FR2890656A1 - Procede de fabrication d'esters a partir de triglycerides et d'alcools - Google Patents

Abstract

Un nouveau procédé de fabrication d'esters d'acides monocarboxyliques linéaires de 6 à 26 atomes de carbone, par réaction d'huiles végétales ou animales, neutres ou acides, vierges ou recyclées, avec des monoalcools à bas poids moléculaire, par exemple de 1 à 5 atomes de carbone, en présence d'un catalyseur hétérogène choisi par exemple parmi les oxydes métalliques et les mélanges d'oxydes susceptibles de former entre eux, et éventuellement avec de l'alumine, des combinaisons d'oxydes, associe une seule étape de transestérification et une étape de distillation du mélange réactionnel. Ce procédé permet d'obtenir, d'une façon économique, directement des esters à usages carburant (répondant à la norme EN 14214) ou combustible, une glycérine pure et un pied de distillation contenant des composés lourds, comme des polymères d'acides gras et/ou des insaponifiables, comme par exemple des alcools triterpéniques, des stérols, des tocophérols, des carotènes, du squalène, composés pouvant être isolés afin d'être valorisés séparément.

Description

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La présente invention est relative à un nouveau procédé de fabrication d'esters d'acides monocarboxyliques à partir d'huiles végétales ou animales.

Elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'esters d'acides monocarboxyliques linéaires de 6 à 26 atomes de carbone, par réaction d'huiles végétales ou animales, neutres ou acides, vierges ou recyclées, avec des monoalcools à bas poids moléculaire, par exemple de 1 à 5 atomes de carbone, en présence d'un catalyseur hétérogène choisi par exemple parmi des oxydes métalliques et des mélanges d'oxydes susceptibles de former entre eux ou avec de l'alumine des combinaisons d'oxydes, qui associe une seule étape de transestérifica- tion et une étape de distillation du mélange réactionnel.

Les esters de corps gras sont actuellement utilisés dans de nombreuses applications comme carburants diesel, fuels domestiques, solvants écologiques, composés de base pour la fabrication de sulfonates d'alcools gras, d'amides, de dimères d'esters, etc. Dans le cas du carburant Diesel, qui constitue aujourd'hui une application majeure des esters de corps gras, un certain nombre de spécifications ont été établies dont la liste, les limites et les méthodes font partie de la norme EN 14214 (2003) applicable actuellement en Europe. L'ester ne doit pas contenir de composés lourds (triglycérides) et de diglycérides par exemple moins de 0, 2 % en masse, peu de monoglycérides, par exemple moins de 0,8 % en masse, peu d'acides gras libres, qui peuvent être corrosifs, et peu de glycérine liée et libre, par exemple moins de 0,25 % en masse, et pas du tout d'acides forts ou de traces de métaux. Ceci implique un protocole précis pour obtenir la pureté désirée.

Dans le cas du fuel domestique, il est évident que toutes ces spécifications ne sont pas toujours utiles et sont même parfois préjudiciables mais le marché du fuel domestique et celui du gazole étant souvent confondus, les spécifications du fuel domestique ressemblent à celle du gazole, car en France on peut utiliser le fuel domestique dans les tracteurs agricoles et des engins de chantiers.

Lorsqu'on fabrique un ester à partir d'huile ou de graisse et de monoalcool, il se forme automatiquement, selon la nature de l'huile engagée au départ, de 10 à 15 % en masse d'un produit secondaire, qui est la glycérine. Cette glycérine est vendue à un prix élevé pour des utilisations variées, mais seulement lorsqu'elle possède une grande pureté. Celle-ci est obtenue après des purifications poussées dans des unités spécialisées dans la distillation sous vide.

En résumé, la plupart des procédés commerciaux de fabrication d'esters aboutissent assez facilement à des produits bruts (esters et glycérine), qu'il faut cependant purifier de façon approfondie par divers traitements qui grèvent finalement le prix de la transformation.

Aussi, dans la fabrication d'esters méthyliques de corps gras à partir d'huiles raffinées et d'alcool sec, alors qu'on utilise couramment comme catalyseurs des dérivés alcalins simples, comme les alcoolates de sodium, la soude ou la potasse, dans des conditions assez douces (température de 50 à 80 C et pression atmosphérique), ainsi qu'on peut le lire dans de nombreux brevets ou publications, par exemple dans le JAOCS 61, 343-348 (1984), on n'arrive cependant à un produit pur utilisable comme carburant et une glycérine aux normes qu'après de très nombreuses étapes.

