ES2944324T3 - Método para producir biodiésel - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un método para convertir biomasa en biodiesel, y más particularmente, a un método para producir biodiesel que incluye un proceso de hidrólisis previo a un proceso de hidrotratamiento, y que además incluye un proceso de reciclaje de HBD generado, reduciendo así la cantidad de hidrógeno consumido requerido para una reacción completa y, por lo tanto, reduce la cantidad de calor generado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método para producir biodiésel
Campo técnico
La presente invención se refiere a un método para convertir biomasa en biodiésel y, más particularmente, a un método para producir biodiésel que incluye un procedimiento de hidrotratamiento.
Antecedentes de la técnica
Debido al aumento de los precios del petróleo, existe una demanda global para el desarrollo de recursos de energía alternativos y la reducción de gases de efecto invernadero y, por tanto, se encuentra en curso activo el desarrollo de recursos de bioenergía. Además, a medida que aumenta la oferta de biodiésel nacional e internacional en función de los sistemas fiscales y legislativos de todo el mundo, los mercados relacionados con la bioenergía están creciendo rápidamente en un 8 - 12% al año.
Un ejemplo típico de tecnología para fabricar gasóleo a partir de biomasa incluye la producción de FAME (éster metílico de ácido graso). FAME es ventajoso porque es una energía alternativa obtenida a partir de la biomasa y, en cuanto a propiedades, tiene un índice de cetano mayor que el gasóleo obtenido a partir de aceite mineral convencional, pero es problemático debido a su baja estabilidad frente a la oxidación y alto coste de producción. Como tecnología de nueva generación se propone HBD (biodiésel sometido a hidrotratamiento) obtenido mediante hidrotratamiento directo de triglicérido a través de una reacción de hidrotratamiento. HBD tiene un mayor coste de producción que el diésel obtenido a partir de aceite mineral convencional, pero tiene una estabilidad frente a la oxidación comparativamente alta debido al procedimiento de hidrotratamiento, en comparación con FAME convencional.
Además, puede producirse gasóleo de alta calidad que tiene un índice de cetano de aproximadamente 100. Además, HBD es excelente en cuanto a eficiencia energética y reducción de gases de efecto invernadero, en comparación con el aceite mineral o FAME.
La producción de HBD se divide principalmente en dos tipos de procedimiento. Uno de ellos es un procedimiento compuesto exclusivamente por un procedimiento de hidrotratamiento, y el otro es un procedimiento que incluye un procedimiento de isomerización tras un procedimiento de hidrotratamiento.
En HBD, hidrotratamiento se refiere a un procedimiento de hidrogenar grasa o ácido graso a través de una reacción de hidrotratamiento, y términos similares del mismo incluyen hidrogenación, desoxigenación, hidrodesoxigenación, descarboxilación y descarbonilación, términos que pueden usarse juntos. Particularmente, los términos descarboxilación y descarbonilación se usan como los términos más similares a la reacción de hidrotratamiento en la producción de HBD porque se produce hidrogenación al tiempo que se elimina un carbono a partir de la grasa o el ácido graso de una alimentación.
Normalmente, el aceite vegetal usado como alimentación para producir biodiésel está compuesto por triglicérido. Cuando la forma de éster en el triglicérido se somete a hidrotratamiento, puede obtenerse un material de parafina C15-C18, cuyo punto de ebullición corresponde al intervalo de diésel, y este material puede usarse como biodiésel. Un método convencional de hidrotratamiento de triglicérido presenta una alta velocidad de reacción. Por consiguiente, se genera un elevado calor instantáneo, acortando de manera indeseable y notable la vida útil de un catalizador y causando problemas relacionados con la estabilidad del procedimiento. Además, debe consumirse hidrógeno en una cantidad igual o superior a la usada en un procedimiento de hidrocraqueo.
Con respecto a las técnicas de producción de HBD convencionales, el documento US 4.992.605 da a conocer un procedimiento para producir biodiésel a partir de aceite de palma en bruto en presencia de un catalizador de hidrotratamiento disponible comercialmente que comprende CoMo, NiMo o un metal de transición.
El documento US 2007/0175795 da a conocer un método de hidrotratamiento directo de triglicérido.
El documento US 7.232.935 da a conocer un procedimiento catalítico para producir HBD a partir de aceite vegetal realizando secuencialmente isomerización tras el hidrotratamiento.
