WO2007082971A1 - Procedimiento para la obtención de un biodiesel a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable en sistema continuo y combustible biodiesel obtenido - Google Patents

Procedimiento para la obtención de un biodiesel a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable en sistema continuo y combustible biodiesel obtenido Download PDF

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WO2007082971A1
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biodiesel
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acidity
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vegetable oils
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José David LEBRÓN PAREJO
Cristóbal GARCÍA RUZ
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Biodiesel De Andalucía 2004, S.A.
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Definitions

  • the present invention relates to a process whereby a clean and suitable biodiesel for motor fuel consumption is obtained from vegetable oils or animal fats of varying degrees of acidity to which it is subjected to continuous homogenization and transesterification processes. , especially automotive. It also refers to the industrial installation necessary for this procedure and the biodiesel obtained by it.
  • the patent object of this invention has its field of application in the processing industry of alternative fuels for engines, specifically fuels obtained from vegetable oils as well as animal fats, called biodiesel, capable of not only being used as an additive for fuels from hydrocarbons, but its use can also be generalized for those engines whose constitution makes it possible to replace the diesel hydrocarbon used by a substitute for it, or by what has been called alternative fuels.
  • European Patent 90901945 tries to solve the problem mentioned above, although again the instability of platinum compounds and the presence of halides add significant disadvantages to make the project viable.
  • solvents appear to improve the solubility, which have the disadvantage of damaging the engine and ethers, or alcohols derived from vegetables, additives which alone do not They are able to start the engine, but clean the carburetors, the injectors, improve the liquids and their circuits.
  • One of its drawbacks is its high price.
  • the additives derived from vegetables highlights biodiesel, knowing procedures for obtaining it, which from vegetable oils of characteristics and certain varieties and of a certain degree of acidity always lower than one, reach a standard quality biodiesel.
  • First stage Stage of homogenization of vegetable oil or animal fat of varying acidity.
  • Each of the modules has a gas evacuation system, (steam and methanol or ethanol), controlled by electronic valves and aided by injection of air, nitrogen or other inert gas that further favors the evacuation, which It runs through a tube that goes from the upper area of the module to a distillation column in which the alcohol is condensed, returning it to the industrial process.
  • the gas output is periodic and linked to the passage of oil from one module to the next.
  • the modules of the tubular reactor form a series whose number is a function of the transformation capacity of the industrial installation.
  • Each module has an approximate capacity of between 300 and 400 Kg of vegetable oil and a jacket-like lining through which the hot water circulates that prints the appropriate temperature for the process or working temperature, which is about 60 degrees with peaks up to 105 degrees, to facilitate the evacuation of gases.
  • the modules are connected to each other by means of four-way or multi-way valves, which allow both vertical and horizontal connection through them, making possible the entry of oil, methanol, sulfuric acid and air, nitrogen or other inert gas in each module and cleaning water, as well as the exit of gases towards the distillation column and oil that lead to these until the next module.
  • Each module incorporates a reaction control system that indicates the state of the reaction, a pressure sensor, a temperature sensor and a filling volume indicator, all integrated in an electronic circuit that controls the process.
  • the passage from one module to another is programmed, taking into account the progress of the reaction, so that between one module and the next there is a gradual decrease in the graduation of the vegetable oil.
  • Each module consisting of material resistant to the pressure and chemical reagents used, consists of three basic elements: the most reactive oil receiving tube, the heating chamber that surrounds it and a system of perforated washers in the center and joined between yes by rods that travel uniformly through the tube, actuated by a piston that moves an electric motor, which, in alternative embodiments of the present invention can also be a hydraulic or pneumatic motor. Also in an alternative embodiment of this procedure, animal fats can be started instead of vegetable oils, obtaining similar results. With this first stage it is obtained from a vegetable oil of more than one degree of acidity, one of acidity less than one degree.
  • Second stage Transesterification or basic (or alkaline) esterification of vegetable oil of acidity less than one degree.
  • Vegetable oil of -1 or acidity is mixed with sodium or potassium methoxide in stoichiometric ratio of 1: 6 to 1: 50 at a temperature between 45 and 60 degrees Celsius in a multiple modular vertical reactor, in which each module consists of a vertical tube of materials resistant to the pressure and the reagents used, which incorporates in its interior a series of fixed washers perforated in the center through which the oil moves up and down by the action of the head of a piston or of a connecting rod driven or driven by an electric, hydraulic or pneumatic motor.
  • the incorporation of raw material and reagents is carried out through the chamber through which the piston head or connecting rod is moved, in which valves that allow the passage of the liquid can be placed, when it is backing producing the emptying of its content.
  • valves remain closed when the piston head rises, the period in which the filling of the chamber occurs.
  • the valves can be replaced or complemented by nozzles.
  • a heating chamber that covers the cylinder of the module as a jacket, keeps the area at the working temperature.
  • An inlet duct provided with a valve non-return oil filled the empty chamber space, when the piston head moves up.
  • alcohol vapors appear that are conducted through a tube located in the highest area of the same to a refrigerated conduit that condenses the gases for their immediate return.
  • the module incorporates a practicable lid on its upper end, as well as a water inlet and outlet system for cleaning for cleaning purposes.
  • An upper hole connects the module to a tube through which the product exits at least to the same extent as it is entering, being led to an intermediate tank in which the glycerin phase decants.
  • At the bottom of this intermediate tank there is a density or turbidity sensor, which is activated in the presence of glycerin, allowing its exit, towards a collector in which the glycerin extracted in all modules is collected.
  • the intermediate tank also has a tube in its upper part, through which the product goes to the next module with similar characteristics to that described.
  • the number of modules is a function of the industrial production capacity.
  • the glycerin is separated, at the end achieving the maximum Ia separation of the two phases, that is to say a product in which the initial oil has disappeared leaving biodiesel on the one hand, glycerin on the other and joined to eMa salts of the acids used, as well as a large proportion of the excess alcohol.
