WO2009004206A2 - Device and method for removing a compound from bio-diesel, method for purifying bio-diesel from a transesterification step, and equipment for producing bio-diesel including same - Google Patents

Device and method for removing a compound from bio-diesel, method for purifying bio-diesel from a transesterification step, and equipment for producing bio-diesel including same Download PDF

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biodiesel
nitrogen
compound
column
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Ximena Rodriguez
Sudhir Brahmbhatt
Vincent Boisdon
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L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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Definitions

  • BIODIESEL PROCESS FOR PURIFYING BIODIESEL FROM A
  • the present invention relates to a device and a process for the removal of a by-product or compound related to the manufacture of biodiesel, to a process for purifying biodiesel from a transesterification step, and to a plant for production of biodiesel including said device and allowing the implementation of said methods.
  • Transesterification is the classic technique for producing biodiesel. It is a process in which oils, which may be vegetable oils, cooking oils, animal fats and / or microalgae oils, are mixed with an alcohol (usually ethanol). or methanol) in the presence of a catalyst (usually sodium or potassium hydroxide) to form fatty esters
  • the products resulting from this reaction can be separated into two liquid phases: a first phase comprising an aqueous solution of glycerol and a second phase comprising predominantly the desired ester, that is to say biodiesel.
  • a first phase comprising an aqueous solution of glycerol
  • a second phase comprising predominantly the desired ester, that is to say biodiesel.
  • this separation in liquid phases facilitates the removal of glycerol, a sub-component.
  • industrial product used in the chemical, cosmetic and pharmaceutical industry then allows the removal of traces of unreacted alcohol, catalyst and soaps produced by saponification of fatty acids in the residual liquid alcohol / ester phase during the transesterification step.
  • cleaning or purification of the esters is carried out by washing with water, drying under vacuum and filtration.
  • Vacuum in these stripping columns is achieved through vacuum pumps.
  • This rotating part equipment results in considerable power consumption and inherent operational and reliability problems, which result in high maintenance costs and possibly failures that can cause the unit to shut down.
  • the applicant Company has found that it is possible to satisfy these requirements by substituting or adapting the vacuum stripping column, and eliminating the associated pump, by a device comprising: a stripping column at atmospheric pressure or greater than atmospheric pressure, advantageously supplemented by a "cryogenic trap" type exchanger.
  • the main advantage of the invention is therefore the removal of the vacuum pump equipment.
  • Other advantages of the present invention are a sharp reduction in electricity consumption in the stripping columns and a large reduction in the size of the compressors used in the columns.
  • the term "stripping" refers to a separation of a light component of biodiesel in a column in which the biodiesel and the stripping gas flow countercurrently.
  • cryogenic trap designates a device that allows the condensation of the vapors contained in the product by passing through a bath of cryogenic fluid
  • co-current hydro-ejector designates a liquid jet gas compressor for drawing a gas into a pressurized liquid.
  • the subject of the present invention is therefore a device for removing a by-product or a biodiesel compound resulting from a transesterification stage, comprising a stripper column at a higher pressure or also at the atmospheric pressure in which the biodiesel circulates. and a stripping gas, the column being connected to a means for recovering said by-product from the stripping step, characterized in that the compound is methanol or ethanol or water, and that the device comprises at least one source of stripping gas composed mainly of nitrogen, CO 2 or their mixtures.
  • It will be preferably at atmospheric pressure or a few hundred millibars above atmospheric pressure, for example because of the intervention of a booster upstream.
  • a gas consisting of nitrogen, CO 2 or their mixture, but it is possible to envisage having to work with non-pure gases such as resulting, for example, from recycling operations, in any case.
  • the term "majority” should be understood to include at least 80% of the target gas or mixture, and even more preferably at least 90% or even 99% of the target gas or mixture.
  • the column is advantageously connected to a "cryogenic trap" type exchanger (as will be seen below, other means of capture or recovery are possible according to the invention, even if the cryogenic coin type exchanger is the means preferred here).
  • a cryogenic trap type exchanger
  • several devices according to the invention can be implemented successively.
  • a device can be implemented for the removal of alcohol and will be followed by a second device for the removal of water, that is to say, drying.
  • cryogenic trap type exchanger is fed with a cryogenic fluid selected from the group comprising liquid nitrogen and / or carbon dioxide.
  • cryogenic trapping solution another technical solution of capture, such as an adsorption solution on activated carbon fabric. or even a combination of several techniques, for example a coupling of a cryogenic trapping solution with an absorption solution on activated carbon fabric.
  • nitrogen is already a required component in the production of biodiesel, so it is advantageous.
  • the nitrogen can be used in particular: for the inerting of the vegetable oils before treatment, to prevent their oxidation in contact with air and its degradation by contact with moisture, for the inerting of the biodiesel, to avoid degradation by oxidation and moisture, for the inerting of storage and methanol or transesterification ethanol lines for reasons of flammability, and
  • instrument gas for supplying, for example, pneumatically controlled valves. Therefore, it is advantageous to use nitrogen in the biodiesel by-product removal process.
  • Mixtures of nitrogen-C0 2 may also be used according to the invention as stripping gas.
  • the device according to the invention also comprises means for heating at least a portion of the cryogenic fluid and to bring it to the stripping column to be used as a stripping gas.
  • the biodiesel is circulated countercurrently with the stripping gas which may be a part of the cryogenic fluid having been reheated.
  • the heating means of a portion of the cryogenic fluid may be constituted by at least one heat exchanger allowing a heat exchange between the biodiesel by-product from the stripping going to the cryogenic trap and the cryogenic fluid.
  • the device according to the invention may also comprise a capacitor receiving said biodiesel byproduct from the stripping column before it passes into the cryogenic trap.
  • This capacitor allows a first separation between the by-product which appears in the liquid phase and the stripping gas. This first separation thus makes it possible to limit the amount of by-product passing through the cryogenic trap. Subsequently, a second separation will take place, for example in a cryogenic trap, to remove residual residual impurities of the byproduct that occurs in the gas phase of the stripping gas.
  • the device according to the invention further comprises a recycling fan or a co-current hydro-ejector which will be used for the stripping gas, freed from residual impurities after passing through the cryogenic trap. , either recycled and returned to the stripping column.
  • This recirculating fan or hydro-ejector co-current may be used including, but not exclusively, in the so-called "closed-loop" unit defined below.
  • the subject of the invention is also a process for the removal of a biodiesel compound resulting from a transesterification step, the compound being methanol or ethanol or water, characterized in that it comprises: the stripping at a pressure greater than or equal to the atmospheric pressure of the biodiesel in a stripping column using a stripping gas mainly comprising nitrogen, or CO 2 or mixtures thereof, and
  • the recovery step is performed using a "cryogenic trap" type exchanger.
  • the recovery of said by-product is conducted by condensation and cryogenic trapping of the gas phase resulting from this condensation.
  • cryogenic fluid and the stripping gas are of the same nature. They are for example selected from the group consisting of carbon dioxide or nitrogen and mixtures thereof.
  • cryogenic trapping solution another technical solution of capture, such as an adsorption solution on activated carbon fabric, or even a combination of several techniques, for example a coupling of a cryogenic trapping solution with an absorption solution on activated carbon fabric.
  • the process for removing a by-product according to the invention further comprises the recycling of the stripping gas (for example nitrogen , CO 2 or a mixture) via a recirculation fan or a co-current hydro-ejector.
  • the stripping gas for example nitrogen , CO 2 or a mixture
  • the method according to the invention is called a "closed loop” when it comprises the subsequent step of recycling the stripping gas via a recycling fan or a co-current hydro-ejector, while it says to " open loop "when he does not understand this subsequent recycling step.
  • the elimination process according to the invention may further comprise heating at least a portion of the cryogenic fluid prior to its use in the column of stripping (open loop) or heating the stripping gas free of residual impurities at the outlet of the cryogenic trap (closed loop).
  • the invention also relates to a process for purifying biodiesel resulting from a transesterification which comprises: the stripping at a pressure greater than or equal to atmospheric pressure of the biodiesel in the stripping column using a gas of stripping,
  • Drying can be carried out by stripping at higher pressure or also at atmospheric pressure of the biodiesel obtained from the washing step and then recovering the water from the stripping using the cryogenic trap, that is to say at using the disposal method according to the invention.
  • the biodiesel purification process comprises the recovery of said by-product resulting from the stripping step as well as the elimination of the water by means of the elimination process and of the device described above.
  • the alcohol removal step is conducted with a closed loop using a recirculation fan and the drying step is carried out with a closed loop at the end of the cycle. using a co-current hydro-ejector.
  • the biodiesel purification process includes the closed loop alcohol removal step and the open loop drying step and either the open loop elimination step and the closed loop drying step.
  • the invention also further relates to a biodiesel production plant, comprising a biodiesel transesterification unit, an alcohol elimination unit comprising an elimination device according to the invention and a washing unit and a elimination of water (drying) comprising an elimination device according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic view of a biodiesel production installation according to the prior art
  • FIG. 2 is a diagrammatic view of a biodiesel production facility according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic view of an open-loop elimination unit of biodiesel by-products according to the invention
  • Figure 4 is a schematic view of a closed-loop elimination unit of biodiesel by-products according to the invention.
  • methanol will be used in what follows, although other alcohols and water may be eliminated in the same way.