El documento US 7.279.018 da a conocer la preparación de un producto mezclando HBD sometido a hidrotratamiento e isomerizado con aproximadamente el 0 - 20% de un antioxidante.
El documento US 2007/0010682 da a conocer un procedimiento de producción que comprende hidrotratamiento e isomerización, en el que una alimentación contiene el 5% en peso o más de ácido graso libre y un diluyente, siendo
la razón del diluyente con respecto a la alimentación de 5 - 30 : 1.
Tal como se mencionó anteriormente, los métodos actualmente disponibles para producir HBD incluyen el hidrotratamiento directo de triglicérido, que es problemático debido al consumo de hidrógeno y a la generación de calor elevados.
Divulgación
Problema técnico
Por consiguiente, la presente invención se ha realizado teniendo en cuenta los problemas anteriores que se producen en la técnica relacionada, y un objeto de la presente invención es proporcionar un novedoso método para producir HBD, en el que, adicionalmente, pueden añadirse la hidrólisis y el reciclaje de biomasa sometida a hidrotratamiento a un procedimiento de producción de HBD típico, permitiendo de ese modo que se realice el mismo procedimiento de hidrotratamiento usando hidrógeno en una cantidad mucho menor que la requerida para un procedimiento de hidrotratamiento típico de HBD y permitiendo el control de la alta generación de calor. Solución técnica
Con el fin de lograr el objeto anterior, la presente invención proporciona un método para producir biodiésel, que comprende: i) hidrolizar biomasa usando un catalizador ácido sólido a 110 - 150°C; ii) someter a hidrotratamiento la biomasa hidrolizada para formar biomasa sometida a hidrotratamiento que contiene n-parafina; y iii) reciclar la biomasa sometida a hidrotratamiento que contiene n-parafina a uno cualquiera o más seleccionados de entre antes de i) y durante ii), en el que i) se realiza usando dos o más reactores de hidrólisis, e incluye lavar el catalizador usando la biomasa sometida a hidrotratamiento que contiene n-parafina reciclada a partir de iii) en el otro reactor de hidrólisis, mientras se hidroliza la biomasa en un reactor de hidrólisis en el que ii) el hidrotratamiento es desoxigenación en fase gaseosa o desoxigenación en fase líquida en un disolvente de hidrocarburo.
Además, en otra realización de la presente invención, el lavado del catalizador usando la biomasa sometida a hidrotratamiento reciclada a partir de iii) en el otro reactor de hidrólisis se realiza repetidamente.
En otra realización de la presente invención, el método puede comprender además alimentar el hidrógeno sometiendo un producto obtenido en i) a una reacción hidrotérmica y el hidrógeno producido en la reacción hidrotérmica a ii).
Además, en otra realización de la presente invención, el método puede comprender además separar independientemente el ácido láctico producido en la reacción hidrotérmica.
Además, en otra realización de la presente invención, la reacción hidrotérmica se realiza a 280-330°C.
Efectos ventajosos
Cuando se usa el método según la presente invención, puede mejorarse en gran medida la eficiencia del procedimiento y puede garantizarse una alta estabilidad, y puede reducirse la cantidad de hidrógeno consumido en una reacción de hidrotratamiento en aproximadamente el 30% y puede reducirse la generación de calor en aproximadamente el 50%.
Además, dado que se usan de manera alterna dos o más reactores de hidrólisis, pueden resolverse los problemas del deterioro de la actividad catalítica adsorbiendo un producto intermedio en los poros del catalizador.
Descripción del dibujo
La figura 1 ilustra un flujo esquemático de un procedimiento según la presente invención.
<Descripción de los números de referencia en el dibujo>
1: biomasa 2: reacción de hidrólisis
2a: primer reactor de hidrólisis
2b: segundo reactor de hidrólisis
3: hidrotratamiento 4: reacción hidrotérmica
Mejor modo
Según realizaciones de la presente invención, se introduce biomasa en un primer reactor 2a de hidrólisis de modo
que se hidroliza en presencia de un catalizador, y se alimenta el primer producto resultante a un procedimiento de hidrotratamiento que se describirá a continuación. Cuando se deteriora el rendimiento del catalizador debido a la unión de un producto intermedio al catalizador del primer reactor de hidrólisis, se cambia la ruta de alimentación de la biomasa al primer reactor 2a de hidrólisis de tal manera que la biomasa se alimenta a un segundo reactor 2b de hidrólisis, realizando de ese modo una hidrólisis continua.
