ES2344172T3 - Procedimiento de purificacion de glicerol procedente de la produccion de biodiesel. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para la purificación de glicerol bruto contaminado con sales alcalinas; comprendiendo dicho procedimiento las etapas de: (a) combinación del glicerol bruto con al menos 1 equivalente de ácido sulfúrico que tiene una concentración de al menos 85% en peso; (b) separación de una capa de glicerol de las sales; y (c) combinación de dicha capa de glicerol con una solución de borohidruro sódico e hidróxido sódico.
Description
Procedimiento de purificación de glicerol
procedente de la producción de biodiesel.
La presente invención se refiere de manera
general a un procedimiento para la purificación de glicerol bruto,
específicamente glicerol bruto obtenido a partir de la producción de
biodiesel usando catalizadores alcalinos homogéneos.
Los altos precios del combustible y factores
medioambientales están impulsando el desarrollo de combustibles
alternativos, especialmente los obtenidos a partir de fuentes
renovables. Uno de dichos combustibles, comúnmente conocido como
"biodiesel", contiene comúnmente ésteres metilo de ácidos
grasos, y se quema en motores diesel. Una fuente de combustible
biodiesel es la transesterificación de triglicéridos, tales como
aceites vegetales con alcoholes, típicamente con metanol y
catalizador alcalino. El glicerol se produce como un subproducto de
este procedimiento, y típicamente está contaminado con sales de
ácidos grasos y sales inorgánicas, incluyendo catalizadores
alcalinos residuales. La técnica anterior divulga procedimientos de
purificación de glicerol, por ejemplo, por I. Miesiac, en
Przemysl Chemiczny, vol. 82, págs. 1045-47,
(2003) y las Patentes GB 147880, EE.UU. 297729', EE.UU. 2234400 y
EE.UU. 2008/0033191 A1. Sin embargo, mediante los procedimientos de
la técnica anterior se logra una pobre separación.
El problema al que se ha enfrentado esta
invención es encontrar un procedimiento mejorado para la
purificación de glicerol bruto contaminado con catalizadores
alcalinos residuales.
La presente invención está dirigida a un
procedimiento para la purificación de glicerol bruto contaminado
con sales alcalinas. El procedimiento comprende las etapas de: (a)
combinación del glicerol bruto con al menos 1 equivalente de ácido
sulfúrico que tiene una concentración de al menos 85% en peso; (b)
separación de una capa de glicerol de las sales; y (c) combinación
de dicha capa de glicerol con una solución de borohidruro sódico e
hidróxido sódico.
Todos los porcentajes son porcentajes en peso
("% en peso"), y todas las temperaturas son en ºC, salvo que
se indique lo contrario. Los porcentajes en peso relacionados con
las resinas de intercambio de iones están basados sobre resina
seca. Los ácidos grasos son ácidos carboxílicos alifáticos acíclicos
que contienen desde 8 hasta 22 átomos de carbono; lo más
comúnmente, contienen desde 12 hasta 22 átomos de carbono. Con
respecto a los enlaces carbono-carbono, los ácidos
grasos pueden ser saturados, monoinsaturados o poliinsaturados
(típicamente 2 ó 3 dobles enlaces
carbono-carbono).
Además de glicerol, el glicerol bruto procedente
de la producción de biodiesel que usa catalizadores alcalinos
comprende, típicamente, metanol, agua, sales inorgánicas, sales de
ácidos grasos y ésteres de ácidos grasos (típicamente ésteres
metilo, denominados como "FAME"). Usualmente, las sales son
sales de sodio y/o potasio. Las proporciones de sales y ésteres de
ácidos grasos son, típicamente, desde 5% hasta 50%. Las proporciones
de sales inorgánicas son desde 1% hasta 5%. Típicamente, estas
proporciones se expresan conjuntamente en términos de concentración
de catión total, la cual usualmente es desde 0,2% hasta 5%. En
algunas realizaciones de la invención, la concentración de catión
total es al menos 0,5%, alternativamente al menos 1%. En algunas
realizaciones, la concentración de catión total no es mayor de 4%,
alternativamente no mayor de 3%. El procedimiento de esta invención
puede usarse también para purificar glicerol bruto obtenido a partir
de otras fuentes, incluyendo la fabricación de jabón.
En algunas realizaciones de la invención, la
neutralización de glicerol bruto con ácido sulfúrico y la separación
se llevan a cabo en un intervalo de temperatura de desde 15ºC hasta
90ºC. En algunas realizaciones de la invención, la temperatura no
es superior a 80ºC, alternativamente no superior a 70ºC,
alternativamente no superior a 60ºC, alternativamente no superior a
50ºC. En algunas realizaciones de la invención, la temperatura es al
menos de 20ºC, alternativamente al menos de 25ºC, alternativamente
al menos de 30ºC.
