BR102019002908A2 - PROCESS FOR CONVERSION OF SUGAR ACETALS IN GREEN HYDROCARBONS IN THE GASOLINE RANGE, AVIATION KEROSENE AND DIESEL - Google Patents

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Abstract

processo para conversão de acetais de açúcares em hidrocarbonetos-verdes na faixa da gasolina, querosene de aviação e diesel. esta invenção diz respeito a um processo em uma única etapa para a produção de hidrocarbonetos-verdes saturados, que podem ser incorporados nos combustíveis tipo gasolina, querosene de aviação (qav) e no diesel; e utilizados como hidrocarbonetos para as mais diversas aplicações. os hidrocarbonetos-verdes produzidos pertencem às classes de parafinas, naftenos com substituintes alquila e mono-aromáticos, cujas concentrações podem ser controladas pelas condições do processo, tipo de catalisador, relação acetal/catalisador e tipo de bio-carga. o processo converte diacetais isopropilidênicos de açúcar misturados, como em um bio-petróleo (patente número wo2015135046 a1, onde os acetais são produzidos diretamente da biomassa de segunda geração), ou individualmente (como o 1,2:3,5-di-o-isopropilideno-a-d-xilofuranose - dx). as condições da reação se dão na presença de hidrocarbonetos convencionais, como n-hexano, ou na ausência destes, sob atmosfera de hidrogênio (5-150 bar), temperatura (100-400oc), em processo de leito fixo (tempo de residência da ordem de alguns minutos) ou em batelada (tempos de residência de até 48 horas) e na presença de catalisadores bifuncionais, isto é, contendo função metálica (e bi-metálica) e ácida.process for converting sugar acetals to green hydrocarbons in the range of gasoline, aviation kerosene and diesel. this invention relates to a one-step process for the production of saturated green hydrocarbons, which can be incorporated into fuels such as gasoline, aviation kerosene (qav) and diesel; and used as hydrocarbons for the most diverse applications. the green hydrocarbons produced belong to the classes of paraffins, naphthenes with alkyl and mono-aromatic substituents, whose concentrations can be controlled by the process conditions, type of catalyst, acetal / catalyst ratio and type of bio-charge. the process converts mixed isopropylenic sugar diacetals, as in a bio-oil (patent number wo2015135046 a1, where acetals are produced directly from second generation biomass), or individually (such as 1,2: 3,5-di-o -isopropylidene-ad-xylofuranose - dx). the reaction conditions occur in the presence of conventional hydrocarbons, such as n-hexane, or in their absence, under a hydrogen atmosphere (5-150 bar), temperature (100-400oc), in a fixed bed process (residence time of the a few minutes) or batch (residence times of up to 48 hours) and in the presence of bifunctional catalysts, that is, containing metallic (and bi-metallic) and acidic functions.

Description

PROCESSO PARA CONVERSÃO DE ACETAIS DE AÇÚCARES EM HIDROCARBONETOS-VERDES NA FAIXA DA GASOLINA, QUEROSENE DE AVIAÇÃO E DIESELPROCESS FOR CONVERSION OF SUGAR ACETALS IN GREEN HYDROCARBONS IN THE GASOLINE RANGE, AVIATION KEROSENE AND DIESEL Campo da invençãoField of invention

[001] A presente invenção se encontra no campo de produção de hidrocarbonetos-verdes saturados, produzidos através de fontes renováveis, como por exemplo o bagaço de cana-de-açúcar, algas, madeira, capim elefante, dentre outras. Ela pode ser aplicada tanto aos processos convencionais da refinaria como em unidades independentes. As frações obtidas dos acetais de açúcares podem ser utilizadas puras ou diretamente misturadas ao “pool’’ de hidrocarbonetos convencionais produzindo em ambos os casos, gasolina, QAV e diesel. Além do mais, este processo pode ser integrado ao conceito de uma biorefinaria pois hidrocarbonetos são produzidos desde 3-5 carbonos (em menor quantidade) até uma fração principal contendo hidrocarbonetos entre sete e dezoito átomos de carbono. Uma vez que se pode controlar a conversão dos acetais nas mais diversas frações de hidrocarbonetos-verdes (tipo e peso molecular), pode-se atender todo o tipo de demanda de hidrocarbonetos.[001] The present invention is found in the field of production of saturated green hydrocarbons, produced through renewable sources, such as sugar cane bagasse, algae, wood, elephant grass, among others. It can be applied to both conventional refinery processes and independent units. The fractions obtained from the sugar acetals can be used pure or directly mixed with the pool of conventional hydrocarbons producing in both cases gasoline, QAV and diesel. Furthermore, this process can be integrated with the concept of a biorefinery as hydrocarbons are produced from 3-5 carbons (in smaller quantities) to a main fraction containing hydrocarbons between seven and eighteen carbon atoms. Since it is possible to control the conversion of acetals in the most diverse fractions of green hydrocarbons (type and molecular weight), all types of hydrocarbon demand can be met.

