BRPI1004843A2 - catalyst system for biodiesel production - Google Patents
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Abstract
SISTEMA CATALISADOR PARA A PRODUÇçO DE BIODIESEL. A presente invenção refere-se ao uso de um sistema catalisador abrangendo um catalisador de transesterificação, escolhido do grupo dos alcanolatos de metal alcalino ou metal alcalinoterroso em um ou mais solventes orgânicos, sendo que o teor de catalisador de transesterificação é de 1 até 10 % em peso, em relação ao sistema catalisador, para catálise de reações de transesterificações.CATALYST SYSTEM FOR BIODIESEL PRODUCTION. The present invention relates to the use of a catalyst system comprising a transesterification catalyst selected from the group of alkali metal or alkaline earth metal alkanolates in one or more organic solvents, the transesterification catalyst content being 1 to 10%. by weight in relation to the catalyst system for catalysis of transesterification reactions.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA CATALISADOR PARA A PRODUÇÃO DE BIODIESEL".Patent Descriptive Report for "CATALYST SYSTEM FOR BIODIESEL PRODUCTION".
A presente invenção refere-se ao uso de um sistema catalisador abrangendo um catalisador de transesterificação escolhido do grupo dos alcanolatos de metal alcalino ou de metal alcalinoterroso em um ou em vá- rios solventes orgânicos, sendo que o teor dos catalisadores de transesterifi- cação é de 1 até 10% em peso em relação ao sistema catalisador, para a catálise de reações de transesterificação.The present invention relates to the use of a catalyst system comprising a transesterification catalyst selected from the group of alkali metal or alkaline earth metal alkanolates in one or more organic solvents, the content of transesterification catalysts being 1 to 10% by weight relative to the catalyst system for catalysis of transesterification reactions.
Alquilésteres do ácido graxo de alcoóis monovalentes encontram há algum tempo aplicação importante no uso como biodiesel, um substituto para diesel fóssil, com base em matérias-primas renováveis.Fatty acid alkylesters of monovalent alcohols have for some time been found to be of important use in use as biodiesel, a substitute for fossil diesel, based on renewable raw materials.
A produção de biodiesel via de regra é feita por meio de transes- terificação catalisada com base (The Biodiesel Handbook, G.Knothe, J. van Gerpen, J.Krahl, Ed. AOCS Press (2005); Biodiesel - The comprehensive handbook, M. Mittelbach, C. Remschmidt (2004); Bioresource Technology 2004, 92, 297; Applied Energy 2010, 87, 1083; Chimica Oggi / Chemistry today 2008, 26).Biodiesel production is usually done by base-catalyzed transesterification (The Biodiesel Handbook, G.Knothe, J. van Gerpen, J.Krahl, Ed. AOCS Press (2005); Biodiesel - The Comprehensive Handbook, M. Mittelbach, C. Remschmidt (2004); Bioresource Technology 2004, 92, 297; Applied Energy 2010, 87, 1083; Chimica Oggi / Chemistry today 2008, 26).
Os catalisadores empregados com mais freqüência são metano- Iato de sódio (NaOMe), hidróxido de sódio (NaOH), metanolato de potássio (KOMe) e hidróxido de potássio (KOH). Estes catalisadores são emprega- dos, de modo geral, como catalisadores homogêneos, dissolvidos em álcool como, por exemplo, metanol. As soluções de alcanolato possuem teores de alcanolato de pelo menos 20% em peso, via de regra por volta de 30% em peso. Esta concentração de alcanolato é nitidamente muito elevada para a produção de biodiesel. Por este motivo, a dosagem destas soluções precisa ser muito exata, o que tecnicamente é mais difícil de realizar. Oscilações provocadas pelo processo só podem ser compensadas com muita dificulda- de já que oscilações menores, via de regra, são supercompensadas por adi- ção da solução de alcanolato, já que esta não pode ser adicionada de forma suficientemente exata.The most commonly used catalysts are sodium methanate (NaOMe), sodium hydroxide (NaOH), potassium methanolate (KOMe) and potassium hydroxide (KOH). These catalysts are generally employed as homogeneous catalysts dissolved in alcohol such as methanol. Alkanolate solutions have alkanolate contents of at least 20 wt%, usually around 30 wt%. This alkanolate concentration is clearly very high for biodiesel production. For this reason, the dosage of these solutions needs to be very accurate, which is technically more difficult to accomplish. Oscillations caused by the process can only be compensated for very difficultly as minor oscillations are usually overcompensated by the addition of the alkanolate solution as it cannot be added accurately enough.
No uso de NaOH como catalisador ocorre, muitas vezes, forma- ção de solução catalisadora a partir do sólido e de um solvente, o que signi- fica um dispêndio adicional e mais difícil de reagir.In the use of NaOH as a catalyst, catalyst solution often forms from the solid and a solvent, which means an additional and more difficult to react expenditure.
Tarefa da presente invenção era, pois, prover um processo sim- plificado para a transesterificação de glicerídeos com alcoóis monovalentes.The task of the present invention was therefore to provide a simplified process for transesterification of glycerides with monovalent alcohols.
