ES2895326T3 - Formulación, preparación y uso de un biocombustible basado en glicerol - Google Patents

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Abstract

Formulación de biocombustible que comprende - glicerol crudo derivado de biodiésel, en el que dicho glicerol crudo está presente entre el 10% y el 90% p/p con respecto a la totalidad de la composición - glicerol formal, que está presente entre el 10% y el 90% p/p con respecto a toda la composición - al menos un éster formal de glicerol de ácido graso en una cantidad comprendida entre el 0% y el 80% p/p respecto a la totalidad de la composición - al menos un éster metílico de ácido graso en una cantidad comprendida entre el 0% y el 80% p/p con respecto a toda la composición; en la que dicha formulación no contiene formaldehído; y en la que dicho glicerol crudo es una mezcla de glicerol, cenizas, agua y residuos orgánicos.

Description

DESCRIPCIÓN
Formulación, preparación y uso de un biocombustible basado en glicerol
La presente invención se refiere al campo de los biocombustibles. En particular, la presente invención se refiere a un nuevo biocombustible basado en glicerol, y a la preparación y uso del mismo.
Antecedentes de la invención
El mundo ha reconocido la necesidad crítica de desvincular el crecimiento económico del impacto sobre los recursos. En particular, Europa se propone aumentar la competitividad industrial al tiempo que reduce drásticamente las ineficiencias en materia de recursos y energía. El principio subyacente es el desarrollo de tecnologías y soluciones habilitadoras a lo largo de la cadena de valor para "hacer más con menos".
Se han propuesto los siguientes objetivos:
1. Una reducción de la intensidad energética de los combustibles fósiles de hasta un 30% respecto a los niveles actuales para 2030 mediante una combinación de, por ejemplo, cogeneración-calor-energía, intensificación de los procesos, introducción de nuevos procesos de ahorro de energía e introducción progresiva de fuentes de energía renovables dentro del ciclo de los procesos.
2. Para 2030, hasta un 20% de reducción de la intensidad de las materias primas primarias no renovables con respecto a los niveles actuales, mediante el aumento de los rendimientos de la transformación química y física y/o el uso de materias primas secundarias y renovables con ventajas de sostenibilidad demostradas.
La posibilidad de quemar el glicerol obtenido como subproducto en la síntesis de biodiésel es un área en la que estos principios son más relevantes, ya que el biodiésel, junto con el bioetanol, es actualmente el principal biocombustible del mercado y, además, su fabricación es ineficiente porque no toda la materia prima petrolera se convierte en biocombustible. El subproducto concomitante, el glicerol, se obtiene junto con los ésteres metílicos de ácidos grasos, que son el actual biocombustible para la automoción.
Se han realizado muchos intentos para quemar el glicerol obtenido como subproducto en la síntesis de biodiésel como forma de obtener energía renovable para su combustión. Sin embargo, el glicerol crudo presenta características de combustible desfavorables y no se quema de forma consistente en los quemadores comerciales. Agirre I et al. "Glycerol acetals, kinetic study of the reaction between glycerol and formaldehyde", Biomass and Bioenergy, Pergamon, Amsterdam, NL, Vol. 35, no. 8, pp. 363-3642 , divulga una composición resultante de la reacción entre el glicerol y el formaldehído. El estudio tiene por objeto determinar los parámetros cinéticos de esta reacción utilizando resinas iónicas como catalizadores.
Ruiz V R et al. "Catalizadores de oro y catalizadores sólidos para transformaciones de biomasa: Valorización de mezclas de glicerol y glicerol-agua mediante la formación de acetales cíclicos", Journal of Catalysys, Academic Press, Duluth, MN, US, Vol. 271, no. 2, pp. 351-357 , divulga una composición resultante de la reacción entre glicerol y formaldehído. En este caso, el estudio está dirigido a descubrir nuevos sistemas catalíticos (catalizadores de oro). En estos dos documentos las bajas conversiones descritas deben dar lugar a composiciones que contienen, en base estequiométrica, grandes cantidades (> 100 ppm) de formaldehído. Por lo tanto, el formaldehído no reaccionado en forma de formaldehído o de un precursor del formaldehído, el trioxano, está presente en las composiciones descritas en ellos. Esta presencia de formaldehído no es en absoluto deseada, ya que es bien conocido en la técnica que, incluso a bajas concentraciones, es una sustancia gravemente irritante, siendo incluso cancerígena para los seres humanos tras una exposición prolongada.