  • the glycerin collected in the collector passes through a heat exchanger and from there to a tank at 80 ° Celsius, in which alcohol, in gaseous form is separated from it, being conducted to a distillation column. This operation is supported by injection of air, nitrogen or other inert gas.
  • the biodiesel leaves separated from the glycerin, but carrying remains of alcohol, so it is passed through a heat exchanger at 80 ° C and is poured into a tank, in which the gases Alcohol is separated from biodiesel and also directed towards the distillation column, in which methanol or ethanol is recovered for reuse.
  • the biodiesel is taken to a vertical centrifuge in which it is purified and washed, remaining in conditions of use and going to the commercial circuit for consumption.
  • the procedure and biodiesel fuel proposed in this invention have advantages, in addition to not having to extract from the earth and not having to withstand the pollution of the refineries, than the engine having a more homogeneous combustion due to its greater capacity lubricant, consumes less fuel, the explosion is quieter, so that it contaminates less acoustically, the emission of gases is less, the pollution to the atmosphere decreases by 80% and the components are less abrasive On the other hand it is an easily degradable and very safe handling fuel. As regards economic savings, their final price may even be lower than the final price of petroleum-derived fuels, if the instability of their prices, as well as their refining cost, are taken into account.
  • the versatility of the modular constitution and the continuity of the system are used to obtain the best performance, at the same time as the greater security.
  • Figure 1 Schematic diagram of the first stage or homogenization stage.
  • a preferred embodiment of the invention is constituted from the installation in continuous process of a series of 20 homogenization modules (1) in horizontal position, which constitute the first stage of the process, each operating as a reactor of a mass of vegetable oil of acidity greater than one degree and methanol or ethanol in a stoichiometric ratio of 1: 50 to 1: 300, in relation to
  • each module is provided with a gas extraction system (2) linked to the passage of oil from one module to the next, regulated by an electronic valve (3) and assisted by an air injector (4), which conducts the gases produced by the increase of temperature, alcohol and water vapor, to a distillation column (5) in which the water is lost and the alcohol is condensed, this being taken to the next module, thus recovering this alcohol in the process, in the same proportion to The evacuated.
  • a gas extraction system (2) linked to the passage of oil from one module to the next, regulated by an electronic valve (3) and assisted by an air injector (4), which conducts the gases produced by the increase of temperature, alcohol and water vapor, to a distillation column (5) in which the water is lost and the alcohol is condensed, this being taken to the next module, thus recovering this alcohol in the process, in the same proportion to The evacuated.
  • Each module with a capacity of 250 kg of vegetable oil, has a jacket-like lining (6) through which the hot water circulates that prints an average temperature of 60 ° C with peaks up to 105 ° C to facilitate The evacuation of gases.
  • the modules are linked together by means of four-way valves (7), which allow both vertical and horizontal connection through them, making possible the entry of oil, alcohol, sulfuric acid and air into each module, as well as the gas outlet to the distillation column and the oil outlet to the next module.
  • Each module incorporates a reaction control system (8) that indicates the state of the reaction, a pressure sensor (9), a temperature sensor (10) and a filling volume indicator (11), all integrated in an electronic circuit (12) that controls the process.
  • a reaction control system (8) that indicates the state of the reaction
  • a pressure sensor (9) that indicates the state of the reaction
  • a temperature sensor (10) and a filling volume indicator (11)
  • the passage from one module to another is programmed, taking into account the progress of the reaction, so that between one module and the next there is a gradual decrease in the oil graduation.
  • Each module consisting of material resistant to the pressure and chemical reagents used, consists of three basic elements: the most reactive oil receiving tube (13), the already described heating chamber that wraps it (6) and a system of perforated washers (14) in the center and joined together by rods (15) that travel uniformly through the tube (1), driven by a piston (16) moved by electric, pneumatic or hydraulic motor (17).
  • the second stage of the process the transesterification or basic (or alkaline) esterification of the vegetable oil of acidity of less than a degree obtained in the previous stage, is obtained from a multiple and continuous modular vertical reactor in which vegetable oil is mixed of -1 or acidity with sodium or potassium methoxide in stoichiometric ratio of 1: 6 to 1: 50 at a temperature between 45 ° and 60 ° C.
  • Each transesterification module (18) consists of a vertical tube that incorporates in inside a series of fixed, but removable, washers (19) perforated in the center through which the oil moves up by the thrust of the head of a piston (20) driven by an electric motor (21), said piston making the times of a non-return valve, by keeping open a series of valves with holes and nozzles (22) when it goes back, and closed when it advances or rises.
  • a non-return valve 25.
  • a heating chamber (23) covers the cylinder of the module as a jacket, maintaining the mass at the working temperature, which as described is about 60 ° C, that is, a temperature capable of producing vapors in the chamber (23) that are evacuated through a hole (26) located in the highest zone of the same with subsequent refrigerated conduction (27) that condenses the gases for their immediate return (28) once condensed.
  • the chamber incorporates a practicable lid (29) for washing and a water inlet and outlet system for cleaning for cleaning purposes.
  • An upper opening (30) connects to a tube (31) through which the product comes out at least to the same extent as it is entering, as already described, being taken to an intermediate tank (32) in which it is decanted The glycerin phase.
  • the glycerin is collected in a lower manifold (35), passes through a heat exchanger (36) and from there to a tank (37) of 80 ° C, where the gases of the alcohol, are conducted by tubes (38) to The distillation column (5) for reuse. This operation is supported with nitrogen injection.
  • the biodiesel already released from glycerin is obtained, but with traces of alcohol, therefore it then passes through a heat exchanger (37) at 80 ° C, from the which is poured into a tank (38) and the vapors go through the same gas collection system to the distillation column (5) in which the methanol or ethanol is recovered for reuse.
