Según la figura 2, dicha al menos una etapa de evaporación adicional se lleva a cabo en dos etapas F y G, por lo cual la evaporación como un todo comprende tres etapas E, F y G.

En la primera etapa de evaporación E, los hidrocarburos ligeros y el agua se eliminan por evaporación como un destilado. Los ácidos grasos, ácidos resínicos, sustancias neutras y compuestos de residuo permanecen como concentrado de evaporación.

En dicha al menos una etapa de evaporación adicional (G; F, G), los compuestos que comprenden ácidos grasos, ácidos resínicos y sustancias neutras ligeras se eliminan por evaporación como destilado. Los componentes de residuo y las sustancias neutras pesadas se retienen en el concentrado de evaporación y se recuperan como una primera fracción de residuo (también denominada fracción de residuo, en relación con la presente invención).

En relación con la presente invención, las sustancias neutras de material de aceite de pulpa de madera se refieren a una mezcla de componentes, tales como ésteres de ácidos grasos, esteroles, estanoles, ácidos diméricos, alcoholes de resinas y de ceras, hidrocarburos y alcoholes de esteroles. Ácidos grasos y ácidos resínicos se refieren a aquellos presentes inherentemente en el material de aceite de pulpa de madera. Los ácidos grasos comprenden principalmente ácido linoleico, ácido oleico y ácido linolénico. Los ácidos resínicos comprenden principalmente ácido abiético y sus isómeros.

En relación con la presente invención, los hidrocarburos ligeros recuperados de la primera etapa de evaporación E se refieren a hidrocarburos que tienen un punto de ebullición de hasta 250°C (NTP). Estos hidrocarburos comprenden principalmente terpenos, de los cuales el mayoritario es trementina.

Dichas sustancias neutras ligeras recuperadas en el destilado a partir de dicha al menos una etapa de evaporación adicional (G; F, G) comprenden hidrocarburos de C²⁰-C²⁷, tales como alcoholes de resinas y de ceras, alcoholes de esteroles, y esteroles ligeros. Las sustancias neutras ligeras tienen típicamente un punto de ebullición por debajo de 500°C (NTP).

Dicha primera fracción de residuo comprende sustancias neutras pesadas y componentes de residuo, tales como brea y metales y otro material inorgánico. La primera fracción de residuo contiene típicamente componentes que tienen un punto de ebullición por encima de 500°C (NTP).

Dichas sustancias neutras pesadas recuperadas en la primera fracción de residuo se refieren a hidrocarburos que tienen al menos 28 átomos de carbono, tales como esteróles, estanoles y ácidos diméricos, que tienen un punto de ebullición por encima de 500°C (NTP).

La primera etapa de evaporación E se lleva a cabo en un primer evaporador 10. La evaporación se lleva a cabo a una temperatura de 50 a 250°C y a una presión de 5 a 100 mbar, preferentemente a una temperatura de 120 a 200°C y una presión de 10 a 55 mbar. En la primera etapa de evaporación, se elimina el agua y los hidrocarburos ligeros. La evaporación en la primera etapa de evaporación E se lleva a cabo preferentemente mediante evaporación de película delgada.

Según la forma de realización de la figura 1, dicha al menos una etapa de evaporación adicional (segunda etapa de evaporación en la forma de realización de la figura 1) se lleva a cabo en una etapa G en un segundo evaporador 20. La segunda etapa de evaporación se efectúa a una temperatura de 300 a 390°C y a una presión de 0.01 a 15 mbar. En este intervalo de temperatura y presión, se minimiza la proporción de la fracción de brea (fracción de residuo) en esta etapa de evaporación. La evaporación en la segunda etapa de evaporación G se lleva a cabo preferentemente mediante evaporación de corto recorrido.

Según la forma de realización de la figura 2, dicha al menos una etapa de evaporación adicional se lleva a cabo en dos etapas F y G en dos evaporadores 16 y 20 adicionales. La primera (F) de dichas dos etapas de evaporación adicionales (segunda etapa de evaporación en la forma de realización de la figura 2) se lleva a cabo a una temperatura de 180 a 350°C y a una presión de 0.1 a 40 mbar, preferentemente a una temperatura de 200 a 270°C y a una presión de 0.1 a 20 mbar. La segunda etapa de evaporación F de la forma de realización de la figura 2 se lleva a cabo preferentemente mediante evaporación de destilador molecular de platos o evaporación de película delgada. La tercera etapa de evaporación G de la forma de realización de la figura 2 se lleva a cabo a una temperatura de 300 a 390°C y a una presión de 0.01 a 10 mbar. La tercera etapa de evaporación de la forma de realización de la figura 2 se lleva a cabo preferentemente mediante evaporación de corto recorrido.

