MX2014003532A - Metodos para co-produccion de alquilbenceno y biocombustible a partir de aceites naturales. - Google Patents

Abstract

Se proporcionan formas de realización de métodos para la coproducción de alquilbenceno lineal y biocombustible a partir de un aceite natural. Un método comprende la etapa de desoxigenación de los aceites naturales para formar una corriente que comprende parafinas. Una primera porción de las parafinas se deshidrogena para proporcionar mono-olefinas. Después, el benceno se somete a alquilación con los mono-olefinas en condiciones de alquilación para proporcionar un efluente de alquilación que comprende alquilbencenos y benceno. A partir de ahí, los alquilbencenos son aislados para proporcionar el producto alquilbenceno. Una segunda porción de parafinas se procesa para formar biocombustible.

Description

MÉTODOS PARA CO-PRODUCCIÓN DE ALQUILBENCENO Y BIOCOMBUSTIBLE A PARTIR DE ACEITES NATURALES DECLARACIÓN DE PRIORIDAD Esta solicitud reclama prioridad sobre la solicitud de EE.UU. N° 13/242,833 que fue presentada el 23 de septiembre de 2011, cuyo contenido se incorpora aqui como referencia en su totalidad.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona en general a métodos para la co-producción de alquilbenceno y biocombustible, y más particularmente se relaciona con métodos para la producción de alquilbenceno renovable y biocombustible a partir de aceites naturales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los alquilbencenos lineales son compuestos orgánicos con fórmula C6H5CnH2n+i · Si bien n puede tener cualquier valor práctico, en la actualidad el uso comercial de alquilbencenos requiere que n se encuentre en valores entre 10 y 16, o más específicamente entre 10 y 13, entre 12 y 15, o entre 12 y 13. Estos intervalos específicos son frecuentemente requeridos cuando los alquilbencenos son utilizados como productos intermedios en la producción de tensioactivos para detergentes. Debido a que los tensioactivos creados a partir de alquilbencenos son biodegradables , la producción de alquilbencenos se ha incrementado rápidamente desde sus usos iniciales para la producción de detergentes en la década de 1960.

Si bien los detergentes fabricados mediante la utilización de tensioactivos a base de alquilbencenos son biodegradables, los procesos para la fabricación de alquilbencenos no están basados en fuentes renovables. Específicamente, los alquilbencenos son producidos actualmente a partir de queroseno extraído de la tierra. Debido a las crecientes preocupaciones medioambientales sobre la extracción de combustibles fósiles y a las preocupaciones económicas sobre el agotamiento de los depósitos de combustibles fósiles, puede haber respaldo para el uso de una fuente alternativa de tensioactivos biodegradables en los detergentes y en otras industrias .

También existe una creciente demanda para el uso de biocombustibles con la finalidad de reducir la demanda y el uso de combustibles fósiles. Esto es especialmente cierto para las necesidades de transporte en donde otras fuentes de energía renovables son difíciles de utilizar. Por ejemplo, el biodiesel o diesel verde y biojet o combustibles verdes para aviones a reacción pueden proporcionar una reducción significativa en la necesidad y en el uso de combustibles derivados del petróleo.

Por consiguiente, es deseable proporcionar métodos y sistemas para la co-producción de alquilbenceno y biocombustible a partir de aceites naturales, es decir, aceites que no sean extraídos de la tierra. Además, es deseable proveer métodos y sistemas que proporcionan alquilbencenos renovables y biocombustibles a partir de triglicéridos fácilmente procesados y ácidos grasos a partir de vegetales, nuez, y/o aceites de semillas. Más aún, otros rasgos y características deseables de la presente invención serán evidentes a partir de la subsecuente descripción detallada de la invención y las reivindicaciones adjuntas, cuando se toman en conjunción con los dibujos adjuntos y estos antecedentes de la invención.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Los métodos para la co-producción de un producto de alquilbenceno y biocombustible a partir de un aceite natural se proporcionan en la presente. De conformidad con una forma de realización ejemplar, el método desoxigena el aceite natural para formar una corriente que comprende parafinas. Posteriormente, una primera porción de las parafinas son deshidrogenadas para proporcionar mono-olefinas . En el método, las mono-olefinas se utilizan para la alquilación del benceno bajo condiciones de alquilación. Como resultado de la alquilación, se origina un efluente de alquilación que comprende alquilbencenos y benceno. Los alquilbencenos son aislados a partir del efluente para proporcionar el producto alquilbenceno . Una segunda porción de las parafinas se procesa para formar biocombustible .