  • the biodiesel is taken to a vertical centrifuge (39) in which it is purified and washed, remaining in conditions of use and going to the commercial circuit (40) for consumption.

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Abstract

Procedimiento para la obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable, por el que se somete a presión y a temperatura en una primera etapa una determinada mezcla de aceites vegetales de grado de acidez variable y metanol o etanol en un reactor tubular modular horizontal múltiple y continuo, en presencia de un ácido fuerte como catalizador hasta obtenerse un aceite vegetal de acidez inferior a un grado. En una segunda etapa se procede a la transesterificación de ese aceite mezclándolo con Metoxido de sodio o potasio, separándose la glicerina y quedando glicerina por un lado, y por otro biodiesel, que una vez purificado y lavado, será apto para el consumo de motores. El número de módulos, tanto en la primera como en la segunda etapa está en función de la capacidad del sistema.

Description

Procedimiento para Ia obtención de un biodiesel a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable en sistema continuo y combustible biodiesel obtenido.
La presente invención se refiere a un procedimiento por el que a partir de aceites vegetales o grasas animales de distintos grados de acidez a los que se somete a procesos continuos de homogeneización y transesterificación se obtiene un biodiesel limpio y apto para el consumo como combustible de motores, especialmente de automoción. Se refiere también a Ia instalación industrial necesaria para este procedimiento y al biodiesel por él obtenido.
La patente objeto de esta invención tiene su campo de aplicación en Ia industria transformadora de combustibles alternativos para motores, específicamente de los combustibles obtenidos a partir de aceites vegetales así como de grasas animales, denominados biodiesel, capaces no sólo de ser utilizados como aditivo de los combustibles procedentes de hidrocarburos, sino que también se puede generalizar su uso para aquellos motores cuya constitución haga posible sustituir el hidrocarburo diesel que emplean por un sustituto de éste, o por Io que se ha venido en llamar combustibles alternativos.
Obtener combustibles alternativos capaces de sustituir, parcialmente como aditivos o totalmente como combustibles, a los derivados del petróleo es una antigua pretensión que se sustenta en numerosas razones. Entre las principales hay que destacar Ia inestabilidad del precio del petróleo, el paulatino agotamiento de las reservas, Ia excesiva dependencia energética de los países consumidores en relación con los productores, las emisiones de dióxido de carbono, monóxido de carbono, dióxido de azufre y de nitrógeno, Hidrocarburos policíclicos aromáticos derivados del benceno y partículas, motivos todos ellos desencadenantes de Ia contaminación de las ciudades y del deterioro mecánico de los vehículos. Es por ello por Io que se conocen numerosos intentos de obtener combustibles alternativos, entre los que destaca el uso de alcoholes como bien se describe en el documento U 271553, a pesar de las dificultades que presentan su resistencia a Ia preignición, además de Ia fuerte resistencia a Ia detonación causada por Ia alta temperatura y presiones, por Io que los ensayos llevados a cabo con etanol y metanol, a pesar de los cambios significativos efectuados en el motor o al hecho de ser usados como aditivos, no han dado resultados apetecibles.
Se conocen también numerosos intentos para obtener aditivos en cuya composición se encuentran compuestos metálicos del grupo del platino, como catalizadores superiores para mejorar Ia eficiencia del combustible y reducir emisiones perniciosas. Sin embargo, se tropieza siempre con Ia inestabilidad de estos compuestos para su envasado y suministro al motor, además de no poseer suficiente solubilidad en el combustible e insolubilidad en el agua que pueda estar contenida en el combustible. Es así como los documentos US- A-2.086.775 y US-A-2.151.432 de Lyons y McKone, o el US-A- 4.295.816 de Robinson o bien el DE-A-2.500.683 de Brantl, a pesar de describir una amplia variedad de metales catalíticos que pueden añadirse a hidrocarburos combustibles para reducir el monóxido de nitrógeno y oxidar el monóxido de carbono en el momento de Ia combustión, no han sido capaces de resolver este problema.
La patente europea 90901945 trata de dar solución al problema anteriormente planteado, aunque de nuevo Ia inestabilidad de los compuestos del platino y Ia presencia de haluros añaden desventajas significativas para hacer viable el proyecto.
Entre los compuestos de las invenciones anteriormente citadas y en general, en los aditivos conocidos, aparecen para mejorar Ia solubilidad disolventes, que tienen el inconveniente de estropear el motor y éteres, o bien alcoholes derivados de los vegetales, aditivos éstos que por sí solos no son capaces de arrancar el motor, sino que limpian los carburadores, los inyectores, mejoran los líquidos y sus circuitos. Uno de sus inconvenientes es su elevado precio.
Entre estos últimos, los aditivos derivados de los vegetales, destaca el biodiesel, conociéndose procedimientos para Ia obtención del mismo, que a partir de aceites vegetales de características y variedad determinadas y de un cierto grado de acidez siempre inferior a uno, alcanzan un biodiesel de calidad standard.
Son conocidos igualmente otros procedimientos en los que se utiliza para Ia obtención del biodiesel aceite usado, del que son eliminados los ácidos grasos bien por extracción de los mismos o bien por saponificación o esterificación acida. Para Ia extracción se requiere el montaje de un complicado y costoso sistema de separación física, además de topar con el inconveniente de Ia posterior comercialización de los ácidos grasos para su uso en Ia industria alimentaría. En el caso de Ia saponificación se arrastran los ácidos grasos convirtiéndose éstos en jabones, con Io que quedan así eliminados del proceso. Pero Ia verdad es que este proceso conduce a una depreciación del producto final, ya que se desprecia el valor de Ia materia prima útil, al convertir buena parte de ésta en jabones de un valor comercial muy inferior al del biodiesel.