Si l'on prend par exemple les catalyseurs alcalins les plus utilisés, on retrouve, aussi bien dans la glycérine que dans l'ester, des traces de composés alcalins, qu'il faut éliminer par lavage de la fraction ester et séchage de celle-ci. Dans la phase glycérine, il faut neutraliser les savons et les alcoolates présents, filtrer les sels formés, évaporer la glycérine après avoir éliminé l'eau, à moins que l'on passe la glycérine diluée sur des résines échangeuses d'ions, avant de concentrer la glycérine exempte de sels. Enfin, il faut toujours évaporer l'alcool en excès et souvent le distiller, en évitant que cette évaporation, surtout lorsqu'elle est réalisée dans la phase ester, ne conduise à faire réagir l'ester présent avec la glycérine dissoute partiellement, ce qui conduirait à la formation de monoglycérides.

En résumé, pour obtenir les spécifications recherchées pour la glycérine et l'ester, il est nécessaire de recourir à de si nombreuses étapes que seules de grandes unités sont capables, dans ces conditions, d'être économiquement rentables.

On a maintenant découvert de façon surprenante que l'on pouvait obtenir d'une façon économique un ester et une glycérine de grande pureté sans avoir recours à deux étapes de transestérification, en substituant la deuxième étape de transestérification par une distillation du mélange d'esters obtenus.

Ainsi, l'invention propose un procédé de fabrication d'esters d'acides monocarboxyliques linéaires de 6 à 26 atomes de carbone, par réaction d'huiles végétales ou animales, neutres ou acides, vierges ou recyclées, avec des monoalcools à bas poids moléculaire, par exemple de 1 à 5 atomes de carbone, en présence d'un catalyseur hétérogène, caractérisé en ce qu'il associe une seule étape de transestérification et une étape de distillation du mélange réactionnel.

La réaction visée de façon principale dans la première étape du procédé de l'invention est une transestérification, réalisée selon le Schéma I cidessous et éventuellement une réaction couplée estérification et transestérification, l'estérification étant alors réalisée selon le Schéma II ci-dessous.

Schéma I CH3 (CH2)7 CH= CH (CH2)7 COO CH2 CH2- OH CH3 (CH2) CH= CH (CH2) 7 COO Î CH + 3 ROH CH3 (CH2)7 CH= CH (CH2)7 COO- R + Î H- OH CH3 (CH2)7 CH= CH (CH2)7 COO CH2 CH2- OH Schéma Il CH3 (CH2)7 CH= CH (CH2)7 COO CH2 + H20

CH-OH

CH3 (CH2)7 CH- CH (CH2)7 COOH + ROH > CH3 (CH2)7 CH- CH (CH2)7 COO- R + H20 Dans l'étape de transestérification du procédé de l'invention, par catalyseur hétérogène, on entend tout catalyseur solide permettant de transestérifier un mélange de triglycérides tel qu'un corps gras (huile ou graisse) naturel en un mélange d'esters alkyliques. Le catalyseur hétérogène peut être choisi plus particulièrement parmi les oxydes métalliques et les mélanges d'oxydes susceptibles de former entre eux, et éventuellement avec de l'alumine, des combinaisons d'oxydes.

L'utilisation de catalyseurs hétérogènes n'est pas nouvelle. Toutefois, dans aucun procédé industriel, il ne semble que l'on puisse obtenir de façon économique à la fois un ester et une glycérine de grande pureté. Produire économiquement signifie obtenir un ester aux normes et une glycérine pure, à une bonne vitesse spatiale ou dans des temps corrects et sans épuration fastidieuse.