En otra forma de realización ejemplar, se proporciona un método para la co-producción de un producto de alquilbenceno y un biocombustible a partir de triglicéridos de aceite natural. En esta forma de realización, los triglicéridos son desoxigenados para formar una corriente que comprende agua, dióxido de carbono, propano, una primera porción de parafinas, y una segunda porción de parafinas. Esta corriente se fracciona para separar la primera y segunda porciones de parafinas. Después, la primera porción de las parafinas se deshidrogena para proporcionar mono-olefinas . Las mono-olefinas se utilizan para la alquilación del benceno bajo condiciones de alquilación proporcionando un efluente de alquilación que comprende alquilbencenos y benceno. A partir de ahí, los alquilbencenos son aislados para proporcionar el producto alquilbenceno. La segunda porción de las parafinas se procesa para formar biocombustible.

De conformidad con otra realización, se proporciona un método para la co-producción de un producto de alquilbenceno y biocombustible a partir de un aceite natural. En el método, el aceite natural se desoxigena con hidrógeno para formar una corriente que comprende parafinas. Una primera porción de las parafinas se deshidrogena para proporcionar mono-olefinas e hidrógeno. De conformidad con la forma de realización ejemplar, el hidrógeno suministrado por deshidrogenación se recircula para desoxigenar los aceites naturales. Las mono-olefinas se utilizan para la alquilación benceno bajo condiciones de alquilación proporcionando un efluente de alquilación que comprende alquilbencenos y benceno. Posteriormente, los alquilbencenos se aislan del efluente para proporcionar el producto alquilbenceno . Una segunda porción de las parafinas se procesa para formar biocombustible .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Las formas de realización de la presente invención en lo sucesivo, se describirán en conjunción con siguiente la figura del dibujo, en donde: La FIGURA 1 ilustra esquemáticamente un sistema para la coproducción de alquilbenceno y de biocombustibles de conformidad con una forma de realización ejemplar.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La descripción detallada siguiente es meramente para ejemplificar y no se pretende limitar la invención o la aplicación y usos de la invención. Además, no hay intención de establecer una relación con alguna teoría presentada en los antecedentes anterior o la siguiente descripción detallada .

Varias realizaciones contempladas en la presente están relacionadas con métodos y sistemas para la co-producción de un producto de alquilbenceno y biocombustible a partir de aceites naturales. En la figura 1 se ilustra un sistema ejemplar 10 para la producción de un producto de alquilbenceno 12 y biocombustible 13 a partir de una alimentación de aceite natural 14. Como es utilizado en la presente, los aceites naturales son los derivados de materia de plantas o algas, y se frecuentemente se les denomina aceites renovables. Los aceites naturales no están basados en queroseno u otros combustibles fósiles. En ciertas formas de realización, los aceites naturales incluyen uno o más de aceite de coco, aceite de babasú, aceite de ricino, aceite de cocina, y otros aceites vegetales, de nuez o semillas. Los aceites naturales típicamente comprenden triglicéridos, ácidos grasos libres, o una combinación de triglicéridos y ácidos grasos libres.