En el caso de Ia esterificación acida, el inconveniente principal de este procedimiento es su alto coste, ya que para destilar el aceite una vez terminado el proceso es necesario subir su temperatura por encima de los cien grados durante bastante tiempo con el fin de eliminar el agua y el metanol en exceso, con el peligro de descomposición del producto obtenido. Pero otro secundario es que se trata de un sistema discontinuo de transformación, en el que necesariamente hay que esperar a que termine una colada para iniciar Ia siguiente. Y el problema de estas reacciones en grandes masas, en graneles reactores utilizando reactivos que no son solubles en el aceite, sino que Ia reacción química se produce por el contacto molecular, es que se precisa mucho tiempo y consiguientes costes. Algo que empeora aún más el problema de los tiempos muertos y de los costes de ello derivados es que si en un reactor no se obtiene Ia calidad deseada o standard, hay que desechar o reiniciar el proceso en su totalidad, es decir, con todo el volumen de masa, en lugar de, si el proceso fuera continuo, tan sólo Ia parte correspondiente a Ia etapa del proceso en que se encuentre. Además, si un reactor se avería paraliza toda Ia producción, y si no se consigue disminuir Ia acidez hasta el grado deseado en el tiempo establecido para ello, el reactor tiene que continuar trabajando con toda Ia masa hasta conseguirlo. También si hay que rectificar o corregir el proceso químico añadiendo reactivos, éstos han de añadirse en cantidad que cubra toda Ia masa. Son por consiguiente, ventajas significativas de Ia presente invención las que se derivan de trabajar en procesos modulares continuos, en los que cada módulo funciona como un reactor independiente aunque vinculado en cadena al resto de los módulos, de tal manera que en caso de avería, retraso en Ia reacción o necesidad de corrección, ello no afecta a Ia totalidad de Ia producción ni a Ia totalidad de Ia masa procesada. Los inconvenientes anteriormente descritos quedan superados con Ia invención que se propone en esta memoria, consistente en un procedimiento para Ia obtención de biodiesel por el que aceites vegetales o grasas animales de acidez variable se someten a procesos de homogeneización y de esterificación acida en un sistema modular continuo, y posteriormente a un proceso de Transesterificación, constando el procedimiento de obtención del biodiesel de dos etapas.
Primera etapa: Etapa de homogeneización del aceite vegetal o de Ia grasa animal de acidez variable.
En esta etapa se disminuye progresivamente el grado de acidez del aceite vegetal o de Ia grasa animal hasta alcanzar menos de un grado. En un reactor tubular modular horizontal múltiple y continuo en el que cada módulo se encuentra dispuesto en sentido horizontal y está sometido a presión y a temperatura variable de 45 a 90 grados, se mezcla aceite vegetal de más de un grado de acidez con metanol en Ia proporción estequiométrica de 1 :50 a 1 :300 respecto a los ácidos grasos libres presentes en el medio, en presencia de un ácido fuerte como catalizador, como por ejemplo el ácido sulfúrico, en una proporción de 1 a 10 gramos por kilogramo de aceite. Cada uno de los módulos dispone de un sistema de evacuación de gases, (vapor de agua y metanol o etanol), controlado por válvulas electrónicas y ayudado por inyección de aire, nitrógeno u otro gas inerte que favorezca aún más Ia evacuación, Ia cual discurre por un tubo que va desde Ia zona superior del módulo hasta una columna de destilación en Ia que se condensa el alcohol volviendo éste al proceso industrial. La salida de gases es periódica y vinculada al paso del aceite de un módulo al siguiente. Como Ia salida y control de gases es uno de los problemas siempre a resolver, en un modo de realización del proceso de esterificación diferente al inicialmente expuesto, para el caso en que se utilice un único reactor convencional, proponemos Ia extracción controlada y fraccionada en el tiempo de estos gases, ayudada con inyección de aire, nitrógeno u otro gas inerte. Tras Ia evacuación de gases, e inmediatamente antes de reiniciarse el proceso, se incorpora a éste metanol o etanol en una proporción equivalente a Ia evacuada.
Los módulos del reactor tubular forman una serie cuyo número está en función de Ia capacidad de transformación de Ia instalación industrial. Cada módulo tiene una capacidad aproximada de entre 300 y 400 Kg de aceite vegetal y un revestimiento a modo de camisa por el que circula el agua caliente que imprime Ia temperatura apropiada para el proceso o temperatura de trabajo, Ia cual es de unos 60 grados con picos de hasta 105 grados, para facilitar Ia evacuación de los gases.
Los módulos se encuentran unidos entre sí por medio de válvulas de cuatro vías o vías múltiples, que permiten Ia conexión tanto vertical como horizontal a través de las mismas, haciendo posible Ia entrada de aceite, metanol, ácido sulfúrico y aire, nitrógeno u otro gas inerte en cada módulo y agua de limpieza, así como Ia salida de gases hacia Ia columna de destilación y de aceite que conducen a éstos hasta el siguiente módulo.
Cada módulo incorpora un sistema de control de reacciones que indica el estado de Ia reacción, un sensor de presión, un sensor de temperatura y un indicador de volumen de llenado, todos integrados en un circuito electrónico que controla el proceso.
En función de Ia graduación del aceite se programa el paso de un módulo a otro, atendiendo al avance de Ia reacción, de tal manera que entre un módulo y el siguiente se dé una disminución paulatina de Ia graduación del aceite vegetal.
Cada módulo, constituido de material resistente a Ia presión y a los reactivos químicos empleados, consta de tres elementos básicos: el tubo de recepción de aceite más reactivos, Ia cámara de calefacción que Io envuelve y un sistema de arandelas perforadas en el centro y unidas entre sí mediante varillas que se desplazan uniformemente a través del tubo, accionadas por un pistón que mueve un motor eléctrico, el cual, en modos alternativos de realización de Ia presente invención puede también ser un motor hidráulico o neumático. También en una realización alternativa de este procedimiento, se puede partir de grasas animales en lugar de aceites vegetales, obteniéndose resultados similares. Con esta primera etapa se obtiene a partir de un aceite vegetal de más de un grado de acidez, uno de acidez inferior a un grado.