La concentración y cantidad de ácido sulfúrico
usado en el procedimiento afecta el tiempo de separación y el grado
de separación de glicerol de los ésteres metilo y sales de ácidos
grasos. En algunas realizaciones de la invención, el ácido
sulfúrico tiene una concentración de al menos 90%, alternativamente
al menos 92%, alternativamente al menos 94%, alternativamente al
menos 95%, alternativamente al menos 96%. En algunas realizaciones
de la invención, el ácido sulfúrico se agrega en una cantidad de al
menos 1,05 equivalentes, basado en la cantidad de base en el
glicerol bruto, alternativamente al menos 1,1 equivalentes,
alternativamente al menos 1,15 equivalentes, alternativamente al
menos 1,2 equivalentes. En algunas realizaciones de la invención, la
cantidad de ácido sulfúrico no es mayor de 1,5 equivalentes,
alternativamente no mayor de 1,4 equivalentes, alternativamente no
mayor de 1,35 equivalentes.
En algunas realizaciones de la invención, el
glicerol bruto y el ácido sulfúrico se combinan usando un mezclador
estático. La neutralización de sales básicas en glicerol bruto con
ácido sulfúrico da como resultado tres capas: (i) una capa superior
rica en ácidos grasos y ésteres de ácidos grasos; (i) una capa
intermedia rica en glicerol; y (iii) una capa inferior rica en
sales. Estas capas se separan usando equipo convencional usado para
este fin, por ejemplo, un sedimentador por gravedad o centrífuga.
Preferiblemente, el glicerol bruto y el ácido sulfúrico se mezclan
y, a continuación, la mezcla se pasa directamente dentro del equipo
de separación.
Para neutralizar el ácido sulfúrico y reducir
las impurezas coloreadas, se combina una solución de borohidruro
sódico e hidróxido sódico con la capa de glicerol. En algunas
realizaciones de la invención, la solución de borohidruro sódico e
hidróxido sódico contiene al menos 5% de borohidruro sódico,
alternativamente al menos 8%, alternativamente al menos 10%;
preferiblemente, la solución contiene menos de 20% de borohidruro
sódico. En algunas realizaciones de la invención, la solución de
borohidruro sódico e hidróxido sódico contiene al menos 20% de
hidróxido sódico, alternativamente al menos 30%, alternativamente al
menos 35%; preferiblemente, la solución contiene menos de 45% de
hidróxido sódico. Un ejemplo de una solución adecuada es la
comercializada por Rhom and Haas Company bajo el nombre comercial
de solución BOROL, la cual contiene aproximadamente 12% de
borohidruro sódico y aproximadamente 40% de hidróxido sódico. En
algunas realizaciones de la invención, la cantidad de solución
combinada con 100 g de la capa de glicerol es desde 0,7 g hasta 1,5
g, alternativamente desde 0,75 g hasta 1,3 g, alternativamente
desde 0,8 g hasta 1,2 g. En algunas realizaciones de la invención,
la temperatura durante el tratamiento de la capa de glicerol con la
solución está dentro del intervalo de desde 15ºC hasta 90ºC. En
algunas realizaciones de la invención, la temperatura no es superior
a 80ºC, alternativamente no es superior a 70ºC, alternativamente no
superior a 60ºC, alternativamente no superior a 50ºC. En algunas
realizaciones de la invención, la temperatura es al menos de 20ºC,
alternativamente al menos de 25ºC, alternativamente al menos de
30ºC. En algunas realizaciones de la invención, el tiempo de
contacto entre la capa de glicerol y la solución es al menos de 10
minutos. No se estima que tiempos mucho más largos sean
perjudiciales para el procedimiento, pero preferiblemente, el
tiempo de tratamiento no es mayor de 24 horas.
Opcionalmente, la capa de glicerol se trata
adicionalmente para separar las sales, usando cromatografía de
exclusión de iones, tal como se divulga en la Solicitud de Patente
Europea Publicada EP 1878009. El metanol y agua residual pueden
separarse mediante técnicas de evaporación convencionales, y las
sales de borato y otros sólidos separarse mediante filtración.
Opcionalmente, la capa superior, la cual
típicamente contiene ésteres de ácidos grasos, ácidos grasos y
glicéridos, puede reciclarse a un procedimiento biodiesel.
