OA20823A - Procédé de transformation d'huiles végétales en biodiésel et autres produits dérivés - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de transformation d'huiles végétales issue des graines de Hevea brasiliensis, en une composition chimique utilisable comme du biodiésel et autres produits 5 dérivés, par les procédés de transestérification et de glycérolyse. L'huile de graine d'hévéa est obtenue après les opérations de décorticage, de broyage, de cuisson et des suites d'extraction par pression et par solvant. Elle est ensuite estérifiée pour réduire sa teneur en acides gras libres grâce à du glycérol et augmenter ainsi le rendement de la réaction de transestérification.

Description

DESCRIPTION DE L'INVENTION

Procédé de transformation d’huiles végétales en biodiésel et autres produits dérivés

La présente invention se rapporte au domaine des énergies et concerne la production d’une composition chimique utilisable comme biocarburant de deuxième génération, notamment un procédé de production de biodiesel à partir des graines d’hévéa, Hevea brasilîensis, utilisées comme matière première.

L’invention concerne aussi le biodiesel obtenu à partir de la mise en œuvre du procédé de transformation.

L’arbre à caoutchouc, l’hévéa ou l’hévéa du Brésil (Hevea brasilîensis) est une espèce d’arbres, du genre Hevea de la famille des Euphorbiaceae. On en extrait principalement un latex qui est utilisé pour être transformé en caoutchouc.

La Côte d’Ivoire, petit pays producteur de caoutchouc naturel il y a une décennie, compte désormais parmi les grands producteurs mondiaux d’hévéa. En effet, de 170.000 tonnes en 2005, la production ivoirienne d’hévéa, première en Afrique, n’a cessé de croître, passant de 602.000 tonnes en 2018, 783.000 en 2019 à 950.000 tonnes en 2020, pour pointer à la 4e position mondiale avec un verger couvrant plus de 650 000 ha.

Hevea brasilîensis donne à maturité des fruits déhiscents qui sont composés d’une capsule à trois loges contenant chacune une graine de 2 cm environ, ovale, de couleur brune décorée de taches blanchâtres. A partir de ces graines d’Hévéa sont générés deux produits : l’huile obtenue soit après pression soit par une extraction par solvant et les tourteaux. L’huile trouve actuellement des débouchés dans l’industrie de la savonnerie, de la peinture, des résines, de mastics ou des biocarburants tandis que le tourteau, obtenu après récupération de l’huile, peut être utilisé dans l’alimentation animale.

Un biocarburant ou agrocarburant ou biofuel ou encore carburant végétal, est un carburant c’est-à-dire un combustible liquide ou gazeux produit à partir de matériaux organiques non fossiles, provenant de la biomasse. Les biocarburants représentent une source supplémentaire de carburant et une activité agro-industrielle nouvelle. Ils permettent aux pays qui les produisent de réduire leurs dépendances énergétiques vis-à-vis des carburants d’origine fossile. Leur développement effréné de nos jours s'explique aussi par le fait que le diésel fossile utilisé

[2] actuellement impacte négativement l’environnement avec une augmentation des émissions de gaz à effet de serre, et sa forte teneur en dioxyde de soufre (SOz).

On distingue trois générations de biocarburants, ce sont :

- les biocarburants de première génération : ils sont principalement de deux types :

* le bioéthanol : c’est le plus développé ; il résulte de la filière sucre et est produit à partir de canne à sucre, de céréales et de betterave sucrière. Il est utilisé dans les moteurs à essence. Il est obtenu par fermentation de sucres (sucres simples, amidon hydrolysé) par des levures du genre Saccharomyces. L'éthanol peut remplacer partiellement ou totalement l'essence. Une petite proportion d’éthanol peut aussi être ajoutée dans du gazole, donnant alors du gazole oxygéné, mais cette pratique est peu fréquente.

* le biodiesel : il est issu de la filière « huile » et permet de produire de l'huile végétale brute et du biodiesel (ester éthylique d’huile végétale ou EEHV). Il est dérivé de différentes sources d’acides gras, notamment les huiles de soja, de colza, de palme et d’autres huiles végétales. Il est utilisé dans les moteurs diesel.