CH3 (CH2 CH= CH (CH2)7 COOH + Î CH2-OH

I

CH-OH I 1

CH2-OH CH2-OH ou Parmi les documents antérieurs qui traitent de catalyseurs hétérogènes, on peut citer le brevet européen EP B O 198 243. Le catalyseur de transestérification, qui transforme huile et méthanol en ester méthylique, est une alumine ou un mélange d'alumine et d'oxyde ferreux. Dans les exemples, la colonne utilisée pour le lit fixe à un volume de 10 litres et l'on injecte généralement de l'huile à un débit inférieur à 1 litre/heure, ce qui donne une VVH (VVH = volume d'huile injecté/volume de catalyseur/heure) inférieure à 0,1. Pour une usine de 100 000 Van, cela correspondrait à des réacteurs d'au moins 150 m3. Un autre problème qui semble se poser est celui de la quantité de glycérine recueillie, très inférieure à la théorie. Dans aucun exemple où l'on est censé recueillir 10 % en masse de glycérine, on n'obtient, même de manière approchée, cette valeur. Enfin, la pureté des esters est assez faible, de 93,5 à 98 %. Ce que devient la glycérine qui n'est pas récupérée n'est pas indiqué. Dans certains cas, il se forme des éthers de glycérine, comme cela est signalé dans ce brevet; dans d'autres cas, peut- être se décompose t'elle, à moins qu'elle ne soit éliminée dans une première étape. Le niveau de performance est donc assez bas. On peut signaler qu'aux VVH indiquées et pour des temps de contact de plus de 6 heures, on peut obtenir même sans catalyseur des conversions de 80 % et plus.

Ce brevet ne semble donc pas présenter une solution raisonnable du point de 20 vue économique.

La demande de brevet britannique GB A 795 573 décrit l'utilisation comme catalyseur d'un silicate de zinc à des températures comprises entre 250 et 280 C et sous une pression d'au moins 100 bar (10 MPa), avec le méthanol. Il semble qu'il y ait dans une première étape 85 % de conversion et 100 % si l'on décante la glycérine de façon intermédiaire et que l'on continue la réaction. Selon le brevet EP-B-O 198 243, qui cite GB A 795 573, il se formerait avec les composés au zinc des savons de zinc, qui sont naturellement à proscrire dans des fuels. Ceci est surtout dû, semble-t-il, aux températures élevées qu'il est nécessaire de mettre en oeuvre dans cette réaction avec ce catalyseur.

Depuis, une nouvelle génération de catalyseurs hétérogènes permettent d'obtenir à partir d'huiles végétales ou animales et de monoalcools, des esters d'une grande pureté et répondants aux spécifications de la norme EN 14214 et une glycérine incolore et parfois inodore selon le post traitement utilisé, décoloration sur charbon, terre activée, autres adsorbants, etc.). Les procédés utilisés avec ces catalyseurs hétérogènes fonctionnent, soit en continu par exemple en lit fixe, soit en 2890656 5 discontinu. Les catalyseurs sont constitués d'un système catalytique à base d'oxydes métalliques seuls ou associés, déposés ou non sur une alumine.

On peut citer les brevets de la demanderesse qui mettent en oeuvre des catalyseurs à base d'oxydes métalliques et d'alumine: notamment le brevet FR-B-2 752 242, qui décrit des catalyseurs solides et non solubles à partir d'oxyde de zinc et d'alumine ou d'aluminate de zinc, le brevet français FR-B-2 838 433, les demandes de brevets français publiées FR-A-2 855 517, 2 855 518 et 2 855 519 et les demandes de brevets français non publiées déposées le 3 mai 2004 sous les numéros d'enregistrement EN 04/04 730 ("Procédé de transestérification d'huiles végétales ou animales au moyen de catalyseurs hétérogènes à base de zinc, de titane et d'aluminium") et 04/04 731 ("Procédé de transestérification d'huiles végétales ou animales au moyen de catalyseurs hétérogènes à base de bismuth, de titane et d'aluminium").

Tous ces catalyseurs sont soit sous forme de poudres, de billes, d'extrudés ou de pastilles. Toutefois, l'association d'alumine dans les systèmes catalytiques a deux effets favorables. Le premier est d'augmenter souvent la surface, le second est de créer un composé beaucoup plus stable, surtout vis-à-vis de conditions dans lesquelles le métal composant l'oxyde aurait tendance à former des savons métalliques.

Un autre intérêt des catalyseurs à base d'oxydes est leur capacité à catalyser la transestérification de l'huile avec des alcools plus lourds que le méthanol. Ainsi, on peut former des esters éthyliques, isopropyliques ou butyliques, qui ont un intérêt dans le domaine des carburants, car souvent les points d'écoulement des esters formés avec ces alcools sont plus bas que ceux des esters méthyliques, le gain étant parfois de 10 C, ce qui permet d'utiliser au départ des huiles plus saturées.