A presente tarefa é solucionada no âmbito da presente invenção pelo fato de o sistema catalisador conter a quantidade completa do alcanola- to e do álcool monovalente, que será quimicamente reagido. Com isto, a condução da reação é nitidamente simplificada, o que melhora o processo no todo. Além disso, os custos são reduzidos para os fabricantes de biodie- sel, já que estes não precisam mais providenciar uma eventual adaptação prévia do sistema catalisador. O sistema catalisador da presente invenção pode ser utilizado, sem outra modificação, diretamente na reação de tran- sesterificação.The present task is solved within the scope of the present invention by the fact that the catalyst system contains the complete amount of alkanate and monovalent alcohol which will be chemically reacted. With this, the conduction of the reaction is clearly simplified, which improves the overall process. In addition, the costs are reduced for biodiesel manufacturers as they no longer have to provide for any prior adaptation of the catalyst system. The catalyst system of the present invention may be used without further modification directly in the transesterification reaction.
Com o uso do sistema catalisador da presente invenção o produ- tor do biodiesel só precisa adicionar mais dois líquidos para a produção de biodiesel, a saber, o óleo a ser empregado e o sistema catalisador, ao passo que nos processos atuais devem ser adicionados pelo menos três líquidos (óleo, MeOH e solução de alcanolato altamente concentrada). Isto leva a uma simplificação do trabalho, surgem menos fontes de erro e são necessá- rios menos tanques-reservatórios, o que leva a uma redução de despesas de produção e de investimento.Using the catalyst system of the present invention the biodiesel producer only needs to add two more liquids to the biodiesel production, namely the oil to be employed and the catalyst system, whereas in current processes they must be added by minus three liquids (oil, MeOH and highly concentrated alkanolate solution). This leads to simplification of work, fewer sources of error arise and fewer reservoir tanks are required, leading to reduced production and investment costs.
Além disso, soluções de alcanolato em concentrações mais ele- vadas como, por exemplo metilato de sódio, precisam ser estocadas a tem- peraturas superiores a 10° C1 já que de outra forma o metilato de sódio cris- taliza e em virtude disto não poderá mais ser adicionada a quantidade corre- ta de catalisador à reação do biodiesel. Isto leva a oscilações na produção, isto é, a reação torna-se mais lenta em virtude de concentrações excessiva- mente reduzidas de catalisador. Este não é o caso nos sistemas catalisado- res de acordo com a invenção.In addition, alkanolate solutions at higher concentrations, such as sodium methylate, need to be stored at temperatures above 10 ° C as otherwise sodium methylate crystallizes and therefore cannot the right amount of catalyst to be added to the biodiesel reaction. This leads to fluctuations in production, ie the reaction becomes slower due to excessively low catalyst concentrations. This is not the case in the catalyst systems according to the invention.
Portanto, um primeiro objeto da presente invenção é o uso de um sistema catalisador abrangendo um catalisador de transesterificação es- colhido do grupo dos alcanolatos de metal alcalino ou de metal alcalinoterro- so em um ou vários solventes orgânicos, sendo que o teor do catalisador de transesterificação importa em 1 até 10 % em peso em relação ao sistema catalisador, para a catálise de reações de transesterificação.Therefore, a first object of the present invention is the use of a catalyst system comprising a transesterification catalyst selected from the alkali metal or alkaline earth metal alkanolate group in one or more organic solvents, with the catalyst content of Transesterification is 1 to 10% by weight of the catalyst system for catalyzing transesterification reactions.
O sistema catalisador empregado de acordo com a invenção a- presenta dois componentes: o catalisador de transesterificação e um ou mais solventes orgânicos.The catalyst system employed according to the invention has two components: the transesterification catalyst and one or more organic solvents.
O catalisador de transesterificação é responsável pela transeste- rificação propriamente dita e é escolhido do grupo dos alcanolatos de metal alcalino ou alcalinoterroso. Catalisadores de transesterificação preferidos são metanolato de sódio, metanolato de potássio, etanolato de sódio, etano- lato de potássio e/ou misturas dos mesmos. De modo muito particularmente preferido são empregados metanolato de sódio ou metanolato de potássio como catalisadores de transesterificação.The transesterification catalyst is responsible for the transesterification itself and is chosen from the group of alkaline or alkaline earth metal alkanolates. Preferred transesterification catalysts are sodium methanolate, potassium methanolate, sodium ethanolate, potassium ethanate and / or mixtures thereof. Most particularly preferably sodium methanolate or potassium methanolate are used as transesterification catalysts.
De preferência, em um ou mais solventes trata-se de alcoóis, de preferência, metanol e/ou etanol. De modo muito particularmente preferido o álcool empregado corresponde ao alcanolato empregado. Assim, emprega- se particularmente metanolato de sódio em metanol ou metanolato de potás- sio em metanol como sistema catalisador. Basicamente também é possível o uso de outros solventes, porém alcoóis mostraram-se particularmente vanta- josos.Preferably one or more solvents are alcohols, preferably methanol and / or ethanol. Most particularly preferably the alcohol employed corresponds to the alkanolate employed. Thus, particularly sodium methanolate in methanol or potassium methanolate in methanol is employed as a catalyst system. It is also basically possible to use other solvents, but alcohols have been particularly advantageous.
O teor do catalisador de transesterificação é de 1 até 10% emThe content of the transesterification catalyst is 1 to 10% by weight.
peso, de preferência 2 - 6 % em peso em relação ao sistema catalisador. Particularmente a faixa especialmente escolhida para o teor de catalisador de transesterificação é responsável pelos efeitos vantajosos da presente invenção. Desta forma são evitadas as desvantagens dos sistemas catalisa- dores conhecidos, e com isto o processamento é consideravelmente simplifi- cado.preferably 2-6% by weight with respect to the catalyst system. Particularly the range especially chosen for the transesterification catalyst content is responsible for the advantageous effects of the present invention. In this way the disadvantages of known catalyst systems are avoided and processing is considerably simplified.