Ces biocarburants dits de première génération présentent l’inconvénient majeur d’entrer en concurrence directe avec la chaîne alimentaire. Car ils sont produits à partir de matières premières qui peuvent être utilisées dans une chaîne alimentaire animale ou humaine.

- les biocarburants de deuxième génération : ils sont obtenus à l’aide de technologies actuellement mises au point pour exploiter les matières cellulosiques telles que le bois, les feuilles et les tiges des plantes ou celles issues de déchets : on obtient ainsi du biodiesel, du biohydrogène ou du biogaz. Ici, les matières premières utilisées présentent un avantage de disponibilité supérieure et de non concurrence alimentaire par rapport à la première génération de biocarburants. Elle n’est pas encore déployée au stade industriel, mais des perspectives de mise en application à moyen terme se dessinent. Leur production à grande échelle est prévue à l’horizon 2020-2030.

- les biocarburants de troisième génération : ce sont les formes moins développées, voire simplement au stade de la recherche. Les procédés, encore à l'étude, s’appuient principalement sur l’utilisation de microorganismes tels que les microalgues.

Le biodiésel est un ester, produit à partir d’une huile végétale auquel est ajouté un alcool. L’ester est miscible avec le diesel conventionnel (pétrodiésel) et peut être utilisé soit seul comme

[3] carburant, pour les véhicules compatibles, soit rajouté au diesel fossile jusqu’à 20 % (B20), pour les véhicules qui ne sont pas adaptés à l’utilisation du biodiesel seul (B100). Le biodiésel est généralement produit à partir d'autres huiles végétales telles que l’huile de palme, l’huile de colza, l’huile de maïs et d'huiles de fritures usagées.

Le biodiesel est constitué d’esters méthyliques d’acides gras à base d'huile végétale (FAME), qui peut être obtenu par réaction chimique de transestérification, c’est à dire réaction d’acides gras (huile ou graisse) avec de l'alcool en présence d'un catalyseur homogène ou hétérogène. Le produit de cette réaction est un mélange d'esters méthyliques (le biodiesel) et de gîycérol (qui ne présente pas de propriétés combustibles). Cependant, l'obtention de glycérol, sous-produit de transestérification constituant environ 20 % du produit de réaction total peut constituer un problème en ce sens qu’il contribue significativement à la diminution de la rentabilité d'une installation de fabrication de biodiesel.

A cet effet, divers brevets décrivent des procédés de fabrication de biodiesel, abordant le problème d’utilisation du glycérol. Par exemple, la demande de brevet européen EP2730567 déposée le 09 novembre 2012 par INST UNIV DE CIÈNCIA I TECNOLOGIA S A, concerne un procédé pour obtenir simultanément plusieurs compositions constituées d'esters alkyliques d'acides gras (biodiesel), de glycérol et de bioesters de glycérol d'acide gras, le glycérol étant utilisé en tant que substrat pour la production de composants de biocarburant. Le procédé de production de la composition consiste à faire réagir un triglycéride, du glycérol et du diaîcoxyméthane en présence d'un catalyseur acide. Le produit de réaction forme deux couches non mélangées, la couche supérieure comprenant des esters d'alkyle d’acide gras, des esters de glycérol d'acide gras, de l'alcool d'alkyle et un excès de diaîcoxyméthane. La couche inférieure comprend le glycérol et le catalyseur.

La demande 15808480, déposée à ΙΌΕΒ le 30 novembre 2015 par BIOTIM SPOLKA. Z OGRANICZONA ODPOWIEDZIALNOSCIA, concerne la formation d'esters méthyliques, à utiliser en tant que biodiesel à partir d'huiles végétales comprenant des triglycérides. Le procédé décrit comprend deux étapes : la première implique la réaction de méthanolyse de triglycérides (huiles végétales) avec production d'esters méthyliques (biodiesel) et de phase glycérol, c’est-à-dire un procédé de transestérification en utilisant du méthanol et de l'hydroxyde de potassium comme catalyseur et la deuxième implique une réaction d’acidolyse du glycérol obtenue dans la première étape du procédé ; qui est une réaction du glycérol en présence de sulfate de diméthyle dans de

[4] l’acide sulfurique en excès à titre de catalyseur dans une piage de températures de 50 à 55°C pour obtenir des produits réactionnels comprenant une phase polaire sous la forme d'une phase éthers/esters et une phase non polaire ; séparation de la phase polaire de la phase non polaire des produits réactionnels ; distillation de la phase polaire pour séparer les éthers des esters ; et collecte des éthers et des esters dans des réservoirs séparés.