  • liquid nitrogen will be used in the following description, while other cryogenic fluids may be used.
  • FIG. 1 there is shown a biodiesel production facility according to the prior art.
  • This facility includes a transesterification unit (IA), an alcohol removal unit (IB) and a water washing and removal (drying) unit (IC) from biodiesel.
  • the alcohol elimination unit (IB) allows the recovery of the reagent having been used for transesterification by means of a vacuum stripping column (1) with associated pump (2).
  • the water washing and removal unit (IC) also comprises a vacuum stripping column (3) with associated pump (4).
  • FIG. 2 there is shown a plant for producing biodiesel according to the invention.
  • This facility includes a transesterification unit
  • (2B) comprises an atmospheric pressure stripping column (7) connected to a "cryogenic trap” type exchanger (12) and may include a recirculation fan (17) as part of the "closed loop” process.
  • the unit for washing and removing water (2C) (ie drying) also comprises an atmospheric pressure stripping column connected to a "cryogenic trap” type exchanger and may comprise a co-current hydro-ejector as part of the "closed loop” process.
  • FIG. 3 shows a unit (2B) for open-loop removal of methanol from biodiesel.
  • Unit (2B) is adapted to remove methanol from biodiesel from a transesterification step (2A).
  • Biodiesel, coming from the reactor (5) after trans-esterification, is preheated to between 120 and 150 ° C. in a heat exchanger (6) before being introduced into the stripping column (7).
  • the stripping nitrogen is loaded with the excess methanol removed from the biodiesel.
  • This stripping nitrogen charged with methanol is subsequently cooled in a second heat exchanger (8) and placed in a condenser (9).
  • a liquid phase ie most of the methanol by-product (10) is recovered on the one hand and a gaseous phase (ie stripping nitrogen containing trace amounts of methanol) on the other hand.
  • a gaseous phase ie stripping nitrogen containing trace amounts of methanol
  • the remaining traces of methanol (11) from the gas phase from the condenser are then trapped in a liquid nitrogen-supplied (13) cryogenic trap (12) which is used for the proper nitrogen requirements. at the factory.
  • the stripping nitrogen thus recovered without a trace of methanol can then be returned to the other zones of the plant in order to be used in particular as an inerting gas (14).
  • This unit is called "open loop" since the stripping nitrogen thus recovered without trace of methanol is returned to the plant (ie inerting), while the liquid nitrogen having fed the cryogenic trap, will be used to feed again the stripping column.
  • FIG. 4 shows a unit (2B ') for closed-loop elimination of methanol from biodiesel.
  • This unit (2B ') is adapted to remove methanol, from biodiesel resulting from a transesterification step (2A). Biodiesel, coming from the reactor
  • cryogenic trap (12) which is used for the proper nitrogen requirements. at the factory.
  • the stripping nitrogen thus recovered without a trace of methanol can then be returned to the stripping column to supply said stripping column again via a recycling fan (17).
  • the liquid nitrogen fed to the cryogenic trap will be directed to the plant (16).
  • An additional nitrogen supply can be made to fill the losses (18).
  • the biodiesel coming from the reactor after transesterification (a) is preheated to between 120 and 150 ° C. before being introduced (b) into the nitrogen stripping column.
  • the biodiesel is cooled (c) and directed to the water washing and removal unit (d).
  • the stripping nitrogen charged with excess methanol it is directed (f) to the alcohol removal unit.
  • the alcohol removal unit After a first temperature condensation of the cooling water, most of the methanol is recovered in liquid form (10).
  • the remaining traces of methanol in the stripping nitrogen are then directed (g) and trapped in a "cryogenic trap" type exchanger fed with liquid nitrogen. This liquid nitrogen having fed the cryogenic trap, returns to the stripping column (h), while the stripping nitrogen thus recovered without trace of methanol is returned to the factory (i).
  • the material, energy (nitrogen and heat) and cost savings for this aspect of the invention are as follows:
  • the outlet temperature of the cryogenic trap (i) has been adjusted according to the material balance, and it could further fall according to the methanol content criteria of the inerting nitrogen.
  • An example of overall nitrogen consumption for a biodiesel purification plant is 26 tonnes / day of nitrogen for a production of 250,000 tonnes / year of biodiesel.
  • Nitrogen required for plant needs kg / hr 433
  • An economic balance sheet (Table 5) can be established for electricity consumption, maintenance costs and water vapor costs.
  • the method according to the invention "open loop" thus allows a gain of 8498 C / year compared to the method of the prior art.
  • the biodiesel coming from the reactor after transesterification (j), is preheated to between 120 and 150 ° C. before being introduced (k) into the column of stripping with nitrogen.
  • the biodiesel is cooled (1) and directed to the water washing and removal unit (m).
  • the stripping nitrogen charged with excess methanol it is directed (o) to the alcohol removal unit.
  • the alcohol removal unit After a first temperature condensation of the cooling water, most of the methanol is recovered in liquid form (10). The remaining traces of methanol in the stripping nitrogen are then directed (p) and trapped in a heat exchanger.
  • An example of overall nitrogen consumption for a biodiesel facility is 26 tonnes / day of nitrogen for a production of 250,000 tonnes / year of biodiesel.
  • the amount of nitrogen to be vaporized in the cryogenic trap corresponds to the amount of nitrogen already vaporized for the consumption of the plant (inerting).
  • the balance sheet of Table 8 shows a variation of heat consumption in the opposite direction in the two units with the method according to the invention: positive in the case of the elimination of methanol and negative in the case of drying. This increase in heat consumption in the case of water removal or drying is the consequence of the need for heat for the preheating of nitrogen. Overall, in the purification process according to the invention, the steam consumption is lower than that of the conventional method.
  • the method according to the invention "closed loop" thus allows a gain of 16547 € / year compared to the method of the prior art.
  • the operating cost balance is therefore advantageous for the proposed nitrogen stripping column solution when compared to the existing vacuum column solution.

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Abstract

The invention relates to a device and a method for removing a compound related to the production of bio-diesel resulting from a transesterification step, said compound being ethanol or methanol or water, that comprises a stripping column at a pressure higher than or equal to the atmospheric pressure using a gas that mainly contains nitrogen or CO2 or mixtures thereof, the column being preferably connected to an exchanger of the cryogenic type. The invention also relates to a method for purifying bio-diesel resulting from a transesterification step, and to equipment for producing bio-diesel that comprises said device and implements said methods.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE D'ELIMINATION D'UN COMPOSE DU DEVICE AND METHOD FOR REMOVING A COMPOUND FROM
BIODIESEL, PROCEDE DE PURIFICATION DU BIODIESEL ISSU D'UNEBIODIESEL, PROCESS FOR PURIFYING BIODIESEL FROM A
ETAPE DE TRANSESTERIFICATION, AINSI QU'UNE INSTALLATION DETRANSESTERIFICATION STAGE, AS WELL AS AN INSTALLATION OF
PRODUCTION DE BIODIESEL LES INCLUANTPRODUCTION OF BIODIESEL INCLUDING
La présente invention porte sur un dispositif et sur un procédé d'élimination d'un sous-produit ou composé lié à la fabrication du biodiesel, sur un procédé de purification du biodiesel issu d'une étape de transestérification, ainsi que sur une installation de production du biodiesel incluant ledit dispositif et permettant la mise en œuvre desdits procédés.The present invention relates to a device and a process for the removal of a by-product or compound related to the manufacture of biodiesel, to a process for purifying biodiesel from a transesterification step, and to a plant for production of biodiesel including said device and allowing the implementation of said methods.
La transestérification est la technique classique pour la production de biodiesel. Il s'agit d'un procédé dans lequel des huiles, qui peuvent être des huiles végétales, des huiles de cuisson, des graisses animales et/ou des huiles à base de micro-algues, sont mélangées à un alcool (généralement l'éthanol ou le méthanol) en présence d'un catalyseur (généralement l'hydroxyde de sodium ou de potassium) afin de former des esters grasTransesterification is the classic technique for producing biodiesel. It is a process in which oils, which may be vegetable oils, cooking oils, animal fats and / or microalgae oils, are mixed with an alcohol (usually ethanol). or methanol) in the presence of a catalyst (usually sodium or potassium hydroxide) to form fatty esters
(ester éthylique ou méthylique) . Cette transformation des huiles triglycérides en esters éthylique ou méthylique par transestérification permet de réduire la masse moléculaire à environ un. tiers de celle de l'huile, de réduire la viscosité d'environ huit fois et d'accroître la volatilité de ces esters, les rendant ainsi attrayants en tant que carburant propre et renouvelable.(ethyl or methyl ester). This conversion of triglyceride oils to ethyl or methyl esters by transesterification reduces the molecular weight to about one. third of that of the oil, reduce the viscosity by about eight times and increase the volatility of these esters, thus making them attractive as a clean and renewable fuel.