Parmi les oxydes métalliques utilisables dans les combinaisons d'oxydes, on trouve, outre l'alumine, les oxydes des métaux du groupe IIA comme le magnésium, le calcium, le strontium et le baryum, du groupe IIB comme le zinc et le cadmium, du groupe IIIA comme le gallium et l'indium, du groupe 1118 comme le scandium, l'yttrium, le lanthane, l'actinium, le cérium et le thorium, du groupe IVB comme le titane, le zirconium et l'hafnium, du groupe IIIA comme le gallium, l'indium et le thallium, du groupe IVA comme le germanium, l'étain et le plomb, et le groupe VA comme l'arsenic, l'antimoine et le bismuth.

Leur formules générales, pour une association d'un seul oxyde avec de l'alumine, est la suivante: (M'OX) y (Al203) (1-y), (x ayant une valeur de 1,2 à 2,6 et y représentant le rapport massique des deux oxydes ayant une valeur de 0,005 à 2).

Pour une association de deux oxydes de métaux M' et M2 entre eux, éventuellement en présence d'alumine, on a la formule générale [M'aM2b (My [(Al203)](1_y) (où a a une valeur de 0,5 à 5, b une valeur de 0,5 à 5, c est le nombre d'atomes d'oxygène qui satisfait la valence des métaux MI et M2 et y a une valeur de 0,005 à 1).

La seconde étape du procédé de l'invention, la distillation du mélange réactionnel issu de l'étape de transestérification peut être effectuée en batch, par exemple par un procédé de type flash, ou en continu, par exemple sur un évaporateur à film mince opérant sous un vide compris par exemple entre 3 et 15 mm de Hg, de préférence entre 3 et 5 mm de Hg, et à une température comprise par exemple entre 185 et 240 C, de préférence entre 190 et 210 C.

Dans le procédé de l'invention, l'enchaînement des deux étapes présente certains avantages par rapport à un procédé hétérogène classique (tel que décrit par exemple dans le brevet US-A-5 908 946 de la demanderesse, cité plus haut). En effet, on peut traduire le gain obtenu en exprimant la productivité annuelle d'esters fabriqués ramenée à 1 kg de catalyseur hétérogène. Par exemple, pour une unité de fabrication d'esters d'une capacité de 100 000 Van, on produirait avec un seul réacteur de l'ordre de 4 440 litres d'esters par kg de catalyseur et moitié moins soit 2 220 litres pour une configuration classique opérant avec deux réacteurs de transestérification.

Dans le cas d'un procédé homogène classique fonctionnant avec du méthylate de sodium comme catalyseur et de même capacité, on obtient seulement 263 litres d'esters par kg de méthylate de sodium soit, par rapport à l'invention, à une baisse de productivité d'un facteur 16 ramené au kg de catalyseur.

Les avantages apportés par la distillation sont nombreux: On obtient directement, même si la conversion n'est pas totale (supérieure 30 ou égale à 95 % en esters) un ester d'une grande pureté pouvant satisfaire à une utilisation carburant Diesel.

Il est dans ce cas possible d'utiliser des huiles de récupération (huiles de fritures par exemple) qui contiennent des polymères. Ces derniers doivent impérativement être éliminés du biodiesel résultant de la transestérification.

La distillation est dans ce cas, le seul moyen permettant de purifier un mélange d'esters contenant ces polymères.

D'un autre coté, il possible en distillant le mélange d'esters de concentrer en pied de distillation des produits mineurs contenus dans les huiles végétales qui peuvent, après purification, être valorisés séparément.

On peut citer par exemple, les carotènes, les tocophérols, les stérols, les squalènes, tous ces composés étant présents naturellement dans certaines huiles végétales et en quantités variables selon le type d'huile utilisée.

Après élimination des insaponifiables du résidu de distillation, il est intéressant 10 de recycler au réacteur de catalyse le mélange constitué d'esters méthyliques, de mono-, di- et triglycérides de façon à augmenter les rendements du procédé.

Parmi les huiles utilisables dans le procédé de l'invention, on peut citer toutes les huiles courantes, comme les huiles de palme (concrètes ou oléines), de soja, de palmiste, de coprah, de babassu, de colza ancien ou nouveau, de tournesol classique ou oléique, de maïs, de coton, le suif et le saindoux, les huiles d'arachide, de pourghère (Jatropha curcas), de ricin, de lin et de crambe et toutes les huiles issues par exemple du tournesol ou du colza par modification génétique ou hybridation.