Al primer reactor de hidrólisis en el que se ha deteriorado el rendimiento del catalizador, se recicla y alimenta el segundo producto resultante del siguiente procedimiento de hidrotratamiento. El segundo producto reciclado funciona para lavar el producto intermedio unido al catalizador del primer reactor 2a de hidrólisis para restablecer la actividad catalítica. Además, el segundo producto reciclado se alimenta al procedimiento de hidrotratamiento junto con el primer producto sometido a hidrólisis en el segundo reactor 2b de hidrólisis. De ese modo, puede diluirse el ácido graso del primer producto alimentado al procedimiento de hidrotratamiento.
Cuando se deteriora la actividad del catalizador del segundo reactor 2b de hidrólisis después de un periodo de tiempo predeterminado, la biomasa se alimenta de nuevo al primer reactor 2a de hidrólisis en el que se lava el lecho de catalizador, y el segundo producto reciclado se alimenta al segundo reactor 2b de hidrólisis para lavar el catalizador.
El uso alterno de los reactores de hidrólisis puede ajustarse observando una presión diferencial de los reactores porque un aumento continuo en la presión diferencial significa que el producto intermedio se une al catalizador para deteriorar de ese modo la actividad catalítica. Además, la frecuencia de alternación puede ajustarse en función del tiempo.
Usando de manera alterna los reactores de hidrólisis y el reciclaje del segundo producto, pueden resolverse los problemas de la actividad catalítica deteriorada, y la reacción puede continuar sin interrupción del procedimiento, y pueden obviarse procedimientos adicionales requeridos en los métodos convencionales.
El primer producto se somete a un procedimiento 3 de hidrotratamiento después de la hidrólisis 2. El producto que contiene ácido graso se convierte en un segundo producto que contiene n-parafina.
El procedimiento de hidrotratamiento de la invención es una desoxigenación o bien en fase gaseosa o bien en fase líquida en un disolvente de hidrocarburo. Los ejemplos del catalizador usado en el procedimiento de hidrotratamiento pueden incluir un metal precioso tal como paladio, platino, etc., y NiMo, CoMo, etc., y puede usarse un catalizador metálico a base de compuesto de fósforo, pero la presente invención no se limita a los mismos.
Una porción del segundo producto obtenido en el procedimiento de hidrotratamiento puede reciclarse a uno cualquiera o más seleccionados de entre el procedimiento 2 de hidrólisis y el procedimiento 3 de hidrotratamiento.
Tal como se mencionó en el procedimiento de hidrólisis anterior, en el caso en que se recicle el segundo producto al procedimiento 2 de hidrólisis, puede realizarse un lavado para impedir el deterioro del rendimiento catalítico. Además, puede aumentarse la eficiencia total del procedimiento y puede garantizarse una alta estabilidad de procedimiento, en virtud del reciclaje.
En el caso en que se recicle el segundo producto al procedimiento de hidrotratamiento, puede disminuirse el grado de generación de calor en la reacción de hidrotratamiento. Además, puede reducirse la concentración de ácido graso que puede provocar la corrosión del reactor y, por tanto, puede controlarse la exposición de un material a entornos de corrosión severos.
Según otra realización de la presente invención, el método puede incluir además separar la glicerina del primer producto obtenido en el procedimiento 2 de hidrólisis, de modo que la glicerina se somete a una reacción 4 hidrotérmica. La reacción hidrotérmica puede llevarse a cabo a aproximadamente 270 - 320°C. La glicerina producida tras la hidrólisis produce hidrógeno y ácido láctico a través de la reacción hidrotérmica. Como tal, el hidrógeno producido puede usarse para complementar parcialmente el hidrógeno requerido para el procedimiento de hidrotratamiento.
Según la presente invención, cuando se supone que el triglicérido principalmente introducido en el procedimiento de hidrólisis es 1 mol, el hidrógeno requerido para el procedimiento de hidrotratamiento es de aproximadamente 6 mol y el hidrógeno producido en la reacción hidrotérmica de glicerina es de aproximadamente 1 mol, y, por tanto, puede obtenerse una cantidad considerablemente grande de hidrógeno requerido a partir de la reacción hidrotérmica de glicerina.
El hidrógeno requerido para el procedimiento de hidrotratamiento puede complementarse a través de una reacción de este tipo, y simultáneamente pueden producirse productos de ácido láctico de alto valor añadido.
Modo para la invención
La presente invención se describe en detalle con referencia al dibujo adjunto, pero no se limita al mismo.