Fundamentos da InvençãoFundamentals of the Invention

[002] Apesar dos enormes benefícios para a civilização moderna, os padrões de produção e consumo adotados estão baseados majoritariamente em fontes não renováveis. Para além da contínua escassez destas fontes, o principal problema derivado do seu uso excessivo é o impacto ambiental ao nosso planeta, causada sobretudo pelos aumentos das emissões de CO2 dentre outros gases. Somam-se à estas questões o aumento da população mundial e da demanda energética necessária para suprir as sociedades modernas. Particularmente, os meios de transporte representam um grande consumo de energia (aproximadamente 25% da demanda mundial) e são, majoritariamente dependentes de combustíveis fósseis. Dentre os meios de transporte estima-se um grande crescimento previsto para o do tráfego aéreo internacional, e também um aumento de 50% do transporte rodoviário de mercadorias. Dessa forma, o combustível para aviação e o diesel representarão um papel central para o setor de transporte. Portanto, uma mudança de paradigma que vise a diminuição da pegada de carbono sem reduzir o acesso de energia às pessoas se urge como uma obrigação. Particularmente, o alto potencial de fotossíntese da biomassa torna-a elegível para a produção de energia e combustível. A biomassa é composta por bio-polímeros funcionalizados com base em derivados de açúcares e fenólicos. Devido as diversas funcionalidades, estes compostos e seus derivados são geralmente muito reativos. Por outro lado, os processos de refinaria foram projetados para converter compostos pouco reativos como os hidrocarbonetos. De fato, uma refinaria convencional baseia-se em processos maduros que convertem uma grande variedade de cargas não renováveis em compostos hidrocarbonetos que vão compor os produtos com diversas especificidades como gasolina, QAV, diesel, dentre outros. Nos próximos anos, um dos principais desafios será definitivamente produzir combustíveis verdes e usar a estrutura da refinaria atual/convencional. Atingir este objetivo irá certamente encurtar o caminho para a sustentabilidade mitigando grandes problemas ambientais e de saúde além da produção de hidrocarbonetos verdes poder substituir parte do petróleo, diminuindo seu preço. Nesse sentido, a presente invenção se constitui um grande avanço para sustentabilidade e se baseia na conversão de acetais de açúcares (puros ou misturados) em hidrocarbonetos. Estes compostos podem ser obtidos, por exemplo, diretamente da biomassa de segunda geração por reações de acetalização (patente número WO2015135046). Através deste processo se converte a biomassa em um bio-petróleo que é quimicamente distinto das biocargas relatadas até agora. A conversão de biomassa em bio-petróleo pode ocorrer na presença de acetona (WO2015135046) ou 2,5 hexadiona (BR10201702297), uma dicetona obtida da biomassa, ou outro reagente orgânico contendo uma função carbonilada. Esta reação é flexível ao tipo de biomassa, de reagente carbonilado e ainda se consegue, pelas condições do processo, extrair seletivamente os derivados acetais da hemicelulose ou da celulose (Débora Nobrega, Tese de mestrado, IQ-UFRJ 2017). Dessa forma, novos tipos de bio-óleos poderão ser processados por outros processos, diferentes do hidroprocessamento, resultando em diferentes tipos de produtos.[002] Despite the enormous benefits for modern civilization, the patterns of production and consumption adopted are based mostly on non-renewable sources. In addition to the continuing scarcity of these sources, the main problem stemming from their excessive use is the environmental impact on our planet, caused mainly by increases in CO2 emissions and other gases. Added to these issues are the increase in the world population and the energy demand needed to supply modern societies. In particular, the means of transport represent a large consumption of energy (approximately 25% of world demand) and are mostly dependent on fossil fuels. Among the means of transport, it is estimated a large growth expected for international air traffic, and also a 50% increase in road freight transport. In this way, aviation fuel and diesel will play a central role for the transport sector. Therefore, a paradigm shift aimed at reducing the carbon footprint without reducing energy access to people is an urgent requirement. In particular, the high potential for photosynthesis of biomass makes it eligible for the production of energy and fuel. Biomass is composed of functionalized biopolymers based on sugar and phenolic derivatives. Due to the diverse functionalities, these compounds and their derivatives are generally very reactive. On the other hand, refinery processes were designed to convert low-reactive compounds such as hydrocarbons. In fact, a conventional refinery is based on mature processes that convert a wide variety of non-renewable fillers into hydrocarbon compounds that will compose products with different specifications, such as gasoline, QAV, diesel, among others. In the coming years, one of the main challenges will definitely be to produce green fuels and use the current / conventional refinery structure. Achieving this goal will certainly shorten the path to sustainability by mitigating major environmental and health problems in addition to the production of green hydrocarbons to replace part of the oil, lowering its price. In this sense, the present invention constitutes a major advance for sustainability and is based on the conversion of sugar acetals (pure or mixed) into hydrocarbons. These compounds can be obtained, for example, directly from second generation biomass by acetalization reactions (patent number WO2015135046). Through this process, biomass is converted into a bio-oil that is chemically distinct from the biocharges reported so far. The conversion of biomass into bio-petroleum can occur in the presence of acetone (WO2015135046) or 2.5 hexadione (BR10201702297), a diketone obtained from biomass, or another organic reagent containing a carbonyl function. This reaction is flexible to the type of biomass, carbonylated reagent and it is still possible, due to the process conditions, to selectively extract the acetal derivatives of hemicellulose or cellulose (Débora Nobrega, Master's thesis, IQ-UFRJ 2017). Thus, new types of bio-oils may be processed by other processes, other than hydroprocessing, resulting in different types of products.