A la suite de la réaction de transestérification, les produits issus de cette réaction peuvent être séparés en deux phases liquides : une première phase comprenant une solution aqueuse de glycérol et une deuxième phase comprenant majoritairement l'ester recherché, c'est-à-dire le biodiesel. Or, cette séparation en phases liquides facilite tout d'abord l'enlèvement du glycérol, un sous- produit industriel utilisé dans l'industrie chimique, cosmétique et pharmaceutique, puis permet l'élimination dans la phase liquide résiduelle alcool/ester, des traces d'alcool n'ayant pas réagi, du catalyseur et des savons produits par saponification d'acides gras lors de l'étape de transestérification . Enfin, un nettoyage ou une épuration des esters est effectué par lavage à l'eau, séchage sous vide et filtration.Following the transesterification reaction, the products resulting from this reaction can be separated into two liquid phases: a first phase comprising an aqueous solution of glycerol and a second phase comprising predominantly the desired ester, that is to say biodiesel. However, this separation in liquid phases facilitates the removal of glycerol, a sub-component. industrial product used in the chemical, cosmetic and pharmaceutical industry, then allows the removal of traces of unreacted alcohol, catalyst and soaps produced by saponification of fatty acids in the residual liquid alcohol / ester phase during the transesterification step. Finally, cleaning or purification of the esters is carried out by washing with water, drying under vacuum and filtration.
Actuellement, certaines normes définissent des spécifications pour le carburant biodiesel, telle que la norme EN 12124 qui définit une teneur maximale en méthanol de 0,2 % en masse et de 500 ppm pour l'eau. En conséquence, pour répondre à ces exigences, les principaux procédés de transestérification sur le marché aujourd'hui (par exemple, « basic-batch », « CD », « Esterfip ») ont recours à une colonne de strippage (allumage) sous vide et à une pompe associée à cette colonne pour enlever l'alcool (i.e. éthanol ou méthanol) du produit (i.e. le biodiesel). Ce système de colonne de strippage sous vide avec pompe associée permet la récupération du réactif méthanol/éthanol . Ce même système de colonne de strippage sous vide se retrouve également dans le cadre de l'étape de séchage (afin d'enlever du produit l'eau restante) qui suit généralement l'étape de purification.Currently, some standards define specifications for biodiesel fuel, such as EN 12124, which defines a maximum methanol content of 0.2% by weight and 500 ppm for water. Consequently, to meet these requirements, the main transesterification processes on the market today (for example, "basic-batch", "CD", "Esterfip") use a vacuum stripping column (ignition) and a pump associated with this column to remove the alcohol (ie ethanol or methanol) from the product (ie biodiesel). This vacuum stripping column system with associated pump allows recovery of the methanol / ethanol reagent. This same vacuum stripping column system is also found in the context of the drying step (in order to remove from the product the remaining water) which generally follows the purification step.
Le vide dans ces colonnes de strippage est atteint grâce à des pompes à vide. Ces équipements à pièces tournantes entraînent une consommation électrique considérable et présentent des problèmes inhérents d'opération et de fiabilité, qui se traduisent en des coûts de maintenance élevés et, éventuellement, des pannes qui peuvent entraîner l'arrêt de l'unité.Vacuum in these stripping columns is achieved through vacuum pumps. This rotating part equipment results in considerable power consumption and inherent operational and reliability problems, which result in high maintenance costs and possibly failures that can cause the unit to shut down.
II existe donc un besoin réel pour un dispositif à la fois fiable et à la fois peu consommateur d'énergie électrique, permettant des rendements d'élimination de produits équivalents au strippage sous vide actuellement mis en œuvre.There is therefore a real need for a device which is both reliable and at the same time of low consumption of electrical energy, enabling efficiency of elimination of equivalent vacuum stripping products currently implemented.
La Société déposante a trouvé qu' il était possible de satisfaire à ces exigences en substituant ou en adaptant la colonne de strippage sous vide, et en éliminant la pompe associée, par un dispositif comprenant : une colonne de strippage à pression atmosphérique ou supérieure à la pression atmosphérique, avantageusement complétée par un échangeur de type « piège cryogénique ». L'avantage principal de l'invention est donc la suppression de l'équipement pompe à vide. D'autres avantages de la présente invention sont une forte réduction de la consommation d'électricité dans les colonnes de strippage et une forte réduction de la taille des compresseurs utilisés dans les colonnes.The applicant Company has found that it is possible to satisfy these requirements by substituting or adapting the vacuum stripping column, and eliminating the associated pump, by a device comprising: a stripping column at atmospheric pressure or greater than atmospheric pressure, advantageously supplemented by a "cryogenic trap" type exchanger. The main advantage of the invention is therefore the removal of the vacuum pump equipment. Other advantages of the present invention are a sharp reduction in electricity consumption in the stripping columns and a large reduction in the size of the compressors used in the columns.
Dans le cadre de la présente invention, l'expression « strippage » désigne une séparation d'un composant léger du biodiesel dans une colonne dans laquelle circulent à contre-courant le biodiesel et le gaz de strippage .In the context of the present invention, the term "stripping" refers to a separation of a light component of biodiesel in a column in which the biodiesel and the stripping gas flow countercurrently.
Dans le cadre de la présente invention, l'expression « piège cryogénique » désigne un dispositif qui permet la condensation des vapeurs contenues dans le produit par passage dans un bain de fluide cryogénique et l'expression « hydro-éjecteur à co-courant » désigne un compresseur de gaz à jet liquide, permettant l'aspiration d'un gaz dans un liquide sous pression. Dans ce qui précède et ce qui suit on parle indifféremment de « sous-produit » du biodiesel ou de « composé » du biodiesel, comme on l'aura compris il s'agit de composés liés à la fabrication du biodiesel dans une telle réaction de transesterification, en l'occurrence de méthanol ou d'éthanol ou d'eau : dans le cas du méthanol ou de l'éthanol il s'agit de réactifs en excès ou n'ayant pas réagi, dans le cas de l'eau il s'agit des restes du milieu réactionnel qui n'ont pas été séparés de la phase huile (i.e le biodiesel à purifier) .In the context of the present invention, the term "cryogenic trap" designates a device that allows the condensation of the vapors contained in the product by passing through a bath of cryogenic fluid and the expression "co-current hydro-ejector" designates a liquid jet gas compressor for drawing a gas into a pressurized liquid. In what precedes and what follows we speak indifferently of "by-product" of the biodiesel or "compound" of the biodiesel, as one will have understood it is about compounds related to the manufacture of the biodiesel in such a reaction of transesterification, in this case methanol or ethanol or water: in the case of methanol or ethanol these are reagents in excess or unreacted, in the case of water these are the remains of the reaction medium which have not been separated from the oil phase (ie the biodiesel to be purified).
La présente invention a donc pour objet, un dispositif d'élimination d'un sous-produit ou composé du biodiesel issu d'une étape de transestérification, comprenant une colonne de strippage à pression supérieure ou également à la pression atmosphérique dans laquelle circulent le biodiesel et un gaz de strippage, la colonne étant reliée à un moyen de récupération dudit sous-produit issu de l'étape de strippage, se caractérisant en ce que le composé est le méthanol ou l'éthanol ou l'eau, et en ce que le dispositif comprend au moins une source de gaz de strippage composé majoritairement d'azote, de CO2 ou de leurs mélanges.The subject of the present invention is therefore a device for removing a by-product or a biodiesel compound resulting from a transesterification stage, comprising a stripper column at a higher pressure or also at the atmospheric pressure in which the biodiesel circulates. and a stripping gas, the column being connected to a means for recovering said by-product from the stripping step, characterized in that the compound is methanol or ethanol or water, and that the device comprises at least one source of stripping gas composed mainly of nitrogen, CO 2 or their mixtures.
On se situera préférentiellement à la pression atmosphérique ou à quelques centaines de millibars au dessus de la pression atmosphérique, du fait par exemple de l'intervention d'une surpresseur en amont.It will be preferably at atmospheric pressure or a few hundred millibars above atmospheric pressure, for example because of the intervention of a booster upstream.
On préférera selon l'invention un gaz constitué d'azote, de CO2 ou de leurs mélange, mais on peut envisager d'avoir à travailler avec des gaz non « purs » tels que résultant par exemple d'opérations de recyclage, en toute état de cause l'expression « majoritairement » doit s'entendre comme comprenant au moins 80 % du gaz visé ou du mélange visé, et encore plus préférentiellement au moins 90 % voire 99% du gaz visé ou du mélange visé.According to the invention, preference will be given to a gas consisting of nitrogen, CO 2 or their mixture, but it is possible to envisage having to work with non-pure gases such as resulting, for example, from recycling operations, in any case. The term "majority" should be understood to include at least 80% of the target gas or mixture, and even more preferably at least 90% or even 99% of the target gas or mixture.
La colonne est avantageusement reliée à un échangeur de type « piège cryogénique » (comme on le verra ci-dessous, d'autres moyens de capture ou récupération sont envisageables selon l'invention, même si l' échangeur de type pièce cryogénique est le moyen préféré ici) . Dans une installation complète de production du biodiesel, plusieurs dispositifs selon l'invention peuvent être mis en œuvre successivement. Notamment, un dispositif pourra être mis en œuvre pour l'élimination de l'alcool et sera suivi par un second dispositif destiné à l'élimination de l'eau, c'est-à-dire au séchage.The column is advantageously connected to a "cryogenic trap" type exchanger (as will be seen below, other means of capture or recovery are possible according to the invention, even if the cryogenic coin type exchanger is the means preferred here). In a complete plant for producing biodiesel, several devices according to the invention can be implemented successively. In particular, a device can be implemented for the removal of alcohol and will be followed by a second device for the removal of water, that is to say, drying.
