BR102014025284A2

BR102014025284A2 - Sistema integrado para aumento da recuperação de etanol e coprodução de álcool isoamílico, processo integrado para aumento da recuperação de etanol e coprodução de álcool isoamílico e, produtos assim obtidos

Info

Publication number: BR102014025284A2
Application number: BR102014025284-3A
Authority: BR
Inventors: José De Almeida Meirelles Antonio; José De Oliveira Magno; Augusto Caldas Batista Eduardo
Original assignee: Universidade Estadual De Campinas - Unicamp
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2018-01-02
Also published as: WO2016054706A1; BR102014025284B1

Abstract

sistema integrado para aumento da recuperação de etanol e coprodução de álcool isoamílico, processo integrado para aumento da recuperação de etanol e coprodução de álcool isoamílico e, produtos assim obtidos a presente invenção descreve um sistema integrado e processo integrado para recuperação de etanol e produção de álcool isoamílico a partir da destilação do óleo fúsel, subproduto de usinas de produção de etanol, diminuindo-se a geração de resíduos oriundos de seu processo. são objetos adicionais da presente invenção o álcool isoamílico e etanol recuperado obtidos pelo processo ora descrito. o sistema integrado e processo integrado descritos na presente invenção possui aplicação em usinas de produção de etanol ou plantas de bebidas destiladas, aumentando-se a eficiência de produção e mantendo-se o grau de pureza do etanol. o álcool isoamílico produzido no processo é utilizado como reagente e solvente nas indústrias de alimentos, de tintas e vernizes, de plastificantes e de perfumaria. tais vantagens são conseguidas por meio do acoplamento de uma unidade de purificação de álcool isoamílico a uma usina de produção de etanol e através de uma pequena retirada lateral de isobutanol nessa unidade acoplada, maximizando-se a produção de etanol e de álcool isoamílico.

Description

(54) Título: SISTEMA INTEGRADO PARA AUMENTO DA RECUPERAÇÃO DE ETANOL E COPRODUÇÃO DE ÁLCOOL ISOAMÍLICO, PROCESSO INTEGRADO PARA AUMENTO DA RECUPERAÇÃO DE ETANOL E COPRODUÇÃO DE ÁLCOOL ISOAMÍLICO E, PRODUTOS ASSIM OBTIDOS (51) Int. Cl.: C07C 29/80; C07C 31/125; C07C 31/08; B01D 11/04 (52) CPC: C07C 29/80, C07C 31/125.C07C 31/08, B01D 11/04 (73) Titular(es): UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS - UNICAMP (72) Inventor(es): ANTONIO JOSÉ DE ALMEIDA MEIRELLES; MAGNO JOSÉ DE OLIVEIRA; EDUARDO AUGUSTO CALDAS BATISTA (74) Procurador(es): FERNANDA LAVRAS COSTALLAT SILVADO (57) Resumo: SISTEMA INTEGRADO PARA AUMENTO DA RECUPERAÇÃO DE ETANOL E COPRODUÇÃO DE ÁLCOOL ISOAMÍLICO, PROCESSO INTEGRADO PARA AUMENTO DA RECUPERAÇÃO DE ETANOL E COPRODUÇÃO DE ÁLCOOL ISOAMÍLICO E, PRODUTOS ASSIM OBTIDOS A presente invenção descreve um sistema integrado e processo integrado para recuperação de etanol e produção de álcool isoamílico a partir da destilação do óleo fúsel, subproduto de usinas de produção de etanol, diminuindo-se a geração de resíduos oriundos de seu processo. São objetos adicionais da presente invenção o álcool isoamílico e etanol recuperado obtidos pelo processo ora descrito. O sistema integrado e processo integrado descritos na presente invenção possui aplicação em usinas de produção de etanol ou plantas de bebidas destiladas, aumentando-se a eficiência de produção e mantendo-se o grau de pureza do etanol. O álcool isoamílico produzido no processo é utilizado como reagente e solvente nas indústrias de alimentos, de tintas e vernizes, de plastificantes e de perfumaria. Tais vantagens são conseguidas por meio do acoplamento de uma unidade de purificação de álcool isoamílico a uma usina de produção de etanol e atrav(...)

t.j

1/15 “SISTEMA INTEGRADO PARA AUMENTO DA RECUPERAÇÃO DE ETANOL E COPRODUÇÃO DE ÁLCOOL ISOAMÍLICO, PROCESSO INTEGRADO PARA AUMENTO DA RECUPERAÇÃO DE ETANOL E COPRODUÇÃO DE ÁLCOOL ISOAMÍLICO E, PRODUTOS ASSIM OBTIDOS”

CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção descreve um sistema integrado e processo integrado para recuperação de etanol e produção de álcool isoamílico a partir da destilação do óleo fúsel. São objetos adicionais da presente invenção a obtenção de álcool isoamílico e de etanol recuperado.

[002] O sistema integrado e processo integrado descritos na presente invenção possui aplicação em usinas de produção de etanol ou plantas de bebidas destiladas, aumentando-se a eficiência de produção e mantendo-se o grau de pureza do etanol. O álcool isoamílico produzido no processo é utilizado como reagente e solvente nas indústrias de alimentos, de tintas e vernizes, de plastificantes e de perfumaria.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [003]Há um cenário com perspectiva de significativo aumento da demanda de etanol. A ampliação da escala de produção de etanol poderá viabilizar aplicações mais rentáveis de subprodutos como o óleo fúsel, que precisa ser retirado da coluna de destilação para evitar seu acúmulo, o qual prejudica a obtenção de etanol que atenda aos padrões de qualidade da legislação e provoca aquecimento excessivo da coluna (BATISTA et al., 2012; BESSA, BATISTA e MEIRELLES, 2012). A depender do modo de condução dos processos de fermentação e destilação do etanol, gera-se de 1 a 11 L de óleo fúsel para 1000 L de etanol produzidos (PATIL, KOOLWAL e BUTALA, 2002).