[003] A conversão dos acetais derivados de monossacarídeos, como xilose, glicose, galactose (1,2:3,5-di-O-isopropilideno-a-D-xilofuranose (C11H18O5, DX) e o 1,2:5,6-di-O-isopropilideno-a-D-glucofuranose (C12H20O6, DG)) dentre outros, puros ou como compostos do bio-petróleo, por processos típicos de refino, como o hidroprocessamento, produz hidrocarbonetos saturados que podem ser utilizados nas frações de hidrocarbonetos na faixa da gasolina, querosene e diesel. A flexibilidade tanto de tipo de carga renovável, processamento (pura ou co-processadas com petróleo) como de produtos obtidos, torna esta proposta uma mais-valia para uma refinaria mais verde e para a sustentabilidade ambiental. Todavia até o momento não tinha sido desenvolvido um processo e um catalisador próprio para obtenção de Bio-QAV, objeto da presente invenção.[003] The conversion of acetals derived from monosaccharides, such as xylose, glucose, galactose (1,2: 3,5-di-O-isopropylidene-aD-xylofuranose (C11H18O5, DX) and 1,2: 5,6- di-O-isopropylidene-aD-glucofuranose (C12H20O6, DG)) among others, pure or as bio-petroleum compounds, by typical refining processes, such as hydroprocessing, produces saturated hydrocarbons that can be used in the hydrocarbon fractions in the range gasoline, kerosene and diesel. The flexibility of both the type of renewable cargo, processing (pure or co-processed with oil) and the products obtained, makes this proposal an asset for a greener refinery and for environmental sustainability. However, until now, a process and a catalyst for obtaining Bio-QAV, object of the present invention, had not been developed.