Segunda etapa: Transesterificación o esterificación básica (o alcalina) del aceite vegetal de acidez inferior a un grado.
Se mezcla aceite vegetal de -1o de acidez con Metoxido de sodio o potasio en proporción estequiométrica de 1 :6 a 1 :50 a una temperatura de entre 45 y 60 grados centígrados en un reactor vertical modular múltiple, en el que cada módulo consta de un tubo vertical de materiales resistentes a Ia presión y a los reactivos empleados, que incorpora en su interior una serie de arandelas fijas perforadas en el centro por las que se desplaza el aceite hacia arriba y abajo por Ia acción de Ia cabeza de un pistón o de una biela accionado o accionada por un motor eléctrico, hidráulico o neumático. La incorporación de materia prima y reactivos se realiza a través de la cámara por Ia que se desplaza Ia cabeza del pistón o biela, en Ia que pueden colocarse válvulas que permitan el paso del líquido, cuando esta retroceda produciéndose el vaciado de su contenido. Estas válvulas permanecen cerradas cuando sube Ia cabeza del pistón, periodo en el que se produce el llenado de Ia cámara. Las válvulas pueden ser sustituidas o complementadas por toberas. Una cámara de calefacción que reviste el cilindro del módulo a modo de camisa, mantiene Ia zona a Ia temperatura de trabajo. Un conducto de entrada provisto a su vez con válvula antirretorno llena de aceite el espacio de Ia cámara vacía, cuando Ia cabeza del pistón avanza hacia arriba. En Ia cámara principal del modulo, conforme va subiendo el nivel del líquido, van apareciendo vapores de alcohol que son conducidos a través de un tubo situado en Ia zona más alta del mismo hasta un conducto refrigerado que condensa los gases para su inmediato retorno. El modulo incorpora una tapadera practicable en su extremo superior, así como un sistema de entrada y salida de agua para su lavado a efectos de limpieza. Una orificio superior conecta el modulo a un tubo por el que sale el producto al menos en Ia misma medida en que va entrando, siendo conducido a un depósito intermedio en el que decanta Ia fase de glicerina. En el fondo de ese depósito intermedio hay un sensor de densidad o de turbidez, que se activa en presencia de glicerina, permitiendo Ia salida de esta, hacia un colector en el que se recoge Ia glicerina extraída en todos los módulos. El depósito intermedio también tiene un tubo en su parte superior, por el que sale el producto hacia el siguiente módulo de características similares al descrito. El número de módulos está en función de Ia capacidad de producción industrial.
A Io largo de esta etapa se va separando Ia glicerina, consiguiéndose al final Ia máxima Ia separación de las dos fases, es decir un producto en el que el aceite inicial ha desaparecido quedando biodiesel por un lado, glicerina por otro y unida a eMa sales de los ácidos empleados, así como una gran proporción del alcohol excedente. La glicerina recogida en el colector, pasa por un intercambiador de calor y de ahí a un depósito a 80° centígrados, en el que alcohol, en forma gaseosa se separa de Ia misma, siendo conducido hasta una columna de destilación. Esta operación se apoya con inyección de aire, nitrógeno u otro gas inerte.
En el último de los módulos que componen esta segunda etapa el biodiesel sale separado de Ia glicerina, pero portando restos de alcohol, por ello se pasa por un intercambiador de calor a 80° centígrados y se vierte a un depósito, en el que los gases del alcohol se separan del biodiesel y también son dirigidos hacia Ia columna de destilación, en Ia que se recupera el metanol o etanol para su reutilización.
El biodiesel se lleva a una centrifugadora vertical en Ia que se procede a su purificado y lavado, quedando en condiciones de uso y pasando al circuito comercial para el consumo.
El procedimiento y el combustible biodiesel que se proponen en esta invención presentan como ventajas, además de no tenerse que extraer de Ia tierra y de no tener que soportar Ia contaminación de las refinerías, que el motor al tener una combustión más homogénea por su mayor capacidad lubricante, consume menos combustible, Ia explosión es más silenciosa, con Io que contamina menos acústicamente, Ia emisión de gases es menor, disminuye un 80% Ia contaminación a Ia atmósfera y los componentes son menos abrasivos. Por otra parte es un combustible fácilmente degradable y de manipulación muy segura. En cuanto al ahorro económico, su precio final puede llegar a ser incluso inferior que el precio final de los combustibles derivados del petróleo, si se tiene en consideración Ia inestabilidad de los precios de éstos, así como su coste de refinamiento.
La experiencia ha demostrado que en este sector de Ia técnica priman las soluciones sencillas y efectivas que puedan ser versátiles y que no encarezcan el producto final, siendo posible un fácil mantenimiento, abastecimiento de piezas deterioradas y fabricación en serie.
La construcción y estructura de todos los componentes son resistentes al medio en el que se encuentran y a Ia acción de los reactivos, siendo Ia seguridad ofrecida total, ya que aunque Ia instalación está totalmente protegida por los medios de seguridad que impiden cualquier accidente, el hecho de estar constituida por módulos disminuye extraordinariamente Ia posibilidad de un accidente de grandes proporciones.
Por tanto, se aprovecha Ia versatilidad de Ia constitución modular y Ia continuidad del sistema para obtener las mejores prestaciones, al mismo tiempo que Ia mayor seguridad.
Aunque en principio se fabricarán distintas medidas o módulos en concreto, debido a Ia posibilidad del conjunto para ser automatizable y poder fabricarse en serie, las medidas pueden ser adaptables con una fácil mecanización a cada necesidad en concreto, pudiendo por tanto realizarse módulos a Ia medida. Pero como el número de módulos depende de Ia capacidad de producción que se desee alcanzar, se podrán por tanto realizar instalaciones a Ia medida.