Por lo tanto, aunque estos documentos revelan una composición que incluye glicerol y glicerina formal que puede ser utilizada como ingrediente de biocombustible, los estándares industriales actuales nunca utilizarían esta composición tóxica (incluyendo formaldehído) porque las autoridades no aprobarían este producto bajo las regulaciones actuales.
Todos estos problemas han llevado a los inventores a desarrollar una composición novedosa de biocombustible con características de combustión mejoradas en comparación con el glicerol crudo, que satisface la necesidad de combustibles eficientes y renovables y que está libre de componentes tóxicos, como el formaldehido. El documento US 5484547 divulga una formulación que contiene glicerol.
Por lo tanto, uno de los objetivos de la presente invención es proporcionar una nueva formulación de biocombustible basada en glicerol no tóxico que evite la incapacidad del glicerol crudo para arder de forma consistente en los quemadores actuales. También es un objeto de la invención proporcionar un procedimiento de preparación de dicho biocombustible. Es un objeto adicional de la presente invención mostrar las mejores características de combustión del biocombustible descrito en la presente invención en comparación con el glicerol crudo.
Descripción detallada de la invención
El biocombustible de la invención se define en las reivindicaciones adjuntas.
El biocombustible de la invención puede contener opcionalmente uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste en antioxidantes, biocidas, agentes quelantes, detergentes, dispersantes, disolventes, inhibidores de corrosión e inhibidores de óxido.
El glicerol crudo derivado del biodiésel es un producto bien conocido por un experto en la materia. Se trata de una mezcla de glicerol, agua, cenizas y residuos orgánicos. Las diferentes proporciones de sus constituyentes dan lugar a diferentes grados de glicerol que van desde el glicerol crudo, que suele contener un 80% p/p de glicerol, hasta el glicerol de grado técnico, que suele contener más del 98% p/p de glicerol. Puede contener un contenido de agua variable que depende del grado de glicerol original y del grado de secado durante la etapa opcional de pretratamiento de la preparación de la formulación (véase más adelante).
El glicerol formal es un derivado del glicerol que puede obtenerse por acetalización. En una realización preferente, el glicerol formal se obtiene a partir del glicerol crudo según el procedimiento descrito en el documento EP2049623. El glicerol formal es el acetal de glicerol con el menor peso molecular. Como tal, presenta una presión de vapor más alta, puntos de ebullición más bajos y viscosidades más bajas cuando se compara con homólogos superiores como el acetal de glicerol o el propanal de glicerol. Como se indica más adelante, estas propiedades mejoran las características de combustión de las mezclas de glicerol crudo/glicerol formal/éster formal de ácido graso/éster metílico de ácido graso con respecto al glicerol crudo solo.
El contenido de agua es fundamental, ya que influye no sólo en el contenido calórico de la composición de biocombustible, sino también en el coste unitario de la composición. En una realización preferente, el contenido de agua del glicerol crudo está entre el 0% y el 30%.
La invención también se refiere a un procedimiento para preparar el biocombustible según la presente invención. Este procedimiento comprende la etapa de mezclar glicerol crudo, glicerol formal, éster formal de glicerol de ácidos grasos (si está presente), éster metílico de ácidos grasos (si está presente) y uno o más aditivos opcionales. Preferentemente, la temperatura de este procedimiento se sitúa entre 20°C y 60°C, más preferentemente a unos 40°C. La mezcla se lleva a cabo en un recipiente equipado con un agitador que proporcione suficiente potencia para homogeneizar completamente la mezcla. La mezcla obtenida es estable. Opcionalmente, se lleva a cabo una etapa de pretratamiento. Esta etapa de pretratamiento comprende la filtración y, opcionalmente, la desalación y la evaporación del agua.
La invención se refiere además al uso del biocombustible según la presente invención para fines de combustión, preferentemente combustión industrial.
Ejemplo 1: Formulación de biocombustibles
El glicerol crudo que contiene un 2% de residuos orgánicos y un 7% de cenizas se calentó a 60°C, se filtró y se añadió a un recipiente de mezcla. Posteriormente, se añadió glicerol formal con un contenido de agua inferior al 5%. Por último, se añadieron el éster formal de glicerol de ácidos grasos y el éster metílico de ácidos grasos y se agitó la mezcla a 380 rpm durante 30 minutos con un agitador mecánico.