[004] Esta invenção mostra um processo para a produção, majoritariamente, de hidrocarbonetos especificamente mais concentrado na fração do querosene de aviação (QAV). O combustível de aviação é usado para uso comercial (JET A e JET A-1) e para uso militar em aviões com motor de turbina, sendo produzido a partir do petróleo e é composto aproximadamente por 20% de parafinas, 40% de isoparafinas, 20% de naftenos e 20% de mono-aromáticos. Geralmente, o combustível de aviação corresponde à fração de destilação do queroseno a partir do petróleo, em que a temperatura se situa entre os 150 e os 275 °C. O biocombustível de aviação pode conter compostos aromáticos dependendo do processo de produção utilizado. Se não apresentarem compostos aromáticos na sua constituição, isso pode causar desgaste em certos tipos de motores, e, para além disso, também são importantes na vedação dos motores. Este tipo de combustível difere dos tradicionais combustíveis de combustão (gasolina, diesel) pelo fato de suportarem condições atmosféricas mais extremas, sobretudo baixas temperaturas (aproximadamente -30 °C). Devem conter alta densidade energética, ter uma volatilidade adequada, serem estáveis quimicamente e termicamente, serem pouco viscosos, apresentarem baixo ponto de congelamento, não serem corrosivos e, não devem conter particulados e água "livre”. Normalmente, são adicionados aditivos como antioxidantes, para melhorar ou preservar essas propriedades do combustível. Estes tipos de combustível requerem testes de normalização, como o teste ASTM (American Society for Testing and Materials) mais específicos quando comparados a outros combustíveis.[004] This invention shows a process for the production, mainly, of hydrocarbons specifically more concentrated in the fraction of aviation kerosene (QAV). Aviation fuel is used for commercial use (JET A and JET A-1) and for military use in turbine engine planes, produced from petroleum and composed of approximately 20% paraffins, 40% isoparaffins, 20% naphthenes and 20% mono-aromatics. Aviation fuel generally corresponds to the distillation fraction of kerosene from oil, where the temperature is between 150 and 275 ° C. Aviation biofuel can contain aromatic compounds depending on the production process used. If they do not have aromatic compounds in their composition, this can cause wear in certain types of engines, and, in addition, they are also important in sealing the engines. This type of fuel differs from traditional combustion fuels (gasoline, diesel) in that it withstands more extreme weather conditions, especially low temperatures (approximately -30 ° C). They must contain high energy density, have adequate volatility, be chemically and thermally stable, be low viscous, have a low freezing point, be non-corrosive, and must not contain particulate matter and "free" water. Usually, additives such as antioxidants are added, to improve or preserve these fuel properties. These types of fuels require standardization tests, such as the more specific ASTM (American Society for Testing and Materials) testing when compared to other fuels.