En la forma de realización ilustrada, el aceite natural de alimentación 14 es enviado a una unidad de desoxigenación 16, que también recibe una alimentación de hidrógeno 18. En la unidad de desoxigenación 16, los triglicéridos y los ácidos grasos en la alimentación 14 son desoxigenados y convertidos en parafinas normales. Estructuralmente, los triglicéridos están formados por tres moléculas de ácidos grasos, normalmente diferentes, que están unidas entre si con un puente de glicerol. La molécula de glicerol incluye tres grupos hidroxilo (H0-) y cada molécula de ácido graso tiene un grupo carboxilo (COOH) . En los triglicéridos, los grupos hidroxilo del glicerol se unen a los grupos carboxilo de los ácidos grasos para formar enlaces éster. Por lo tanto, durante la desoxigenación, los ácidos grasos son liberados de la estructura del triglicérido y se convierten en parafinas normales. El glicerol se convierte en propano, y el oxigeno en los grupos hidroxilo y carboxilo se convierten en agua o dióxido de carbono. La reacción de desoxigenación para los ácidos grasos y los triglicéridos son respectivamente ilustrado como: H: + RCOOH ? R + H20 + CO: CH2-CO2-R' CH5 H20 H2 + CH-CO2-R" ? C¾ + R? + R" + R"? + CH2-CO R"' CH3 C02 Durante la reacción de desoxigenación, la longitud de una cadena de Rn de parafina formada variará en un valor de un átomo de carbono, dependiendo de la ruta de reacción exacta. Por ejemplo, si se forma dióxido de carbono, entonces la cadena tendrá un carbono menos que la fuente de ácido graso (Rn) . Si se forma agua, entonces la cadena coincidirá con la longitud de la cadena de Rn en la fuente de ácido graso. Típicamente, el agua y el dióxido de carbono se forman en cantidades aproximadamente iguales, de tal manera que se forman cantidades iguales de parafinas Cx y Cx_i parafinas . En la figura 1, una corriente desoxigenada 20 que contiene parafinas normales, agua, dióxido de carbono y propano sale de la unidad de desoxigenación 16 y es alimentada a un separador 22. El separador 22 puede ser una unidad de fraccionamiento de múltiples etapas, un sistema de destilación o un aparato similar conocido. En cualquier caso, el separador 22 remueve el agua, el dióxido de carbono y el propano de la corriente de desoxigenada 20. Además, el separador 22 puede proporcionar una primera porción de parafinas 24 y una segunda porción de parafinas 26. En ciertas formas de realización, la primera porción de parafinas 24 tiene longitudes de cadena de carbono de Cío a C1 . En otras formas de realización, la primera porción de parafinas 24 tiene longitudes de cadena de carbono que tiene un límite inferior de CL, donde L es un número entero de cuatro (4) a treinta y uno (31), y un límite superior de CD, donde U es un número entero de cinco (5) a treinta y dos (32). La segunda porción de parafinas 26 puede tener cadenas de carbono más cortas que, más largas que, o una combinación de más cortas y más largas que las cadenas de la primera porción de parafinas 24. En una forma de realización preferida, la primera porción de parafinas 24 comprende parafinas con cadenas de Cío a Ci3 y la segunda porción de parafinas 26 comprende parafinas con cadenas de Ci7 a Cíe.

Como se muestra en la figura 1, la primera porción de parafinas 24 se introduce a una zona de producción de alquilbenceno 28. Específicamente, la primera porción de parafinas 24 se alimenta en una unidad de deshidrogenación 30 en la unidad de producción de alquilbenceno 28. En la unidad de deshidrogenación 30, la primera porción de parafinas 24 se deshidrogena en mono-olefinas de los mismos números de carbono como la primera porción de parafinas 24. Típicamente, la deshidrogenación se produce a través de procesos catalíticos conocidos, tales como el comercialmente popular proceso Pacol. Las di-olefinas (por ejemplo, dienos) y compuestos aromáticos también se producen como resultado indeseable de las reacciones de deshidrogenación, tal como se indica en las siguientes ecuaciones: Formación de mono-olefínas Cx¾x+2 — * CxHjx + ¾ Formación de di-olefinas C ¾x — * CxR x-: + ¾ Formación de Aromáticos C ífcxj —? Cx¾x^ + 2¾ 20 En la figura. 1, una corriente deshidrogenada 32 sale de la unidad de deshidrogenación 30, que comprende mono-olefinas e hidrógeno, asi como algunas di-olefinas y compuestos aromáticos. La corriente de deshidrogenada 32 se envía a un separador de fases 34 para retirar el hidrógeno de la corriente deshidrogenada 32. Como se muestra, el hidrógeno sale del separador de fases 34 en una corriente de recirculación de hidrógeno 36 que se puede agregar a la alimentación de hidrógeno 18 para contribuir al proceso de desoxigenación corriente arriba.