[004]O óleo fúsel é uma mistura de vários álcoois tais como isobutanol, propanol, etanol e principalmente álcool isoamílico, composto utilizado como reagente e solvente nas indústrias de alimentos, de tintas e vernizes, de plastificantes e de perfumaria (JACQUES et al., 2003; PETROBRAS, 2013).

[005] No entanto, o óleo fúsel não tem sido devidamente aproveitado pelas usinas, sendo vendido para indústrias químicas a um baixo valor comercial (FAPESP, 2007) ou descartado, causando impactos ambientais

2/15 (YILMAZTEKIN, ERTEN e CABAROGLU, 2009). O restante é queimado para produção de energia nas destilarias, trazendo baixos benefícios econômicos para as usinas (BI et al., 2008). O óleo fúsel é o único subproduto do setor sucroalcooleiro que não tem aplicação na agricultura (FAPESP, 2007).

[006] Embora haja algumas configurações de processamento de óleo fúsel sendo desenvolvidas, não foi encontrada outra tecnologia que entregue valores superiores aos descritos no presente pedido de patente. No Estado da Técnica têm-se processos isolados de produção de álcool isoamílico que utilizam solventes ou peneiras moleculares para remoção de água do óleo fúsel, diferentemente o presente invento além de produzir o álcool isoamílico sem utilização de solventes ou equipamentos como colunas de destilação reativa ou peneiras moleculares, aumenta a recuperação de etanol.

[007]Um trabalho anterior, FERREIRA, MEIRELLES e BATISTA (2013), desenvolvido no Laboratório de Extração, Termodinâmica Aplicada e Equilíbrio da FEA-UNICAMP, propôs uma configuração autônoma para destilação do óleo fúsel conseguindo obter uma recuperação de 99,5 % de álcool isoamílico no produto final, contendo os isômeros álcool isoamílico 81,8 % m/m e álcool amílico ativo 17,8 % m/m. Nessa proposta, há utilização de um decantador e duas colunas destilação para o processamento de óleo fúsel, uma coluna a mais que a configuração proposta. Esse trabalho anterior também não aproveita o etanol presente no óleo fúsel, descartando-o e gerando mais subprodutos no processamento de óleo fúsel que a invenção proposta.

[008]O documento de patente CN 1458260 se refere a um processo de purificação de óleo fúsel que combina peneiras moleculares e destilação. O óleo fúsel é desidratado em um sistema que constitui de 3 colunas com leitos de peneiras moleculares e transferido para a unidade de retificação que permite obter etanol combustível, álcool isopropílico, propanol, isobutanol, álcool isoamílico. Nesse documento é dito que o processo pode ser operado em batelada ou em regime contínuo. No entanto, não há descrição de como é possível fazer tal separação em regime continuo. Desvantajosa mente, esse processo apresenta um maior investimento em equipamentos e uma considerável complexidade de operação e manutenção, uma vez que o processo utiliza três colunas de peneiras moleculares para desidratar óleo fúsel

3/15 e uma coluna de retificação para fracionamento do óleo fúsel. Ademais, há uma acentuada variação da pressão operacional, desde vácuo até elevadas pressões de 0,7 MPa. Além disso, a temperatura do processo aumenta com a elevação da pressão, podendo alcançar 350 ° C. Diferentemente, a tecnologia proposta trata de um processo integrado para aumentar a recuperação de etanol de uma planta de etanol, e coproduzir álcool isoamílico sem a necessidade de utilizar colunas de peneiras moleculares e leitos de adsorção para desidratação do óleo fúsel. O processo aqui proposto aumenta a recuperação de etanol do processo convencional e produz álcool isoamílico utilizando apenas uma coluna de destilação, que pode operar em condições mais amenas de temperatura e pressão (pressão atmosférica), promovendo assim, economia de energia.

[009]A tecnologia descrita em RU2138476 de 25/06/98 se refere à destilação e recuperação de óleo fúsel e separação de seus componentes usando tolueno e agentes alcalinos. A utilização do tolueno nesse processo pode restringir a aplicação dos produtos obtidos em diversas indústrias como a de alimentos e farmacêutica. Ademais, tal processo gera resíduos que devem ser tratados. A invenção proposta difere da tecnologia RU2138476 principalmente pelo fato de não utilizar solventes como o tolueno ou agentes alcalinos para purificação de etanol e álcool isoamílico. Além disso, a tecnologia proposta utiliza menos operações quando comparada a RU2138476, pois apresenta apenas um equipamento de separação líquido vapor, já que a tecnologia é integrada a uma planta de etanol. O etanol e álcool isoamílico obtidos pela tecnologia proposta são produtos considerados naturais e apresentarão maior valor agregado em relação ao álcool isoamílico recuperado pelo processo descrito na patente RU2138476, que utiliza solventes como o tolueno. A presente tecnologia apresenta maior recuperação de álcool isoamílico (99,8 %) comparado à invenção descrita na patente RU2138476.

[0010] Outro processo de destilação de óleo fúsel para separação de álcool isoamílico utilizando-se aditivos químicos é descrito no documento RU2183617. A invenção proposta difere da tecnologia RU2183617 principalmente pelo fato de não só realizar a purificação do álcool isoamílico do óleo fúsel, mas também aumentar a recuperação de etanol de uma planta de etanol. Tal destinação do óleo fúsel é economicamente mais viável que a

4/15 solução obtida pela tecnologia RU2183617, que purifica o álcool isoamílico e apenas mistura o restante dos subprodutos do óleo fúsel a um resíduo do petróleo. Uma vez que óleo fúsel é composto de álcool isoamílico, isobutanol, propanol e etanol que são considerados produtos naturais com valor comercial, não recuperar os demais produtos, e misturá-los a um resíduo da indústria petrolífera, pode ser considerado um desperdício econômico de produtos como o etanol. Assim, as vantagens técnicas da tecnologia proposta frente ao processo descrito são: aumentar a recuperação de etanol do processo convencional e diminuir a geração de resíduos do processamento de óleo fúsel.

