ITMI20102000A1 - Composizione di gasolio comprendente eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari o loro miscele - Google Patents
Composizione di gasolio comprendente eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari o loro miscele Download PDFInfo
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description
COMPOSIZIONE DI GASOLIO COMPRENDENTE ETERI DELLA GLICERINA CONTENENTI CATENE ALCHILICHE LINEARI O LORO MISCELE
La presente invenzione riguarda una composizione di gasolio comprendente eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari o loro miscele.
Più in particolare, la presente invenzione riguarda una composizione di gasolio comprendente almeno un gasolio ed almeno un etere della glicerina contenente catene alchiliche lineari o almeno una miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari.
Detta composizione può essere vantaggiosamente utilizzata come combustibile per autotrazione, ad esempio, come combustibile per motori diesel, oppure come combustibile per bruciatori, o per caldaie da riscaldamento. In particolare, detta composizione può essere vantaggiosamente utilizzata come combustibile per autotrazione, più in particolare come combustibile per motori diesel.
E’ un ulteriore oggetto della presente invenzione un procedimento per la preparazione di un etere della glicerina contenente catene alchiliche lineari o di una miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari.
La tendenza e le previsioni del mercato europeo in generale, e del mercato italiano in particolare, in relazione ai prodotti per i veicoli a motore, sono caratterizzate dal costante aumento della richiesta di gasolio e dalla riduzione del consumo di benzina.
Allo scopo di soddisfare le esigenze del mercato, diverse fonti alternative di carburanti sono state prese in considerazione, tra cui quelle utilizzate nella produzione di biodiesel.
Il biodiesel generalmente comprende una miscela di esteri alchilici di acidi grassi, in particolare una miscela di esteri metilici di acidi grassi [“fatty acid methyl esters†(FAME)] e può essere prodotto a partire da materie prime di origine naturale contenenti trigliceridi (generalmente triesteri della glicerina con acidi grassi a catena alchilica lunga) quali, ad esempio, oli vegetali grezzi ottenuti mediante spremitura dei semi di piante oleaginose quali, ad esempio, colza, palma, soia, girasole, senape, nonché da altre fonti di trigliceridi quali, ad esempio, alghe, grassi animali, o oli vegetali usati o di scarto. Dette materie prime tal quali, oppure i trigliceridi ottenuti dopo aver sottoposto dette materie prime a separazione, vengono sottoposte/i ad un processo di transesterificazione in presenza di un alcool, in particolare di metanolo, e di un catalizzatore, così da ottenere detti esteri alchilici di acidi grassi, in particolare detti esteri metilici di acidi grassi [“fatty acid methyl esters†(FAME)]. Oltre a detti esteri alchilici di acidi grassi, da detto processo di transesterificazione si ottiene anche glicerina come sottoprodotto (circa il 10% in peso) che deve essere separata in quanto immiscibile con detti esteri alchilici di acidi grassi.
Uno dei possibili utilizzi della glicerina à ̈ la produzione di eteri della glicerina (principalmente, di-ter-butil eteri), attraverso una reazione di eterificazione con olefine così da dare i corrispondenti eteri. In particolare, l’olefina utilizzata à ̈ l’isobutene. La reazione con l’isobutene porta alla formazione di ter-butil eteri della glicerina tra i quali il più interessante à ̈ il diter-butil etere.
Come noto nell’arte, detti eteri della glicerina possono essere utilizzati in miscela con benzina o con gasolio, allo scopo di ottenere composizioni utili come combustibili, in particolare come combustibili per autotrazione.
Ad esempio, la domanda di brevetto europeo EP 641 854 descrive una composizione di carburante comprendente idrocarburi e/o derivati di oli vegetali aventi punto di ebollizione nell’intervallo del gasolio e contenente fino a 500 ppm di zolfo, ed una quantità efficace di un additivo scelto tra eteri della glicerina aventi formula:
CH2OR1
CH OR2
CH2OR3
in cui R1, R2ed R3sono ciascuno idrogeno o un gruppo alchilico C1-C10, a condizione che almeno due tra R1, R2ed R3siano un gruppo alchilico C1-C10. Preferibilmente, detto additivo à ̈ scelto tra: 1,3-di-ter-butil etere della glicerina, o miscele comprendenti 1,3-di-ter-butil etere della glicerina, 1,2-di-ter-butil etere della glicerina ed 1,2,3-tri-ter-butil etere della glicerina. Detto carburante può essere gasolio o biodiesel. Detto additivo à ̈ detto avere una buona solubilità nel gasolio, un superiore coefficiente di ripartizione acqua (“water partition coefficient†), ed essere in grado di diminuire le emissioni di particolato (PM).
La domanda di brevetto internazionale WO 2005/093015 descrive un procedimento per la preparazione di due famiglie di biocarburanti da almeno un trigliceride, formato da almeno un acido grasso e glicerina, caratterizzato dal fatto di comprendere:
- almeno uno stadio di transesterificazione in cui detto trigliceride à ̈ fatto reagire tramite un catalizzatore eterogeneo con almeno un mono-alcool primario scelto tra metanolo ed etanolo, così da produrre almeno un estere metilico e/o etilico degli acidi grassi del/i trigliceride/i di partenza come primo biocarburante, e glicerina, detti prodotti essendo privi di sottoprodotti; e
- uno stadio di eterificazione in cui la glicerina proveniente dal suddetto stadio di transesterificazione à ̈ fatta reagire direttamente (i.e. senza nessun pre-trattamento chimico) con almeno una olefina contenente da 4 a 12 atomi di carbonio, così da ottenere almeno un etere della glicerina (in particolare, di-ter-butileteri della glicerina) come secondo biocarburante; e/o
- uno stadio di acetalizzazione in cui la glicerina proveniente dal suddetto stadio di transesterificazione à ̈ fatta reagire direttamente (i.e. senza nessun pre-trattamento chimico) con almeno un composto scelto tra aldeidi, chetoni, o acetali derivanti dalle aldeidi o dai chetoni, così da ottenere almeno un acetale della glicerina come secondo biocarburante.