Comme on le voit, procédé de transestérification, réaction de base de la transformation des huiles (glycérides) en esters méthyliques (biodiesel) n’est pas une panacée. Son efficacité, la qualité du biodiesel obtenu et son rendement dépendent de plusieurs facteurs tels que la nature et l’origine des huiles utilisées, les conditions opératoires de température et de pression, la nature du catalyseur utilisé qui contribuent à faire sa particularité.

La présente invention a pour but de proposer un autre procédé de transestérification de triglycérides d’acides gras pour la production d’esters méthyliques pouvant servir de biodiesel à partir de matière grasse végétale non alimentaire.

Conformément à l’invention, ce but est atteint avec le procédé de transformation d’huiles végétales issue des graines de Hevea brasiliensis, en une composition chimique utilisable comme biodiésel et autres produits dérivés par transestérification et glycérolyse.

La mise en œuvre du procédé selon l'invention se fait en plusieurs étapes. Dans un mode de réalisation, les graines de Hevea brasiliensis subissent un décorticage et les amandes obtenues sont broyées, puis le broyât est d'abord cuit sous une vapeur humide avant d’être pressé pour en extraire la majeure partie de l’huile. Le tourteau obtenu contenant encore de l'huile est épuisé en huile à l’aide d’un solvant. L’huile de structure triglycérique ainsi obtenue est filtrée avant de poursuivre la transformation.

Dans un mode de réalisation, l’huile filtrée subit une glycérolyse afin de réduire sa teneur en acide gras libre pour accroître le rendement de la réaction ultérieure de transestérification. Pour se faire, l’huile extraite des amandes de Hevea brasiliensis est mélangée à du glycéroi et le mélange est chauffé. Les acides gras libres estérifient alors le glycérol pour donner des triglycérides.

Dans un mode de réalisation, l’ensemble de l’huile obtenu après glycérolyse subit une transestérification en présence d'un alcool pouvant être l’éthanol ou le méthanoî et d’un catalyseur; l'hydroxyde de potassium, qui transforme les triglycérides de l’amande de Hevea

[5] brasiliensis en ester méthylique et en glycérol. L’ester méthylique utilisable comme biodiesel est séparé du glycérol, puis débarrassé des traces de savon et de toutes autres impuretés. Il est enfin stocké dans un réservoir qui servira à alimenter les camions citernes pour la distribution.

Le glycérol résiduel est purifié à 99,5 % dans une unité de traitement dédiée puis stockée.

Le procédé de transformation d’huiles végétales issue des graines de Hevea brasiliensis, en biodiésel présente les avantages suivants :

- il permet d’accroitre les revenus des acteurs de la filière hévéicole par la valorisation des graines de Hevea brasiliensis ;

- le biodiésel est écologique car sa faible teneur en soufre produit très peu de gaz à effet de serre tel que le dioxyde de soufre ;

- le biodiesel produit permet de réduire le coût de la vie par la réduction du coût du gasoil et donc du transport étant donné que la graine de Hevea brasiliensis est un produit très bon marché ;

- le procédé engendre des sous-produits utilisables comme combustible, ou pour l’alimentation animale ou encore en cosmétique.

Les autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement dans la description détaillée illustrée par la figure 1 de la planche unique et qui ne représente qu'un exemple non limitatif de réalisation.