La primera etapa de evaporación E según la presente invención proporciona una primera fracción que comprende hidrocarburos ligeros y agua, que se extrae a través de la primera salida 12 de producto. Esta fracción se puede tratar adicionalmente separando el agua en una etapa 11 de separación del agua, con lo que después la fracción de hidrocarburos ligeros así obtenida se puede someter a una o más purificaciones adicionales 11', por ejemplo, mediante intercambio iónico. Los hidrocarburos ligeros de la primera fracción se someten entonces a procedimientos catalíticos C1 para la producción de biocombustibles y sus componentes, tales como gasolina, nafta, combustible de reactor, diésel y gases combustibles. Los biocombustibles y sus componentes producidos a partir de los hidrocarburos ligeros de la primera fracción se refieren a hidrocarburos que tienen un punto de ebullición en el intervalo de 20 a 210°C, preferentemente 20 a 170°C a una presión normal.

La primera etapa de evaporación E también proporciona una segunda fracción que comprende ácidos grasos, ácidos resínicos, sustancias neutras y componentes de residuo, tales como brea y metales. Esta segunda fracción se introduce en dicha al menos una etapa de evaporación adicional (G; F, G) para la purificación adicional a través de la conexión 14.

Según la forma de realización de la figura 1, dicha segunda fracción que comprende ácidos grasos, ácidos resínicos, sustancias neutras y componentes de residuo se introduce a la segunda etapa de evaporación G a través de la conexión 14. La segunda etapa de evaporación G en la figura 1 se lleva a cabo en un segundo evaporador 20. La segunda etapa de evaporación G en la figura 1 proporciona una tercera fracción que comprende ácidos grasos, ácidos resínicos, y componentes neutros ligeros, que se extrae a través de una segunda salida 18 de producto. La segunda etapa de evaporación G también proporciona una primera fracción de residuo que comprende componentes de residuo, tales como brea y metales. La primera fracción de residuo se extrae a través de una primera salida de residuo 22.

Según la forma de realización de la figura 2, dicha segunda fracción que comprende ácidos grasos, ácidos resínicos, sustancias neutras y componentes de residuo se trata en dos etapas de evaporación F y G, en lugar de solamente una etapa G. Dicha fracción se introduce en primer lugar en una segunda etapa de evaporación F a través de la conexión 14. La segunda etapa de evaporación F en la figura 2 se lleva a cabo en un segundo evaporador 16. La fracción líquida del segundo evaporador 16 se dirige a una tercera etapa de evaporación G a través de la conexión 19. La fracción de destilado procedente de la segunda etapa de evaporador 16 se extrae a través de la conexión 19', y se puede combinar con la tercera fracción procedente de la tercera etapa de evaporación G. La tercera etapa de evaporación G se lleva a cabo en un tercer evaporador 20. La tercera etapa de evaporación G en la figura 2 proporciona una tercera fracción que comprende ácidos grasos, ácidos resínicos, y sustancias neutras ligeras, que se extrae a través de una segunda salida 18 de producto. La tercera etapa de evaporación G de la figura 2 también proporciona una primera fracción de residuo que comprende componentes de residuo, tales como brea y metales. De igual forma como en la figura 1, la primera fracción de residuo se extrae a través de la primera salida de residuo 22.

La tercera fracción extraída a través de la segunda salida 18 de producto en las formas de realización de las figuras 1 y 2 se somete entonces a procedimientos catalíticos c 2 para la producción de biocombustibles y sus componentes, tales como diésel, combustible de reactor, gasolina, nafta y gases combustibles. Los biocombustibles o sus componentes producidos a partir de la tercera fracción se refieren a hidrocarburos que tienen un punto de ebullición en el intervalo de 150 a 380°C a una presión normal.