Detti eteri e/o acetali della glicerina sono detti essere utilizzabili in miscela con gasolio, biodiesel, o benzina.
La domanda di brevetto internazionale WO 2007/061903 descrive una composizione di carburante alternativa comprendente:
a) una miscela carburante/alcool comprendente da circa il 15% in volume a circa il 95% in volume di benzina o gasolio, e da circa il 10% in volume a circa l’85% in volume di uno o più alcooli aventi da 1 a 10 atomi di carbonio;
b) da circa l’1% in volume a circa il 15% in volume di un etere della glicerina o di una miscela di eteri della glicerina, rispetto al volume della suddetta miscela carburante/alcool;
c) opzionalmente, uno o più additivi per carburante convenzionali.
Detto/i etere/i della glicerina includono uno, due o tre gruppi alchilici aventi da 1 a 10 atomi di carbonio, preferibilmente uno o due gruppi aventi da 3 a 5 atomi di carbonio, più preferibilmente uno o due gruppi ter-butilici. Quando aggiunti ad una miscela benzina/etanolo, gli eteri della glicerina sono detti ridurre la pressione di vapore dell’etanolo ed aumentare il risparmio di carburante. Quando aggiunti ad una miscela gasolio/etanolo, gli eteri della glicerina sono detti migliorare il valore di cetano di detta miscela.
La domanda di brevetto internazionale WO 2009/115273 descrive un procedimento per la preparazione di eteri della glicerina attraverso la reazione della glicerina con una olefina lineare scelta tra 1-butene, 2-butene, 1-pentene, 2-pentene, o loro miscele, in presenza di un catalizzatore acido forte, ad una temperatura compresa tra 80°C e 180°C. L’1,3-di-sec-butil etere della glicerina e la miscela di 1-mono- e 1,3-di-2-sec-pentil etere della glicerina, sono preferiti. Detti eteri sono detti essere utilizzabili come componenti per combustibili, in particolare gasolio, più in particolare gasolio per autotrazione, e come additivi per benzina. L’aggiunta di detti eteri al gasolio o alla benzina à ̈ detta ridurre l’emissione di particolato (PM).
La domanda di brevetto europeo EP 30 429 descrive un carburante comprendente una miscela di (A) almeno un alcool avente un peso molecolare medio inferiore a 160 e (B) almeno un ulteriore composto organico avente una temperatura di infiammabilità spontanea inferiore a 450°C. Detto alcool (A) può essere scelto tra metanolo, etanolo, propanolo, iso-propanolo, butanolo. Detto ulteriore composto organico (B) può essere scelto tra una vasta gamma di composti includente alcooli, eteri (e.g., 1,3-dibutossi-2-propanolo), aldeidi (e.g., acetaldeide), composti contenenti uno o più gruppi nitrato ed uno o più legami eterei (e.g., 2-etossietil nitrato), e composti organici contenenti azoto. La suddetta miscela à ̈ detta essere utilizzabile in motori diesel.
La domanda di brevetto internazionale WO 2009/141564 descrive un procedimento per la preparazione di una miscela di biocarburanti comprendente esteri di acidi grassi ed almeno una miscela di eteri della glicerina derivante da sostanze grasse che possono contenere acidi grassi liberi e da etanolo, comprendente:
a) uno stadio di transesterificazione di un olio vegetale od animale tramite etanolo, in presenza di un catalizzatore a base di almeno un sale di un metallo alcalino o di un sale di ammonio di un eteropoliacido, caratterizzato da un differenziale di calore di assorbimento (“differential heat of absorption†) dell’ammoniaca maggiore di o uguale a 150 kJ/mol, stabile a temperatura maggiore di 150°C, così da ottenere esteri di acidi grassi e glicerina; e
b) uno stadio di eterificazione della glicerina formatasi durante lo stadio a) attraverso l’alcool utilizzato nello stadio a), in presenza del catalizzatore utilizzato nello stadio a), così da ottenere almeno un etere della glicerina, i.e. almeno un etere etilico della glicerina;
detti stadi a) e b) essendo condotti simultaneamente nello stesso reattore.
La domanda di brevetto internazionale WO 2007/113776 descrive un procedimento per la conversione della glicerina ad eteri alchilici della glicerina comprendente:
a) fornire glicerina, un alcool alchilico ed un catalizzatore di eterificazione preferibilmente scelto nel gruppo che consiste di acidi di Brönsted, acidi di Lewis, e loro miscele;
b) fornire un reattore di eterificazione;
c) aggiungere la glicerina, l’alcool alchilico ed il catalizzatore di eterificazione al reattore di eterificazione, la glicerina e l’alcool alchilico essendo aggiunti a detto reattore di eterificazione in rapporto molare glicerina:alcool alchilico compreso tra 1:30 e 1:0,5, preferibilmente compreso tra 1:5 e 1:1; e
d) far reagire la glicerina, l’alcool alchilico ed il catalizzatore di eterificazione nel reattore di eterificazione così da ottenere un prodotto di reazione comprendente eteri alchilici della glicerina, la reazione della glicerina, dell’alcool alchilico e del catalizzatore di eterificazione essendo condotta a temperatura compresa tra 70°C e 250°C.
Il suddetto procedimento à ̈ detto essere in grado di convertire la glicerina grezza (i.e. senza necessità di pre-trattamenti) in eteri alchilici della glicerina evitando la formazione di significative quantità di sottoprodotti indesiderati. Non viene indicato il possibile utilizzo di detti eteri alchilici come componenti per gasolio.