[005] Existem quatro rotas para produzir biocombustíveis de aviação, também conhecido como querosene sintético parafínico (SPK): hidroprocessamento de triglicerídeos (HEFA), processo termoquímico da biomassa (FT), conversão bioquímica e processos de conversão de álcoois a combustível. Dessas, as duas primeiras rotas são as mais promissoras como alternativas à produção de combustíveis de aviação à base de petróleo. HEFA diz respeito à transesterificação de triglicerídeos, ou seja, ésteres e ácidos graxos, extraídos de plantas, algas ou fontes recicláveis, seguido de hidroprocessamento, a partir de hidrodesoxigenação, hidroisomerização e hidrocraqueamento para produzir o biocombustível (Bio-SPK). Em relação à FT existem três possíveis rotas: pirólise, gasificação e melhoramento hidrotérmico, sendo que a realização de uma gasificação da biomassa seguido de um processo de síntese por Fischer-Tropsh é a rota certificada para a produção de biocombustível (FT-SPK). Os dois processos usados para produzir Bio-SPK são os propostos pela Neste, mais conhecido como Neste Renewable Diesel (NEXTBTL) e pelo UOP/Eni EcofiningTM. Esses dois processos foram propostos inicialmente para a obtenção de biodiesel a partir de óleos vegetais, mas ajustando o processo é possível produzir biocombustível de aviação. Por exemplo, a patente US 2009/0283442 A1 diz respeito a um processo desenvolvido por McCall et al. para a produção de hidrocarbonetos na faixa do combustível de aviação, a partir de fontes renováveis como óleos de planta e/ou animais. O processo requer um pré-tratamento do bio-óleo e posteriormente envolve hidrogenação, descarboxilação e/ou hidrodesoxigenação do bio-óleo, seguido de hidroisomerização e hidrocraqueamento seletivo em uma única etapa de reação. Pode também ser incluída uma etapa de reforma a vapor para reduzir os gastos de hidrogénio. Este processo destacou-se pelo fato desses processos serem típicos das refinarias convencionais. Para além disso, o processo foi aprovado pela ASTM (American Society for Testing and Materials) para o seu uso como produção de biocombustível de aviação para uso comercial.[005] There are four routes to produce aviation biofuels, also known as paraffinic synthetic kerosene (SPK): triglyceride hydroprocessing (HEFA), biomass thermochemical process (FT), biochemical conversion and fuel alcohol conversion processes. Of these, the first two routes are the most promising as alternatives to the production of petroleum-based aviation fuels. HEFA refers to the transesterification of triglycerides, that is, esters and fatty acids, extracted from plants, algae or recyclable sources, followed by hydroprocessing, from hydrodesoxygenation, hydroisomerization and hydrocracking to produce biofuel (Bio-SPK). In relation to FT there are three possible routes: pyrolysis, gasification and hydrothermal improvement, and the realization of a biomass gasification followed by a synthesis process by Fischer-Tropsh is the certified route for the production of biofuel (FT-SPK). The two processes used to produce Bio-SPK are those proposed by Neste, better known as Neste Renewable Diesel (NEXTBTL) and by UOP / Eni EcofiningTM. These two processes were initially proposed for obtaining biodiesel from vegetable oils, but by adjusting the process it is possible to produce aviation biofuel. For example, US patent 2009/0283442 A1 concerns a process developed by McCall et al. for the production of hydrocarbons in the aviation fuel range, from renewable sources such as plant and / or animal oils. The process requires a pre-treatment of the bio-oil and subsequently involves hydrogenation, decarboxylation and / or hydrodeoxygenation of the bio-oil, followed by hydroisomerization and selective hydrocracking in a single reaction step. A steam reform step can also be included to reduce hydrogen spending. This process stood out because these processes are typical of conventional refineries. In addition, the process has been approved by the ASTM (American Society for Testing and Materials) for its use as aviation biofuel production for commercial use.

[006] Strege et al. patentearam (US 2013/0072731 A1) um processo para produção de combustível ou mistura para combustíveis a partir de triglicerídeos, ácidos graxos e ou alquil ésteres de ácidos graxos. Este processo consiste em um hidrotratamento da matéria-prima usando catalisadores de Pd, Pt, Ni, NiMo ou CoMo suportados em γ-alumina. Este processo deverá ocorrer em temperaturas entre os 150-800 °C e pressões de 7-70 bar. De seguida, o produto deverá ser submetido a craqueamento, isomerização e aromatização para se obter as propriedades de um combustível de aviação ou outros combustíveis líquidos. Para que se atinga esta faixa de querosene deve-se utilizar catalisadores com moderada acidez e serem muito ativos para reações de desidrogenação e hidrogenação. Nos exemplos sugeridos nesta patente, o produto final é composto na sua maior parte por n-parafinas e isoparafinas, bem como uma pequena quantidade de olefinas, e ausência de aromáticos quando o óleo de coco e ácidos graxos são utilizados. No caso de óleos vegetais, o produto final pode apresentar também aromáticos. De um modo geral, esta proposta tem recebido destaque, pois o SPK conduz a menos emissões de CO2 do que o combustível para aviação a partir de combustíveis fósseis. Além disso, tem a vantagem de conter muito pouco enxofre. Devido a isso, o SPK foi identificado pela associação internacional de transporte aéreo (IATA) como a alternativa mais viável para a substituição de combustíveis fósseis na aviação.[006] Strege et al. have patented (US 2013/0072731 A1) a process for producing fuel or fuel mixes from triglycerides, fatty acids and or alkyl fatty acid esters. This process consists of hydrotreating the raw material using Pd, Pt, Ni, NiMo or CoMo catalysts supported on γ-alumina. This process should take place at temperatures between 150-800 ° C and pressures of 7-70 bar. Then, the product must be subjected to cracking, isomerization and aromatization to obtain the properties of aviation fuel or other liquid fuels. In order to achieve this kerosene range, catalysts with moderate acidity and be very active for dehydrogenation and hydrogenation reactions must be used. In the examples suggested in this patent, the final product is composed mostly of n-paraffins and isoparaffins, as well as a small amount of olefins, and absence of aromatics when coconut oil and fatty acids are used. In the case of vegetable oils, the final product may also have aromatics. In general, this proposal has received prominence, as the SPK leads to less CO2 emissions than aviation fuel from fossil fuels. In addition, it has the advantage of containing very little sulfur. Because of this, the SPK has been identified by the International Air Transport Association (IATA) as the most viable alternative for replacing fossil fuels in aviation.