Os sistemas catalisadores mencionados são apropriados para o uso em reações de transesterificações, sendo que basicamente não há res- trições em relação ao tipo de reação de transesterificação. Como reação de transesterificação no sentido da presente invenção entende-se uma reação em que um éster de eduto e um álcool são reagidos entre si em presença do sistema catalisador, de modo que o álcool reage com o ácido do éster de eduto para um correspondente novo éster de produto. Portanto, o éster em- pregado é clivado e o ácido assim liberado é esterificado com o álcool adi- cionado. O sistema catalisador é empregado de preferência para a produção de alquilésteres do ácido graxo por transesterificação de mono-, di- ou trigli- cerídeos. Assim, mono-, di- ou triglicerídeos são transformados nos corres- pondentes alquilésteres do ácido graxo e simultaneamente é obtida glicerina livre.The mentioned catalyst systems are suitable for use in transesterification reactions, and there are basically no restrictions on the type of transesterification reaction. By transesterification reaction within the meaning of the present invention is meant a reaction in which an educt ester and an alcohol are reacted together in the presence of the catalyst system, such that the alcohol reacts with the educt ester acid to a corresponding novel agent. product ester. Therefore, the ester employed is cleaved and the acid thus released is esterified with the added alcohol. The catalyst system is preferably employed for the production of fatty acid alkyl esters by transesterification of mono-, di- or triglycerides. Thus, mono-, di- or triglycerides are transformed into the corresponding fatty acid alkyl esters and simultaneously free glycerin is obtained.
Outro objeto da presente invenção é, portanto, um processo pa- ra a preparação de alquilésteres do ácido graxo abrangendo a transesterifi- cação de pelo menos um mono-, di- ou triglicerídeo em presença de pelo menos um álcool monovalente, sendo que para catálise é utilizado um sis- tema catalisador abrangendo um catalisador de transesterificação escolhido do grupo dos alcanolatos de metal alcalino ou metal alcalinoterroso em um ou mais solventes orgânicos, sendo que o teor do catalisador de transesteri- ficação é de 1 até 10% em peso em relação ao sistema catalisador.Another object of the present invention is therefore a process for the preparation of fatty acid alkyl esters comprising the transesterification of at least one mono-, di- or triglyceride in the presence of at least one monovalent alcohol, whereby for catalysis A catalyst system comprising a transesterification catalyst chosen from the group of alkali metal or alkaline earth metal alkanolates in one or more organic solvents is used, the transesterification catalyst content being 1 to 10% by weight to the catalyst system.
Os sistemas catalisadores a serem empregados já foram citadosThe catalyst systems to be employed have already been cited
acima.above.
Substâncias de partida para o processo de acordo com a inven- ção são mono-, di- e triglicerídeos da fórmula geral (I)Starting materials for the process according to the invention are mono-, di- and triglycerides of the general formula (I)
H2C-O-XH2C-O-X
II
HC-O-YHC-O-Y
H2C-O-COR®H2C-O-COR®
em que X = COR1 ou Η, Y = COR2 ou H e R11 R2 e R3 que podem ser iguais ou diferentes, significam grupos hidrocarboneto alifáticos com 3 até 23 áto- mos de carbono, sendo que estes grupos podem ser eventualmente substi- tuídos com um grupo OH ou misturas desejadas de tais glicerídeos. Assim, em glicerídeos de acordo com a fórmula (I), um ou dois ésteres do ácido graxo podem estar substituídos por hidrogênio. Os ésteres do ácido graxo R1CO-, R2CO- e R3CO- derivam de ácidos graxos com 3 até 23 átomos de carbono na cadeia alquila. R1 e R2 ou R1, R2 e R3 na fórmula acima podem ser iguais ou diferentes quando tratar-se de di- ou triglicerídeos. Os radicais R11 R2 e R3 pertencem aos seguintes grupos:where X = COR1 or Η, Y = COR2 or H and R11 R2 and R3 which may be the same or different means aliphatic hydrocarbon groups of 3 to 23 carbon atoms and these groups may optionally be substituted with an OH group or desired mixtures of such glycerides. Thus, in glycerides according to formula (I), one or two fatty acid esters may be substituted for hydrogen. The fatty acid esters R1CO-, R2CO- and R3CO- are derived from fatty acids with 3 to 23 carbon atoms in the alkyl chain. R1 and R2 or R1, R2 and R3 in the above formula may be the same or different when dealing with di- or triglycerides. The radicals R11 R2 and R3 belong to the following groups:
a) radicais alquila, que podem ser ramificados, mas são de pre- ferência de cadeia linear e possuem 3 até 23, de preferência 7 até 23 áto- mos de carbono.a) alkyl radicals, which may be branched, but are preferably straight chain and have 3 to 23, preferably 7 to 23 carbon atoms.
b) radicais hidrocarbonetos alifáticos olefinicamente insaturados que podem ser ramificados, mas são de preferência de cadeia linear e pos- suem 3 até 23, de preferência 11 até 21 e particularmente 15 até 21 átomos de carbono e que contêm 1 até 6, de preferência 1 até 3 ligações duplas, que podem ser conjugadas ou isoladas;b) olefinically unsaturated aliphatic hydrocarbon radicals which may be branched but are preferably straight chain and have 3 to 23, preferably 11 to 21 and particularly 15 to 21 carbon atoms and containing 1 to 6, preferably 1 up to 3 double bonds, which may be conjugated or isolated;
c) radicais mono-hidróxi substituídos do tipo a) e b), de preferên- cia radicais olefina insaturados que apresentam 1 até 3 ligações duplas, par- ticularmente o radical do ácido ricinoleico.c) substituted monohydroxy radicals of type a) and b), preferably unsaturated olefin radicals having 1 to 3 double bonds, particularly the ricinoleic acid radical.