Tuttavia, la Richiedente ha trovato che l’utilizzo di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche ramificate, i.e. di-ter-butil-etere della glicerina (DTBE), di-sec-butil-etere della glicerina (DSBE), in miscela con gasolio, può influire negativamente sulle caratteristiche del gasolio di partenza, in particolare può causare un abbassamento del numero di cetano.
La Richiedente si à ̈ quindi posta il problema di trovare eteri della glicerina in grado di superare gli inconvenienti sopra descritti.
La Richiedente ha ora trovato che l’aggiunta di eteri della glicerina contenente catene alchiliche lineari o di miscele di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari al gasolio non solo non influisce negativamente sulle caratteristiche del gasolio di partenza, ad esempio, sul numero di cetano ma, addirittura, le migliora. Inoltre, l’aggiunta di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari o di miscele di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari non influisce negativamente sulle proprietà a freddo quali il punto di intorbidimento [“cloud point†(CP)] e il punto di intasamento del filtro [“cold filter plugging point†(CFPP)] del gasolio di partenza che rimangono invariate o, addirittura, migliorano.
Costituisce pertanto oggetto della presente invenzione una composizione di gasolio comprendente:
- almeno un gasolio;
- almeno un etere della glicerina contenente catene alchiliche lineari o almeno una miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari.
Allo scopo della presente descrizione e delle rivendicazioni che seguono, le definizioni degli intervalli numerici comprendono sempre gli estremi a meno di diversa specificazione.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto gasolio può essere presente in detta composizione in quantità compresa tra il 75% in volume ed il 99,9% in volume, preferibilmente compresa tra l’85% in volume ed il 98% in volume, rispetto al volume totale di detta composizione.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto etere della glicerina contenente catene alchiliche lineari o detta miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari può essere presente in detta composizione in quantità compresa tra lo 0,1% in volume ed il 25% in volume, preferibilmente compresa tra il 2% in volume ed il 15% in volume, rispetto al volume totale di detta composizione.
Allo scopo della presente invenzione può essere utilizzato qualsiasi gasolio. In particolare, detto gasolio può essere scelto sia tra i gasoli che rientrano nelle specifiche del gasolio per autotrazione secondo la norma EN 590:2010, sia tra i gasoli che non rientrano in dette specifiche.
Generalmente, il gasolio à ̈ una miscela contenente idrocarburi quali, ad esempio, paraffine, idrocarburi aromatici e nafteni, aventi, tipicamente, da 13 a 30 atomi di carbonio. Generalmente, la temperatura di distillazione del gasolio à ̈ compresa tra 160°C e 380°C.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto gasolio può avere una densità , a 15°C, determinata secondo la norma EN ISO 12185:1996, compresa tra 780 kg/m<3>e 845 kg/m<3>, preferibilmente compresa tra 800 kg/m<3>e 840 kg/m<3>.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto gasolio può avere un punto di infiammabilità , determinato secondo la norma EN ISO 2719:2002, maggiore o uguale a 50°C, preferibilmente maggiore o uguale a 55°C.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto gasolio può avere un numero di cetano, determinato secondo la norma EN ISO 5165:1998, maggiore o uguale a 47, preferibilmente maggiore o uguale a 51.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto/i etere/i della glicerina contenente/i catene alchiliche lineari può/possono essere scelto/i tra eteri della glicerina aventi formula generale (I):
CH2OR1
CH OR2(I)
CH2OR3
in cui R1, R2, ed R3, uguali o diversi tra loro, sono idrogeno, oppure sono scelti tra gruppi alchilici lineari C1-C10, preferibilmente C2-C6, a condizione che almeno uno tra R1, R2, ed R3, sia diverso da idrogeno.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione, in detta formula generale (I) almeno due tra R1, R2, ed R3, sono diversi da idrogeno.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione, in detta formula generale (I) R1, R2, ed R3, sono diversi da idrogeno.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto etere della glicerina contenente catene alchiliche lineari può essere scelto tra di-n-butil etere della glicerina, tri-n-butil etere della glicerina.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detta miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari può essere scelta tra miscele di di-n-alchil eteri della glicerina e tri-nalchil eteri della glicerina comprendenti dallo 0,1% in peso al 50% in peso, preferibilmente dallo 0,5% in peso al 35% in peso, di tri-n-alchil eteri della glicerina rispetto al peso totale di detta miscela.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detta miscela di eteri della glicerina contenenenti catene alchiliche lineari à ̈ una miscela di di-n-butil etere della glicerina e tri-n-butil etere della glicerina.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detta composizione può inoltre comprendere almeno un biodiesel.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto biodiesel può essere presente in detta composizione in quantità compresa tra lo 0,5% in volume ed il 30% in volume, preferibilmente compresa tra il 3% in volume ed il 20% in volume, rispetto al volume totale di detta composizione preso uguale a 100.