[0011] O processo do pedido de patente W02013010055 de 14/07/2011 se refere a um processo para extração dos álcoois superiores do óleo fúsel. No processo existe um extrator onde se adiciona o solvente de extração que pode ser álcool isoamílico, ou acetato de isoamila para melhorar o processo de extração, ou uma mistura deles. A fase rica em álcoois superiores, obtida do extrator, é transferida para uma coluna de destilação reativa, onde há a adição de ácido acético para produção de acetatos, seguida do reciclo parcial desses produtos como solvente para o extrator. A principal vantagem nesse processo é evitar a adição de grande quantidade de água na lavagem do óleo fúsel. A invenção proposta difere do pedido de patente WO2013010055 principalmente pelo fato de não só conseguir alta extração de álcool isoamílico do óleo fúsel, como também uma alta purificação e recuperação desse produto. Ademais, a recuperação de etanol na tecnologia da proposta é bem superior à máxima recuperação possível do processo WO2013010055, Tais vantagens são conseguidas sem a necessidade de adições de solventes como o ácido acético e operação de uma coluna de destilação reativa. Quando o processo de WO2013010055 utiliza álcool isoamílico como solvente de extração, grande quantidade de etanol é perdida na fase rica em álcoois superiores, o que inviabiliza o retorno de etanol para colunas de destilação de etanol, caracterizando baixa recuperação desse álcool. O acetato de amila é usado para tentar contornar esse problema. Mas para utilização desse éster, é necessária sua síntese utilizando uma coluna de destilação reativa e adição de ácido acético. Nesse processo, há formação de vários ésteres e os produtos são misturas desses com álcoois superiores com baixa pureza de cada componente. Sabendo-se que o etanol é reativo com o ácido acético para

5/15 formação do acetato de etila, caso seja requerida a purificação do referido álcool, é necessária a inclusão de uma operação extra como peneiras moleculares ou destilação. Nesse processo é descrito que a máxima recuperação possível de etanol é igual a 78 %. A patente WO2013010055 diz que a corrente esgotada de álcoois superiores pode ser retornada à coluna de destilação de etanol, mas tal operação não foi testada para verificar o funcionamento do processo. Essa corrente apresenta significativa quantidade de etanol e de outros álcoois. Esses outros álcoois poderão acumular na coluna de destilação de etanol e perturbar seu funcionamento. Assim, as vantagens técnicas da tecnologia proposta frente ao do pedido de patente WO2013010055 são: maior recuperação do etanol e álcool isoamílico; obtenção de álcool isoamílico com alta pureza; produção de etanol purificado com o simples reciclo da corrente esgotada de álcool isoamílico para a planta de etanol sem a necessidade de operações como peneiras moleculares rotativas; não há necessidade de adição de um solvente extra como ácido acético; a destilação reativa não é necessária.

[0012] No sistema integrado e processo integrado propostos, a corrente concentrada em etanol obtida na coluna de destilação de óleo fúsel não pode ser prontamente retornada ao processo de produção de etanol em uma usina convencional, pois causa grande perturbação de seu funcionamento em virtude da presença de isobutanol, proporcionando diminuição drástica da pureza de etanol que pode passar a não mais atender ao padrão de qualidade de álcool etilico da ANP. Esse problema é resolvido pela presente invenção através da retirada lateral na coluna de destilação do óleo fúsel, o que permite aumentar a recuperação desse último produto em processos de produção de etanol de usinas. Sem a prévia separação de etanol de isobutanol durante a destilação de óleo fúsel, a integração dos processos (purificação de álcool isoamílico e produção de etanol) é inviável.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [0013] A presente invenção descreve um sistema integrado e processo integrado para recuperação de etanol e produção de álcool isoamílico a partir da destiiação do óleo fúsel. São objetos adicionais da presente invenção a obtenção de álcool isoamílico e de etanol recuperado.

6/15 [0014] O sistema integrado e processo integrado descritos na presente invenção possui aplicação em usinas de produção de etanol ou plantas de bebidas destiladas, aumentando-se a eficiência de produção e mantendo-se o grau de pureza do etanol. O álcool isoamílico produzido no processo é utilizado como reagente e solvente nas indústrias de alimentos, de tintas e vernizes, de plastificantes e de perfumaria.

[0015] O processo integrado da presente invenção é caracterizado por compreender as etapas de:

a) Produção de etanol operando de forma tradicional, sem qualquer mudança estrutural do sistema de destilação de etanol;

b) Remoção de óleo fúsel do sistema de destilação etanol;

c) Envio do óleo fúsel para um decantador, onde ocorre a adição de água;

d) Separação de fases orgânica e aquosa no decantador;

e) Retorno da fase aquosa do decantador para a alimentação do sistema de destilação de etanol;

f) Transferência da fase orgânica para a coluna de purificação de álcool isoamílico (3);

g) Produção de álcool isoamílico no fundo da coluna 3;

h) Extração de uma corrente lateral na coluna 3 para aumentar a recuperação de etanol;

i) Reciclo do produto de topo da coluna 3 para o sistema de destilação de etanol;

j) Produção de maior quantidade de etanol ou obtenção de maior pureza de etanol no sistema de destilação de etanol.

[0016] O produto obtido como etanol hidratado possui recuperação de etanol igual a 99,4 % (aumento de 0,2 % em relação a planta tradicional) e pureza igual a 93,3 % em massa.