En el separador de fases 34, una corriente de líquido 38 se forma y comprende las mono-olefinas y cualquier di-olefinas y compuestos aromáticos formados durante la deshidrogenación. La corriente de líquido 38 sale del separador de fases 34 y entra en una unidad de hidrogenación selectiva 40, tal como un reactor DeFine. La unidad de hidrogenación 40 hidrogena selectivamente al menos una porción de las di-olefinas en la corriente de líquido 38 para formar mono-olefinas adicionales. Como resultado, una corriente mejorada 42 se forma con un aumento de la concentración de mono-olefina .

Como se muestra, la corriente mejorada 42 pasa desde la unidad de hidrogenación 40 a un separador de ligeros 44, tal como una columna de separación (stripping) , que remueve una corriente de ligeros 46 conteniendo cualquier compuesto ligero, tales como butano, propano, etano y metano, como resultado del craqueo u otras reacciones durante el procesamiento corriente arriba. Con los ligeros 46 removidos, la corriente 48 se forma y puede ser enviada a un aparato de remoción de aromáticos 50, tal como una unidad de Proceso de Mejoramiento Pacol (PEP, por sus siglas en inglés) de UOP. Como indica su nombre, el aparato de remoción de aromáticos 50 remueve compuestos aromáticos de la corriente 48 y forma una corriente de mono-olefinas 52.

En la figura 1, la corriente de mono-olefinas 52 y una corriente de benceno 54 se introducen en una unidad de alquilación 56. La unidad de alquilación 56 tiene un catalizador 58, tal como un catalizador ácido sólido, que contribuye a la alquilación del benceno 54 con las mono-olefinas 52. El fluoruro de hidrógeno (HF) y cloruro de aluminio (AICI3) son dos importantes catalizadores de uso comercial para la alquilación de benceno con mono-olefinas lineales y pueden ser utilizados en la unidad de alquilación 56. Como resultado de alquilación, alquilbenceno, típicamente llamado alquilbenceno lineal (LAB) , se forma de acuerdo con la reacción: y están presentes en un efluente de alquilación 60.

Para optimizar el proceso de alquilacion, las cantidades excedentes de benceno 54 se suministran a la unidad de alquilacion 56. Por lo tanto, el efluente de alquilacion 60 que sale de la unidad de alquilacion 56 contiene alquilbenceno y benceno sin reaccionar. Además, el efluente de alquilacion 60 también puede incluir algunas paraf nas sin reaccionar. En la figura 1, el efluente de alquilacion 60 se pasa a una unidad de separación de benceno 62, tal como una columna de fraccionamiento, para separar el benceno sin reaccionar del efluente de alquilacion 60. Este benceno sin reaccionar sale de la unidad de separación de benceno 62 en una corriente de recirculación de benceno 64 que se suministra de nuevo en la unidad de alquilacion 56 para reducir el volumen de benceno fresco necesario en la corriente 54.

Como se muestra, una corriente exenta de benceno 66 sale de la unidad de separación de benceno 62 y entra en una unidad de separación parafinica 68, tal como una columna de fraccionamiento. En la unidad de separación parafinica 68, las parafinas que no han reaccionado se remueven a partir de la corriente exenta de benceno 66 en una corriente de parafina de reciclado 70, y se dirigen a y se mezclan con la primera porción de parafinas 24 antes de la deshidrogenación tal como se describió anteriormente.

Adicionalmente, una corriente de alquilbenceno 72 se separa mediante la unidad de separación parafinica 68 y se alimenta a una unidad de separación de alquilato 74. La unidad de separación de alquilato 74, la cual puede ser, por ejemplo, un sistema de fraccionamiento de múltiples columnas, separa una corriente de fondo de alquilatos pesados 76 a partir de la corriente de alquilbenceno 72.