Come detto sopra, il biodiesel comprende una miscela di esteri alchilici di acidi grassi, in particolare una miscela di esteri metilici di acidi grassi [“fatty acid methyl esters†(FAME)] e può essere prodotto a partire da materie prime di origine naturale contenenti trigliceridi (generalmente, triesteri della glicerina con acidi grassi a catena alchilica lunga) quali, ad esempio, oli vegetali grezzi ottenuti mediante spremitura dei semi di piante oleaginose quali, ad esempio, colza, palma, soia, girasole, senape, nonché da altre fonti di trigliceridi quali, ad esempio, alghe, grassi animali, o oli vegetali usati o di scarto. Dette materie prime tal quali, oppure i trigliceridi ottenuti dopo aver sottoposto dette materie prime a separazione, vengono sottoposte/i ad un processo di transesterificazione in presenza di un alcool, in particolare di metanolo, e di un catalizzatore così da ottenere detti esteri alchilici di acidi grassi, in particolare detti esteri metilici di acidi grassi [“fatty acid methyl esters†(FAME)]. Oltre a detti esteri alchilici di acidi grassi, da detto processo di transesterificazione si ottiene anche glicerina che deve essere separata in quanto immiscibile con detti esteri alchilici di acidi grassi. Preferibilmente, detto catalizzatore può essere scelto tra catalizzatori basici quali, ad esempio, idrossido di sodio (NaOH), idrossido di potassio (KOH), metossido di sodio (NaOCH3). Alternativamente, detto catalizzatore può essere scelto tra catalizzatori acidi [e.g., acido solforico (H2SO4), acido ptoluensolfonico (C7H7SO3H)]; catalizzatori enzimatici (e.g., lipasi); catalizzatori eterogenei a base di ossidi metallici (e.g., ZnO/Al2O3, MgO/Al2O3, K2CO3/Al2O3, Na/NaOH/Al2O3, KNO3/Al2O3, ZrO2), o di zeoliti [e.g., NaX, NaX trattate con idrossido di potassio (KOH), ETS-10].
Detto biodiesel può essere anche prodotto a partire da materia prime comprendenti, oltre ai trigliceridi, anche acidi grassi liberi, mediante un procedimento comprendente l’esterificazione di detti acidi grassi liberi e la transesterificazione di detti trigliceridi con un alcool (e.g., metanolo). Detto procedimento può essere condotto in un unico stadio, oppure in due stadi separati, in presenza di catalizzatori che possono essere scelti tra quelli sopra descritti.
Maggiori dettagli relativi alla produzione di biodiesel sono descritti, ad esempio, da Hanna e altri nella review “Biodiesel production: a review†, pubblicata in “Bioresource Technology†(1999), Vol. 70, pg. 1-15; oppure da Palligarnai e altri nella review “Biodiesel production: current state of the art and challenges†, pubblicata in “Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology†(2008), Vol. 35, pg. 421-430; oppure da Di Serio e altri nell’articolo “Heterogeneous catalyst for biodiesel production†, pubblicato in “Energy & Fuels†(2008), Vol. 22, pg. 207-217.
Allo scopo della presente invenzione può essere utilizzato qualsiasi biodiesel comprendente una miscela di esteri alchilici di acidi grassi, in particolare una miscela di esteri metilici di acidi grassi [“fatty acid methyl esters†(FAME)]. Preferibilmente, detto biodiesel può essere scelto tra quelli che rientrano nelle specifiche del biodiesel per autotrazione secondo la norma EN 14214:2008.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto biodiesel può avere una densità , a 15°C, determinata secondo la norma EN ISO 3675:1998, compresa tra 850 kg/m<3>e 900 kg/m<3>, preferibilmente compresa tra 860 kg/m<3>e 890 kg/m<3>.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto biodiesel può avere un punto di infiammabilità , determinato secondo la norma EN ISO 2719:2002, maggiore o uguale a 90°C, preferibilmente maggiore o uguale a 101°C.
La composizione di gasolio oggetto della presente invenzione può eventualmente comprendere additivi convenzionali noti nell’arte quali, ad esempio, “flow improvers†, “lubricity improvers†, “cetane improvers†, antischiuma, detergenti, antiossidanti, anticorrosivi, additivi antistatici, coloranti, o loro miscele. Generalmente, se presenti, detti additivi sono presenti in quantità non superiore allo 0,3% in volume rispetto al volume totale di detta composizione preso uguale a 100.
Come detto sopra, la presente invenzione riguarda altresì un procedimento per la preparazione di un etere della glicerina contenente catene alchiliche lineari o di una miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari.
E’ quindi un ulteriore oggetto della presente invenzione un procedimento per la preparazione di un etere della glicerina contenente catene alchiliche lineari avente formula generale (I) o di una miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari aventi formula generale (I):
CH2OR1
CH OR2(I)
CH2OR3
in cui R1, R2, ed R3, uguali o diversi tra loro, sono idrogeno, oppure sono scelti tra gruppi alchilici lineari C1-C10, preferibilmente C2-C6, a condizione che almeno uno tra R1, R2, ed R3, sia diverso da idrogeno, comprendente far reagire glicerina avente formula (II):
CH2OH
CH OH (II)
CH2OH
con almeno un alcool alchilico avente formula generale (III):
R-OH (III)
in cui R Ã ̈ scelto tra gruppi alchilici lineari C1-C10, preferibilmente C2-C6, in presenza di almeno un solvente organico e di almeno un catalizzatore acido di eterificazione, a temperatura compresa tra 50°C e 120°C, preferibilmente compresa tra 60°C e 115°C, a pressione sostanzialmente atmosferica.
Allo scopo della presente descrizione e delle rivendicazioni che seguono, la dicitura “a pressione sostanzialmente atmosferica†significa una pressione compresa tra 0,95 atmosfere e 1,05 atmosfere (722 torr e 798 torr).
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto alcool può essere scelto tra etanolo, n-butanolo, o loro miscele.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto alcool può essere un bioalcool. Preferibilmente, detto bioalcool può essere scelto tra bioetanolo, bio-n-butanolo, o loro miscele.
Detto bioalcool può essere ottenuto per fermentazione di almeno una biomassa derivante da coltivazioni agricole ricche di carboidrati (e.g., amidi) e zuccheri quali, ad esempio, mais, sorgo, orzo, bietola, canna da zucchero, o loro miscele.