Os radicais acila R1CO-, R2CO- e R3CO de tais glicerídeos que são apropriados como materiais de partida para o processo da presente in- venção, derivam dos grupos dos ácidos carboxílicos alifáticos (ácidos gra- xos) a seguir:The acyl radicals R1CO-, R2CO- and R3CO of such glycerides which are suitable as starting materials for the process of the present invention are derived from the following aliphatic carboxylic acid (fatty acid) groups:
a) ácidos alcanoicos ou seus derivados alquil-ramificados, parti- cularmente metil-ramificados, que apresentam 3 até 24 átomos de carbono como, por exemplo, ácido butírico, ácido valérico, ácido caproico, ácido hep- tanoico, ácido caprílico, ácido pelargônico, ácido cáprico, ácido undecanoico, ácido láurico, ácido tridecanoico, ácido mirístico, ácido pentadecanoico, áci- do palmítico, ácido margárico, ácido esteárico, ácido nonadecanoico, ácido araquidínico, ácido behênico, ácido lignocérico, ácido 2-metil-butanoico, áci- do isobutírico, ácido isovalérico, ácido piválico, ácido isocaproico, ácido 2- etilcaproico, os ácidos metilcáprico isômeros de posição, ácidos metilláuricos e ácidos metilesteáricos, ácido 12-hexilesteárico, ácido isoesteárico ou ácido 3,3-dimetilesteárico.(a) alkanoic acids or their particularly branched alkyl-branched alkyl derivatives having from 3 to 24 carbon atoms such as butyric acid, valeric acid, caproic acid, hepanoic acid, caprylic acid, pelargonic acid , capric acid, undecanoic acid, lauric acid, tridecanoic acid, myristic acid, pentadecanoic acid, palmitic acid, stearic acid, stearic acid, nonadecanoic acid, arachidinic acid, behenic acid, lignoceric acid, 2-methyl butanoic acid, acid - of isobutyric acid, isovaleric acid, pivalic acid, isocaproic acid, 2-ethylcaproic acid, the position isomers methyl capric acids, methyl tripuric acids and methyl stearic acids, 12-hexyl stearic acid, isostearic acid or 3,3-dimethylstearic acid.
b) ácidos alquênicos, ácidos alcadiênicos, ácidos alcatriênicos, ácidos alcatetraênicos, ácidos alcapentaênicos e ácidos alca-hexaênicos bem como seus derivados alquilramificados, especialmente derivados metil- ramificados com 3 até 24 átomos de carbono, como por exemplo ácido cro- tônico, ácido isocrotônico, ácido caproleico, ácido 3-lauroleico, ácido miristo- leico, ácido palmitoleico, ácido oleico, ácido elaídico, ácido erúcico, ácido brassídico, ácido 2,4-decadiênico, ácido linoleico, ácido 11,14-eicosadiênico, ácido eleosteárico, ácido linolênico, ácido pseudo-eleosteárico, ácido araqui- dônico, ácido 4, 8, 12, 15, 18, 21- tetracosa-hexaênico ou ácido trans-2- metil-2-butênico.(b) alkenic acids, alkadiic acids, alkatrienic acids, alkatetraenic acids, alcapentaenic acids and alkhexaenic acids as well as their alkylamid derivatives, especially methyl branched derivatives of 3 to 24 carbon atoms, such as chromic acid, isochrotonic acid , caproleic acid, 3-lauroleic acid, myristoleic acid, palmitoleic acid, oleic acid, elaidic acid, erucic acid, brassidic acid, 2,4-decadienic acid, linoleic acid, 11,14-eicosadienic acid, eleosteic acid, linolenic acid, pseudoheosteic acid, arachidonic acid, 4, 8, 12, 15, 18, 21-tetracosahexaenoic acid or trans-2-methyl-2-butenic acid.
C1) ácidos mono-hidroxialcanoicos com 3 até 24 átomos de car- bono, de preferência com 12 até 24 átomos de carbono, de preferência não ramificados, como por exemplo ácido hidroxibutírico, ácido hidroxivalérico, ácido hidroxicaproico, ácido 2-hidroxidodecanoico, ácido 2- hidroxitetradecanoico, ácido 15-hidroxipentadecanoico, ácido 16-hidroxi- hexadecanoico, ácido hidroxioctadecanoico,C1) monohydroxyalkanoic acids having 3 to 24 carbon atoms, preferably 12 to 24 carbon atoms, preferably unbranched, such as hydroxybutyric acid, hydroxyvaleric acid, hydroxycaproic acid, 2-hydroxydodecanoic acid, 2 - hydroxytetradecanoic acid, 15-hydroxypentadecanoic acid, 16-hydroxyhexadecanoic acid, hydroxyoctadecanoic acid,
c2) além disso, ácidos mono-hidroxialquenoicos com 3 até 24, de preferência com 12 até 22 e particularmente com 16 até 22 átomos de car- bono (de preferência não ramificados) e com 1 até 6, de preferência com 1 até 3 e particularmente com uma ligação dupla etilênica, como por exemplo ácido ricinoleico ou ácido ricinelaídico.c2) furthermore, 3 to 24 monohydroxyalkenoic acids, preferably 12 to 22 and particularly 16 to 22 carbon atoms (preferably unbranched) and 1 to 6, preferably 1 to 3 and particularly with an ethylenic double bond, such as ricinoleic acid or ricinelaidic acid.