Como resultado de los procesos de separación posteriores a la alquilación, el producto de alquilbenceno lineal 12 es aislado y sale del aparato 10. Se observa que tales procesos de separación no son necesarios en todas las realizaciones, con la finalidad de aislar el producto alquilbenceno 12. Por ejemplo, se puede desear que el producto de alquilbenceno 12 tenga un amplio intervalo de longitudes de cadena de carbono y no se requiere ningún fraccionamiento para eliminar las cadenas de carbono más largas de lo deseado, es decir, pesados, o cadenas de carbono más cortas de lo deseado, es decir, ligeros. Además, la alimentación 14 puede tener la calidad suficiente, de modo que no sea necesario fraccionamiento alguno a pesar del intervalo deseado de longitud de cadena.

En ciertas formas de realización, la alimentación 14 es substancialmente homogénea y comprende ácidos grasos libres dentro de un intervalo deseado. Por ejemplo, la alimentación puede ser un destilado de ácido graso de palma (PFAD) .

Alternativamente, la alimentación 14 puede comprender triglicéridos y ácidos grasos libres en los que todos tienen longitudes de cadena de carbono apropiado para un producto alquilbenceno 12 deseado.

En ciertas realizaciones, la fuente de aceite natural es de aceite de ricino, y la alimentación 14 comprende aceites de ricino. Los aceites de ricino consisten esencialmente de ácidos grasos Cis con grupos hidroxilo internos adicionales en la posición del carbono-12. Por ejemplo, la estructura de un triglicérido de aceite de ricino es: Durante la desoxigenación de una alimentación 14 que comprende aceite de ricino, se ha encontrado que una parte de las cadenas de carbono sufren un rompimiento en la posición del carbono-12. Por lo tanto, la desoxigenación forma un grupo de parafinas más ligeras que tienen cadenas de Ci0 a Cu, resultantes del rompimiento durante la desoxigenación, y un grupo de parafinas más pesadas sin rompimiento que tienen cadenas de C17 a Ci8. Las parafinas más ligeras pueden formar la primera porción de parafinas 24 y las parafinas más pesadas pueden formar la segunda porción de parafinas 26. Cabe señalar que mientras que el aceite de ricino se muestra como un ejemplo de un aceite con un grupo hidroxilo interno adicional, pueden existir otros. También, puede ser deseable diseñar organismos genéticamente modificados para producir estos aceites por diseño. Como tal, cualquier aceite con un grupo hidroxilo interno puede ser un aceite de alimentación deseable .

Como se muestra en la figura 1, la segunda porción de parafinas 26 se alimenta a un sistema 80 para la producción de biocombustible 13, tales como el diesel o el combustible para aviones. Por lo general, no se necesita más desoxigenación en el sistema de producción de biocombustibles 80. Más bien, en el sistema 80, la segunda porción de parafinas 26 típicamente se isomeriza en una unidad de isomerización 82 o se craquean en una unidad de craqueo 84 para formar las isoparafinas de peso molecular igual o más ligero que la segunda porción de parafinas 26. El hidrógeno consumido durante estos procesos se separa del biocombustible 13 resultante para formar una corriente de hidrógeno 86 que se recicla a la unidad de desoxigenación 16. Aunque se muestra que la alimentación a la unidad de desoxigenación 16 es directa, la corriente de hidrógeno 86 puede ser alimentada a la alimentación de hidrógeno 18.

Con la finalidad fin de fabricar biodiesel, el sistema de producción de biocombustible 80 principalmente isomeriza la segunda parte de parafinas 26 con un craqueo mínimo. Para la producción de biojet o combustible verde para aviones a reacción, se lleva a cabo craqueo a baja escala, con la finalidad de obtener moléculas más pequeñas (con un peso molecular reducido) para alcanzar los puntos de congelación más rigurosos, que son requeridos por las especificaciones de combustible de aviones a reacción.