\vskip1.000000\baselineskip
Se agregó glicerina bruta procedente de un
procedimiento biodiesel (muestra comercial; 0,926 meq de base/gramo
de muestra) a un matraz de fondo redondo. Se agregó una cantidad
estequiométrica de ácido sulfúrico al 96%, y la mezcla de reacción
se agitó a 400 rpm durante 30 minutos. La temperatura de la mezcla
se elevó desde la temperatura ambiente hasta 65ºC tras la adición
del ácido. La mezcla se transfirió a un embudo de separación y se
dejó separar. Después de dejar reposar durante el tiempo requerido,
el material se separó en 3 capas diferentes; superior éster metilo,
intermedia glicerina, inferior sales. El tiempo de separación
(eficiencia) y el análisis de las capas (eficacia) se resumen en la
Tabla 1.
\vskip1.000000\baselineskip
Se agregó glicerina bruta (muestra comercial;
0,926 meq de base/gramo de muestra) a un matraz de fondo redondo.
Se agregó un exceso 25% molar de ácido sulfúrico al 96%, y la mezcla
de reacción se agitó a 400 rpm durante 30 minutos. La mezcla se
transfirió a un embudo de separación y se dejó separar. Después de
dejar reposar durante el tiempo requerido, el material se separó en
3 capas diferentes; superior éster metilo, intermedia glicerina,
inferior sales. El tiempo de separación (eficiencia) y el análisis
de las capas (eficacia) se resumen en la Tabla 1.
\vskip1.000000\baselineskip
Se agregó glicerina bruta (muestra comercial;
0,926 meq de base/gramo de muestra) a un matraz de fondo redondo.
Se agregó una cantidad esteoquimétrica de ácido sulfúrico al 70%
(diluido en agua), y la mezcla de reacción se agitó a 400 rpm
durante 30 minutos. La mezcla se transfirió a un embudo de
separación y se dejó separar. Después de dejar reposar durante el
tiempo requerido, el material se separó en 3 capas diferentes;
superior éster metilo, intermedia glicerina, inferior sales. El
tiempo de separación (eficiencia) y el análisis de las capas
(eficacia) se resumen en la
Tabla 1.
Tabla 1.
Se agregó glicerina bruta (muestra comercial;
0,926 meq de base/gramo de muestra) a un matraz de fondo redondo.
Se agregó un exceso 25% molar de ácido sulfúrico al 70% (diluido en
agua), y la mezcla de reacción se agitó a 400 rpm durante 30
minutos. La mezcla se transfirió a un embudo de separación y se dejó
separar. Después de dejar reposar durante el tiempo requerido, el
material se separó en 3 capas diferentes; superior éster metilo,
intermedia glicerina, inferior sales. El tiempo de separación
(eficiencia) y el análisis de las capas (eficacia) se resumen en la
Tabla 1.
\vskip1.000000\baselineskip
La capa de glicerina (color Gardner 4) obtenida
del Ejemplo 2, se trató con 12% de NaBH_{4} (en solución caústica
al 40%) a pH 8-9. Esta mezcla de reacción se agitó a
temperatura ambiente durante 15 minutos y se filtró para separar
las sales sólidas. El color y la pureza del material final se supone
que es Gardner <1, y >98% de glicerina. Las sales disueltas
generadas por el tratamiento con borohidruro sódico se separaron
mediante cromatografía de exclusión de iones.
Claims (9)
1. Un procedimiento para la purificación de
glicerol bruto contaminado con sales alcalinas; comprendiendo dicho
procedimiento las etapas de:
(a) combinación del glicerol bruto con al menos
1 equivalente de ácido sulfúrico que tiene una concentración de al
menos 85% en peso;
(b) separación de una capa de glicerol de las
sales; y
(c) combinación de dicha capa de glicerol con
una solución de borohidruro sódico e hidróxido sódico.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El procedimiento de la reivindicación 1 en el
cual el glicerol bruto comprende ésteres metilo de ácidos
grasos.
3. El procedimiento de la reivindicación 2 en el
cual el ácido sulfúrico tiene una concentración de al menos 90% en
peso.
4. El procedimiento de la reivindicación 3 en el
cual al menos 1,1 equivalentes de ácido sulfúrico se combinan con
el glicerol bruto.
5. El procedimiento de la reivindicación 4 en el
cual la solución de borohidruro sódico e hidróxido sódico contiene
8-20% en peso de borohidruro sódico y
35-4% en peso de hidróxido sódico.
6. El procedimiento de la reivindicación 5 en el
cual el glicerol bruto es un subproducto de la producción de
biodiesel.
7. El procedimiento de la reivindicación 6 en el
cual la solución de borohidruro sódico e hidróxido sódico se
agregan en una cantidad de desde 0,7 g hasta 1,5 g por 100 g de capa
de glicerol.
8. El procedimiento de la reivindicación 7 en el
cual el ácido sulfúrico tiene una concentración de al menos 94% en
peso.
9. El procedimiento de la reivindicación 8 en el
cual al menos 1,15 equivalentes de ácido sulfúrico se combinan con
el glicerol bruto.
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