PL213467B1 - Sposób oczyszczania estrowych kompozycji biopaliwowych - Google Patents

Abstract

Sposób oczyszczania estrowych kompozycji biopaliwowych polega na tym, że fazę estrową otrzymaną w wyniku transestryfikacji oleinianu metylu formalem gliceryny poddaje się wielokrotnej ekstrakcji wodą do całkowitego odmycia formalu gliceryny oraz kwaśnych i alkalicznych zanieczyszczeń, a uzyskaną mieszaninę estrów oleinianu metylu i oleinianu formalu gliceryny pozbawia się resztek wody poprzez wygrzewanie w temperaturze do 100°C pod ciśnieniem poniżej 5 mm Hg, przy czym proces prowadzi się tak, aby sumaryczna ilość wody stosowanej do ekstrakcji była nie większa od 30% ilości fazy estrowej poddawanej ekstrakcji.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oczyszczania estrowych kompozycji biopaliwowych otrzymywanych w procesie transestryfikacji oleinianu metylu formalem gliceryny.

Opis patentowy nr PL 386 584 „Sposób wytwarzania kompozycji biopaliwowych” dotyczy wytwarzania na drodze transestryfikacji oleinianu metylu formalem gliceryny mieszaniny poreakcyjnej FAME-FG-FAFG (oleinian metylu-formal gliceryny-oleinian formalu gliceryny) stanowiącej docelową kompozycję biopaliwową. Proces prowadzi się w temperaturze 45-65°C pod obniżonym ciśnieniem wobec 0,1-0,3 cg/g katalizatora alkalicznego w czasie 1-5 godzin przy zachowaniu proporcji 1-5 moli formalu gliceryny na 1 mol oleinianu metylu oraz z rozdziałem faz po kilku godzinach od zakończenia reakcji. Powstający oleinian formalu wykazuje większe powinowactwo z formalem gliceryny niż oleinian metylu i dzięki temu rozpuszczalność FG w układzie estrów FAME i FAFG jest wyraźnie większa niż w samym FAME, a to umożliwia wytwarzanie kompozycji zawierającej nawet ponad 50% łącznej ilości pochodnych glicerynowych FG i FAFG. Niestety jednak kompozycja taka posiada bardzo ograniczone możliwości tworzenia jednorodnych mieszanek z olejem napędowym, gdyż formal gliceryny już w ilości 0,5% wywołuje rozdział faz w mieszaninie ON-FAME-FG-FAFG. Bez ograniczeń natomiast mieszają się z olejem kompozycje estrowe FAME-FAFG. Z tego wynika wniosek, że jedyną możliwą do komponowania bez ograniczeń z ON pochodną gliceryny wywodzącą się z FG będzie oleinian formalu gliceryny.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu oczyszczania estrowej kompozycji biopaliwowej FAME-FAFG otrzymanej na drodze transestryfikacji FAME formalem gliceryny, od formalu gliceryny. Istotne jest również, aby przy braku formalu gliceryny kompozycja ta zawierała możliwie duże ilości estru FAFG, dla jak największego zagospodarowania gliceryny powstającej ubocznie przy produkcji FAME.

Obok konieczności wyeliminowania formalu gliceryny z roztworu posyntezowego, dla pełnego przystosowania tego roztworu do funkcji biopaliwa, niezbędne jest oczyszczenie roztworu posyntezowego od kwaśnych i alkalicznych zanieczyszczeń wywołanych obecnością katalizatora alkalicznego i niewielkich ilości wody.

Nieoczekiwanie okazało się, że wytrącającą się z wychłodzonego roztworu posyntezowego fazę estrową można skutecznie oddzielić od formalu gliceryny oraz równocześnie oczyścić od zanieczyszczeń kwaśnych i alkalicznych wyłącznie na drodze ekstrakcji wodą, bez stosowania jakichkolwiek dodatkowych operacji neutralizacyjnych.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że fazę estrową otrzymaną w wyniku transestryfikacji oleinianu metylu formalem gliceryny poddaje się wielokrotnej ekstrakcji wodą, do całkowitego usunięcia formalu gliceryny oraz kwaśnych i alkalicznych zanieczyszczeń, a z uzyskanej mieszaniny estrów oleinianu metylu i oleinianu formalu gliceryny resztki wody usuwa się poprzez wygrzewanie w temperaturze do 100°C pod ciśnieniem poniżej 6,6 hPa, przy czym proces prowadzi się tak, aby sumaryczna ilość wody stosowanej do ekstrakcji była nie większa od 30% ilości fazy estrowej poddawanej ekstrakcji.