Mientras que al menos una forma de realización ejemplar se ha presentado en la anterior descripción detallada, se debe apreciar que existe un gran número de variaciones. También debe apreciarse que la forma de realización ejemplar o las formas de realización ejemplares son solamente ejemplos, y no intentan limitar el alcance, aplicabilidad, o configuración de la invención, de manera alguna. Más bien, la descripción detallada anterior proporcionará a los expertos en la técnica una guía conveniente para la implementación de una forma de realización ejemplar de la invención en el entendimiento de que varios cambios se pueden hacer en la función y disposición de los elementos descritos en una forma de realización ejemplar, sin apartarse del alcance de la invención como se expone en las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes legales.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un método para la co-producción de un producto de alquilbenceno (12) y un biocombustibles (13) a partir de aceite natural (14), que comprende las etapas de: desoxigenar el aceite natural para formar una corriente (20) que comprende parafinas; deshidrogenar una primera porción de parafinas (24) para proporcionar mono-olefinas ( 52 ) ; alquilación del benceno (54) con las mono-olefinas bajo condiciones de alquilación para proporcionar un efluente de alquilación (60) que comprende alquilbencenos y benceno; aislar los alquilbencenos para proporcionar un producto de alquilbenceno; y procesar una segunda porción de parafinas (26) para formar biocombustible .

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde una corriente de hidrógeno (36) se obtiene a partir de la primera porción de parafinas, y en donde además el método comprende reciclar la corriente de hidrógeno para contribuir en la etapa de desoxigenación.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la etapa de procesar la segunda porción de parafinas incluye isomerizar de la segunda porción parafinas para formar isoparafinas .

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde las di-olefinas son proporcionadas mediante la deshidrogenación de parafinas, y en donde además el método comprende hidrogenar selectivamente las di-olefinas para formar mono-olefinas adicionales.

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, en donde comprende además la etapa de remover los aromáticos a partir de la mono-olefinas antes de la alquilación .

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el aceite natural comprende una primera pluralidad de ácidos grasos que tienen un primer intervalo de longitudes de cadena y una segunda pluralidad de ácidos grasos que tienen un segundo intervalo de longitud de cadenas; en donde parafinas con una primera longitud de cadena y parafinas con una segunda longitud de cadena son formadas mediante la desoxigenación de aceites naturales; en donde la primera porción de parafinas comprende parafinas con una primera longitud de cadena; y en donde la segunda porción de parafinas comprende parafinas con una segunda longitud de cadena; el método además comprende: fraccionar la corriente para separar la primera porción de parafinas de la segunda porción de parafinas antes de la deshidrogenación .

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el aceite natural comprende ácidos grasos con grupos hidroxilos internos, y en donde la desoxigenación de aceites naturales causa rompimiento y proporciona la primera porción de parafinas y la segunda porción de parafinas.

0. El método de conformidad con la reivindicación 7, en donde el aceite natural es aceite de ricino que consiste esencialmente de ácidos grasos Ci8 con grupos hidroxilo en la posición del carbono-12, en donde la primera porción de las parafinas, resultado del rompimiento, tienen cadenas de Ci0 a Cu, y donde la segunda porción de parafinas, resultado del rompimiento, tienen cadenas de C1 a Cíe-

9. Un método para la co-producción de un producto de alquilbenceno (12) y un biocombustible a partir de triglicéridos de aceite natural (14) que comprende: desoxigenar los triglicéridos para formar una corriente (20) que comprende agua, dióxido de carbono, propano, una primera porción de parafinas (24), y una segunda porción de parafinas (26) ; fraccionar la corriente para separar la primera porción de parafinas y la segunda porción de parafinas; deshidrogenar la primera porción de parafinas para proporcionar mono-olefinas (52); alquilación del benceno con las mono-olefinas bajo condiciones de alquilación para proporcionar un efluente de alquilación (60) que comprende alquilbencenos y benceno; aislar los alquilbencenos para proporcionar un producto de alquilbenceno; y procesar la segunda porción de parafinas para formar biocombustible .

10. Un método para la co-producción de un producto de alquilbenceno (12) y biocombustible (13) a partir de un aceite natural (14) que comprende: desoxigenar el aceite natural con hidrógeno (18) para formar una corriente que comprende parafinas (20); deshidrogenación de una primera porción de las parafinas (24) en la corriente para proporcionar mono-olefinas (52) e hidrógeno (36); reciclar el hidrógeno para contribuir en la desoxigenación del aceite natural; alquilacion del benceno (54) con las mono-olefinas en condiciones de alquilacion, para proporcionar un efluente de alquilacion (60) que comprenden alquilbencenos y benceno; aislar los alquilbencenos para proporcionar el producto alquilbenceno, y procesar una segunda porción de parafinas (26) para formar biocombustible .