L’invention concerne un procédé de transformation d'huile végétale de structure triglycérique, provenant de graines d’hévéa et en une composition chimique utilisable comme biodiesel. Dans un mode de réalisation, le procédé se déroule selon les étapes suivantes :

- décorticage : les graines d’hévéa sélectionnées et bien nettoyées subissent un traitement mécanique qui aboutit à la séparation de l’amande de la coque. Dans un mode de réalisation, un débit horaire de 2 tonnes de graines d’hévéa génère 1 tonne d’amande et 1 tonne de coques. La décortiqueuse utilisé est une décortiqueuse électrique à rouleau muni de tamis qui décharge en continu la coque tandis que les amandes propres sont utilisées pour les opérations ultérieures ;

- broyage : les amandes obtenues subissent un autre traitement mécanique qui consiste à réduire leur taille en forme de particules fines afin de faciliter l’expression ultérieure de la matière grasse ;

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- cuisson : le broyât d’amande est cuite à la vapeur. Pour se faire, dans un mode de réalisation, un débit de vapeur humide est injecté sur le broyât afin de l’hydrater, le chauffer et le cuire. Cette opération a pour but de faciliter l’extraction simultanément les acides gras libres et des autres matières grasses ; ce qui accroît le rendement de l’opération d’extraction.

- extraction : elle se fait en deux étapes ; les amandes broyées, cuites et ramollies subissent un pressage mécanique permettant d’extraire la majorité de l’huile qu’elles contiennent. Ensuite, le tourteau est mélangé avec de l’hexane ou de l’éthanol pour en extraire le reste de l’huile. Cette opération permet d’obtenir en moyenne 400 kg de matière grasse pour 1 tonne d’amande traitée,

- filtration : la matière grasse obtenue est débarrassée de ses impuretés grâce à des filtres. Dans un mode de réalisation, on utilise un filtre vibrant à lit vertical ;

- glycérolyse : afin de réduire la teneur de l’huile d’hévéa en acides gras libres (20 à 26%), cette huile filtrée est mélangée avec du glycérol déjà produit et chauffée à une température convenable afin de permettre aux acides gras libres d’estérifier le glycérol. Cette opération permet de réduire le contenu en acide gras libres de l’huile de graine d’hévéa à moins de 5%. Son but est d’accroître le rendement de la transestérification ultérieure. Dans un mode de réalisation non limitatif, on ajoute à 400 kg d’huile d'amande, environ 20 kg de glycérol et l’ensemble est chauffé en utilisant comme source de chaleur la combustion de la coque issue du décorticage de la graine ;

- Transestérification : dans un réacteur approprié, huile d’hévéa réagit avec de l’éthanol en présence d’hydroxyde de potassium (KOH) comme catalyseur à une température convenable pour être transformée en ester méthylique utilisable comme biodiesel et en glycérol. Dans un mode réalisation, le mélange réactionnel peut être constitué d’environ 420 kg de matière grasse, 55 kg d’éthanol, 5 kg de potasse et 700g d’acide sulfurique. A l'issu de cette opération, on recueille séparément environ : 360 kg d’ester méthylique (biodiesel), 12 kg de savon et 50 kg de glycérol.

L'ester méthylique pouvant être utilisé comme composant de biodiesel ou totalement comment biodiesel pour des moteurs compatibles est stocké dans les cuves après purification.

Claims (4)

1- Procédé de préparation d’une composition chimique à partir d’huile végétale, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape de glycérolyse qui consiste à estérifier du glycérol à l'aide d’acides gras libres contenus dans ladite huile végétale de structure triglycérique, extraite de la graine d’hévéa (Hevea brasiliensis), et une étape de transestérification qui consiste à chauffer à une température convenable, en présence d’éthanol, le mélange d’huile végétale de structure triglycérique et de glycérol estérifié, sous l’action d’un catalyseur constitué par de l’hydroxyde de sodium, pour donner une composition chimique utilisable comme carburant ou composition de carburant.

2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la glycérolyse permet de réduire la teneur en acide gras libres de l’huile végétale afin d’augmenter le rendement de la réaction de transestérification.

3- Procédé selon les revendications, 1 et 2, caractérisé en ce que la composition chimique est du btodiesel ou une composition de biodiesel.

4- Procédé selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que l’huile de graine d’hévéa est obtenue à l’issu des opérations comprenant :

- le décorticage ;

- le broyage ;

- la cuisson ;

- et l’extraction par pressage et par solvant.