Ejemplo 2: Evaluación de las propiedades de combustión
Para evaluar las propiedades de combustión del biocombustible de la invención, los inventores han realizado varios experimentos en quemadores de aire de laboratorio operados a presión ambiente. Los biocombustibles evaluados se precalentaron a 100°C.
Se añadieron 50 g de los biocombustibles evaluados a un quemador de acero inoxidable. Los biocombustibles se precalentaron a 100°C evitando cualquier pérdida de sus constituyentes. El quemador se encendió con un encendedor de llama. En los experimentos se midió la capacidad de encendido del quemador y una combustión continua y regular del combustible hasta su finalización. Los resultados se indican en la Tabla 1:
Figure imgf000004_0001
Tablal: Características de combustión de 12 composiciones que contienen glicerol
crudo, glicerol formal, ésteres metílicos de ácidos grasos y ásteres formales de
glicerol de ácidos grasos. Columnas 2 y 3 (desde la izquierda) indican el contenido
de glicerol y agua en el glicerol crudo. Las composiciones se precalentaron a 100 °C
y se encendieron con un encendedor de llama.
De los experimentos indicados en la Tabla 1 se pueden extraer varias conclusiones:
El umbral de concentración formal de glicerol para una combustión consistente en composiciones que contienen 72% p/p de glicerol es del 20% p/p (Composiciones 1 a 6). Este umbral puede reducirse al 16% p/p en composiciones con mayor contenido de glicerol (Composición 11).
La influencia del agua parece ser crítica. Por ejemplo, los experimentos 7 y 11 muestran que un aumento del 2% en el contenido de agua del glicerol crudo puede, de hecho, inhibir el proceso de combustión. El experimento 5 confirma además que el agua es perjudicial para la calidad de la combustión.
La composición 6 es un experimento de control en el que se utiliza glicerol crudo puro con un contenido de 72% de glicerol.
La influencia de éster formal de gicerol de ácidos grasos es para mejorar la calidad de combustión como se indica por los resultados obtenidos con las composiciones 9 y 11.
En conclusión, las propiedades de combustión del glicerol crudo pueden mejorarse considerablemente con la adición de glicerol formal. El aumento de las concentraciones de agua reduce la calidad de combustión. Cuanto mayor sea la concentración de agua en la composición, mayor será la concentración de glicerol formal para garantizar una combustión adecuada. La presencia de ésteres de glicerol formal de ácidos grasos en la composición favorece el proceso de combustión siempre que haya una concentración suficiente de glicerol formal.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Formulación de biocombustible que comprende
- glicerol crudo derivado de biodiésel, en el que dicho glicerol crudo está presente entre el 10% y el 90% p/p con respecto a la totalidad de la composición
- glicerol formal, que está presente entre el 10% y el 90% p/p con respecto a toda la composición
- al menos un éster formal de glicerol de ácido graso en una cantidad comprendida entre el 0% y el 80% p/p respecto a la totalidad de la composición
- al menos un éster metílico de ácido graso en una cantidad comprendida entre el 0% y el 80% p/p con respecto a toda la composición;
en la que dicha formulación no contiene formaldehído; y
en la que dicho glicerol crudo es una mezcla de glicerol, cenizas, agua y residuos orgánicos.
2. Formulación de biocombustible, según la reivindicación 1, que comprende además uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste en antioxidantes, biocidas, agentes quelantes, detergentes, dispersantes, disolventes, inhibidores de corrosión e inhibidores de óxido.
3. Procedimiento de preparación de la formulación de biocombustible según la reivindicación 1 o 2, que comprende la etapa de mezclar glicerol crudo, glicerol formal, al menos un éster formal de glicerol de ácidos grasos, al menos un éster metílico de ácidos grasos y uno o más aditivos opcionales.
4. Procedimiento, según la reivindicación 3, en el que la temperatura de dicho procedimiento está entre 20°C y 60°C.
5. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, que comprende además una etapa de pretratamiento que comprende la filtración y opcionalmente la desalación y la evaporación del agua.
6. Uso de la formulación de biocombustible según la reivindicación 1 para fines de combustión.
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