Substâncias de partida preferidas para o processo de acordo com a invenção são, sobretudo as graxas naturais, que representam mistu- ras preponderantemente de triglicerídeos e pequenas frações de diglicerí- deos e/ou monoglicerídeos, sendo que também estes glicerídeos, por outro lado, também representam misturas e contêm radicais do ácido graxo de diferentes tipos no âmbito acima mencionado, particularmente aqueles com 8 e mais átomos de carbono. Como exemplo mencionam-se gorduras vege- tais como óleo de oliva, gordura de coco, óleo de palmiste, óleo de babaçu, óleo de palma, óleo de amendoim, óleo de colza, óleo de rícino, óleo de sé- samo, óleo de algodão, óleo de pinhão manso (Jatropha), óleo de girassol, óleo de soja, óleo de cânhamo, óleo de papoula, óleo de abacate, óleo de caroço de algodão, óleo de germe de trigo, óleo de germe de milho, óleo de caroço de abóbora, óleo de caroço de uva, manteiga de cacau ou também gorduras vegetais, além de gorduras animais como sebo de boi, gordura de porco, gordura de ossos, sebo de carneiro, cera de charão ("Japantalg"), óleo de baleia e outros óleos de peixe bem como óleo de fígado do baca- lhau. Também podem ser usados tri-, di- e monoglicerídeos homogêneos, desde que estes tenham sido isolados de gorduras naturais ou obtidos de modo sintético. Aqui mencionam-se como exemplo: tributirina, tricapronina, tricaprilina, tricaprinina, trilaurina, trimiristina, tripalmitina, triestearina, triolei- na, trielaidina, trilinoliina, trilinolenina, monopalmitina, monoestearina, mono- oleina, monocaprinina, monolaurina, monomiristina ou glicerídeos mistos como por exemplo palmitodiestearina, diestearo-oleina, dipalmito-oleina ou miristopalmitoestearina.Preferred starting substances for the process according to the invention are, in particular, natural greases, which represent predominantly mixtures of triglycerides and small fractions of diglycerides and / or monoglycerides, and also these glycerides, on the other hand, also represent mixtures and contain fatty acid radicals of different types within the aforementioned scope, particularly those having 8 and more carbon atoms. As an example, vegetable fats such as olive oil, coconut fat, palm kernel oil, babassu oil, palm oil, peanut oil, rapeseed oil, castor oil, sesame oil, Jatropha, sunflower oil, soybean oil, hemp oil, poppy oil, avocado oil, cottonseed oil, wheat germ oil, corn germ oil, pumpkin seed, grape seed oil, cocoa butter or also vegetable fats, in addition to animal fats such as beef tallow, pork fat, bone fat, mutton tallow, Japantalg wax, whale and other fish oils as well as cod liver oil. Homogeneous tri-, di- and monoglycerides may also be used provided they have been isolated from natural fats or obtained synthetically. Examples are mentioned here: tributyrin, tricapronine, tricapriline, tricaprinine, trilaurin, trimiristine, tryristin, tristearine, triolein, trielaidine, trilinoliine, trilinolenin, monopalmitine, monostearin, monoleole, monocaurine or monocaurine, for example palmitodiestearin, distearoolein, dipalmitoolein or myristopalmititeearin.
Sob alcoóis monovalentes no sentido da presente invenção en- tendem-se alcoóis com somente um grupo OH. Exemplos para alcoóis mo- novalentes são metanol, etanol, n-propanol, iso-propanol e n-butanol, iso- butanol, sec-butanol ou terc-butanol bem como alcoóis ramificados ou de cadeia longa, eventualmente alcoóis igualmente ramificados como, por e- xemplo amilálcool, terc-amilálcool, n-hexanol e/ou 2-etil-hexanol. São em- pregados de preferência metanol e etanol. Os alcoóis mencionados podem ser empregados isoladamente ou em mistura no processo de acordo com invenção.Under monovalent alcohols within the meaning of the present invention are meant alcohols having only one OH group. Examples for modern alcohols are methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol and n-butanol, isobutanol, sec-butanol or tert-butanol as well as branched or long chain alcohols, optionally also branched alcohols such as for example amyl alcohol, tert-amyl alcohol, n-hexanol and / or 2-ethyl hexanol. Preferably methanol and ethanol are employed. Said alcohols may be employed alone or in admixture in the process according to the invention.
A concentração do catalisador de transesterificação é de 0,001 - 20% em peso, de preferência 0,01 - 5% em peso e particularmente preferido 0,1 - 2% em peso em relação à quantidade empregada de mono-, di- ou triglicerídeos.The concentration of the transesterification catalyst is 0.001-20 wt%, preferably 0.01-5 wt% and particularly preferably 0.1-2 wt% over the amount of mono-, di- or triglycerides employed.
O processo de acordo com a invenção pode ser executado por todos os meios conhecidos pelo técnico. Na execução do processo de acor- do com a invenção a mistura reacional é, de preferência, agitada. A mistura- ção intensiva preferida da mistura reacional também pode ser alcançada por outros métodos conhecidos pelo técnico.The process according to the invention may be performed by any means known to the person skilled in the art. In carrying out the process according to the invention the reaction mixture is preferably stirred. Preferred intensive mixing of the reaction mixture may also be achieved by other methods known to the skilled artisan.