Alternativamente, detto bioalcool può essere ottenuto per fermentazione di almeno una biomassa lignocellulosica che può essere scelta tra:
- i prodotti di colture espressamente coltivate per uso energetico (quali, ad esempio, miscanto, panico, canna comune), compresi scarti, residui e rifiuti di dette colture o della loro lavorazione;
- i prodotti delle coltivazioni agricole, della forestazione e della silvicoltura, compresi legno, piante, residui e scarti delle lavorazioni agricole, della forestazione e della silvicoltura;
- gli scarti dei prodotti agro-alimentari destinati all’alimentazione umana o alla zootecnia;
- i residui, non trattati chimicamente, dell’industria della carta;
- i rifiuti provenienti dalla raccolta differenziata dei rifiuti solidi urbani (quali, ad esempio, rifiuti urbani di origine vegetale, carta, ecc.);
o loro miscele.
Alternativamente, detto bioalcool può essere ottenuto per fermentazione di almeno una biomassa algale coltivata per scopi energetici, o per fermentazione di residui o di derivati ottenuti dalla coltivazione di detta biomassa algale.
Le suddette fermentazioni possono essere condotte in accordo con metodi noti nell’arte. Ad esempio, dette fermentazioni, possono essere condotte in presenza di microorganismi naturali, oppure di microorganismi geneticamente modificati allo scopo di migliorare dette fermentazioni.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto solvente organico può essere scelto tra toluene, xilene, benzene, esano, cicloesano, o loro miscele.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto catalizzatore acido di eterificazione può essere scelto tra catalizzatori acidi liquidi quali, ad esempio, acido solforico, acido metansolfonico, acido trifluorometansolfonico, o loro miscele; oppure tra catalizzatori acidi solidi quali, ad esempio, acido p-toluensolfonico, acido naftalensolfonico, acido alchilbenzensolfonico, resine a scambio ionico a base di polistirene sulfonato reticolato (e.g., le resine Amberlyst<TM>della Rohm & Haas), resine acide poliperfluorosolfoniche (e.g., le resine Nafion<®>della DuPont), o loro miscele.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detta glicerina e detto alcool alchilico possono essere utilizzati in detto procedimento in rapporto molare compreso tra 1:3 e 1:10, preferibilmente compreso tra 1:4 e 1:6.
Detto procedimento consente di ottenere eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari aventi formula generale (I) quali, ad esempio, di-n-butil etere della glicerina, tri-n-butil etere della glicerina.
Detto procedimento consente altresì di ottenere miscele di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari aventi formula generale (I) quali, ad esempio, miscele di di-n-alchil eteri della glicerina (ad esempio, di n-butil etere della glicerina) e tri-n-alchil eteri della glicerina (ad esempio, tri-n-butil etere della glicerina) comprendenti dallo 0,1% in peso al 50% in peso, preferibilmente dallo 0,5% in peso al 35% in peso, di tri-n-alchil eteri della glicerina rispetto al peso totale di detta miscela.
Detto etere della glicerina contenente catene alchiliche lineari e/o detta miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari può essere vantaggiosamente utilizzato/a come componente per gasolio e/o per biodiesel.
Allo scopo di meglio comprendere la presente invenzione e per mettere in pratica la stessa, di seguito si riportano alcuni esempi illustrativi e non limitativi della stessa.
ESEMPIO 1
Sintesi di una miscela di di-n-butil etere e tri-n-butil etere della glicerina
In un pallone da 1 litro sono stati caricati 50 g di glicerina, 250 ml di nbutanolo, 100 ml di toluene e 7 ml di acido solforico concentrato (98%). Il pallone à ̈ stato riscaldato a riflusso (111°C) ed à ̈ stata distillata la miscela azeotropica toluene-acqua allo scopo di eliminare l’acqua che si forma durante la reazione.
Dopo 8 ore, il pallone à ̈ stato lasciato raffreddare a 20°C e, successivamente, sono stati aggiunti 100 ml di acqua ottenendo una fase organica ed una fase acquosa.
La fase organica, dopo evaporazione del toluene residuo sotto pressione ridotta, Ã ̈ stata estratta con tetraidrofurano (THF) (200 ml), per tre volte.
Dopo allontanamento del tetraidrofurano (THF) sotto pressione ridotta, il residuo oleoso rimasto à ̈ stato distillato (4 mm Hg, 90°C), ottenendosi 50 g di una miscela di di-n-butil etere e tri-n-butil etere della glicerina (81% in peso e 19% in peso sul peso totale della miscela, rispettivamente) che corrispondono ad una resa finale del 43% in moli rispetto alla glicerina di partenza.
ESEMPIO 2
Sintesi di una miscela di di-n-butil etere e tri-n-butil etere della glicerina
In un pallone da 1 litro sono stati caricati 50 g di glicerina, 250 ml di nbutanolo, 100 ml di toluene e 2 g di resina a scambio ionico a base di polistirene sulfonato reticolato (Amberlist<TM>35 della Rohm & Haas). Il pallone à ̈ stato riscaldato a riflusso (111°C) ed à ̈ stata distillata la miscela azeotropica tolueneacqua allo scopo di eliminare l’acqua che si forma durante la reazione.
Dopo 16 ore, il pallone à ̈ stato lasciato raffreddare a 20°C e la miscela di reazione, inclusa la resina a scambio ionico a base di polistirene sulfonato reticolato, dopo evaporazione del toluene residuo sotto pressione ridotta, à ̈ stata estratta con tetraidrofurano (THF) (200 ml), per tre volte.
Dopo allontanamento del tetraidrofurano (THF) sotto pressione ridotta, il residuo oleoso rimasto à ̈ stato distillato (4 mm Hg, 90°C), ottenendosi 40 g di una miscela di di-n-butil etere e tri-n-butil etere della glicerina (90% in peso e 10% in peso sul peso totale della miscela, rispettivamente) che corrispondono ad una resa finale del 38% in moli rispetto alla glicerina di partenza.