Selon l'invention, l'échangeur de type « piège cryogénique » est alimenté par un fluide cryogénique choisi dans le groupe comprenant de l'azote liquide et/ou du dioxyde de carbone.According to the invention, the "cryogenic trap" type exchanger is fed with a cryogenic fluid selected from the group comprising liquid nitrogen and / or carbon dioxide.
Comme signalé ci-dessus, on peut également, sans sortir du cadre de la présente invention, envisager en lieu et place d'une solution de piégeage cryogénique, une autre solution technique de capture, telle une solution d' adsorption sur tissu de charbon actif, voire même une combinaison de plusieurs technique, par exemple un couplage d'une solution de piégeage cryogénique avec une solution d'absorption sur tissu de charbon actif.As indicated above, it is also possible, without departing from the scope of the present invention, to consider instead of a cryogenic trapping solution, another technical solution of capture, such as an adsorption solution on activated carbon fabric. or even a combination of several techniques, for example a coupling of a cryogenic trapping solution with an absorption solution on activated carbon fabric.
II est intéressant de noter que l'azote est déjà une composante requise dans le cadre de la production du biodiesel, il présente donc un caractère avantageux. En effet, l'azote peut être utilisé notamment: -pour l'inertage des huiles végétales avant traitement, pour éviter leur oxydation en contact avec de l'air et sa dégradation par contact avec de l'humidité, -pour l'inertage du biodiesel, pour éviter sa dégradation par oxydation et humidité, -pour l'inertage de stockages et des lignes de méthanol ou d'éthanol de transestérification pour des raisons d' inflammabilité, etIt is interesting to note that nitrogen is already a required component in the production of biodiesel, so it is advantageous. In fact, the nitrogen can be used in particular: for the inerting of the vegetable oils before treatment, to prevent their oxidation in contact with air and its degradation by contact with moisture, for the inerting of the biodiesel, to avoid degradation by oxidation and moisture, for the inerting of storage and methanol or transesterification ethanol lines for reasons of flammability, and
-à titre d'azote instrument (« gaz instrument » pour alimenter par exemple les vannes à commande pneumatiques) . Par conséquent, il s'avère avantageux d'utiliser l'azote dans le procédé d'élimination des sous-produits du biodiesel .as an instrument nitrogen ("instrument gas" for supplying, for example, pneumatically controlled valves). Therefore, it is advantageous to use nitrogen in the biodiesel by-product removal process.
II est à noter que si l'on peut utiliser de l'azote comme gaz de strippage, on peut également envisager selon l'invention l'utilisation du CO2 en tant que gaz de strippage pour les procédés de transestérification utilisant la catalyse basique. En effet, le choix de ce CO2 se justifie alors doublement, d'une part pour les bénéfices qu'il apporte sur l'étape de stripping en comparaison à la solution séchage sous vide, mais également pour les gains d'acides forts requis pour la neutralisation de la glycérine, sous-produit de l'étape de transestérification .It should be noted that if it is possible to use nitrogen as stripping gas, it is also possible to envisage according to the invention the use of CO 2 as a stripping gas for the transesterification processes using basic catalysis. Indeed, the choice of this CO 2 is then doubly justified, firstly for the benefits it brings to the stripping step compared to the vacuum drying solution, but also to the required gains in strong acids. for the neutralization of glycerine, a by-product of the transesterification step.
Des mélanges azote-C02 peuvent également être utilisés selon l'invention comme gaz de strippage.Mixtures of nitrogen-C0 2 may also be used according to the invention as stripping gas.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif selon l'invention comporte également des moyens permettant de réchauffer au moins une partie du fluide cryogénique et de l'amener vers la colonne de strippage pour être utilisé comme gaz de strippage. Ainsi, dans la colonne de strippage, le biodiesel est amené à circuler à contre-courant du gaz de strippage qui peut être une partie du fluide cryogénique ayant été réchauffé.According to a particular embodiment, the device according to the invention also comprises means for heating at least a portion of the cryogenic fluid and to bring it to the stripping column to be used as a stripping gas. Thus, in the stripping column, the biodiesel is circulated countercurrently with the stripping gas which may be a part of the cryogenic fluid having been reheated.
Les moyens de réchauffage d'une partie du fluide cryogénique peuvent être constitués par au moins un échangeur de chaleur permettant un échange de calories entre le sous-produit du biodiesel issu du strippage allant vers le piège cryogénique et le fluide cryogénique.The heating means of a portion of the cryogenic fluid may be constituted by at least one heat exchanger allowing a heat exchange between the biodiesel by-product from the stripping going to the cryogenic trap and the cryogenic fluid.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif selon l'invention peut également comprendre un condensateur recevant ledit sous-produit du biodiesel issu de la colonne de strippage avant son passage dans le piège cryogénique. Ce condensateur permet une première séparation entre le sous-produit qui se présente en phase liquide et le gaz de strippage. Cette première séparation permet ainsi de limiter la quantité de sous-produit traversant le piège cryogénique. Par la suite, une seconde séparation aura lieu, par exemple dans un piège cryogénique, pour éliminer les dernières impuretés résiduelles du sous-produit qui se présente en phase gazeuse du gaz de strippage.According to a particular embodiment, the device according to the invention may also comprise a capacitor receiving said biodiesel byproduct from the stripping column before it passes into the cryogenic trap. This capacitor allows a first separation between the by-product which appears in the liquid phase and the stripping gas. This first separation thus makes it possible to limit the amount of by-product passing through the cryogenic trap. Subsequently, a second separation will take place, for example in a cryogenic trap, to remove residual residual impurities of the byproduct that occurs in the gas phase of the stripping gas.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif selon l'invention comprend en outre un ventilateur de recyclage ou un hydro-éjecteur à co-courant qui sera utilisé pour que le gaz de strippage, débarrassé de ses impuretés résiduelles après passage dans le piège cryogénique, soit recyclé et retourné vers la colonne de strippage. Ce ventilateur de recyclage ou hydro-éjecteur à co-courant pourra être utilisé notamment, mais pas exclusivement, dans l'unité dite « à boucle fermée » définie ci-après.According to a particular embodiment, the device according to the invention further comprises a recycling fan or a co-current hydro-ejector which will be used for the stripping gas, freed from residual impurities after passing through the cryogenic trap. , either recycled and returned to the stripping column. This recirculating fan or hydro-ejector co-current may be used including, but not exclusively, in the so-called "closed-loop" unit defined below.
L'invention a également pour objet, un procédé d'élimination d'un composé du biodiesel issu d'une étape de transestérification, le composé étant le méthanol ou l'éthanol ou l'eau, caractérisé en ce qu'il comprend : -le strippage à pression supérieure ou égale à la pression atmosphérique du biodiesel dans une colonne de strippage à l'aide d'un gaz de strippage comprenant majoritairement l'azote, ou le CO2 ou leur mélanges, etThe subject of the invention is also a process for the removal of a biodiesel compound resulting from a transesterification step, the compound being methanol or ethanol or water, characterized in that it comprises: the stripping at a pressure greater than or equal to the atmospheric pressure of the biodiesel in a stripping column using a stripping gas mainly comprising nitrogen, or CO 2 or mixtures thereof, and
-la récupération dudit composé issu de l'étape de strippage à l'aide d'un moyen de récupération.recovering said compound resulting from the stripping step by means of a recovery means.
Avantageusement, l'étape de récupération est réalisée à l'aide d'un échangeur de type « piège cryogénique ». Selon un mode de réalisation avantageux, la récupération dudit sous-produit est conduite par condensation, puis par piégeage cryogénique de la phase gazeuse issue de cette condensation.Advantageously, the recovery step is performed using a "cryogenic trap" type exchanger. According to an advantageous embodiment, the recovery of said by-product is conducted by condensation and cryogenic trapping of the gas phase resulting from this condensation.
Selon un mode de réalisation particulier du procédé d'élimination conforme à l'invention, le fluide cryogénique et le gaz de strippage sont de même nature. Ils sont par exemple choisis dans le groupe comprenant le dioxyde de carbone ou l'azote et leurs mélanges.According to a particular embodiment of the elimination process according to the invention, the cryogenic fluid and the stripping gas are of the same nature. They are for example selected from the group consisting of carbon dioxide or nitrogen and mixtures thereof.
On peut également, sans sortir du cadre de la présente invention, envisager en lieu et place d'une solution de piégeage cryogénique, une autre solution technique de capture, telle une solution d' adsorption sur tissu de charbon actif, voire même une combinaison de plusieurs technique, par exemple un couplage d'une solution de piégeage cryogénique avec une solution d'absorption sur tissu de charbon actif.It is also possible, without departing from the scope of the present invention, to consider instead of a cryogenic trapping solution, another technical solution of capture, such as an adsorption solution on activated carbon fabric, or even a combination of several techniques, for example a coupling of a cryogenic trapping solution with an absorption solution on activated carbon fabric.
Selon un mode de réalisation particulier, dit « à boucle fermée », le procédé d'élimination d'un sous-produit selon l'invention comprend en outre le recyclage du gaz de strippage (qu'il s'agisse par exemple d'azote, de CO2 ou d'un mélange) via un ventilateur de recyclage ou un hydro- éjecteur à co-courant.According to a particular embodiment, called "closed loop", the process for removing a by-product according to the invention further comprises the recycling of the stripping gas (for example nitrogen , CO 2 or a mixture) via a recirculation fan or a co-current hydro-ejector.