O tempo reacional pode durar até 4 horas, de preferência é es- colhida uma faixa de 1 até 120 minutos. Com isto são alcançados graus de conversão de pelo menos 98%, de preferência pelo menos 99%. O grau de conversão da reação refere-se à fração de glicerídeos (= soma de tri-, di- e monoglicerídeos) ainda presente após o término ou interrupção da reação em relação ao teor inicial destes componentes no óleo ou graxa emprega- dos. O grau de conversão pode ser determinado de modo simples por cro- matografia gasosa e é calculado pelos teores dos alquilésteres divididos pela soma dos teores de alquilésteres mais glicerídeos.The reaction time may last up to 4 hours, preferably from 1 to 120 minutes is chosen. This achieves conversion rates of at least 98%, preferably at least 99%. The degree of reaction conversion refers to the glyceride fraction (= sum of tri-, di- and monoglycerides) still present after the termination or interruption of the reaction in relation to the initial content of these components in the oil or grease employed. The degree of conversion can be determined simply by gas chromatography and is calculated by the alkylester contents divided by the sum of the alkylest glyceride contents.
Os alquilésteres do ácido graxo obteníveis pelo processo de a-The fatty acid alkyl esters obtainable by the process of
cordo com a invenção podem ser empregados como biodiesel. Segundo es- pecificação em DIN EN 14214, biodiesel só deve conter no máximo 0,2% de trigIicerideos segundo método de teste PR EN 14105. Em processos de transesterificação tradicionais, que empregam quantidades equimolares de NaOH1 só após tempo mais prolongado são obtidos graus de conversão na ordem de grandeza > 99,8%.according to the invention may be employed as biodiesel. According to DIN EN 14214, biodiesel should only contain a maximum of 0.2% triglycerides according to the test method PR EN 14105. In traditional transesterification processes which employ equimolar amounts of NaOH1 only after a longer period of time are obtained degrees of hydrogen peroxide. conversion in the order of magnitude> 99.8%.
O processo de acordo com a invenção pode ser conduzido de modo contínuo ou em bateladas (por exemplo, em um reator de tubos, cal- deira com agitador, cascata de caldeira de agitação, ou outros processos conhecidos pelo técnico).The process according to the invention may be conducted continuously or in batches (for example, in a pipe reactor, agitator boiler, stirring boiler cascade, or other processes known to the artisan).
O processo pode ser efetuado em etapa única ou etapas múlti- plas, de preferência é empregada uma execução em 2 etapas.The process can be carried out in single or multiple steps, preferably a 2-step execution is employed.
No processo de acordo com a invenção ajusta-se de preferência uma proporção molar (álcool monovalente: mono-, di-, triglicerídeo) na faixa de 3:1 até 20:1. Uma proporção de 4:1 até 8:1 é, pois, particularmente prefe- rida.In the process according to the invention preferably a molar ratio (monovalent alcohol: mono-, di-, triglyceride) in the range from 3: 1 to 20: 1 is adjusted. A ratio of 4: 1 to 8: 1 is therefore particularly preferred.
A transesterificação é efetuada em uma faixa de temperaturas de 0 - 200° C, de preferência 10 - 100° C e particularmente preferido a 20 - 80° C.Transesterification is carried out over a temperature range of 0 - 200 ° C, preferably 10 - 100 ° C and particularly preferably at 20 - 80 ° C.
Aqui a transesterificação é efetuada em uma faixa de pressão deHere transesterification is carried out at a pressure range of
0,01 Mpa - 10Mpa (0.1 - 100 bar), de preferência 0,005Mpa - 5Mpa (0,5 - 50 bar) e muito particularmente preferido 0,1 - 0,5Mpa (1-5 bar).0.01 Mpa - 10Mpa (0.1 - 100 bar), preferably 0.005Mpa - 5Mpa (0.5 - 50 bar) and most particularly preferably 0.1 - 0.5Mpa (1-5 bar).
O sistema catalisador é misturado com o mono-, di- ou triglicerí- deo e eventualmente adicionalmente álcool monovalente, sendo que o álcool monovalente é consumido e glicerina é liberada. Essencial é que o sistema catalisador total, isto é, o catalisador de transesterificação e o álcool a ser de preferência empregado estejam presentes como mistura no início da reação de transesterificação.The catalyst system is mixed with mono-, di- or triglyceride and optionally additionally monovalent alcohol, whereby monovalent alcohol is consumed and glycerin is released. Essential is that the total catalyst system, ie the transesterification catalyst and the alcohol to be preferably employed, are present as a mixture at the beginning of the transesterification reaction.
A mistura reacional pode ser processada de diferentes maneiras. Após efetuar a transesterificação até o grau de conversão desejado, de pre- ferência até 98% ou mais, via de regra forma-se uma fase alquiléster do áci- do graxo e uma fase glicerina, que podem ser facilmente separadas pelo técnico, por etapas processuais conhecidas, como por exemplo decantação. Pelo sistema catalisador de acordo com a invenção, a separação das fases é acelerada, o que facilita sobremaneira o processamento.The reaction mixture may be processed in different ways. After transesterification to the desired degree of conversion, preferably up to 98% or more, as a rule an alkylester phase of the fatty acid and a glycerine phase can be easily separated by the technician in stages. known procedural procedures, such as settling. By the catalyst system according to the invention, phase separation is accelerated, which greatly facilitates processing.
Outro objeto da invenção é o uso do alquiléster do ácido graxo obtenível de acordo com a invenção, como componente de biodiesel (por exemplo, segundo especificação DIN EN 14214).Another object of the invention is the use of the fatty acid alkylester obtainable according to the invention as a biodiesel component (eg according to DIN EN 14214).