On peut même utiliser des huiles de friture, d'équarrissage, des huiles animales variées, comme les huiles de poissons, de phoques, et même des graisses de volailles, car les esters fabriqués à partir de certains alcools, permettent de gagner plus de 10 C en point d'écoulement.

Parmi les huiles utilisées, on peut encore indiquer des huiles partiellement modifiées par exemple par polymérisation ou oligomérisation.

La présence d'acide gras dans les huiles n'est pas a priori préjudiciable car les systèmes catalytiques à base d'oxydes sont également actifs pour l'estérification et transforment également les acides gras en esters. La valeur limite en acides gras libres contenue dans les huiles se situe à un indice d'acide voisin de 10. L'opérabilité du procédé dans ces conditions est proche de celle définie avec une huile à faible indice d'acide.

Dans le cas d'huiles à très fort indice d'acide (par exemple supérieur à 10) une possibilité est de faire précéder à la réaction de transestérification une réaction d'estérification des acides gras libres présents, soit en utilisant le même alcool que 2890656 8 celui utilisé dans le procédé de transestérification en présence d'un acide fort comme l'acide sulfurique ou des acides sulfoniques solubles ou supportés (de type résines Amberlyst 150) soit en utilisant de préférence de la glycérine, pour former un ester de glycérol total ou partiel, en utilisant le même type de catalyseur à base d'oxydes métalliques, à pression atmosphérique et de préférence sous un vide partiel et à des températures comprises entre 180 et 240 C.

Le procédé de l'invention peut comprend en outre une étape dans laquelle on isole les insaponifiables naturellement présents dans l'huile de départ du résidu de distillation, et l'on recycle le mélange obtenu, enrichi en glycérides, vers l'étape de transestérification.

Lorsque l'huile utilisée est l'huile de colza, ces insaponifiables comprennent des stérols, qui peuvent être isolés du résidu de distillation par un procédé dédié, et le mélange enrichi en glycérides est recyclé dans le réacteur de catalyse afin d'y être convertis en esters alkyliques.

Pour d'autres types d'huiles comme l'huile de palme et l'huile d'olive, obtenues par extraction, ce sont les carotènes ou le squalène qui pourront être récupérés et purifiés.

Avec les huiles de friture, qui sont une matière première très bon marché pour produire un biodiesel, ce sont les polymères d'acides gras qui devront être éliminés du mélange réactionnel afin que le mélange d'esters réponde aux spécifications de la norme EN 14214.

Dans le cas d'un procédé utilisant un catalyseur hétérogène, l'enchaînement de l'étape de transestérification avec une étape de distillation des esters méthyliques obtenus permet de réduire sensiblement le coût opératoire d'obtention d'esters à usage carburant.

La conversion en esters méthyliques à la sortie du réacteur de catalyse peut être comprise entre 80 et 93 % et de préférence entre 93 et 97 % en masse d'esters pour que l'étape de distillation génère un pied de distillation compris entre 10 et 16 0/0 en masse, ce qui permet de recycler les glycérides non convertis dans une fourchette comprise entre 4 et 8 % par rapport à la charge d'huile introduite.

L'efficacité de la distillation sous vide doit conduire à respecter la spécification en glycérides résiduels contenus dans le biodiesel soit un maximum de 0,8 % en masse de monoglycérides, 0,2 % en masse en diglycérides et 0,2 % en masse en triglycérides.

L'élimination totale des insaponifiables (par exemple stérols et esters de stérols contenus dans le résidu) est avantageusement optimisée de façon à pouvoir recycler sans avoir à déconcentrer une partie du résidu de distillation obtenu.

Enfin, la nature de l'alcool mis en jeu dans le procédé de l'invention joue un rôle important dans l'activité de la réaction de transestérification. D'une manière générale, on peut mettre en jeu divers monoalcools aliphatiques renfermant par exemple de 1 à 18 atomes de carbone. Le plus actif est l'alcool méthylique. Toutefois, l'alcool éthylique et les alcools isopropylique, propylique, butylique, isobutylique et même amylique, peuvent être engagés. On peut également utiliser des alcools plus lourds comme l'alcool 2-éthyl-hexylique ou l'alcool laurique. On peut avec avantage ajouter aux alcools lourds quelques pourcents en masse d'alcool méthylique, qui semble améliorer fa vitesse de réaction.