Los presentes inventores han descubierto que, en el procedimiento de producción de HBD convencional a través de hidrotratamiento directo de triglicérido, la conversión de triglicérido en ácido graso requiere 1/3 del consumo total de hidrógeno y genera calor correspondiente a 1/2 del aumento total de la temperatura de reacción, y, por tanto, han ideado la adición de hidrólisis antes del procedimiento de hidrotratamiento, culminando de ese modo en la presente invención.
La figura 1 ilustra un flujo de procedimiento esquemático según la presente invención.
Específicamente, se introduce biomasa 1 en un procedimiento 2 de hidrólisis. La biomasa alimentada al reactor de hidrólisis se hidroliza usando un catalizador. El triglicérido de la biomasa se convierte en un primer producto que contiene ácido graso y glicerina a través de la reacción de hidrólisis. La biomasa puede incluir aceite vegetal, grasa vegetal, grasa animal, aceite de pescado, grasa reciclada, ácido graso vegetal, ácido graso animal, o mezclas de los mismos. Además, el catalizador usado en la reacción de hidrólisis es un catalizador ácido sólido. Los ejemplos del catalizador ácido sólido pueden incluir sílice, alúmina, zeolita, etc., y además, un catalizador ácido fuerte como el óxido de aluminio preparado añadiendo halógeno tal como flúor o cloro, pero la presente invención no se limita a los mismos.
Un procedimiento de hidrólisis típico requiere condiciones de reacción de aproximadamente 250°C y 30 - 50 kg/cm2g, consumiendo de ese modo una gran cantidad de energía. Además, dado que se produce ácido graso en condiciones de alta temperatura y alta presión, debe usarse un material que tenga alta resistencia a la corrosión. Sin embargo, en la presente invención, se usa un catalizador ácido sólido tal como una resina y, por tanto, la reacción de hidrólisis puede llevarse a cabo a 110 - 150°C a presión atmosférica.
Además, en la reacción de hidrólisis, pueden producirse problemas en los que la actividad del catalizador puede deteriorarse notablemente porque el producto intermedio adsorbido en el poro de catalizador dificulta el contacto de la alimentación con el sitio activo de catalizador.
En este caso, con el objetivo de resolver los problemas de la actividad catalítica deteriorada, normalmente se requiere un procedimiento de reciclaje que incluye el lavado con metanol o la combustión del catalizador en aire para restablecer la actividad.
Sin embargo, en la realización de la invención, se usan dos o más reactores de hidrólisis y funcionan de manera alterna, resolviendo de ese modo fácilmente tales problemas. Específicamente, en el caso en que se usen dos reactores de hidrólisis, la biomasa se hidroliza en un reactor de hidrólisis y el catalizador se lava usando el segundo producto sometido al procedimiento 3 de hidrotratamiento en el otro reactor de hidrólisis, manteniendo de ese modo la actividad del catalizador.
Claims (5)
1. Método para producir biodiésel, que comprende:
i) hidrolizar biomasa usando un catalizador ácido sólido a 110 - 150°C; a presión atmosférica
ii) someter a hidrotratamiento la biomasa hidrolizada para formar biomasa sometida a hidrotratamiento que contiene n-parafina; y
iii) reciclar la biomasa sometida a hidrotratamiento que contiene n-parafina a uno cualquiera o más seleccionados de entre antes de i) y durante ii),
en el que i) se realiza usando dos o más reactores de hidrólisis, e incluye lavar el catalizador usando la biomasa sometida a hidrotratamiento que contiene n-parafina reciclada a partir de iii) en el otro reactor de hidrólisis, mientras se hidroliza la biomasa en un reactor de hidrólisis
en el que ii) el hidrotratamiento es desoxigenación en fase gaseosa o desoxigenación en fase líquida en un disolvente de hidrocarburo.
2. Método según la reivindicación 1, en el que el lavado del catalizador usando la biomasa sometida a hidrotratamiento reciclada a partir de iii) en el otro reactor de hidrólisis se realiza repetidamente.
3. Método según la reivindicación 1 ó 2, que comprende además alimentar el hidrógeno sometiendo un producto obtenido en i) a una reacción hidrotérmica y el hidrógeno producido en la reacción hidrotérmica a ii).
4. Método según la reivindicación 3, que comprende además separar independientemente el ácido láctico producido en la reacción hidrotérmica.
5. Método según la reivindicación 3, en el que la reacción hidrotérmica se realiza a 280 - 330°C.
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