[0017] O álcool isoamílico e seu isômero (álcool amílico ativo) com elevada pureza (99,6 %) e recuperação de 99,8%.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0018] Figura 1: Sistema integrado para recuperação de etanol e produção de álcool isoamílico compreendendo uma unidade de purificação de óleo fúsel, recuperação de etanol e produção de álcool isoamílico, (unidade

7/15 “b’j, com a COLUNA 3 acoplada à produção de etanol (unidade “a”) com colunas AA1D e BBi e um DECANTADOR).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0019] A presente invenção descreve um sistema integrado e processo integrado para recuperação de etanol e produção de álcool isoamílico a partir da destilação do óleo fúsel. São objetos adicionais da presente invenção a obtenção de álcool isoamílico e de etanol recuperado.

[0020] O sistema integrado é caracterizado por compreender uma unidade de produção de etanol (unidade “a”) na qual uma unidade de purificação de álcool isoamílico é acoplada (unidade “b”).

[0021] A unidade de produção de etanol, de configuração denominada AA1DBB1, (unidade “a” da Figura 1), é composta por duas colunas de destilação em série que, industrialmente, recebem nomes de acordo com suas seções. A primeira coluna de destilação (COLUNA AA1D) contém as seções A, A1 e D sobrepostas e a segunda coluna (COLUNA BB1), as seções B e B1. O vinho alcoólico alimentado (topo da seção A1,) (COLUNA AAiD) é destilado para remoção de impurezas mais voláteis e de gases contaminantes, além de complementar seu aquecimento. A seção Ai compreende 4 bandejas e opera em pressões entre 98 e 124 kPa e temperaturas entre 96 e 99 °C; a seção A compreende de 16 e 24 bandejas e opera em pressões entre 120 e 176 kPa e temperaturas entre 98 e 132 °C; O vapor gerado (topo da seção Ai) (COLUNA AAiD) é alimentado na base da seção D, que compreende geralmente 6 bandejas e opera em pressões entre 99 e 117 kPa e temperaturas entre 99 e 117 °C, na qual se concentram os produtos mais voláteis, que são encaminhados para condensadores, sendo parcialmente exauridos (álcool de segunda), e o restante é realimentado no topo da seção D (FINGUERUT et al., 2008). A flegma líquida gerada (fundo da seção D) (COLUNA AAiD) é alimentada na base da seção B (COLUNA BBi) através da CORRENTE D2 compreendendo temperaturas entre 80 e 90 °C, pressão entre 98 e 120 kPa e concentrações de etanol próximas a 41,6 % em massa, para ser retificada juntamente com a flegma vapor. A corrente líquida (fundo da seção Ai) (COLUNA AAiD) é enviada para o topo da seção A (COLUNA AAiD), a qual alimenta a seção Ai com o vapor produzido em seu topo. A corrente com teor alcoólico aproximado de 40 % em massa (flegma vapor) (topo da seção A)

8/15 (COLUNA AAiD) é recuperada da fase vapor e transferida à base da seção B (COLUNA BBi) através da CORRENTE D3 compreendendo temperaturas entre 93 e 104 °C, pressão entre 120 e 127 kPa e vazão com concentração de 35 a 45 % em massa de etanol. A seção B contém de 43 a 45 bandejas e opera em pressões entre 87 e 127 kPa e temperaturas entre 74 e 92 °C; e além da flegma vapor, recebe também o produto de fundo da coluna D (flegma líquida), que são retificados para obtenção de etanol em uma bandeja pouco abaixo do topo dessa seção até alcançar a concentração de etanol exigida pela legislação. A seção Bi compreende 15 bandejas, e opera em pressões entre 124 e 150 kPa e temperaturas entre 92 e 110 °C, é utilizada para esgotar o etanol da flegma vapor. A corrente de fundo da seção Bi, denominada flegmaça deve conter concentração de etanol menor que 0,02 % em massa. O produto de topo da seção Bi retorna para a seção B. O óleo fúsel gerado dessa configuração (fundo da seção B) (COLUNA BBi) é transferido ao processo de destilação para purificação de álcool isoamílico (produto de fundo da coluna) (COLUNA 3), através da CORRENTE D4 compreendendo temperaturas entre 81 e 94 °C, pressão entre 110 e 130 kPa, conforme descrito a seguir para a unidade “b” do sistema integrado. A tecnologia é aplicada, também, para outras configurações, por exemplo, as denominadas AB, ABBi.

[0022] A unidade de purificação de álcool isoamílico (unidade “b” da Figura 1) pode ser preferencialmente uma coluna de destilação (COLUNA 3), onde pode ser realizada a retirada lateral de produtos (na parte superior da coluna) (COLUNA 3), permitindo-a ser integrada a qualquer configuração tradicionalmente utilizada para concentração e purificação de etanol, pois em todas há necessidade da retirada da corrente de óleo fúsel. A coluna de destilação do óleo fúsel (COLUNA 3) compreende um refervedor e um condensador, podendo compreender entre 20 e 46 bandejas, preferencialmente 30 bandejas, opera em pressões entre 20 e 180 kPa e temperaturas entre 44 e 140 °C, e tem por função a purificação de álcool isoamílico (produto de fundo da coluna) (COLUNA 3), obtendo-se uma corrente de produto de fundo com pureza de álcool isoamílico e seu isômero álcool amílico ativo superior ao 99,6 %. A depender da composição do óleo fúsel, uma pré-concentração desse subproduto através da utilização de um DECANTADOR antes da coluna de purificação de álcool isoamílico (COLUNA

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3) pode conferir vantagens econômicas ao processo. Nesse contexto, o óleo fúsel separado é transferido à COLUNA 3 através da CORRENTE D5, compreendendo pressão variável entre 88 e 151 kPa e temperatura variável entre 20 e 40 °C.