EXEMPLES

Les exemples suivants illustrent l'invention, l'Exemple 1 étant donné à titre de 15 comparaison.

Exemple 1 (pour comparaison) Cet exemple détaille les conditions opératoires du procédé hétérogène utilisant deux étapes de transestérification. Ces deux étapes sont nécessaires pour atteindre le degré de pureté demandé à un mélange d'esters à usage carburant, selon la Norme EN 14214.

Le schéma de principe est donné à la Figure 1.

Dans un réacteur à lit fixe contenant 110 ml d'un catalyseur constitué d'un d'oxyde mixte d'aluminate de zinc, on introduit à 200 C 100 g d'huile de colza et 100 g de méthanol, à une V.V.H. de 0,5 (par rapport à l'huile).

A l'issue d'un temps de séjour d'environ 50 minutes, on obtient un mélange constitué d'environ 97 % en masse d'esters méthyliques, de 1,2 % en masse de monoglycérides, le complément à 100 étant constitué de triglycérides, de diglycérides, de stérols et d'esters de stérols.

Pour réaliser une deuxième étape de catalyse, il est nécessaire d'éliminer tout 30 ou partie de la glycérine formée au cours de la première étape.

Un flash de l'excès de méthanol est facilement obtenu par détente en passant de 200 C à 90 C, où au moins 75 % du méthanol présent est éliminé. Une grande partie de la glycérine est alors éliminée par décantation. La phase ester est alors introduite avec un complément de méthanol dans le deuxième réacteur pour y subir un complément de conversion.

Durant cette deuxième étape, le temps de séjour et l'excès de méthanol sont ajustés de manière à obtenir la spécification en monoglycérides, qui doit être inférieure à 0,8 % en masse.

L'excès de méthanol contenu dans le mélange d'esters ainsi obtenu est de nouveau éliminé par évaporation. Une seconde fraction de glycérine, qui représente d'environ 10 à 12 % de la glycérine totale formée au cours de la réaction de transestérification, est éliminée par décantation. Le méthanol résiduel est alors totalement éliminé par distillation, ce qui constitue l'ultime étape de purification de la fraction d'esters. Les rendements obtenus en biodiesel sont proches des 100 % théoriques, car dans ce cas, les insaponifiables sont contenus dans le biodiesel.

Exemple 2 (selon l'invention) Cet exemple décrit les conditions opératoires utilisant une seule étape de transestérification, puis la distillation sous pression réduite des esters fabriqués, après évaporation totale de l'excès d'alcool et élimination de la glycérine formée. Dans ce cas, on obtient également le degré de pureté demandé aux esters carburants.

Le schéma de principe est donné à la Figure 2.

Comme dans l'Exemple 1, dans un réacteur à lit fixe contenant 110 ml du même catalyseur, on introduit à 200 C 100 g d'huile de colza et 100 g de méthanol, à une V.V.H. de 0,5 (par rapport à l'huile). La composition du mélange réactionnel à l'issue de ce temps de séjour est de l'ordre de 97 % en masse d'esters méthyliques, de 1,2 % en masse de monoglycérides et le complément à 100 étant constitué de triglycérides résiduels, de diglycérides, de stérols et d'esters de stérols.

L'étape suivante consiste à éliminer la totalité de l'excès de méthanol, puis à décanter la glycérine formée, puis à poursuivre l'opération par une étape de distillation de l'ester méthylique fabriqué en laissant un résidu constitué de produits lourds comme les triglycérides, les diglycérides, les monoglycérides, des stérols et des esters de stérols, ainsi que d'éventuels polymères d'acides gras ou autres composants mineurs de l'huile de colza.

Une fraction de ce résidu peut être recyclée dans la charge entrant dans le réacteur de première catalyse, l'autre fraction est éliminée afin de déconcentrer le milieu en produits lourds non transestérifiables et peut être traitée ultérieurement pour en isoler certains composés pouvant être valorisés séparément.

On recueille après 24 heures de marche de l'ordre de 4800 g de mélange d'esters exempt de méthanol.

4000 g de ce mélange sont distillés sur un évaporateur à film mince opérant sous un vide compris entre 3 et 5 mm de Hg et à une température comprise entre 190 et 210 C. On recueille en tête l'équivalent de 3600 g d'esters distillés dont la composition moyenne est voisine de 99,8 % en masse en esters méthyliques et 0,2 % en masse en monoglycérides.