Para Ia mejor comprensión de cuanto queda descrito en Ia presente memoria se acompañan unos dibujos esquemáticos en los que a título de ejemplo se representa un caso práctico de realización de Ia instalación y su funcionamiento. En dichos dibujos:
• Figura 1 : Diagrama esquemático de Ia primera etapa o etapa de homogeneización.
• Figura 2: Esquema de Ia segunda etapa o etapa de esterificación alcalina. Los detalles numerados corresponden a:
(1) Módulo de homogeneización.
(2) Sistema de evacuación de gases del módulo homogeneizador.
(3) Válvula reguladora de Ia evacuación de gases. (4) Inyector de aire.
(5) Columna de destilación.
(6) Camisa para el agua caliente del módulo homogeneizador.
(7) Válvula de cuatro vías (8) Indicador de reacciones
(9) Indicador del sensor de presión
(10) Indicador del sensor de temperatura.
(11 ) Indicador de volumen de llenado (12) Circuito electrónico controlador del proceso
(13) Tubo receptor de aceite más reactivos
(14) Arandelas móviles perforadas en el centro
(15) Varillas de desplazamiento de las arandelas
(16) Pistón del módulo homogeneizador (17) Motor del módulo homogeneizador
(18) Módulo de transesterificación
(19) Arandelas fijas perforadas en el centro
(20) Pistón del módulo transesterificador
(21 ) Motor de Ia etapa de transesterificación (22) Orificios de no retorno de Ia cabeza del pistón
(23) Cámara de calefacción
(24) Conducto de entrada al módulo
(25) Válvula antirretomo del conducto de entrada
(26) Orificio de evacuación de gases (27) Conducción refrigerada para condensación de gases
(28) Retorno de gases ya condensados
(29) Tapadera practicable para limpieza del módulo
(30) Abertura superior de salida de producto
(31) Tubo de conducción del producto (32) Depósito intermedio para decantación de glicerina
(33) Sensor de densidad o turbidez del depósito de glicerina
(34) Tubo de salida al siguiente módulo
(35) Colector de glicerina (36) Intercambiador de calor de glicerina
(37) Depósito de glicerina
(38) Tubo de conducción de gases del depósito de glicerina a Ia columna de destilación.
(39) Centrífuga vertical para purificación y lavado de biodiesel (40) Deposito de biodiesel listo para su comercialización
A Entrada del producto al módulo de homogeneización B Entrada de reactivos al mismo módulo C Salida de gases del módulo de homogeneización D Entrada de agua caliente E Salida de agua caliente
F Salida del producto del módulo de homogeneización
Una realización preferida de Ia invención se constituye a partir de Ia instalación en proceso continuo de una serie de 20 módulos de homogeneización (1) en posición horizontal, que constituyen Ia primera etapa del proceso, funcionando cada uno como reactor de una masa de aceite vegetal de acidez superior a un grado y metanol o etanol en proporción esquiométrica de 1 :50 a 1 :300, en relación a
Ia cantidad de ácidos grasos libres que presente cada aceite, sometida a presión y a temperatura variable de 45 a 105 grados centígrados, en presencia de ácido sulfúrico como catalizador, en una proporción de 1 a 10 gramos por kilogramo de aceite. Cada módulo está provisto de un sistema de extracción de gases (2) vinculado al paso del aceite de un módulo al siguiente, regulado por válvula electrónica (3) y ayudado por inyector de aire (4), que conduce los gases producidos por el aumento de temperatura, alcohol y vapor de agua, a una columna de destilación (5) en Ia que se pierde el agua y se condensa el alcohol, siendo conducido éste al módulo siguiente, recuperándose así este alcohol en el proceso, en Ia misma proporción a Ia evacuada.
Cada módulo, de una capacidad de 250 kg de aceite vegetal, tiene un revestimiento a modo de camisa (6) por el que circula el agua caliente que imprime al proceso una temperatura media de 60° C con picos de hasta 105° C para facilitar Ia evacuación de los gases.
Los módulos se encuentran unidos entre sí por medio de válvulas de cuatro vías (7), que permiten Ia conexión tanto vertical como horizontal a través de las mismas, haciendo posible Ia entrada de aceite, alcohol, ácido sulfúrico y aire en cada módulo, así como Ia salida de gases hacia Ia columna de destilación y Ia salida de aceite hacia el siguiente módulo.
Cada módulo incorpora un sistema de control de reacciones (8) que indica el estado de Ia reacción, un sensor de presión (9), un sensor de temperatura (10) y un indicador de volumen de llenado (11), todos integrados en un circuito electrónico (12) que controla el proceso. En función de Ia graduación del aceite se programa el paso de un módulo a otro, atendiendo al avance de Ia reacción, de tal manera que entre un módulo y el siguiente se dé una disminución paulatina de Ia graduación de aceite.
Cada módulo, constituido de material resistente a Ia presión y a los reactivos químicos empleados, consta de tres elementos básicos: el tubo de recepción de aceite (13) más reactivos, Ia ya descrita cámara de calefacción que Io envuelve (6) y un sistema de arandelas perforadas (14) en el centro y unidas entre sí mediante varillas (15) que se desplazan uniformemente a través del tubo (1), accionadas por un pistón (16) movido por motor eléctrico, neumático o hidráulico (17).
Con esta primera etapa se obtiene a partir de un aceite vegetal de acidez variable siempre mayor de un grado, uno de acidez inferior a un grado.