ESEMPIO 3
Sintesi di una miscela di di-n-butil etere e tri-n-butil etere della glicerina
In un pallone da 1 litro sono stati caricati 50 g di glicerina, 250 ml di nbutanolo, 100 ml di toluene e 1,5 g di resina a scambio ionico a base di polistirene sulfonato reticolato (Amberlist<TM>35 della Rohm & Haas). Il pallone à ̈ stato riscaldato a riflusso (111°C) ed à ̈ stata distillata la miscela azeotropica toluene-acqua allo scopo di eliminare l’acqua che si forma durante la reazione.
Dopo 9 ore, il pallone à ̈ stato lasciato raffreddare a 20°C e la miscela di reazione, inclusa la resina a scambio ionico a base di polistirene sulfonato reticolato, dopo evaporazione del toluene residuo sotto pressione ridotta, à ̈ stata estratta con tetraidrofurano (THF) (200 ml), per tre volte.
Dopo allontanamento del tetraidrofurano (THF) sotto pressione ridotta, il residuo oleoso rimasto à ̈ stato distillato (4 mm Hg, 90°C), ottenendosi 20 g di una miscela di di-n-butil etere e tri-n-butil etere della glicerina (99% in peso e 1% in peso sul peso totale della miscela, rispettivamente) che corrispondono ad una resa finale del 18% in moli rispetto alla glicerina di partenza.
ESEMPIO 4
Ad un gasolio avente le caratteristiche riportate in Tabella 1, à ̈ stata aggiunta la miscela di di-n-butil etere e tri-n-butil etere della glicerina (99% in peso e 1% in peso sul peso totale della miscela, rispettivamente - di seguito indicata, per semplicità , come DNBE) (10% in volume rispetto al volume totale della composizione) ottenuta secondo l’Esempio 3 sopra riportato: le caratteristiche del gasolio dopo aggiunta di DNBE sono riportate in Tabella 1.
A scopo comparativo, al gasolio avente le caratteristiche riportate in Tabella 1, Ã ̈ stata aggiunta:
- di-ter-butil etere della glicerina (di seguito indicato, per semplicità , come DTBE) ottenuto come descritto nell’Esempio 8 della domanda di brevetto internazionale WO 2009/115273 (10% in volume rispetto al volume totale della composizione);
- di-sec-butil etere della glicerina (di seguito indicato, per semplicità , come DSBE) ottenuto come descritto nell’Esempio 6 della domanda di brevetto internazionale WO 2009/115273 (10% in volume rispetto al volume totale della composizione).
Le caratteristiche del gasolio dopo aggiunta del DTBE e del DSBE sono riportate in Tabella 1.
TABELLA 1
CARATTERISTICHE NORMA GASOLIO TAL GASOLIO GASOLIO GASOLIO QUALE (10% IN VOLUME (10% IN VOLUME (10% IN VOLUME DTBE) DSBE) DNBE) Densità a 15°C EN ISO 12185:1996 836,2 838,5 839,2 843,1 (kg/m<3>)
Numero di cetano EN ISO 5165:1998 53 43 49 54,4 Punto di EN ISO 2719:2002 66 73 75 76 infiammabilitÃ
(°C)
Viscosità a 40°C EN ISO 3104:1996 2,989 2,826 2,686 2,895 (mm /sec)
CP<(*}>EN 23015:1994 -3,7 -4,0 -3,8 -3,3
(°C)
CFPP<(**}>EN 116:1997 -3 1 2 -3
(°C)
No. di acidità EN 14104:2003 <0,1 0,05 0,05 0,05 (mgKOH/g)
Distillazione 95% voi. ASTM D86-09el 357,6 356,8 354,1 352,1
(°C)
<(*)>: punto di intorbidimento (“cloud point†);
<(**)>: punto di intasamento del filtro (“cold filter plugging point†).
Dai dati riportati in Tabella 1 si evince che l’aggiunta del DNBE migliora sia il numero di cetano, sia il punto di infiammabilita del gasolio tal quale, mentre l’aggiunta del DTBE e del DSBE peggiora il numero di cetano. Per quanto riguarda le proprietà a freddo, l’aggiunta del DNBE, non influenza negativamente il punto di intorbidimento [“cloud point†(CP)] sia del gasolio tal quale, sia del gasolio a cui à ̈ stato aggiunto il DTBE o il DSBE, mentre il punto di intasamento del filtro [“cold filter plugging point†(CFPP)] rimane invariato rispetto al gasolio tal quale e migliora rispetto all’aggiunta del DTBE o del DSBE. Le rimanenti proprietà non vengono influenzate negativamente.
ESEMPIO 5
Ad un gasolio avente le caratteristiche riportate in Tabella 3, sono stati aggiunti:
- biodiesel avente le caratteristiche riportate in Tabella 2 (7% in volume rispetto al volume totale della composizione preso uguale a 100);
- biodiesel avente le caratteristiche riportate in Tabella 2 (7% in volume rispetto al volume totale della composizione preso uguale a 100) e DNBE (6% in volume rispetto al volume totale della composizione) ottenuto secondo l’Esempio 3 sopra riportato.
Le caratteristiche del gasolio dopo aggiunta del biodiesel o del biodiesel DNBE sono riportate in Tabella 3.
TABELLA 2
CARATTERISTICHE NORMA BIODIESEL TAL QUALE
Densità a 15°C EN ISO 3675:1998 881 (kg/m<3>)
Punto di infiammabilità EN ISO 2719:2002 139
(°C)
Numero di cetano EN ISO 5165:1998 53 Zolfo EN ISO 20846:2004 4 (mg/kg)
CP<(*)>EN 23015:1994 2
(°C)
CFPP<(**)>EN 116:1997 -1
(°C)
<(*)>: punto di intorbidimento (“cloud point†);
<(**)>: punto di intasamento del filtro (“cold filter plugging point†).