Le procédé selon l'invention est dit à « boucle fermée » lorsqu'il comprend l'étape ultérieure de recyclage du gaz de strippage via un ventilateur de recyclage ou un hydro-éjecteur à co-courant, alors qu'il est dit à « boucle ouverte » lorsqu' il ne comprend pas cette étape ultérieure de recyclage.The method according to the invention is called a "closed loop" when it comprises the subsequent step of recycling the stripping gas via a recycling fan or a co-current hydro-ejector, while it says to " open loop "when he does not understand this subsequent recycling step.
Le procédé d'élimination selon l'invention peut comprendre en outre le réchauffage d' au moins une partie du fluide cryogénique avant son utilisation dans la colonne de strippage (boucle ouverte) ou le réchauffage du gaz de strippage libre d' impuretés résiduelles en sortie du piège cryogénique (boucle fermée) .The elimination process according to the invention may further comprise heating at least a portion of the cryogenic fluid prior to its use in the column of stripping (open loop) or heating the stripping gas free of residual impurities at the outlet of the cryogenic trap (closed loop).
II est bien entendu que lorsque l'on souhaite éliminer à la fois l'alcool et l'eau, il convient de répéter les étapes du procédé. Ainsi, l'invention porte également sur un procédé de purification du biodiesel issu d'une transestérification qui comprend : -le strippage à pression supérieure ou égale à la pression atmosphérique du biodiesel dans la colonne de strippage à l'aide d'un gaz de strippage,It is understood that when it is desired to remove both alcohol and water, the steps of the process should be repeated. Thus, the invention also relates to a process for purifying biodiesel resulting from a transesterification which comprises: the stripping at a pressure greater than or equal to atmospheric pressure of the biodiesel in the stripping column using a gas of stripping,
-la récupération de l'alcool issu de l'étape de strippage à l'aide d'un moyen de capture (préférentiellement un échangeur de type « piège cryogénique ») ,the recovery of the alcohol resulting from the stripping step by means of a capture means (preferentially a "cryogenic trap" type exchanger),
-le lavage à l'eau du biodiesel débarrassé de l'alcool, etthe washing with water of biodiesel freed from alcohol, and
-l'élimination de l'eau, c'est-à-dire le séchage.the elimination of water, that is to say drying.
Le séchage peut être conduit par strippage à pression supérieure ou également à la pression atmosphérique du biodiesel issu de l'étape de lavage puis récupération de l'eau issu du strippage à l'aide du piège cryogénique, c'est-à-dire à l'aide du procédé d'élimination conforme à l'invention.Drying can be carried out by stripping at higher pressure or also at atmospheric pressure of the biodiesel obtained from the washing step and then recovering the water from the stripping using the cryogenic trap, that is to say at using the disposal method according to the invention.
Tous les modes de réalisation du procédé d'élimination de sous-produits décrits précédemment peuvent être mis en œuvre aussi bien pour la récupération de l'alcool que pour l'élimination de l'eau.All embodiments of the by-product removal process described above can be implemented for both alcohol recovery and water removal.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé de purification du biodiesel selon l'invention comprend la récupération dudit sous-produit issu de l'étape de strippage ainsi que l'élimination de l'eau à l'aide du procédé d'élimination et du dispositif décrits plus haut. De façon avantageuse, dans le procédé de purification du biodiesel, l'étape d'élimination de l'alcool est conduite à boucle fermée à l'aide d'un ventilateur de recyclage et l'étape de séchage est conduite à boucle fermée à l'aide d'un hydro-éjecteur à co-courant.According to a particular embodiment, the biodiesel purification process according to the invention comprises the recovery of said by-product resulting from the stripping step as well as the elimination of the water by means of the elimination process and of the device described above. Advantageously, in the biodiesel purification process, the alcohol removal step is conducted with a closed loop using a recirculation fan and the drying step is carried out with a closed loop at the end of the cycle. using a co-current hydro-ejector.
Il est bien entendu possible que le procédé de purification du biodiesel comprenne l'étape d'élimination de l'alcool à boucle fermée et l'étape de séchage à boucle ouverte et ou bien l'étape d'élimination à boucle ouverte et l'étape de séchage à boucle fermée.It is of course possible that the biodiesel purification process includes the closed loop alcohol removal step and the open loop drying step and either the open loop elimination step and the closed loop drying step.
L'invention a également en outre pour objet une installation de production du biodiesel, comprenant une unité de transestérification du biodiesel, une unité d'élimination de l'alcool comprenant un dispositif d'élimination selon l'invention et une unité de lavage et d'élimination de l'eau (séchage) comprenant un dispositif d'élimination selon l'invention.The invention also further relates to a biodiesel production plant, comprising a biodiesel transesterification unit, an alcohol elimination unit comprising an elimination device according to the invention and a washing unit and a elimination of water (drying) comprising an elimination device according to the invention.
Le principe de fonctionnement du procédé de l'invention, va être décrit plus en détails ci-après en lien avec les dessins sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'une installation de production de biodiesel selon l'art antérieur, - la figure 2, est une vue schématique d'une installation de production de biodiesel selon l' invention, la figure 3 est une vue schématique d'une unité d'élimination à boucle ouverte des sous-produits du biodiesel selon l'invention, la figure 4 est une vue schématique d'une unité d'élimination à boucle fermée des sous-produits du biodiesel selon l'invention.The operating principle of the method of the invention will be described in more detail below with reference to the drawings, in which: FIG. 1 is a schematic view of a biodiesel production installation according to the prior art; FIG. 2 is a diagrammatic view of a biodiesel production facility according to the invention; FIG. 3 is a schematic view of an open-loop elimination unit of biodiesel by-products according to the invention; Figure 4 is a schematic view of a closed-loop elimination unit of biodiesel by-products according to the invention.
Afin de faciliter la description et le lien aux éléments des figures, le méthanol va être utilisé dans ce qui suit, bien que d'autres alcools et l'eau puissent être éliminés de la même façon. De même, l'azote liquide sera utilisé dans la description suivante, alors que d'autres fluides cryogéniques peuvent être utilisés.In order to facilitate the description and the link to the elements of the figures, the methanol will be used in what follows, although other alcohols and water may be eliminated in the same way. Likewise, liquid nitrogen will be used in the following description, while other cryogenic fluids may be used.
Sur la figure 1, est représentée une installation de production du biodiesel selon l'art antérieur. Cette installation comprend une unité de transestérification (IA), une unité d'élimination de l'alcool (IB) et une unité de lavage et d'élimination de l'eau (séchage) (IC) provenant du biodiesel. Particulièrement, l'unité d'élimination de l'alcool (IB) permet la récupération du réactif ayant servi à la transestérification à l'aide d'une colonne de strippage sous vide (1) avec pompe associée (2) . L'unité de lavage et d'élimination de l'eau (IC) comprend également une colonne de strippage sous vide (3) avec pompe associée (4) .In Figure 1, there is shown a biodiesel production facility according to the prior art. This facility includes a transesterification unit (IA), an alcohol removal unit (IB) and a water washing and removal (drying) unit (IC) from biodiesel. In particular, the alcohol elimination unit (IB) allows the recovery of the reagent having been used for transesterification by means of a vacuum stripping column (1) with associated pump (2). The water washing and removal unit (IC) also comprises a vacuum stripping column (3) with associated pump (4).
Sur la figure 2, est représentée une installation de production du biodiesel selon l'invention. Cette installation comprend une unité de transestérificationIn Figure 2, there is shown a plant for producing biodiesel according to the invention. This facility includes a transesterification unit
(2A), une unité d'élimination de l'alcool (2B) et une unité de lavage et d'élimination de l'eau (séchage) (2C) provenant du biodiesel. L'unité d'élimination de l'alcool(2A), an alcohol removal unit (2B) and a water washing and removal (drying) unit (2C) from biodiesel. The alcohol elimination unit
(2B) comprend une colonne de strippage à pression atmosphérique (7) reliée à un échangeur de type « piège cryogénique » (12) et peut comprendre un ventilateur de recyclage (17) dans le cadre du procédé « à boucle fermée ». L'unité de lavage et d'élimination de l'eau (2C) (i.e. séchage) comprend également une colonne de strippage à pression atmosphérique reliée à un échangeur de type « piège cryogénique » et peut comprendre un hydro-éjecteur à co-courant dans le cadre du procédé « à boucle fermée ».(2B) comprises an atmospheric pressure stripping column (7) connected to a "cryogenic trap" type exchanger (12) and may include a recirculation fan (17) as part of the "closed loop" process. The unit for washing and removing water (2C) (ie drying) also comprises an atmospheric pressure stripping column connected to a "cryogenic trap" type exchanger and may comprise a co-current hydro-ejector as part of the "closed loop" process.