En una forma de realización de la invención, el procedimiento puede comprender además una etapa de pretratamiento P de almacenar dicho material de aceite de pulpa de madera en un tanque 6 de almacenamiento antes de la primera etapa de evaporación E. En esta forma de realización de la invención, el material de aceite de pulpa de madera se introduce a la primera etapa de evaporación E desde un tanque 6 de almacenamiento a través de la conexión 8. En esta forma de realización de la invención, el material de aceite de pulpa de madera se mantiene en un tanque de almacenamiento durante períodos de horas a semanas antes de alimentarlo a la primera etapa de evaporación E. Esto proporciona la ventaja de que los componentes no deseados, tales como agua y sólidos que se separan del aceite de pulpa de madera por gravedad, e impurezas tales como metales y compuestos de azufre inorgánicos disueltos o adsorbidos/absorbidos a ellos, se separen del material de aceite de pulpa de madera ya en el tanque de almacenamiento y se puedan eliminar fácilmente del material de aceite de pulpa de madera, por ejemplo, mediante decantación a través de una segunda salida de residuo 7 antes de alimentarlo a la primera etapa de evaporación E.

Además de seleccionar condiciones del procedimiento de evaporación óptimas en las etapas de evaporación E, F, G, el catalizador en las etapas de hidrotratamiento C1, C2 posteriores se puede seleccionar de manera que sea capaz de transformar los componentes pesados en el material purificado a componentes de biocombustible.

Entre la última etapa de evaporación G (la segunda etapa de evaporación en la forma de realización de la figura 1 y la tercera etapa de evaporación en la forma de realización de la figura 2) y el hidrotratamiento C2 puede haber una etapa 17 de purificación adicional.

En una forma de realización de la invención, los hidrocarburos ligeros de la primera fracción extraída a través de una conexión 13 procedente de la etapa 11 opcional de eliminación del agua, o procedente de una o más etapas 11' de purificación adicionales, se pueden combinar con la tercera fracción que comprende ácidos grasos, ácidos resínicos, y compuestos neutros ligeros, que se extrae a través de la segunda salida 18 de producto desde el último evaporador 20. Las fracciones se pueden combinar ya sea antes o después de la etapa 17 de purificación adicional de la tercera fracción.

La etapa de purificación adicional 17 se puede realizar usando por ejemplo un lecho de guarda, es decir, un lecho de pretratamiento/purificación separado, antes del hidrotratamiento C2. La purificación adicional 17 también se puede realizar mediante un lecho de purificación o una sección situada en relación con el reactor de hidrotratamiento. El hidrotratamiento comprende opcionalmente uno o más lechos de guarda. Dichos uno o más lechos de guarda se pueden disponer para separar unidades de lechos de guarda y/o en el reactor de hidrotratamiento.

El lecho de guarda tiene la tarea de actuar frente a sustancias dañinas en la alimentación. El lecho de guarda es típicamente óxido de aluminio gamma activado, o algún catalizador purificador comercialmente disponible. El material del lecho de guarda puede ser catalíticamente activo o inactivo. El lecho de guarda o las unidades de lecho de guarda pueden retener tanto impurezas sólidas como solvatadas del material de aceite de pulpa de madera, tales como agentes antiespumantes a base de silicio de un proceso de aceite de pulpa de madera y elementos químicos dañinos. El lecho de guarda y/o las unidades del lecho de guarda se pueden calentar, no calentar, someter a presión o no someter a presión, se pueden alimentar con gas hidrógeno o sin gas hidrógeno. Preferentemente, el lecho de guarda y/o las unidades del lecho de guarda se calientan y se someten a presión.

Básicamente, existen dos tipos de lechos de guarda, es decir, lechos de guarda activos e inactivos. Los lechos de guarda activos participan en la purificación de la alimentación y en el cambio de la composición química de la alimentación, y se pueden colocar en unidades de lecho de guarda separadas o dentro del propio reactor de hidrotratamiento. Los lechos de guarda inactivos simplemente participan en la purificación de la alimentación. Estos lechos de guarda comprenden materiales pasivos o inertes adecuados que no cambian significativamente la estructura molecular de los componentes de la alimentación pero son eficaces contra sustancias y elementos dañinos. Los lechos de guarda separados se pueden multiplicar, con lo cual hay uno o varios lechos de guarda en un modo de espera en paralelo o en serie con el lecho o lechos de guarda en uso.

Tras la purificación mediante la evaporación, las fracciones purificadas se alimentan al hidrotratamiento. Las fracciones se pueden hidrotratar separadamente o en el mismo aparato.