[0023] Para desenvolvimento da instalação do sistema de produção integrada de etanol e álcool isoamílico foram considerados parâmetros operacionais e construtivos da destilação industrial de etanol da configuração AA1DBB1. No sistema integrado proposto é obtido um produto concentrado em etanol (topo da coluna) (COLUNA 3) que, não pode ser prontamente retornado à coluna de etanol (COLUNA BB1), pois causa grande perturbação de seu funcionamento em virtude da presença de isobutanol, proporcionando diminuição drástica da pureza de etanol que pode passar a não mais atender ao padrão de qualidade de álcool etílico da ANP, além reduzir a recuperação de etanol. Para resolver a perda de etanol do processo, foi desenvolvida a solução de retirada lateral (CORRENTE S1) em uma das bandejas onde 0 isobutanol se acumula (parte superior da coluna) (COLUNA 3), tornando possível a sua separação do etanol que, após a referida purificação, é reciclado para 0 processo de destilação de etanol (COLUNA BB1) através da corrente do topo (CORRENTE D1) compreendendo pressões entre 20 e 150 kPa, temperaturas entre 44 e 85 °C e concentrações entre 30 e 75 % de etanol em massa, permitindo-se aumentar a recuperação desse produto. A CORRENTE S1 compreende pressões entre 24 e 159 kPa, temperaturas entre 49 e 91 °C e vazão entre 4 e 10 % em massa da vazão de óleo fúsel lavado que alimenta a COLUNA 3 para não haver perda significativa de etanol e álcool isoamílico.

[0024] O sistema compreendendo as unidades “a e “b” acopladas, conforme descrito acima, compreende com ou sem meios de trocar, selecionados dentre outras, a troca térmica entre a corrente de flegmaça com a corrente de fundo da COLUNA 3 operada sob vácuo.

[0025] O processo integrado para produção de álcool isoamílico e recuperação de etanol é caracterizado por compreender as etapas de:

a) Alimentação do vinho no topo da seção A1 da COLUNA AA1D;

b) Destilação do vinho, da etapa (a), gerando-se vapor (topo da seção A1) (COLUNA AA1D) e líquido (fundo da seção A1) (COLUNA AA1 D);

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c) Alimentação do vapor obtido na etapa (b) na seção D (COLUNA AA1D);

d) Separação de gases de contaminação e compostos voláteis (topo da seção D) (COLUNA AA-iD) e da flegma líquida (fundo da seção D) (COLUNA AAiD), a partir do vapor obtido na etapa (c);

e) Concentração e eliminação de gases de contaminação e compostos voláteis obtidos na etapa (d) (topo da seção D) (COLUNA AAiD), através de um processo de degasagem;

f) Extração (CORRENTE D2) de flegma líquida obtida na etapa (d) (fundo da seção D), e sua alimentação no processo de produção de etanol hidratado (seção B) (COLUNA BBi);

g) Transferência do líquido obtido na etapa (b), para a seção A da COLUNA AAiD;

h) Separação de flegma (fase vapor) (topo da seção A) (COLUNA AA1D) e de vinhaça (fundo da seção A) (COLUNA AA1D) a partir do líquido descrito na etapa (g);

i) Extração lateral (CORRENTE D3) da flegma (fase vapor) obtida na etapa (h), e sua alimentação na seção B da COLUNA BBi;

j) Remoção da vinhaça obtida na etapa (h) (fundo da seção A) (COLUNA AA1D) da COLUNA AA1D;

k) Separação e purificação do etanol hidratado (topo da seção B) (COLUNA BBi) e do óleo fúsel (fundo da seção B) (COLUNA BBi);

l) Realização de extração lateral de corrente de óleo fúsel onde há maior acumulo de álcoois superiores, região próxima ao fundo da seção B (COLUNA BBi);

m) Transferência do líquido proveniente da última bandeja da seção B para a seção Bi da (COLUNA BB1) para exaurir etanol;

n) Obtenção da flegmaça (fundo da seção Bi) (COLUNA BBi) a partir do líquido recebido na etapa (I) e sua remoção como produto de fundo na seção Bi da COLUNA BBi;

o) Retirada lateral (CORRENTE D4) de óleo fúsel obtido na etapa (I), e sua alimentação no DECANTADOR;

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p) Alimentação de água no DECANTADOR, formando-se um sistema bifásico compreendendo uma fase aquosa e uma fase orgânica;

q) Separação do óleo fúsel compreendido na fase orgânica (topo do DECANTADOR) e água (fundo do DECANTADOR);

r) Reciclo da fase aquosa obtida na etapa (q) para o tanque de alimentação do vinho (TANQUE 1);

s) Alimentação da fase orgânica (CORRENTE D5) obtida na etapa (q) na coluna de purificação de álcool isoamílico (COLUNA 3);

t) Separação do álcool isoamílico (fundo da coluna) (COLUNA 3), de uma corrente rica em etanol (topo da coluna) (COLUNA 3) e de uma corrente lateral concentrada em butanol (região superior da coluna) (COLUNA 3);

u) Obtenção de álcool isoamílico (fundo da coluna) (COLUNA 3) através da etapa de separação descrita em (t);

v) Obtenção de uma corrente com recuperação superior a 97 % em massa de etanol (topo da coluna) (COLUNA 3) que chega a essa coluna, através da etapa de separação descrita em (t);

w) Retirada lateral (CORRENTE S1) da corrente concentrada em isobutanol obtido na etapa (t);

x) Obtenção de etanol hidratado (topo da coluna) (COLUNA 3), após a etapa de retirada lateral de isobutanol descrita na etapa (w);

y) Reciclo do etanol hidratado (CORRENTE D1) obtido na etapa (x), para seção B da COLUNA BBi;

z) Produção de etanol, aumento de 0,2 %, (topo da coluna) (COLUNA BBi) devido ao reciclo descrito na etapa (y).