Sur la figure 3 est représentée une unité (2B) d'élimination à boucle ouverte du méthanol provenant du biodiesel . L'unité (2B) est adaptée pour éliminer le méthanol, à partir du biodiesel issu d'une étape de transestérification (2A) . Le biodiesel, venant du réacteur (5) après trans-estérification, est préchauffé à entre 120 et 1500C dans un échangeur de chaleur (6) avant d'être introduit dans la colonne de strippage (7) . En sortie de cette colonne, l'azote de strippage est chargé avec l'excès de méthanol éliminé du biodiesel. Cet azote de strippage chargé de méthanol est par la suite refroidi dans un deuxième échangeur de chaleur (8) et placer dans un condensateur (9) . A partir de ce condensateur, on récupère d'une part, une phase liquide (i.e. la plupart du sous- produit méthanol) (10) et d'autre part, une phase gazeuse (i.e. azote de strippage chargé de traces de méthanol) qui sera dirigée vers le piège cryogénique. Les traces restantes de méthanol (11) provenant de la phase gazeuse issue du condensateur sont ensuite piégées dans un échangeur de type « piège cryogénique » (12) alimenté par de l'azote liquide (13) qui est utilisé pour les besoins en azote propres à l'usine. L'azote de strippage ainsi récupéré sans trace de méthanol peut ensuite être renvoyé dans les autres zones de l'usine afin d'être utilisé notamment en tant que gaz d' inertage (14). Cette unité est dite « à boucle ouverte » puisque l'azote de strippage ainsi récupéré sans trace de méthanol est renvoyé à l'usine (i.e. inertage), alors que l'azote liquide ayant alimenté le piège cryogénique, servira à alimenter à nouveau la colonne de strippage.Figure 3 shows a unit (2B) for open-loop removal of methanol from biodiesel. Unit (2B) is adapted to remove methanol from biodiesel from a transesterification step (2A). Biodiesel, coming from the reactor (5) after trans-esterification, is preheated to between 120 and 150 ° C. in a heat exchanger (6) before being introduced into the stripping column (7). At the outlet of this column, the stripping nitrogen is loaded with the excess methanol removed from the biodiesel. This stripping nitrogen charged with methanol is subsequently cooled in a second heat exchanger (8) and placed in a condenser (9). From this condenser, a liquid phase (ie most of the methanol by-product) (10) is recovered on the one hand and a gaseous phase (ie stripping nitrogen containing trace amounts of methanol) on the other hand. will be directed to the cryogenic trap. The remaining traces of methanol (11) from the gas phase from the condenser are then trapped in a liquid nitrogen-supplied (13) cryogenic trap (12) which is used for the proper nitrogen requirements. at the factory. The stripping nitrogen thus recovered without a trace of methanol can then be returned to the other zones of the plant in order to be used in particular as an inerting gas (14). This unit is called "open loop" since the stripping nitrogen thus recovered without trace of methanol is returned to the plant (ie inerting), while the liquid nitrogen having fed the cryogenic trap, will be used to feed again the stripping column.
Sur la figure 4 est représentée une unité (2B') d'élimination à boucle fermée du méthanol provenant du biodiesel .FIG. 4 shows a unit (2B ') for closed-loop elimination of methanol from biodiesel.
Cette unité (2B') est adaptée pour éliminer le méthanol, à partir du biodiesel issu d'une étape de transestérification (2A) . Le biodiesel, venant du réacteurThis unit (2B ') is adapted to remove methanol, from biodiesel resulting from a transesterification step (2A). Biodiesel, coming from the reactor
(5) après trans-estérification, est préchauffé à entre 120 et 150°C dans un échangeur de chaleur (6) avant d'être introduit dans la colonne de strippage (7) . En sortie de cette colonne, l'azote de strippage est chargé avec l'excès de méthanol éliminé du biodiesel. Cet azote de strippage chargé de méthanol est par la suite refroidi dans un deuxième échangeur de chaleur (8) et placé dans un condensateur (9) . A partir de ce condensateur, on récupère d'une part, une phase liquide (i.e. la plupart du sous- produit méthanol) (10) et d'autre part, une phase gazeuse (i.e. azote de strippage chargé de traces de méthanol) qui sera dirigée vers le piège cryogénique. Les traces restantes de méthanol (11) provenant de la phase gazeuse issue du condensateur sont ensuite piégées dans un échangeur de type « piège cryogénique » (12) alimenté par de l'azote liquide (13) qui est utilisé pour les besoins en azote propres à l'usine. L'azote de strippage ainsi récupéré sans trace de méthanol peut ensuite être renvoyé vers la colonne de strippage afin d'alimenter à nouveau ladite colonne de strippage via un ventilateur de recyclage (17). L'azote liquide ayant alimenté le piège cryogénique sera quant à lui dirigé vers l'usine (16) . Un apport d' azote supplémentaire peut être fait pour combler les pertes (18) .(5) after trans-esterification, is preheated to between 120 and 150 ° C in a heat exchanger (6) before being introduced into the stripping column (7). At the outlet of this column, the stripping nitrogen is loaded with the excess methanol removed from the biodiesel. This stripping nitrogen charged with methanol is subsequently cooled in a second heat exchanger (8) and placed in a condenser (9). From this condenser, a liquid phase (ie most of the methanol by-product) (10) is recovered on the one hand and a gaseous phase (ie stripping nitrogen containing trace amounts of methanol) on the other hand. will be directed to the cryogenic trap. The remaining traces of methanol (11) from the gas phase from the condenser are then trapped in a liquid nitrogen-supplied (13) cryogenic trap (12) which is used for the proper nitrogen requirements. at the factory. The stripping nitrogen thus recovered without a trace of methanol can then be returned to the stripping column to supply said stripping column again via a recycling fan (17). The liquid nitrogen fed to the cryogenic trap will be directed to the plant (16). An additional nitrogen supply can be made to fill the losses (18).
D'autres aspects, objets avantages et caractéristiques de l'invention, seront présentés à la lecture des exemples suivants donnés à titre d' illustration uniquement .Other aspects, objects, advantages and features of the invention will be presented on reading the following examples given by way of illustration only.
EXEMPLESEXAMPLES
Exemple 1 : Elimination à boucle ouverte du méthanol .EXAMPLE 1 Open Loop Removal of Methanol
Cet exemple va être décrit en lien avec la figure 3. Sur cette figure sont identifiés des étapes « a » àThis example will be described in connection with FIG. 3. In this figure are identified steps "a" to
« i ». Au niveau de ces étapes, la composition du flux est analysée en cours de procédé et les résultats sont présentés dans le tableau 1."I". At these stages, the flow composition is analyzed during the process and the results are presented in Table 1.
Le biodiesel venant du réacteur après transestérification (a) , est préchauffé à entre 120 et 1500C avant d'être introduit (b) dans la colonne de strippage à l'azote. En sortie de la colonne, le biodiesel est refroidi (c) et dirigé vers l'unité de lavage et d'élimination de l'eau (d) . Quant à l'azote de strippage chargé avec l'excès de méthanol, il est dirigé (f) vers l'unité d'élimination d'alcool. Après une première condensation à température de l'eau de refroidissement, la plupart de méthanol est récupéré sous forme liquide (10) . Les traces restantes de méthanol dans l'azote de strippage sont ensuite dirigées (g) et piégées dans un échangeur de type « piège cryogénique » alimenté par de l'azote liquide. Cet azote liquide ayant alimenté le piège cryogénique, retourne vers la colonne de strippage (h) , alors que l'azote de strippage ainsi récupéré sans trace de méthanol est renvoyé à l'usine (i) .The biodiesel coming from the reactor after transesterification (a) is preheated to between 120 and 150 ° C. before being introduced (b) into the nitrogen stripping column. At the outlet of the column, the biodiesel is cooled (c) and directed to the water washing and removal unit (d). As for the stripping nitrogen charged with excess methanol, it is directed (f) to the alcohol removal unit. After a first temperature condensation of the cooling water, most of the methanol is recovered in liquid form (10). The remaining traces of methanol in the stripping nitrogen are then directed (g) and trapped in a "cryogenic trap" type exchanger fed with liquid nitrogen. This liquid nitrogen having fed the cryogenic trap, returns to the stripping column (h), while the stripping nitrogen thus recovered without trace of methanol is returned to the factory (i).
Les bilans de matière, d'énergie (azote et chaleur) et d'économies pour cet aspect de l'invention sont les suivants :The material, energy (nitrogen and heat) and cost savings for this aspect of the invention are as follows:
1/Bilan de matière :1 / Material balance:
Ce bilan de matière provient de simulations à l'aide du logiciel Hysys de l'étape concernée du procédé d'élimination pour une installation de purification de biodiesel moyenne, produisant 100000 tonnes/années. TABLEAU 1 : Elimination du méthanol [mois]This material balance comes from simulations using the Hysys software of the relevant stage of the disposal process for an average biodiesel purification plant, producing 100,000 tons / year. TABLE 1: Elimination of methanol [month]
Composantes a b C d e f g h iComponents a b C d e f g h i
Biodiesel 43. 1 43.1 4 3.1 4 3.1 0 0 0 0 0Biodiesel 43. 1 43.1 4 3.1 4 3.1 0 0 0 0 0
EauWater
Méthanol 26. 4 26.4 0 .73 0 .73 25.7 1.75 0 0.007Methanol 26. 4 26.4 0 .73 0 .73 25.7 1.75 0 0.007
Azote 0 0 0 .13 0 .13 8.75 8.6 8.6 8.75 8.6Nitrogen 0 0 0 .13 0 .13 8.75 8.6 8.6 8.75 8.6
Pression (bars) 1 1 1 1 1 1 1 1 1Pressure (bar) 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Température (0C) 69. 6 153 1 97 87.8 153 151 25 10 -40Temperature ( 0 C) 69. 6 153 1 97 87.8 153 151 25 10 -40
La température de sortie du piège cryogénique (i) a été ajustée selon le bilan de matière, et elle pourrait descendre encore selon les critères de teneur en méthanol de l'azote d'inertage.The outlet temperature of the cryogenic trap (i) has been adjusted according to the material balance, and it could further fall according to the methanol content criteria of the inerting nitrogen.