Consiguientemente, las fracciones primera y tercera obtenidas y extraídas a través de las salidas 12, 18 primera y segunda de producto se alimentan adicionalmente al hidrotratamiento C1, C2, tras una etapa 11 opcional de eliminación del agua y una o más etapas 11', 17 adicionales opcionales de purificación. El hidrotratamiento C1, C2 comprende al menos un catalizador para formar una mezcla de componentes combustibles. El hidrotratamiento se puede realizar en una, dos o más etapas, en un aparato o en varios aparatos.

Los hidrocarburos ligeros de la primera fracción extraída a través de la primera salida 12 de producto se hidroprocesan para obtener gasolina, nafta, combustible de reactor, diésel y gases combustibles.

Los ácidos grasos, ácidos resínicos y sustancias neutras ligeras extraídos a través de la segunda salida 18 de producto se hidroprocesan para obtener diésel, combustible de reactor, gasolina, nafta y gases combustibles.

Ejemplos

En los siguientes ejemplos 1 y 2, las impurezas en el material de origen biológico se eliminaron mediante dos unidades de evaporación diferentes. En el Ejemplo 1, la unidad de evaporación comprendió dos evaporadores, y en el Ejemplo 2, la unidad de evaporación comprendió tres evaporadores. El material de origen biológico fue aceite de pulpa de madera bruto.

Ejemplo 1:

Se alimentó aceite de pulpa de madera bruto (CTO) desde el almacenamiento a una temperatura de 60°C a una unidad de evaporación que contiene un evaporador de película delgada y un evaporador de corto recorrido. El caudal de alimentación del aceite de pulpa de madera bruto a la unidad de evaporación estaba entre 30-80 kg/h. La temperatura de la primera etapa de evaporación fue 137°C, y la presión fue 18 mbar. Se eliminó una primera fracción, que comprende agua y trementina, de la alimentación de aceite de pulpa de madera bruto.

La primera etapa de evaporación se llevó a cabo en un evaporador de película delgada. En el primer evaporador, se evaporó en conjunto 3% de la cantidad original de aceite de pulpa de madera bruto, de la cual el 2% fue trementina y otros compuestos de hidrocarburos ligeros y 1% fue agua. El 97% de la cantidad de la alimentación original de aceite de pulpa de madera bruto se recuperó como condensado, es decir, segunda fracción, del primer evaporador, y se alimentó adicionalmente a un segundo evaporador. La segunda etapa de evaporación se llevó a cabo en un evaporador de corto recorrido a 315°C y 0.3 mbar. Se eliminó el 5% de la cantidad de la alimentación original a partir de la segunda etapa de evaporación como una fracción de residuo que comprende brea. El destilado, tercera fracción, se recuperó de la segunda etapa de evaporación, y su cantidad fue el 92% de la cantidad de la alimentación original de aceite de pulpa de madera bruto. La fracción de residuo eliminada del segundo evaporador contenía 1600 ppm de metales en total que consisten principalmente en Na, Fe, P y otros 10 a 20 metales, y además de los metales, también SO⁴2", en forma de Na²SO⁴y lignina.

Ejemplo 2 :

Se alimentó aceite de pulpa de madera bruto (CTO) con un contenido de metales de 72 ppm desde el almacenamiento a una temperatura de 60°C a una unidad de evaporación que contiene un evaporador de película delgada, un destilador molecular de platos y un evaporador de corto recorrido. El caudal de alimentación del aceite de pulpa de madera bruto a la unidad de evaporación estaba entre 30-80 kg/h. La temperatura de la primera etapa de evaporación fue 137°C, y la presión fue 18 mbar. Se eliminó de la alimentación de aceite de pulpa de madera bruto una primera fracción que comprende agua y trementina.