TABELLA 3
CARATTERISTICHE NORMA GASOLIO TAL GASOLIO GASOLIO QUALE (7% IN VOLUME (7% IN VOLUME BIODIESEL) BIODIESEL 10%
IN VOLUME DNBE) Densità a 15°C EN ISO 12185:1996 836,2 839,2 843,3 (kg/m<3>)
Numero di cetano EN ISO 5165:1998 53 53.5 55 Punto di EN ISO 2719:2002 66 73.5 65 infiammabilitÃ
(°C)
Viscosità a 40°C EN ISO 3104:1996 2,989 3,049 3,001 (mm /sec)
CP<(*}>EN 23015:1994 -3,7 -2,4 -2,7
(°C)
CFPP<(**}>EN 116:1997 -3 -4 -6
(°C)
No. di acidità EN 14104:2003 <0,1 0,07 0,08 (mgKOH/g)
Distillazione 95% voi. ASTM D86-09el 357,6 352,8 349,5
(°C)
<(*)>: punto di intorbidimento (“cloud point†);
<(**)>: punto di intasamento del filtro (“cold filter plugging point†).
Dai dati riportati in Tabella 3 si evince che l’aggiunta di biodiesel migliora il punto di infiammabilita del gasolio tal quale e lascia pressochà ̈ invariato il numero di cetano, mentre peggiora il punto di intorbidimento [“cloud point†(CP)]. Invece, l’aggiunta del biodiesel DNBE, migliora il numero di cetano del gasolio tal quale, ed il punto di intasamento del filtro [“cold filter plugging point†(CFPP)], non solo del gasolio tal quale, ma anche del gasolio in miscela con biodiesel. Le rimanenti proprietà non vengono influenzate negativamente.
Claims (40)
- RIVENDICAZIONI 1. Composizione di gasolio comprendente: - almeno un gasolio; - almeno un etere della glicerina contenente catene alchiliche lineari o almeno una miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari.
- 2. Composizione di gasolio secondo la rivendicazione 1, in cui detto gasolio à ̈ presente in detta composizione in quantità compresa tra il 75% in volume ed il 99,9% in volume rispetto al volume totale di detta composizione.
- 3. Composizione di gasolio secondo la rivendicazione 2, in cui detto gasolio à ̈ presente in detta composizione in quantità compresa tra l’85% in volume ed il 98% in volume rispetto al volume totale di detta composizione.
- 4. Composizione di gasolio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto etere della glicerina contenente catene alchiliche lineari o detta miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari à ̈ presente in detta composizione in quantità compresa tra lo 0,1% in volume ed il 25% in volume rispetto al volume totale di detta composizione.
- 5. Composizione di gasolio secondo la rivendicazione 4, in cui detto etere della glicerina contenente catene alchiliche lineari o detta miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari à ̈ presente in detta composizione in quantità compresa tra il 2% in volume ed il 15% in volume rispetto al volume totale di detta composizione.
- 6. Composizione di gasolio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto gasolio ha una densità , a 15°C, determinata secondo la norma EN ISO 12185:1996, compresa tra 780 kg/m<3>e 845 kg/m<3>.
- 7. Composizione di gasolio secondo la rivendicazione 6, in cui detto gasolio ha una densità , a 15°C, determinata secondo la norma EN ISO 12185:1996, compresa tra 800 kg/m<3>e 840 kg/m<3>.
- 8. Composizione di gasolio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto gasolio ha un punto di infiammabilità , determinato secondo la norma EN ISO 2719:2002, maggiore o uguale a 50°C.
- 9. Composizione di gasolio secondo la rivendicazione 8, in cui detto gasolio ha un punto di infiammabilità , determinato secondo la norma EN ISO 2719:2002, maggiore o uguale a 55°C.
- 10. Composizione di gasolio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto gasolio ha un numero di cetano, determinato secondo la norma EN ISO 5165:1998, maggiore o uguale a 47.
- 11. Composizione di gasolio secondo la rivendicazione 10, in cui detto gasolio ha un numero di cetano, determinato secondo la norma EN ISO 5165:1998, maggiore o uguale a 51.
- 12. Composizione di gasolio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto/i etere/i della glicerina contenente catene alchiliche lineari à ̈/sono scelto/i tra eteri della glicerina aventi formula generale (I): CH2OR1 CH OR2(I) CH2OR3 in cui R1, R2, ed R3, uguali o diversi tra loro, sono idrogeno, oppure sono scelti tra gruppi alchilici lineari C1-C10, a condizione che almeno uno tra R1, R2, ed R3, sia diverso da idrogeno.
- 13. Composizione di gasolio secondo la rivendicazione 12, in cui in detta formula generale (I) almeno due tra R1, R2, ed R3, sono diversi da idrogeno.
- 14. Composizione di gasolio secondo la rivendicazione 12, in cui in detta formula generale (I) R1, R2, ed R3, sono diversi da idrogeno.
- 15. Composizione di gasolio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto etere della glicerina contenente catene alchiliche lineari à ̈ scelto tra di-n-butil etere della glicerina, tri-n-butil etere della glicerina.
- 16. Composizione di gasolio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 14, in cui detta miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari à ̈ scelta tra miscele di di-n-alchil eteri della glicerina e tri-n-alchil eteri della glicerina comprendenti dallo 0,1% in peso al 50% in peso di tri-n-alchil eteri della glicerina rispetto al peso totale di detta miscela.
- 17. Composizione di gasolio secondo la rivendicazione 16, in cui detta miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari à ̈ scelta tra miscele di di-n-alchil eteri della glicerina e tri-n-alchil eteri della glicerina comprendenti dallo 0,5% in peso al 35% in peso di tri-n-alchil eteri della glicerina rispetto al peso totale di detta miscela.
- 18. Composizione di gasolio secondo la rivendicazione 16 o 17, in cui detta miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari à ̈ una miscela di di-n-butil etere della glicerina e tri-n-butil etere della glicerina.
- 19. Composizione di gasolio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta composizione può comprendere almeno un biodiesel.