Korzystne jest, jeżeli proces prowadzi się tak, aby sumaryczna ilość wody stosowanej do ekstrakcji była nie większa od 25% ilości fazy estrowej poddawanej ekstrakcji.

Korzystne jest, jeżeli fazę estrową otrzymaną w wyniku transestryfikacji oleinianu metylu formalem gliceryny poddaje się nie więcej niż trzykrotnej ekstrakcji wodą.

Korzystne jest, jeżeli wygrzewanie prowadzi się w temperaturze 70-80°C.

Korzystne jest, jeżeli wygrzewanie prowadzi się pod ciśnieniem 1,3-2,6 hPa.

Korzystne jest, jeżeli wygrzewanie prowadzi się w czasie 0,5-1 godziny.

Korzystne jest, jeżeli w procesie oczyszczania estrowych kompozycji biopaliwowych ekstrakt wodny po końcowym stopniu ekstrakcji wykorzystuje się jako ekstrahent do pierwszego stopnia ekstrakcji.

Sposobem według wynalazku otrzymany w wyniku transestryfikacji FAME formalem gliceryny roztwór posyntezowy rozdziela się na dwie fazy - estrową i formalową. Fazę estrową poddaje się w zbiorniku-mieszalniku intensywnemu wymieszaniu z wodą w ilości około 10% masy tej fazy, a następnie po zatrzymaniu mieszania i rozdziale faz oddziela się fazę estrową, w której oznacza się zawartość pozostałego formalu gliceryny, liczbę alkaliczną LA mg KOH/g oraz liczbę kwasową LK mg KOH/g.

PL 213 467 B1

Powyższą operację ekstrakcji formalu gliceryny wodą powtarza się aż do jego zaniku w fazie estrowej i osiągnięcia pożądanie niskich wartości LA i LK. Taką fazę estrową ogrzewa się w zestawie destylacyjnym w temperaturze 70-80°C pod ciśnieniem poniżej 6,6 hPa przez około 0,5-1 godziny uzyskując w ten sposób finalny produkt o stężeniu wody poniżej 0,05% cg/g.

Z fazy formalowej otrzymanej z mieszaniny posyntezowej po oddzieleniu fazy estrowej oraz z faz wodno-formalowych otrzymanych po pierwszych operacjach ekstrakcji regeneruje się formal gliceryny na drodze destylacji, natomiast fazy wodno-formalowe po końcowych operacjach ekstrakcji, o niskich zawartościach formalu gliceryny korzystnie jest zawracać jako ekstrahent do pierwszego stopnia ekstrakcji.

P r z y k ł a d ₃

Do reaktora szklanego o pojemności 10 dm³ wyposażonego w zewnętrzny płaszcz grzejno-chłodzący, mieszadło, krótką kolumnę, kondensator i odbieralnik destylatu wprowadza się 3500 g oleinianu metylu (FAME), 3500 g formalu gliceryny, następnie uruchamia się mieszadło i ogrzewanie reaktora. Po osiągnięciu temperatury 60°C do reaktora dozuje się 17,5 g NaOH w roztworze metanolowym. Przez pierwsze pół godziny prowadzi się reakcję pod ciśnieniem atmosferycznym, a następnie zmniejsza się ciśnienie do 133 hPa i sukcesywnie w czasie 2,5 godziny do 53 hPa. W dalszej kolejności wyłącza się mieszanie i ogrzewanie reaktora pozostawiając w nim mieszaninę posyntezową na 8 godzin celem wychłodzenia i rozdziału faz.

Uzyskuje się:

• 5380 g fazy estrowej o zawartości 33,53 cg/g FG, 28,53 cg/g FAME, 27,93 cg/g FAFG, charakteryzującej się liczbą kwasową LK = 0,08 mg KOH/g i liczbą alkaliczną LA = 2,28 mg KOH/g, • 1500 g fazy formalowej o zawartości 96,99 cg/g FG, 0,44 cg/g FAME, 0,96 cg/g FAFG, charakteryzującej się LK = O i LA = 6,30 mg KOH/g.