La primera etapa de evaporación se llevó a cabo en un evaporador de película delgada. En el primer evaporador, en conjunto se evaporó 3% de la cantidad original de aceite de pulpa de madera bruto, de la cual 2% fue trementina y otros compuestos de hidrocarburos ligeros y el 1% fue agua. El 97% de la cantidad de la alimentación original de aceite de pulpa de madera bruto se recuperó como condensado, es decir, segunda fracción procedente del primer evaporador, y se alimentó adicionalmente a un segundo evaporador. La segunda etapa de evaporación se llevó a cabo en un destilador molecular de placa a 220°C y 1 mbar. Se eliminó el 50% de la cantidad de la alimentación original de aceite de pulpa de madera bruto a partir de la segunda etapa de evaporación, como una fracción líquida. La fracción de destilado se recuperó de la segunda etapa de evaporación, y la cantidad de la misma fue 47% de la cantidad de la alimentación original de aceite de pulpa de madera bruto. La fracción líquida procedente de la segunda etapa de evaporación se alimentó a la tercera etapa de evaporación. La tercera etapa de evaporación se llevó a cabo en un evaporador de corto recorrido a 330°C y 0.1 mbar. La cantidad de la fracción de residuo eliminada del tercer evaporador fue 5,5% de la alimentación original, y contenía 1550 ppm de metales en total, que consisten principalmente en Na, Fe, P y otros 10 a 20 metales, y además de los metales, también SO⁴², en forma de Na²SO⁴y lignina. El destilado, tercera fracción, también se recuperó de la segunda etapa de evaporación. Los destilados procedentes de las etapas de evaporación 2 y 3 se recogieron y se mezclaron juntos. El CTO purificado tuvo un contenido de metales de 5 ppm.

A partir de los ejemplos anteriores, puede apreciarse que el uso de una evaporación de múltiples etapas según la invención para purificar CTO es un método muy eficiente para eliminar impurezas del mismo. También es obvio que, usando el procedimiento según la invención, los componentes neutros ligeros se pueden separar para ser procesados a materias primas para productos combustibles para el transporte valiosos, y se minimiza la cantidad de la fracción de residuo, brea.

Resulta evidente para un experto en la materia que, a medida que avanza la tecnología, el concepto inventivo se puede implementar de diversas maneras. La invención y sus formas de realización no están limitadas a los ejemplos descritos anteriormente, sino que pueden variar sin apartarse del alcance de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para purificar material de aceite de pulpa de madera, que comprende las etapas siguientes (a) evaporar el material de aceite de pulpa de madera en una primera etapa de evaporación (E) para producir una primera fracción que comprende hidrocarburos que presentan un punto de ebullición de hasta 250°C (NTP) y agua, y una segunda fracción que comprende ácidos grasos, ácidos resínicos, sustancias neutras y componentes de residuo, realizándose la etapa de evaporación a una temperatura de 50° a 250° y a una presión de 5 a 100 mbar,

(b) evaporar dicha segunda fracción en por lo menos una etapa de evaporación adicional (G; F, G) para producir una tercera fracción que comprende ácidos grasos, ácidos resínicos y sustancias neutras con un punto de ebullición por debajo de 500°C (NTP), y una fracción residual, y

(c) recuperar dicha primera fracción, tercera fracción y fracción residual,

caracterizado por que dicha por lo menos una etapa de evaporación adicional (G; F,G) se lleva a cabo en una etapa (G) en un segundo evaporador a una temperatura de 300 a 390° C y a una presión de 0.01 a 15 mbar; o caracterizado por que dicha por lo menos una etapa de evaporación adicional (G; F, G) se lleva a cabo en dos etapas (F, G) en dos evaporadores adicionales, realizándose la primera etapa (F) de dichas dos etapas de evaporación adicionales a una temperatura de 180 a 350°C y a una presión de 0.1 a 40 mbar, y realizándose la segunda etapa (G) de dichas dos etapas de evaporación adicionales a una temperatura de 300 a 390°C y a una presión de 0.01 a 10 mbar, y una o más etapas de hidrotratamiento (C1, C2) para convertir la primera y tercera fracciones recuperadas en biocombustibles o sus componentes, después de una etapa de separación del agua opcional (11) y una o más etapas adicionales de purificación opcionales (11', 17).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el procedimiento comprende además una o más etapas de hidrotratamiento (C1) de conversión de la primera fracción en uno o más biocombustibles o sus componentes seleccionados de entre el grupo que consiste en gasolina, nafta, combustible de reactor, diésel y gases combustibles.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el procedimiento comprende además una o más etapas de hidrotratamiento (C2) de conversión de la tercera fracción en uno o más biocombustibles o sus componentes seleccionados de entre el grupo que consiste en diésel, combustible de reactor, gasolina, nafta y gases combustibles.