La segunda etapa del procedimiento, Ia de transesterificación o esterificación básica (o alcalina) del aceite vegetal de acidez inferior a un grado obtenido en Ia etapa anterior, se consigue a partir de un reactor vertical modular múltiple y continuo en el que se mezcla aceite vegetal de -1o de acidez con Metoxido de sodio o de potasio en proporción estequiométrica de 1 :6 a 1 :50 a una temperatura de entre 45° y 60° C. Cada módulo de transesterificación (18) consta de un tubo vertical que incorpora en su interior una serie de arandelas fijas, pero extraíbles (19) perforadas en el centro por las que se desplaza el aceite hacia arriba por el empuje de Ia cabeza de un pistón (20) accionado por motor (21) eléctrico, haciendo dicho pistón las veces de una válvula antirretorno, al mantener abiertos una serie de válvulas con orificios y toberas (22) cuando retrocede, y cerrados cuando avanza o sube. Al avanzar Ia cabeza del pistón (20), en Ia misma medida en que ésta sube se va llenando de aceite el espacio de Ia cámara (23), haciéndolo a través de un conducto de entrada (24) provisto a su vez de válvula antirretorno (25). Una cámara de calefacción (23) reviste el cilindro del módulo a modo de camisa, manteniendo Ia masa a Ia temperatura de trabajo, que como se ha descrito es de unos 60° C, es decir, una temperatura capaz de producir vapores en Ia cámara (23) que son evacuados a través de un orificio (26) situado en Ia zona más alta de Ia misma con posterior conducción refrigerada (27) que condensa los gases para su inmediato retorno (28) una vez condensados. La cámara incorpora una tapadera practicable (29) para su lavado y un sistema de entrada y salida de agua para su lavado a efectos de limpieza. Una abertura superior (30) conecta a un tubo (31) por el que sale el producto al menos en Ia misma medida en que va entrando, como ya se ha descrito, siendo conducido a un depósito intermedio (32) en el que se decanta Ia fase de glicerina. En el fondo de ese depósito intermedio (32) hay un sensor de densidad o turbidez (33) que se activa en presencia de glícerina, mientras que el resto del producto se dirige por un conducto de salida (34) hacia el siguiente módulo (18) de características similares al descrito. El número de módulos (18) de esta realización preferida es de 9. A Io largo de esta etapa se va separando Ia glicerina, quedando al final una separación máxima de las dos fases, es decir un producto en el que el aceite inicial ha desaparecido quedando biodiesel por un lado, glicerina por otro y unida a Ia glicerina sales de los ácidos empleados, así como Ia mayor parte del alcohol excedente. La glicerina es recogida en un colector (35) inferior, pasa por un intercambiador de calor (36) y de ahí a un depósito (37) de 80° C, en donde los gases del alcohol, son conducidos por tubos (38) a Ia columna de destilación (5) para su reutilización. Esta operación se apoya con inyección de nitrógeno. En el último de los módulos (18) que componen esta segunda etapa, se obtiene el biodiesel liberado ya de glicerina, pero con restos de alcohol, por ello pasa a continuación por un intercambiador de calor (37) a 80° centígrados, desde el que se vierte a un depósito (38) y los vapores van por el mismo sistema de recogida de gases hacia Ia columna de destilación (5) en Ia que se recupera el metanol o etanol para su reutilización.
El biodiesel se lleva a una centrifugadora vertical (39) en Ia que se procede a su purificado y lavado, quedando en condiciones de uso y pasando al circuito comercial (40) para el consumo.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Procedimiento para Ia obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de acidez variable, caracterizado por mezclar en una primera etapa aceites vegetales de grado de acidez variable en un reactor tubular modular horizontal múltiple y continuo con metanol o etanol en Ia proporción estequiométrica de 1 :50 a 1 :300 respecto a Ia cantidad de ácidos grasos libres presentes en el medio, en presencia de un ácido fuerte como catalizador, en una proporción de 1 a 10 gramos por kilogramo de aceite. Cada módulo tiene una capacidad aproximada de entre 300 y 400 Kg de aceite vegetal y consta de tres elementos básicos: el tubo de recepción de aceite más reactivos, un sistema de arandelas perforadas en el centro y unidas entre sí mediante varillas que se desplazan uniformemente a través del tubo, accionadas por un pistón que mueve un motor* y un revestimiento a modo de camisa por el que circula agua caliente a una temperatura de unos 60 grados. Cada módulo dispone además de un sistema de evacuación de gases, vapor de agua y metanol o etanol, que es periódica y vinculada al paso del aceite de un módulo al siguiente, controlada por válvulas electrónicas y ayudada por inyección de aire, nitrógeno o cualquier gas inerte, discurriendo dichos gases por un tubo que va desde Ia zona superior del módulo hasta una columna de destilación en Ia que se pierde el agua y se condensa el alcohol volviendo éste al proceso industrial al que se incorpora en una proporción equivalente a Ia evacuada.
Los módulos se encuentran unidos entre sí por medio de válvulas de cuatro vías o vías múltiples, que permiten Ia conexión tanto vertical como horizontal a través de las mismas, haciendo posible Ia entrada de aceite, metanol, ácido fuerte y aire en cada módulo, así como Ia salida de gases hacia Ia columna de destilación y de aceite hacia el siguiente módulo.
Cada módulo incorpora un sistema de control de reacciones que indica el estado de Ia reacción, un sensor de presión, un sensor de temperatura y un indicador de volumen de llenado, todos integrados en un circuito electrónico que controla el proceso.
En función de Ia graduación del aceite se programa el paso de un módulo a otro, atendiendo al avance de Ia reacción, de tal manera que entre un módulo y el siguiente se dé una disminución paulatina de Ia graduación del aceite vegetal. En esta primera etapa se obtiene a partir de un aceite vegetal de alta o media acidez, un aceite de acidez menor de un grado.