5300 g fazy estrowej oraz 530 g wody miesza się intensywnie w mieszalniku, pozostawia się na 2 godziny do całkowitego rozdziału faz i rozdziela się na kolejne dwie fazy uzyskując:

• 3810 g fazy estrowej (I) o zawartości 2,17 cg/g FG, 41,18 cg/g FAME, 42,30 cg/g FAFG, charakteryzującej się LK = 0,05 mgKOH/g i LA = 0,33 mg KOH/g, • 1970 g fazy wodno-formalowej (I) o zawartości 68,00 cg/g FG, 0,38 cg/g FAME, 0 cg/g FAFG, 24,68 cg/g H2O, charakteryzującej się LK = 0,22 mg KOH/g i LA = 6,43 mg KOH/g.

3710 g fazy estrowej (I) oraz 380 g wody miesza się intensywnie w mieszalniku, pozostawia się na 2 godziny do całkowitego rozdziału faz i rozdziela się na kolejne dwie fazy:

• 3560 g fazy estrowej (II) o zawartości 0 cg/g FG; 41,80 cg/g FAME, 43,22 cg/g FAFG, charakteryzującej się LK = 0,08 mg KOH/g i LA = 0, • 620 g fazy wodno-formalowej (II) o zawartości 23,80 cg/g FG, 0,15 cg/g FAME, 0,03 cg/g FAFG, charakteryzującej się LK = 0 i LA = 1,39 mg KOH/g.

3440 g fazy estrowej (II) oraz 340 g wody miesza się intensywnie w mieszalniku, pozostawia się na 2 godziny do całkowitego rozdziału faz i rozdziela się na kolejne dwie fazy:

• 3315 g fazy estrowej (III) o zawartości 0 cg/g FG, 42,06 cg/g FAME, 43,37 cg/g FAFG, 0,34 cg/g H2O, charakteryzującej się LK = 0,08 mg KOH/g i LA = 0, • 460 g fazy wodno-formalowej (III) o zawartości 0 cg/g FG, 0,02 cg/g FAME, 0,01 cg/g FAFG, charakteryzującej się LK = 0,26 mg KOH/g i LA = 0.

3225 g fazy estrowej (III) wygrzewa się w zestawie do destylacji próżniowej w temperaturze 70-80°C pod ciśnieniem 1,3-2,6 hPa przez 0,5 godziny. Końcowe stężenie wody wynosi 0,04 cg/g.

Claims (7)

1. Sposób oczyszczania estrowych kompozycji biopaliwowych, znamienny tym, że fazę estrową otrzymaną w wyniku transestryfikacji oleinianu metylu formalem gliceryny poddaje się wielokrotnej ekstrakcji wodą, do całkowitego usunięcia formalu gliceryny oraz kwaśnych i alkalicznych zanieczyszczeń, a z uzyskanej mieszaniny estrów oleinianu metylu i oleinianu formalu gliceryny resztki wody usuwa poprzez wygrzewanie w temperaturze do 100°C pod ciśnieniem poniżej 6,6 hPa, przy czym proces prowadzi się tak, aby sumaryczna ilość wody stosowanej do ekstrakcji była nie większa od 30% ilości fazy estrowej poddawanej ekstrakcji.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces prowadzi się tak, aby sumaryczna ilość wody stosowanej do ekstrakcji była nie większa od 25% ilości fazy estrowej poddawanej ekstrakcji.

PL 213 467 B1

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że fazę estrową otrzymaną w wyniku transestryfikacji oleinianu metylu formalem gliceryny poddaje się nie więcej niż trzykrotnej ekstrakcji wodą.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wygrzewanie prowadzi się w temperaturze 70-80°C.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wygrzewanie prowadzi się pod ciśnieniem 1,3-2,6 hPa.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wygrzewanie prowadzi się w czasie 0,5-1 godziny.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w procesie oczyszczania estrowych kompozycji biopaliwowych ekstrakt wodny po końcowym stopniu ekstrakcji wykorzystuje się jako ekstrahent do pierwszego stopnia ekstrakcji.