[0026] O óleo fúsel lavado (fase orgânica do decantador) é alimentado na coluna de purificação de álcool isoamílico (COLUNA 3), preferencialmente em bandejas posicionadas um pouco acima do meio da coluna (etapa s). Essa coluna é responsável por concentrar e purificar o álcool isoamílico e seu isômero álcool amílico ativo com elevada pureza (superior a 99,6 %) na corrente de produto de fundo da coluna (etapa u).

[0027] O reciclo do destilado da COLUNA 3, concentrado em etanol para o conjunto BBi (etapa y) para aumento da recuperação de etanol, só

12/15 funcionará se for realizada uma pequena retirada lateral na COLUNA 3. A vazão dessa corrente deve estar, preferencialmente, na faixa de 4 a 10 % da vazão de óleo fúsel lavado que alimenta essa coluna, para não haver perda significativa de etanol e álcool isoamílico (etapa w). Esse reciclo permite maior produção de etanol, aumentando em 0,2 % a recuperação desse produto (etapa z).

[0028] É um objeto adicional da presente invenção os produtos com alta pureza, obtidos pelo dito processo integrado de acordo com a configuração do sistema integrado proposto. Os ditos produtos são o álcool isoamílico e o etanol recuperado.

[0029] O etanol hidratado produzido possui recuperação igual a 99,4 % e pureza igual ou superior a 93,3 % em massa estando de acordo com o padrão da Resolução n° 7 da Agência Nacional do Petróleo (ANP), que estabelece padrão para álcool etílico hidratado carburante (AEHC) com faixa de 92,6-93,8 % em massa. O álcool isoamílico obtido apresenta recuperação de 99,8% e concentração superior a 99,6 % em massa de álcool isoamílico (82,1 % de álcool isoamílico e 17,5 % de álcool amílico ativo) que é superior a pureza mínima de 99 % de produtos encontrados comercialmente (PETROM, 2014).

EXEMPLOS [0030] A presente descrição da tecnologia refere-se ao exemplo de concretização da tecnologia sem, no entanto, restringi-la. Tal ilustração não visa limitar todas as possibilidades de operações do novo processo, mas apenas demonstrar seu funcionamento frente a algumas condições possíveis de operação.

[0031] Para este exemplo, a planta de destilação industrial de uma típica usina brasileira foi considerada (unidade “a” da Figura 1). O óleo fúsel gerado dessa configuração convencional foi submetido a um processo de destilação para purificação de álcool isoamílico.

[0032] Considerando-se que uma quantidade significativa de etanol é perdida em processos convencionais de destilação de óleo fúsel, o sistema proposto compreende uma corrente D1 localizada no topo da COLUNA 3 para aumentar a recuperação de etanol concentrado nessa região e reciclá-lo para a COLUNA BBi da unidade “a”. O retorno da CORRENTE D1 para a COLUNA

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ΒΒι é uma boa alternativa, pois em alguma bandeja da COLUNA BBi, há uma concentração alcoólica próxima a 63,8 %, a concentração alcoólica de D1.

[0033] Quando o reciclo da CORRENTE D1 para a COLUNA BBi é realizado, tem-se uma configuração que podería aumentar a recuperação de etanol. No entanto, o referido reciclo pode perturbar a operação da COLUNA BBi caso a remoção de isobutanol presente no topo da COLUNA 3 não ocorra. Como consequências do retorno da CORRENTE D1 com isobutanol, têm-se as quedas acentuadas da pureza (92,6 %) e da recuperação do etanol (98,4 %). Nessa condição operacional, grande quantidade de etanol é perdida na base da COLUNA BBi, com a concentração mássica de etanol na flegmaça alcançando valores superiores a 0,3 % em massa, bem acima do valor tradicionalmente aceitável pelas usinas que é igual 0,02 % em massa (BATISTA et al., 2012; BESSA, BATISTA e MEIRELLES, 2012). Mesmo fornecendo mais energia à COLUNA ΒΒι. o desempenho continua abaixo do processo convencional. Nesse contexto, a tecnologia proposta compreende uma remoção lateral de isobutanol na parte superior da COLUNA 3 através da CORRENTE S1, de modo a reduzir a perturbação causada por este minoritário e permitir aumentar a recuperação de etanol.

[0034] Pequenas vazões da CORRENTE S1 (preferencialmente de 4 a 10 % da vazão de óleo fúsel lavado que alimenta a (COLUNA 3) permitem aumentar a pureza do etanol elevando sua recuperação e manter a pureza de etanol exigida pela ANP.

[0035] Análises de sensibilidade podem ser realizadas para avaliar o efeito da vazão e da posição de retirada lateral sobre as principais respostas do processo. Para as condições desse exemplo, fixada a pureza de etanol obtida da planta típica de destilação de etanol (93,3 m/m), há um valor máximo de recuperação de etanol e alta recuperação de álcool isoamílico quando o valor da retirada lateral é igual a 6 kg/h. O efeito da posição de retirada lateral foi menos significativo.

[0036] O resultado desse exemplo é resumido na Tabela 1.

[0037] A configuração proposta apresenta maior recuperação de etanol se comparado uma usina típica, sem aumentar os custos energéticos e de capital da destilação de etanol. Este ganho de produtividade foi possível devido à eficiente remoção de alcoóis superiores obtendo-se um destilado

14/15 concentrado em etanol na coluna de purificação do óleo fúsel (unidade “b” da Figura 1) que pode ser retornado à COLUNA BBi. Simultaneamente, a configuração proposta é capaz de produzir o álcool isoamílico e o seu isômero álcool amílico ativo com elevadas pureza e recuperação, além de diminuir a geração de efluentes do processamento de óieo fúsel.

Tabela 1. Comparação da planta típica de destilação de etanol com as configurações convencionais, intermediária e proposta

Configuração	Convencional Etanol	Tecnologia Proposta
Etanol	Álcool isoamílico
Recuperação (%)	99,2	99,4	99,8
Pureza de produto (% m/m)	93,3	93,3	99,6
Subproduto óleo fúsel (kg/h)	96,0		6
Consumo de vapor (kg/h)	48230,0	48230,0 92,2 48322,2

Referencias

BATISTA, F. R. M. et al. Computational simulation applied to the investigation of industrial plants for bioethanol distillation. Computers and Chemical Engineering, v. 46, p. 1-16, 2012.