En Ia segunda etapa o etapa de transesterificación o esterificación básica (o alcalina) se mezcla el aceite vegetal de <1° de acidez obtenido en Ia etapa anterior con Metoxido de sodio o potasio en proporción estequiométrica de 1 :6 a 1 :50 a una temperatura de entre 45 y 60° C en un reactor vertical modular múltiple, en el que cada módulo consta de un tubo vertical de materiales resistentes a Ia presión y a los reactivos empleados, que incorpora en su interior una serie de arandelas fijas, pero extraíbles, perforadas en el centro por las que se desplaza el aceite hacia arriba por el empuje de Ia cabeza de un pistón accionado un por motor, que hace las veces de una válvula antirretorno, bajando después. Cuando desciende Ia cabeza del pistón***, mantiene abiertos sus orificios y toberas a través de los cuales pasa Ia materia prima y los reactivos desde Ia cámara del pistón hasta Ia cámara principal del modulo, y cerrados cuando avanza o sube. Las válvulas son complementadas por toberas que facilitan el paso de líquidos hacia Ia cámara principal del modulo. Un conducto de entrada provisto a su vez con válvula antirretorno llena de aceite el espacio de Ia cámara del pistón, vacía cuando Ia cabeza del pistón avanza hacia arriba. Una cámara de calefacción que reviste el cilindro del módulo a modo de camisa, mantiene Ia zona a Ia temperatura de trabajo. Conforme va subiendo el nivel del líquido se producen vapores en Ia cámara principal del modulo que son evacuados a través de un tubo situado en Ia zona superior de Ia misma con conducción refrigerada que condensa los gases para su inmediato retomo una vez condensados. La cámara incorpora una tapadera practicable para su lavado así como un sistema de entrada y salida de agua a efectos de limpieza.
Una abertura superior conecta a un tubo por el que sale el producto al menos en Ia misma medida en que va entrando, siendo conducido a un depósito intermedio en el que se decanta Ia fase de glicerina. En el fondo de ese depósito intermedio hay un sensor de densidad o de turbidez que se activa en presencia de glicerina, permitiendo su salida hacia un colector en el que se recoge Ia glicerina extraída en todos los módulos. El depósito intermedio también tiene un tubo en su parte superior, por el que sale el producto hacia el siguiente módulo de características similares al descrito. El número de módulos está en función de Ia capacidad de producción industrial. A Io largo de esta etapa se va separando Ia glicerina, quedando al final una separación máxima de las dos fases, es decir un producto en el que el aceite inicial ha desaparecido quedando biodiesel por un lado, glicerina por otro y unida a Ia glicerina sales de los ácidos empleados, así como Ia mayor parte del alcohol excedente. La glicerina recogida en el colector, pasa por un intercambiador de calor y de ahí a un depósito de 80° centígrados, en el que los gases del alcohol se separan, siendo conducidos por tubos a Ia columna de destilación. Esta operación se apoya con inyección de aire, nitrógeno o cualquier otro gas inerte. En el último de los módulos que componen esta segunda etapa el biodiesel sale separado de glicerina pero portando restos de alcohol, por ello ha de pasar por un intercambiador de calor a 80° centígrados y se vierte a un depósito, en el que los gases del alcohol se separan del biodiesel y también son dirigidos hacia Ia columna de destilación, en Ia que se recupera el alcohol para su reutilización.
El biodiesel se lleva a una centrifugadora vertical en Ia que se procede a su purificado y lavado, quedando en condiciones de uso y pasando al circuito comercial para el consumo.
2.- Procedimiento para Ia obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable, según reivindicación 1 , caracterizado porque se parte de grasas animales de más de un grado de acidez en lugar de aceites vegetales, obteniéndose resultados similares.
3.- Procedimiento para Ia obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable, según reivindicación 1 , caracterizado porque en Ia primera etapa se somete a presión y temperatura Ia mezcla de aceite y metanol o etanol en presencia de ácido sulfúrico como ácido fuerte.
4.- Procedimiento para Ia obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable, según reivindicación 1 , caracterizado porque en Ia primera etapa se utiliza metanol o etanol. ****( ojo esto es Io correcto)
5.- Procedimiento para Ia obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez, variable, según reivindicación 1 , caracterizado porque en un modo de realización diferente al propuesto, en el que como se viene haciendo convencionalmente se utiliza un único reactor, Ia extracción controlada y fraccionada en el tiempo de los gases, novedosamente se produce ayudada con inyección de aire, nitrógeno u otro gas inerte.
6.- Procedimiento para Ia obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez, variable, según reivindicación 1 , caracterizado porque los módulos del reactor constituyen una serie cuyo número está en función de Ia capacidad de transformación de Ia instalación industrial.
7.- Procedimiento para Ia obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable, según reivindicación 1 , caracterizado porque el revestimiento a modo de camisa por el que circula el agua caliente que imprime Ia temperatura apropiada para el proceso o temperatura de trabajo, que es de unos 60 grados, alcanza picos de hasta 105° C, para facilitar Ia evacuación de los gases.
8.- Procedimiento para Ia obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable, según reivindicación 1 , caracterizado porque para favorecer aún más Ia evacuación de gases se utiliza para ello aire, nitrógeno u otro gas inerte en lugar de dejarlo salir por su propia inercia, (ojo también empleamos aire)
9.- Procedimiento para Ia obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable, según reivindicación 1 , caracterizado porque en modos alternativos de realización de Ia presente invención se utiliza un motor hidráulico o neumático para mover el pistón de los módulos.
10.- Procedimiento para Ia obtención de un biodiesel en sistema continuo a partir de aceites vegetales de grado de acidez variable, según reivindicación 1 , caracterizado porque en Ia segunda etapa al separarse los gases del alcohol de Ia glicerina y ser conducidos por tubos a Ia columna de destilación, se apoya esta operación en Ia inyección de aire, nitrógeno u otro gas inerte en lugar de dejarlo salir por su propia inercia, (ojo también empleamos aire).
11.- Biodiesel obtenido a partir del procedimiento descrito en las reivindicaciones anteriores.
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