La composition du résidu obtenu est la suivante (en % en masse) : 20 % d'esters méthyliques, 34 % de monoglycérides, 21 % de diglycérides, 9 % de triglycérides et 16 % de stérols et esters d'acides gras de stérols.

Dans le cas de l'huile de colza, les stérols peuvent ainsi être isolés du résidu de distillation par un procédé dédié, et le mélange enrichi en glycérides est recyclé dans le réacteur de catalyse afin d'y être convertis en esters méthyliques, comme illustré dans le schéma de l'Exemple 2.

Dans cette configuration, le rendement en biodiesel dépend de l'efficacité de l'étape de récupération des stérols.

Exemple 3

La consommation énergétique des deux procédés a été simulée sur la base des deux protocoles décrits dans les Exemples 1 et 2 sur la base d'un débit d'huile de 100 kg/h.

Le Tableau 1 illustre la consommation énergétique exprimée en kW des deux procédés.

Charge thermique Charge thermique Consommation de chauffage de refroidissement totale (en kW) (en kW) (en kW) Exemple 1 62,4 9,8 72,2 Exemple 2 53,9 6,8 60,7 Gain énergétique (%) - 13,6 - 31,0 - 15,9 La substitution d'une deuxième étape de transestérification par une distillation flash sous pression réduite permet de réduire la consommation énergétique globale de 15,9 %.

A ce gain va s'ajouter la valorisation des stérols après extraction et purification 5 de ces derniers.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'esters d'acides monocarboxyliques linéaires de 6 à 26 atomes de carbone, par réaction d'huiles végétales ou animales, neutres ou acides, vierges ou recyclées, avec au moins un monoalcool aliphatique à bas poids moléculaire, en présence d'un catalyseur hétérogène, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il associe: une seule étape de transestérification et une étape de distillation du mélange réactionnel.

2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que dans l'étape de distillation, la distillation du mélange réactionnel issu de l'étape de transestérification est effectuée en batch, par un procédé flash, ou en continu, sur un évaporateur à film mince opérant sous un vide compris entre 3 et 15 mm de Hg et à une température comprise entre 185 et 240 C.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'huile de départ est choisie parmi les huiles de palme (concrètes ou oléines), de palmiste, de coprah, de babassu, de colza ancien ou nouveau, de tournesol classique ou oléique, de maïs, de coton, le suif et le saindoux, les huiles d'arachide, de pourghère, de ricin, de lin et de cramble et les huiles du tournesol ou du colza obtenus par modification génétique ou par hybridation.

4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'huile de départ est choisie parmi les huiles de friture, d'équarrissage, les huiles de poissons, de phoques, les graisses de volailles.

5. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'huile de départ est choisie parmi les huiles partiellement modifiées par polymérisation ou oligomérisation.

6. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'huile de départ a un indice d'acide voisin de 10.

7. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que, l'huile de départ ayant un indice d'acide très élevé, l'on fait précéder la réaction de transestérification d'une réaction d'estérification des acides gras libres présents, soit en utilisant le même alcool que celui utilisé dans le procédé de transestérification en présence d'un acide fort comme l'acide sulfurique ou des acides sulfoniques solubles ou supportés (de type résines Amberlyst 15 ) soit en utilisant de la glycérine pour former un ester de glycérol total ou partiel, en utilisant le même type de catalyseur à base d'oxydes métalliques, à pression atmosphérique et de préférence sous un vide partiel et à des températures comprises entre 180 et 240 C.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le monoalcool aliphatique à bas poids moléculaire mis en jeu renferme de 1 à 18 atomes de carbone.

9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que ledit monoalcool aliphatique est choisi parmi les alcools méthylique, éthylique, isopropylique, propylique, butylique, isobutylique, amylique, 2-éthylhexylique et laurique.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le catalyseur hétérogène mis en jeu dans l'étape de transestérification est choisi parmi les oxydes métalliques et les mélanges d'oxydes susceptibles de former entre eux, et éventuellement avec de l'alumine, des combinaisons d'oxydes.

11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape dans laquelle on isole les insaponifiables naturellement présents dans l'huile de départ du résidu de distillation, et l'on recycle le mélange obtenu, enrichi en glycérides, vers l'étape de transestérification.