BATISTA, F. R. M.; MEIRELLES, A. J. A. Sistema e processo para a produção de álcool hidratado de diferentes padrões de qualidade. INPI. Brasil. 2012.

BESSA, L. C. B. A.; BATISTA, F. R. M.; MEIRELLES, A. J. A. Doubleeffect integration of multicomponent alcoholic distillation columns. Energy, v. 45, n. 1, p. 603-612, 2012.

BI, F. et al. Chemical Esterification of Fusel Oil Alcohol for the Production of Flavor and Fragrance Esters. Journal of the Chemical Society of Pakistan, v. 30, n. 6, p. 919-923, 2008.

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FAPESP. Brasil líder mundial em conhecimento e tecnologia de cana e etanol A contribuição da FAPESP. São Paulo: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, 2007.

FERREIRA, M. C.; MEIRELLES, A. J. A.; BATISTA, E. A. C. Study of the fusel oil distillation process. Industrial and Engineering Chemistry Research, v. 52, n. 6, p. 2336-2351,2013.

JACQUES, K. A. et al. The alcohol textbook: a reference for the beverage, fuel and industrial alcohol industries. Nottingham University Press, 2003.

PATIL, A. G.; KOOLWAL, S. M.; BUTALA, H. D. Fusel oil: Composition, removal and potential utilization. International Sugar Journal, v. 104, n. 1238, p. 51-63, 2002.

PETROBRAS. Álcool Isoamílico BR. 2013. Disponível em: < http://www.br.com.br/wps/wcm/connect/c52f800043a7a2ce81a98fecc2d0136c/ft -quim-alcool-isoamilico.pdf?MOD=AJPERES >. Acesso em: 15 de outubro de 2013.

PETROM. Álcool Isoamílico - Pureza 99%. 2014. Disponível em: < http://www.petrom.com.br/produtos/ai/aplicacoes.html >.

YILMAZTEKIN, M.; ERTEN, H.; CABAROGLU, T. Enhanced production of isoamyl acetate from beet molasses with addition of fusel oil by Williopsis saturnus var. saturnus. Food Chemistry, v. 112, n. 2, p. 290-294,

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo integrado para aumento da recuperação de etanol e coprodução de álcool isoamílico, caracterizado por compreender as seguintes etapas:

a) Alimentação de vinho alcoólico no topo da seção Ai da COLUNA AA1D;

b) Destilação do vinho alcoólico, da etapa (a), gerando-se vapor (topo da seção Ai) (COLUNA AA1D) e líquido (fundo da seção Ai) (COLUNA AA1D);

c) Alimentação do vapor obtido na etapa (b) na seção D (COLUNA AA1D);

d) Separação de gases de contaminação e compostos voláteis (topo da seção D) (COLUNA AA1D) e da flegma líquida (fundo da seção D) (COLUNA AA1D), a partir do vapor obtido na etapa (c);

e) Concentração e eliminação de gases de contaminação e compostos voláteis obtidos na etapa (d) (topo da seção D) (COLUNA AAiD), através de um processo de degasagem;

f) Extração (CORRENTE D2) de flegma líquida obtida na etapa (d) (fundo da seção D), e sua alimentação no processo de produção de etanol hidratado (seção B) (COLUNA BBi);

g) Transferência do líquido obtido na etapa (b), para a seção A da COLUNA AAiD;

h) Separação de flegma (fase vapor) (topo da seção A) (COLUNA AA1D) e de vinhaça (fundo da seção A) (COLUNA AA1D) a partir do líquido descrito na etapa (g);

i) Extração lateral (CORRENTE D3) da flegma (fase vapor) obtida na etapa (h), e sua alimentação na seção B da COLUNA BBi;

j) Remoção da vinhaça obtida na etapa (h) (fundo da seção A) (COLUNA AA1D) da COLUNA AA1D;

k) Separação e purificação do etanol hidratado (topo da seção B) (COLUNA BBi) e do óleo fúsel (fundo da seção B) (COLUNA BBi);
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l) Realização de extração lateral de corrente de óleo fúsel onde há maior acumulo de álcoois superiores, região próxima ao fundo da seção B (COLUNA BBi);

m) Transferência do líquido proveniente da última bandeja da seção B para a seção Bi da (COLUNA BB1) para exaurir etanol;

n) Obtenção da flegmaça (fundo da seção Bi) (COLUNA BBi) a partir do líquido recebido na etapa (I) e sua remoção como produto de fundo na seção Bi da COLUNA BBi;

o) Retirada lateral (CORRENTE D4) de óleo fúsel obtido na etapa (I), e sua alimentação no DECANTADOR;

p) Alimentação de água no DECANTADOR, formando-se um sistema bifásico compreendendo uma fase aquosa e uma fase orgânica;

q) Separação do óleo fúsel compreendido na fase orgânica (topo do DECANTADOR) e água (fundo do DECANTADOR);

r) Reciclo da fase aquosa obtida na etapa (q) para o tanque de alimentação do vinho alcoólico (TANQUE 1);

s) Alimentação da fase orgânica (CORRENTE D5) obtida na etapa (q) na coluna de purificação de álcool isoamílico (COLUNA 3);

t) Separação do álcool isoamílico (fundo da coluna) (COLUNA 3), de uma corrente rica em etanol (topo da coluna) (COLUNA 3) e de uma corrente lateral concentrada em butanol (região superior da coluna) (COLUNA 3);

u) Obtenção de ácool isoamílico (fundo da coluna) (COLUNA 3) através da etapa de separação descrita em (t);

v) Obtenção de uma corrente com recuperação superior a 97 % em massa de etanol (topo da coluna) (COLUNA 3) que chega a essa coluna, através da etapa de separação descrita em (t);

w) Retirada lateral (CORRENTE S1) da corrente concentrada em isobutanol obtido na etapa (t);

x) Obtenção de uma corrente concentrada em etanol (topo da coluna) (COLUNA 3), após a etapa de retirada lateral de isobutanol descrita na etapa (w);
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y) Reciclo do etanol hidratado (CORRENTE D1) obtido na etapa (x), para seção B da COLUNA BBi;

z) Produção de etanol, aumento de 0,2 %, (topo da coluna) (COLUNA BBi) devido ao reciclo descrito na etapa (y).