Também sem outras explanações, parte-se do princípio que um técnico poderá utilizar a descrição acima no seu sentido mais amplo. As for- mas de execução preferidas e os exemplos devem ser considerados, por isso, uma forma de divulgação meramente descritiva, de modo algum Iimita- tiva.Also without further explanation, it is assumed that a technician may use the above description in its broadest sense. Preferred embodiments and examples should therefore be considered a purely descriptive, by no means limiting disclosure form.
A seguir, a presente invenção é melhor elucidada à luz dos e- xemplos. Formas de execução alternativas da presente invenção são obte- níveis de modo análogo. Exemplos:In the following, the present invention is further elucidated in light of the examples. Alternative embodiments of the present invention are obtained analogously. Examples:
Exemplo 1: Transesterificação de 2 etapas com NM30 (exemplo de comparação)Example 1: NM30 2-Step Transesterification (Comparison Example)
300 g de óleo de colza (índice de acidez = 0,1 mg de KOH/g; 0,05% de água) são colocados, na primeira etapa, em um recipiente de manto duplo com 30 g de metanol a 60° Cea seguir misturados sob agita- ção com 4,2 g de NM30 (metanolato de sódio a 30% em metanol, 1,4 % em peso). A mistura reacional é então agitada durante 2 horas sob temperatura constante (60° C). A seguir, a mistura reacional é drenada em um funil sepa- rador e a fase superior de biodiesel é separada da fase inferior de glicerina. A fase de biodiesel é retornada para o recipiente de manto duplo, misturada com 10 g de MeOH e a seguir com 1,8 g de NM30 (0,6 % de NM30; NM30totai = 2,0%). A seguir, a mistura reacional é agitada durante 2 horas a 60° C e então novamente encaminhada ao funil separador para separação das fases. A fase superior biodiesel bruta é lavada uma vez com 100 g de ácido clorídrico diluído aquoso e a seguir lavada duas vezes, de cada vez com 100 g de água destilada morna a 60° C e finalmente secada durante uma hora a 2Kpa (20 mbar) e 90°C. São obtidos 297 g de biodiesel de acor- do com as especificações segundo EN 14214, com os seguintes parâmetros:300 g rapeseed oil (acidity index = 0,1 mg KOH / g; 0,05% water) is first placed in a double-cloaked container with 30 g methanol at 60 ° C and then mixed under stirring with 4.2 g of NM30 (30% sodium methanolate in methanol, 1.4% by weight). The reaction mixture is then stirred for 2 hours at constant temperature (60 ° C). Then the reaction mixture is drained into a separatory funnel and the upper phase of biodiesel is separated from the lower phase of glycerine. The biodiesel phase is returned to the double-shell container mixed with 10 g MeOH and then 1.8 g NM30 (0.6% NM30; NM30 total = 2.0%). Then the reaction mixture is stirred for 2 hours at 60 ° C and then returned to the separatory funnel for phase separation. The upper crude biodiesel phase is washed once with 100 g of dilute aqueous hydrochloric acid and then washed twice, each time with 100 g of warm distilled water at 60 ° C and finally dried for one hour at 2Kpa (20 mbar). and 90 ° C. 297 g of biodiesel are obtained according to the specifications according to EN 14214, with the following parameters:
glicerina livre: < 0,01 %free glycerin: <0.01%
monoglicerídeos: 0,42 %monoglycerides: 0.42%
diglicerídeos: 0,13%diglycerides: 0.13%
triglicerídeos: <0,1%triglycerides: <0.1%
FAME: 98,7%FAME: 98.7%
Exemplo 2: Transesterificação de 1 etapa com NM30 (exemplo de com- paração)Example 2: 1-Step Transesterification with NM30 (Comparison Example)
300 g de óleo de colza (índice de acidez = 0,1 mg de KOH/g; 0,05% de água) são colocados em um recipiente de manto duplo com 56 g de metanol a 60° Cea seguir misturados sob agitação com 6,0 g de NM30 (metanolato de sódio a 30% em metanol, 2,0 % em peso). A mistura reacio- nal é então agitada durante 4 horas sob temperatura constante (60° C). A seguir, a mistura reacional é drenada em um funil separador e a fase superi- or de biodiesel é separada da fase inferior de glicerina. A fase superior de biodiesel bruta é lavada uma vez com 100 g de ácido clorídrico aquoso diluí- do e a seguir lavada duas vezes, de cada vez com 100 g de água destilada morna a 60° C e finalmente secada durante uma hora a 2Kpa (20 mbar) e 90° C. São obtidos 292 g de biodiesel de acordo com as especificações se- gundo EN 14214, com os seguintes parâmetros:300 g rapeseed oil (acidity index = 0.1 mg KOH / g; 0.05% water) is placed in a double-cloaked container with 56 g methanol at 60 ° C and then mixed under stirring with 6 g. 1.0 g of NM30 (30% sodium methanolate in methanol, 2.0% by weight). The reaction mixture is then stirred for 4 hours at constant temperature (60 ° C). Then the reaction mixture is drained into a separatory funnel and the upper phase of biodiesel is separated from the lower phase of glycerine. The upper phase of crude biodiesel is washed once with 100 g of dilute aqueous hydrochloric acid and then washed twice, each time with 100 g of warm distilled water at 60 ° C and finally dried for one hour at 2 Kpa ( 20 mbar) and 90 ° C. 292 g of biodiesel are obtained according to the specifications according to EN 14214, with the following parameters:
glicerina livre: < 0,01 %free glycerin: <0.01%
monoglicerídeos: 0,65 %monoglycerides: 0.65%
diglicerídeos: 0,18%diglycerides: 0.18%