- 20. Composione di gasolio secondo la rivendicazione 20, in cui detto biodiesel à ̈ presente in detta composizione in quantità compresa tra lo 0,5% in volume ed il 30% in volume rispetto al volume totale di detta composizione preso uguale a 100.
- 21. Composione di gasolio secondo la rivendicazione 20, in cui detto biodiesel à ̈ presente in detta composizione in quantità compresa tra il 3% in volume ed il 20% in volume rispetto al volume totale di detta composizione preso uguale a 100.
- 22. Composizione di gasolio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 19 a 21, in cui detto biodiesel ha una densità , a 15°C, determinata secondo la norma EN ISO 3675:1998, compresa tra 850 kg/m<3>e 900 kg/m<3>.
- 23. Composizione di gasolio secondo la rivendicazione 22, in cui detto biodiesel ha una densità , a 15°C, determinata secondo la norma EN ISO 3675:1998, compresa tra 860 kg/m<3>e 890 kg/m<3>.
- 24. Composizione di gasolio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 19 a 23, in cui detto biodiesel ha un punto di infiammabilità , determinato secondo la norma EN ISO 2719:2002, maggiore o uguale a 90°C.
- 25. Composizione di gasolio secondo la rivendicazione 24, in cui detto biodiesel ha un punto di infiammabilità , determinato secondo la norma EN ISO 2719:2002, maggiore o uguale a 101°C.
- 26. Composizione di gasolio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta composizione comprende additivi quali “flow improvers†, “lubricity improvers†, “cetane improvers†, antischiuma, detergenti, antiossidanti, anticorrosivi, additivi antistatici, coloranti, in quantità non superiore allo 0,3% in volume rispetto al volume totale di detta composizione preso uguale a 100.
- 27. Procedimento per la preparazione di un etere della glicerina contenente catene alchiliche lineari avente formula generale (I) o di una miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari aventi formula generale (I): CH2OR1 CH OR2(I) CH2OR3 in cui R1, R2, ed R3, uguali o diversi tra loro, sono idrogeno, oppure sono scelti tra gruppi alchilici lineari C1-C10, a condizione che almeno uno tra R1, R2, ed R3, sia diverso da idrogeno, comprendente far reagire glicerina avente formula (II): CH2OH CH OH (II) CH2OH con almeno un alcool alchilico avente formula generale (III): R-OH (III) in cui R Ã ̈ scelto tra gruppi alchilici lineari C1-C10, in presenza di almeno un solvente organico e di almeno un catalizzatore acido di eterificazione, a temperatura compresa tra 50°C e 120°C, a pressione sostanzialmente atmosferica.
- 28. Procedimento secondo la rivendicazione 27, in cui detto alcool à ̈ scelto tra etanolo, n-butanolo, o loro miscele.
- 29. Procedimento secondo la rivendicazione 27, in cui detto alcool à ̈ un bioalcool.
- 30. Procedimento secondo la rivendicazione 29, in cui detto bioalcool à ̈ scelto tra bioetanolo, bio-n-butanolo, o loro miscele.
- 31. Procedimento secondo la rivendicazione 29 o 30, in cui detto bioalcool à ̈ ottenuto per fermentazione di almeno una biomassa derivante da coltivazioni agricole ricche di carboidrati e zuccheri quali mais, sorgo, orzo, bietola, canna da zucchero, o loro miscele.
- 32. Procedimento secondo la rivendicazione 29 o 30, in cui detto bioalcool à ̈ ottenuto per fermentazione di almeno una biomassa lignocellulosica scelta tra: - i prodotti di colture espressamente coltivate per uso energetico (quali miscanto, panico, canna comune), compresi scarti, residui e rifiuti di dette colture o della loro lavorazione; - i prodotti delle coltivazioni agricole, della forestazione e della silvicoltura, compresi legno, piante, residui e scarti delle lavorazioni agricole, della forestazione e della silvicoltura; - gli scarti dei prodotti agro-alimentari destinati all’alimentazione umana o alla zootecnia; - i residui, non trattati chimicamente, dell’industria della carta; - i rifiuti provenienti dalla raccolta differenziata dei rifiuti solidi urbani (quali rifiuti urbani di origine vegetale, carta); o loro miscele.
- 33. Procedimento secondo la rivendicazione 29 o 30, in cui detto bioalcool à ̈ ottenuto per fermentazione di almeno una biomassa algale coltivata per scopi energetici, o per fermentazione di residui o di derivati ottenuti dalla coltura di detta biomassa algale.
- 34. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 27 a 33, in cui detto solvente organico à ̈ scelto tra toluene, xilene, benzene, esano, cicloesano, o loro miscele.
- 35. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 27 a 34, in cui detto catalizzatore acido di eterificazione à ̈ scelto tra catalizzatori acidi liquidi quali acido solforico, acido metansolfonico, acido trifluorometansolfonico, o loro miscele; oppure tra catalizzatori acidi solidi quali acido p-toluensolfonico, acido naftalensolfonico, acido alchilbenzensolfonico, resine a scambio ionico a base di polistirene sulfonato reticolato, resine acide poliperfluorosolfoniche, o loro miscele.
- 36. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 27 a 35, in cui detta glicerina e detto alcool alchilico sono utilizzati in detto procedimento in rapporto molare compreso tra 1:3 e 1:10.
- 37. Uso della composizione di gasolio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 26, come combustibile per bruciatori, o per caldaie da riscaldamento.
- 38 . Uso della composizione di gasolio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 26, come combustibile per autotrazione.
- 39. Uso della composizione di gasolio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 26, come combustibile per motori diesel.
- 40. Uso di un etere della glicerina contenente catene alchiliche lineari o di una miscela di eteri della glicerina contenenti catene alchiliche lineari come componente per gasolio e/o per biodiesel.
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