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do vinho alcoólico (etapa (a)) poder ser produzido através da fermentação de diferentes matérias-primas açucaradas, tais como cana-de-açúcar, milho, batata, trigo, cevada, hidrolisado de material lignocelulósico, sorgo sacarino, beterraba, mandioca, entre outros.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da corrente de alimentação na etapa (a) compreender pressão variável entre 98 e 142 kPa, temperatura preferencial de 90 °C e graduação alcoólica maior que 5% em massa.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da destilação do líquido alcoólico na etapa (b) ser realizada em temperatura variável entre 96 e 99 °C e pressão variável entre 98 e 124 kPa.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da separação na etapa (d) ser realizada em temperatura variável entre 99 e

117 °C e pressão variável entre 98 e 117 kPa.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do processo de degasagem compreendido na etapa (e) ocorrer em vazão preferencial de 0,08 % da vazão de destilado.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da CORRENTE D2 compreender pressão variável entre 98 e 120 kPa, temperatura variável entre 80 e 90 °C e concentração de etanol preferencialmente a 41,6 % em massa.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a separação na etapa (h) ser realizada em temperatura variável entre 99 e

118 °C e pressão variável entre 120 e 176 kPa.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a CORRENTE D3 compreender pressão variável entre 120 e 127 kPa, temperatura variável entre 93 e 104 °C e concentração variável entre 35 e 45 % em massa de etanol.

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10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a separação na etapa (k) ser realizada em temperatura variável entre 74 e 92 °C e pressão variável entre 87 e 127 kPa.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a CORRENTE D4 compreender pressão variável entre 110 e 130 kPa e temperatura variável entre 81 e 94 °C.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a corrente de alimentação na etapa (p) compreender pressão variável entre 88 e 101,3 kPa, temperatura variável entre 20 e 40 °C e uma proporção de vazão preferencial de 1,5 a 2:1 (água:óleo fúsel).
13. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a separação na etapa (q) ser realizada em temperatura variável entre 20 e 40 °C e pressão variável entre 88 e 101,3 kPa.
14. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o reciclo da fase aquosa da etapa (r) compreender pressão variável entre 88 e 141 kPa, temperatura variável entre 20 e 40 °C e concentração alcoólica preferencialmente superior a 5 % de etanol em massa.
15. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a CORRENTE D5 compreender pressão variável entre 88 e 151 kPa e temperatura variável entre 20 e 40 °C.
16. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa (s) compreender uma corrente de alimentação de fase orgânica com pressão variável entre 88 e 151 kPa e temperatura variável entre 20 e 90 °C.
17. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a separação na etapa (t), ser realizada em temperatura variável entre 44 e 140 °C e pressão variável entre 20 e 180 kPa.
18. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a CORRENTE S1 compreender pressão variável entre 20 e 180 kPa temperatura variável entre 50 e 87 °C e vazão variável entre 4 a 10 % da vazão de óleo fúsei lavado que alimenta a COLUNA 3.
19. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a CORRENTE D1 compreender pressão variável entre 20 e 150 kPa, temperatura variável entre 44 e 85 °C e uma concentração preferencialmente a 63 % em massa de etanol.

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20. Sistema integrado para aumento da recuperação de etanol e coprodução de álcool isoamílico, caracterizado por compreender uma unidade de produção de etanol (unidade “a”) na qual uma unidade de purificação de álcool isoamílico é acoplada (unidade “b”), compreendendo:

a) pelo menos quatro meios de separação de misturas;

b) meios de trocar calor;

c) meios de misturar e separar líquidos miscíveis
21. Sistema, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato dos meios de separação compreender pelo menos uma corrente adicional de mistura de líquidos miscíveis ou mistura de vapores.
22. Sistema, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato dos meios de separação compreender pelo menos duas colunas de destilação em série acopladas por uma extremidade a pelo menos um decantador, sendo este acoplado a pelo menos uma terceira coluna de destilação pela extremidade oposta.
23. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato da primeira coluna de destilação compreender pelo menos uma seção e ser acoplada a um tanque de alimentação; e a segunda coluna compreender pelo menos uma seção.
24. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de o decantador ser acoplado ao tanque de alimentação, conforme reivindicação 25.
25. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato da terceira coluna de destilação ser acoplada à última coluna da série de pelo menos duas colunas de destilação.
26. Sistema, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelos meios de trocar calor a serem selecionados dentre outras, a troca térmica entre a corrente de flegmaça com a corrente de fundo da COLUNA 3 operada sob vácuo.
27. Sistema, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por realizar o processo conforme descrito nas reivindicações de 1 a 19.
28. Etanol hidratado caracterizado por ser obtido de acordo com o processo descrito nas reivindicações de 1 e 19 e compreender pureza preferencial de 93,3% em massa e recuperação preferencial de 99,4%.

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29. Álcool isoamílico caracterizado por ser obtido de acordo com o processo descrito nas reivindicações de 1 e 19, com pureza superior a 99,6 % em massa, compreendendo 82,1 % de álcool isomíiico e 17,5 % de álcool amílico ativo, e recuperação preferencial de 99,8%.

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