triglicerídeos: 0,1 %triglycerides: 0.1%
FAME: 97,4 %FAME: 97.4%
Exemplo 3: Transesterificação de duas etapas de acordo com a inven- ção 300 g de óleo de colza (índice de acidez = 0,1 mg de KOH/g; 0,05% de água) são misturados, a 60°C, na primeira etapa, em um recipien- te de manto duplo com 34,2 g de uma solução metanólica de metanolato de sódio a 3,7%. A mistura reacional é então agitada durante 2 horas sob tem- peratura constante (60° C). A seguir, a mistura reacional é drenada em um funil separador e a fase superior de biodiesel é separada da fase inferior gli- cerina. A fase de biodiesel é retornada para o recipiente de manto duplo e misturada com 11,8 g de uma solução metanólica de metanolato de sódio a 3,7%, a 60° C. A seguir a mistura reacional é agitada durante 2 horas a 60° Ce então novamente encaminhada ao funil separador para separação das fases. A fase superior de biodiesel bruta é lavada uma vez com 100 g de ácido clorídrico aquoso diluído e a seguir lavada duas vezes, de cada vez com 100 g de água destilada morna a 60° C e finalmente secada durante uma hora a 2Kpa (20 mbar) e 90° C. São obtidos 295 g de biodiesel de a- cordo com as especificações segundo EN 14214, com os seguintes parâme- tros:Example 3: Two-step transesterification according to the invention 300 g rapeseed oil (acidity index = 0.1 mg KOH / g; 0.05% water) is mixed at 60 ° C in the first step, in a 34.2 g double-cloaked container of 3.7% sodium methanolate solution. The reaction mixture is then stirred for 2 hours at constant temperature (60 ° C). Then the reaction mixture is drained into a separatory funnel and the upper biodiesel phase is separated from the lower glycerine phase. The biodiesel phase is returned to the double-cloaked vessel and mixed with 11.8 g of a 3.7% sodium methanolate methanol solution at 60 ° C. Then the reaction mixture is stirred for 2 hours at 60 ° C. It is then returned to the separating funnel for phase separation. The upper phase of crude biodiesel is washed once with 100 g of dilute aqueous hydrochloric acid and then washed twice, each time with 100 g of warm distilled water at 60 ° C and finally dried for one hour at 2Kpa (20 mbar ) and 90 ° C. 295 g of biodiesel are obtained according to the specifications according to EN 14214, with the following parameters:
glicerina livre: < 0,01 % monoglicerídeos: 0,58 % diglicerídeos: 0,17%free glycerin: <0.01% monoglycerides: 0.58% diglycerides: 0.17%
triglicerídeos: 0,1 %triglycerides: 0.1%
FAME: 98,1 %FAME: 98.1%
Exemplo 4: Transesterificação em uma etapa de acordo com a invenção 300 g de óleo de colza (índice de acidez = 0,1 mg de KOH/g; 0,05% de água) são misturados em um recipiente de manto duplo com 62 g de uma solução metanólica de metanolato de sódio a 2,9%, a 60° C e a se- guir agitados durante 4 horas sob temperatura constante (60° C). A seguir, a mistura reacional é drenada em um funil separador e a fase superior de bio- diesel é separada da fase inferior de glicerina. A fase superior de biodiesel bruta é lavada uma vez com 100 g de ácido clorídrico aquoso diluído e a se- guir lavada duas vezes, de cada vez com 100 g de água destilada morna a 60° C e finalmente secada durante uma hora a 2Kpa (20 mbar) e 90° C. São obtidos 296 g de biodiesel de acordo com as especificações segundo EN 14214, com os seguintes parâmetros:Example 4: One-step transesterification according to the invention 300 g rapeseed oil (acidity index = 0.1 mg KOH / g; 0.05% water) is mixed in a 62 g double cloak container of a 2.9% methanolic sodium methanolate solution at 60 ° C and then stirred for 4 hours at constant temperature (60 ° C). Then the reaction mixture is drained into a separatory funnel and the upper phase of biodiesel is separated from the lower phase of glycerine. The upper phase of crude biodiesel is washed once with 100 g of dilute aqueous hydrochloric acid and then washed twice, each time with 100 g of warm distilled water at 60 ° C and finally dried for one hour at 2Kpa ( 20 mbar) and 90 ° C. 296 g of biodiesel are obtained according to the specifications according to EN 14214, with the following parameters:
glicerina livre: < 0,01 % monoglicerídeos: 0,52 % diglicerídeos: 0,15%free glycerin: <0.01% monoglycerides: 0.52% diglycerides: 0.15%
triglicerídeos: <0,1 %triglycerides: <0.1%
FAME: 98,5 %FAME: 98.5%
Os exemplos mencionados acima mostram que a produção de biodiesel pode ser simplificada com o sistema catalisador de acordo com a invenção, porque a adição de solventes necessária nos processos tradicio- nais deixa de existir sem que ocorram restrições em relação à qualidade do biodiesel. As vantagens do sistema catalisador de acordo com a invenção tornam-se notadas particularmente na transesterificação em duas etapas, já que não é mais necessária a mistura de solventes adicionais em cada etapa adicional.The above examples show that biodiesel production can be simplified with the catalyst system according to the invention, because the addition of solvents required in traditional processes ceases to exist without restrictions on the quality of biodiesel. The advantages of the catalyst system according to the invention become particularly apparent in two-step transesterification, as mixing of additional solvents in each additional step is no longer required.
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