2/Bilan d'énergie :2 / Energy balance:
Bilan azoteNitrogen balance
Un exemple de consommation globale en azote pour une installation de purification de biodiesel est de 26 tonnes/jour d'azote pour une production de 250 000 tonnes/année de biodiesel.An example of overall nitrogen consumption for a biodiesel purification plant is 26 tonnes / day of nitrogen for a production of 250,000 tonnes / year of biodiesel.
La quantité d'azote utilisée pour la mise en œuvre du procédé de l'invention est donnée dans le tableau 2 ci- dessous .The amount of nitrogen used for carrying out the process of the invention is given in Table 2 below.
TABLEAU 2TABLE 2
Quantité requise d' azote liquide dans le piège cryogénique kg/hr 220Required quantity of liquid nitrogen in the cryogenic trap kg / hr 220
Azote requis pour besoins de l'usine kg/hr 433Nitrogen required for plant needs kg / hr 433
On peut donc apprécier que la quantité d' azote à vaporiser dans le piège cryogénique est inférieure à la quantité d'azote qui est déjà vaporisée pour la consommation de l'usine (inertage et autres). Bilan chaleur consommée : TABLEAU 3It can thus be appreciated that the quantity of nitrogen to be vaporized in the cryogenic trap is less than the quantity of nitrogen that is already vaporized for the consumption of the plant (inerting and others). Heat balance consumed: TABLE 3
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0001
Ce bilan au tableau 3 montre que la consommation de chaleur au rebouilleur (15) pour la colonne de strippage de méthanol selon l'invention est légèrement moins importante que celle pour la colonne de strippage de méthanol sous vide utilisée dans l'art antérieur.This assessment in Table 3 shows that the reboiler heat consumption (15) for the methanol stripping column according to the invention is slightly less than that for the vacuum methanol stripping column used in the prior art.
3/Bilan économique3 / Economic balance sheet
Avec des hypothèses préalables de :With previous assumptions of:
TABLEAU 4TABLE 4
Figure imgf000018_0002
Figure imgf000018_0002
On peut établir un bilan économique (tableau 5) pour la consommation d'électricité, les coûts de maintenance et les coûts de la vapeur d'eau.An economic balance sheet (Table 5) can be established for electricity consumption, maintenance costs and water vapor costs.
Le procédé selon l'invention « à boucle ouverte » permet donc un gain de 8498 C/année par rapport au procédé de l'art antérieur. The method according to the invention "open loop" thus allows a gain of 8498 C / year compared to the method of the prior art.
TABLEAU 5TABLE 5
Figure imgf000019_0001
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Exemple 2 Elimination à boucle fermée du méthanol et de 1' eau .Example 2 Closed-loop elimination of methanol and water.
Cet exemple va être décrit en lien avec la figure 4. Sur cette figure sont identifiés des étapes « j » à « r » pour le méthanol. Au niveau de ces étapes, la composition du flux est analysée en cours de procédé et les résultats sont présentés dans le tableau 6 (à noter que dans le tableau on retrouve les étapes « j' » à « r' » représentant les mêmes étapes que pour le méthanol, mais cette fois-ci pour l'eau, bien que ces étapes « j' » à « r' » n'aient pas été représentées sur la figure) .This example will be described in connection with FIG. 4. In this figure are identified steps "j" to "r" for methanol. At these stages, the composition of the flow is analyzed during the process and the results are presented in Table 6 (note that in the table we find the steps "j" to "r" representing the same steps as for methanol, but this time for water, although these steps' j '' to 'r' have not been shown in the figure).
Le biodiesel venant du réacteur après transestérification (j), est préchauffé à entre 120 et 1500C avant d'être introduit (k) dans la colonne de strippage à l'azote. En sortie de la colonne, le biodiesel est refroidi (1) et dirigé vers l'unité de lavage et d'élimination de l'eau (m). Quant à l'azote de strippage chargé avec l'excès de méthanol, il est dirigé (o) vers l'unité d'élimination d'alcool. Après une première condensation à température de l'eau de refroidissement, la plupart de méthanol est récupéré sous forme liquide (10) . Les traces restantes de méthanol dans l'azote de strippage sont ensuite dirigées (p) et piégées dans un échangeur deThe biodiesel coming from the reactor after transesterification (j), is preheated to between 120 and 150 ° C. before being introduced (k) into the column of stripping with nitrogen. At the outlet of the column, the biodiesel is cooled (1) and directed to the water washing and removal unit (m). As for the stripping nitrogen charged with excess methanol, it is directed (o) to the alcohol removal unit. After a first temperature condensation of the cooling water, most of the methanol is recovered in liquid form (10). The remaining traces of methanol in the stripping nitrogen are then directed (p) and trapped in a heat exchanger.
10 type « piège cryogénique » alimenté par de l'azote liquide. L'azote de strippage ainsi récupéré sans trace de méthanol est récupéré via un ventilateur de recyclage (17) et retourné (q) à la colonne de strippage, alors que l'azote liquide ayant alimenté le piège cryogénique, retournera10 type "cryogenic trap" powered by liquid nitrogen. The stripping nitrogen thus recovered without trace of methanol is recovered via a recirculation fan (17) and returned (q) to the stripping column, while the liquid nitrogen having fed the cryogenic trap, will return
15 vers l'usine (16). Un apport d'azote supplémentaire (18) peut être fait pour combler les pertes (r) .15 to the factory (16). An additional nitrogen supply (18) can be made to fill the losses (r).
Les bilans de matière, d'énergie (azote et chaleur) et d'économies suivants démontrent que l'invention fait 20 épargner 0.32 €/tonne de biodiesel.The material, energy (nitrogen and heat) and subsequent savings show that the invention saves 0.32 € / ton of biodiesel.
1/Bilan de matière :1 / Material balance:
Ces bilans de matière proviennent de simulations à 25 l'aide du logiciel Hysys de l'étape concernée du procédé d'élimination pour une usine de production de biodiesel moyenne, produisant 100000 tonnes/an.These material balances are derived from simulations using the Hysys software of the relevant stage of the disposal process for an average biodiesel production plant, producing 100,000 tons / year.
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000021_0001
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2/Bilan d'énergie :2 / Energy balance:
Bilan d'azoteNitrogen balance
5 Un exemple de consommation globale en azote pour une installation de biodiesel est de 26 tonnes/jour d'azote pour une production de 250 000 tonnes/année de biodiesel.An example of overall nitrogen consumption for a biodiesel facility is 26 tonnes / day of nitrogen for a production of 250,000 tonnes / year of biodiesel.
La quantité d'azote utilisé pour la mise en œuvre 10 du procédé de l'invention est donnée dans le tableau 7 ci- dessous .The amount of nitrogen used for carrying out the process of the invention is given in Table 7 below.
TABLEAU 7TABLE 7
Figure imgf000021_0002
Figure imgf000021_0002
15 On peut donc apprécier que la quantité d'azote à vaporiser dans le piège cryogénique correspond à la quantité d'azote déjà vaporisée pour la consommation de l'usine (inertage).It can thus be appreciated that the amount of nitrogen to be vaporized in the cryogenic trap corresponds to the amount of nitrogen already vaporized for the consumption of the plant (inerting).
20 Bilan chaleur consommée :
Figure imgf000022_0001
20 Heat balance consumed:
Figure imgf000022_0001
Le bilan du tableau 8 montre une variation de consommation de chaleur à sens inverse dans les deux unités avec le procédé selon l'invention : positive dans le cas de l'élimination du méthanol et négative dans le cas du séchage. Cette augmentation en consommation de chaleur dans le cas de l'élimination de l'eau ou séchage est la conséquence du besoin de chaleur pour le préchauffage de l'azote. Globalement, dans le procédé de purification selon l'invention, la consommation de vapeur est inférieure à celle du procédé classique.The balance sheet of Table 8 shows a variation of heat consumption in the opposite direction in the two units with the method according to the invention: positive in the case of the elimination of methanol and negative in the case of drying. This increase in heat consumption in the case of water removal or drying is the consequence of the need for heat for the preheating of nitrogen. Overall, in the purification process according to the invention, the steam consumption is lower than that of the conventional method.
3/Bilan économique3 / Economic balance sheet
Avec des hypothèses préalables de :With previous assumptions of:
TABLEAU 9TABLE 9
Figure imgf000022_0002
Figure imgf000022_0002
On peut établir un bilan économique (tableau 10) pour la consommation d'électricité, les coûts de maintenance et les coûts de la vapeur d'eau. TABLEAU 10An economic balance sheet (Table 10) can be established for electricity consumption, maintenance costs and water vapor costs. TABLE 10
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000023_0001
Le procédé selon l'invention « à boucle fermée » permet donc un gain de 16547 €/année par rapport au procédé de l'art antérieur.The method according to the invention "closed loop" thus allows a gain of 16547 € / year compared to the method of the prior art.
Le bilan des coûts opératoires s'avère donc avantageux pour la solution proposée de colonne de strippage à l'azote, lorsqu'on la compare à la solution existante de colonne sous vide.The operating cost balance is therefore advantageous for the proposed nitrogen stripping column solution when compared to the existing vacuum column solution.
Ce gain de coûts opératoires vient principalement de l'élimination de la pompe à vide (donc de la consommation électrique et du coût de maintenance associé à l'équipement tournant) et du gain en consommation de vapeur .This increase in operating costs comes mainly from the elimination of the vacuum pump (and therefore the power consumption and maintenance cost associated with the rotating equipment) and the gain in steam consumption.
Bien que la présente invention ait été décrite ci- dessus par le biais d'exemples de ses modes de réalisation préférés, il est entendu qu'elle peut être modifiée sans se détourner de l'esprit et de la nature de l'invention telle que définie dans les revendications annexées. Although the present invention has been described above by way of examples of its preferred embodiments, it is understood that it may be modified without divert from the spirit and nature of the invention as defined in the appended claims.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'élimination d'un composé lié à la fabrication du biodiesel par transestérification, le composé étant le méthanol ou l'éthanol ou l'eau, caractérisé en ce qu' il comprend :A process for removing a compound bound to the biodiesel production by transesterification, the compound being methanol or ethanol or water, characterized in that it comprises:
-le strippage à pression supérieure ou égale à la pression atmosphérique du biodiesel dans une colonne de strippage à l'aide d'un gaz de strippage composé majoritairement d'azote, de CO2 ou de leur mélanges, etthe stripping at a pressure greater than or equal to the atmospheric pressure of the biodiesel in a stripping column using a stripping gas composed mainly of nitrogen, CO 2 or their mixtures, and
-la récupération dudit composé issu de l'étape de strippage à l'aide d'un moyen de récupération.recovering said compound resulting from the stripping step by means of a recovery means.
2. Procédé d'élimination selon la revendication 1, caractérisé en ce que la récupération dudit composé est conduite à l'aide d'un échangeur de type « piège cryogénique ».2. Disposal method according to claim 1, characterized in that the recovery of said compound is conducted using a "cryogenic trap" type exchanger.
3. Procédé d'élimination selon la revendication 1, caractérisé en ce que la récupération dudit composé est conduite par condensation, puis par piégeage cryogénique de la phase gazeuse issue de cette condensation.3. Disposal method according to claim 1, characterized in that the recovery of said compound is conducted by condensation and cryogenic trapping of the gas phase resulting from this condensation.
4. Procédé d'élimination selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le fluide cryogénique alimentant le piège cryogénique et le gaz de strippage sont de même nature et sont choisis parmi les gaz comprenant majoritairement de l'azote ou du dioxyde de carbone ou leurs mélanges.4. Disposal method according to one of claims 2 or 3, characterized in that the cryogenic fluid supplying the cryogenic trap and the stripping gas are of the same kind and are selected from gases comprising predominantly nitrogen or nitrogen. carbon dioxide or their mixtures.
5. Procédé d'élimination selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend le réchauffage d'au moins une partie du fluide cryogénique avant son utilisation dans la colonne de strippage. 5. Disposal method according to any one of claims 2 or 3, characterized in that it comprises heating at least a portion of the cryogenic fluid before use in the stripping column.
6. Procédé d'élimination selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre le recyclage du gaz de strippage via un ventilateur de recyclage ou un hydro-éjecteur à co-courant.6. Disposal method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it further comprises the recycling of the stripping gas via a recirculation fan or a co-current hydro-ejector.
7. Procédé de purification du biodiesel issu d'une étape de transestérification, caractérisé en ce qu' il comprend :7. A process for purifying biodiesel from a transesterification step, characterized in that it comprises:
- le strippage à pression supérieure ou égale à la pression atmosphérique du biodiesel dans une colonne de strippage à l'aide d'un gaz de strippage composé majoritairement d'azote, ou de CO2 et de leurs mélanges, strippage donnant lieu à la récupération d'un composé parmi le méthanol ou 1' éthanol; -la récupération dudit composé issu de l'étape de strippage à l'aide d'un moyen de récupération,the stripping at a pressure greater than or equal to the atmospheric pressure of the biodiesel in a stripping column using a stripping gas composed mainly of nitrogen, or of CO 2 and their mixtures, stripping resulting in recovery one of methanol or ethanol; recovering said compound resulting from the stripping step by means of a recovery means,
-le lavage à l'eau du biodiesel débarrassé de l'alcool, et -l'élimination de l'eau, c'est-à-dire le séchage.washing the biodiesel with alcohol, and removing the water, that is to say, drying, with water.
8. Procédé de purification du biodiesel issu d'une étape de transestérification selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit moyen de récupération est un échangeur de type « piège cryogénique ».8. A process for purifying biodiesel from a transesterification step according to claim 7, characterized in that said recovery means is a "cryogenic trap" type exchanger.
9. Procédé de purification du biodiesel issu d'une étape de transestérification selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la récupération dudit composé issu de l'étape de strippage ainsi que l'élimination de l'eau sont conduites selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 6.9. A method for purifying biodiesel from a transesterification step according to claim 7 or 8, characterized in that the recovery of said compound from the stripping step and the removal of water are conducted according to the method. of any one of claims 1 to 6.
10. Dispositif d'élimination d'un composé lié à la fabrication du biodiesel issu d'une étape de transestérification, comprenant une colonne de strippage à pression supérieure ou égale à la pression atmosphérique dans laquelle circulent le biodiesel et un gaz de strippage, la colonne étant reliée à un moyen de récupération dudit composé issu de l'étape de strippage, se caractérisant en ce que le composé est le méthanol ou l'éthanol ou l'eau, et en ce que le dispositif comprend au moins une source de gaz de strippage composé majoritairement d'azote, ou de CO2 ou de leur mélanges.10. A device for removing a compound related to the production of biodiesel from a transesterification stage, comprising a stripping column at a pressure greater than or equal to the atmospheric pressure in which the biodiesel circulates and a stripping gas, the column being connected to a means of recovery of said compound resulting from the stripping step, characterized in that the compound is methanol or ethanol or water, and in that the device comprises at least one stripping gas source composed mainly of nitrogen , or CO 2 or their mixtures.
11. Dispositif d'élimination selon la revendication 10 caractérisé en ce que la colonne est reliée à un échangeur de type « piège cryogénique ».11. Elimination device according to claim 10 characterized in that the column is connected to a type of exchanger "cryogenic trap".
12. Dispositif d'élimination selon la revendication 10 caractérisé en ce que la colonne est reliée à un moyen d' adsorption sur tissu de charbon actif.12. Disposal device according to claim 10 characterized in that the column is connected to a means of adsorption on activated carbon fabric.
13. Dispositif d'élimination selon la revendication 10 caractérisé en ce que la colonne est reliée à un moyen de récupération mettant en oeuvre une combinaison de plusieurs techniques, par exemple un couplage d'une solution de piégeage cryogénique avec une solution d'absorption sur tissu de charbon actif.13. Elimination device according to claim 10 characterized in that the column is connected to a recovery means employing a combination of several techniques, for example a coupling of a cryogenic trapping solution with a solution of absorption on activated carbon cloth.
14. Dispositif d'élimination selon la revendication 11, caractérisé en ce que l' échangeur de type « piège cryogénique » est alimenté par un fluide cryogénique choisi dans le groupe comprenant de l'azote liquide ou du dioxyde de carbone ou leurs mélanges.14. Elimination device according to claim 11, characterized in that the type of "cryogenic trap" is fed by a cryogenic fluid selected from the group comprising liquid nitrogen or carbon dioxide or mixtures thereof.
15. Dispositif d'élimination selon la revendication 14, caractérisé en ce qu' il comprend en outre des moyens aptes à réchauffer au moins une partie du fluide cryogénique et à l'amener vers la colonne de strippage pour être utilisé comme gaz de strippage.15. Disposal device according to claim 14, characterized in that it further comprises means able to heat at least a portion of the cryogenic fluid and to bring it to the stripping column to be used as stripping gas.
16. Dispositif d'élimination selon l'une des revendications 10 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un condensateur recevant ledit composé issu de la colonne de strippage avant son passage dans le moyen de récupération .16. Disposal device according to one of claims 10 to 15, characterized in that it further comprises a capacitor receiving said compound from the stripping column before its passage in the recovery means.
17. Dispositif d'élimination selon l'une des revendications 10 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ventilateur de recyclage ou un hydro-éjecteur à co-courant .17. Disposal device according to one of claims 10 to 16, characterized in that it further comprises a recycling fan or a co-current hydro-ejector.
18. Installation de production du biodiesel, comprenant une unité de transestérification du biodiesel, une unité d'élimination du méthanol ou de l'éthanol comprenant un dispositif d'élimination selon l'une quelconque des revendications 10 à 17 et une unité de lavage et d'élimination de l'eau (séchage) comprenant un dispositif d'élimination selon l'une quelconque des revendications 10 à 17. 18. A biodiesel production plant, comprising a biodiesel transesterification unit, a methanol or ethanol removal unit comprising an elimination device according to any one of claims 10 to 17 and a washing unit and water removal (drying) apparatus comprising an elimination device according to any one of claims 10 to 17.
2222
détourner de l'esprit et de la nature de l'invention telle que définie dans les revendications annexées. divert from the spirit and nature of the invention as defined in the appended claims.
PCT/FR2008/051003 2007-06-14 2008-06-05 Device and method for removing a compound from bio-diesel, method for purifying bio-diesel from a transesterification step, and equipment for producing bio-diesel including same WO2009004206A2 (en)

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