[007] A presente invenção se difere de todas as demais pois utiliza acetais de açúcares que podem ser extraídos da biomassa de segunda geração para produção de hidrocarbonetos-verdes, mas sem se limitar a este processo de obtenção dos acetais de açúcares. Nesta invenção, os acetais, individualmente ou misturados na forma de um bio-petróleo, são convertidos na presença de hidrocarbonetos leves em hidrocarbonetos nas classes de parafinas, aromáticos e naftenos. Estas classes são produzidas em função das condições da bio-carga e do processo (como pressão de hidrogênio, temperatura, tempo de residência e tipo de catalisador). A função principal do hidrocarboneto leve misturado ao acetal é servir para um solvente para reação, portanto é reciclado ao final do processo.[007] The present invention differs from all others in that it uses sugar acetals that can be extracted from second generation biomass for the production of green hydrocarbons, but without being limited to this process of obtaining sugar acetals. In this invention, acetals, individually or mixed in the form of a bio-petroleum, are converted in the presence of light hydrocarbons to hydrocarbons in the paraffin, aromatic and naphthene classes. These grades are produced depending on the conditions of the bio-charge and the process (such as hydrogen pressure, temperature, residence time and type of catalyst). The main function of light hydrocarbon mixed with acetal is to serve as a reaction solvent, so it is recycled at the end of the process.

Sumário da InvençãoSummary of the Invention

[008] Esta invenção apresenta um processo para produção de hidrocarbonetos-verdes saturados em uma única etapa reacional que são obtidos em alto rendimento a partir de diacetais isopropilidênicos de açúcares, puros ou misturados na forma de um bio-petróleo (produzido diretamente de biomassa de segunda geração). Estes hidrocarbonetos-verdes podem ser utilizados na gasolina, diesel e QAV. Pode-se variar as condições de reação, o tipo de catalisador, a relação carga/catalisador, as condições de reação e o tipo de bio-carga, obtendo-se assim diferentes composições de hidrocarbonetos-verdes, sendo que o produto principal se situa na faixa de temperatura de ebulição do QAV. O processo pode ocorrer de maneira contínua, batelada ou batelada alimentada. Esta invenção representa um passo em frente para a abordagem geral de conversão de biomassa em hidrocarbonetos-verdes.[008] This invention presents a process for the production of saturated green hydrocarbons in a single reaction step that are obtained in high yield from isopropylenic sugar diacetans, pure or mixed in the form of a bio-oil (produced directly from biomass of second generation). These green hydrocarbons can be used in gasoline, diesel and QAV. It is possible to vary the reaction conditions, the type of catalyst, the charge / catalyst ratio, the reaction conditions and the type of bio-charge, thus obtaining different green hydrocarbon compositions, the main product being located in the QAV boiling temperature range. The process can take place continuously, batch or batch fed. This invention represents a step forward for the general approach of converting biomass to green hydrocarbons.

Breve descrição das figurasBrief description of the figures

[009] Um modelo de conversão apresentado na presente invenção pode ser realizado em um reator de leito fixo. Um diagrama de um exemplo ilustrativo está apresentado na Figura 1. A carga é primeiramente transferida para um recipiente (1) que estará em atmosfera inerte de N2 e a pressão de aproximadamente 5 bar. A carga, diacetais isopropilidênicos derivados de mono sacarídeos (xilose, glicose, galactose) puros ou misturados na forma de um bio-petróleo contendo também acetais de polisacarídeos, na presença de hidrocarbonetos convencionais, tendo a função de solventes, é admitida no reator (4) por intermédio de uma bomba HPLC (2). Antes do reator, está posicionada uma válvula de três vias (3) para purga e limpeza do reator. O reator está embutido em um forno. A seguir ao reator encontra-se um condensador (5), para condensar a fração líquida. Os produtos não condensados passam em uma válvula reguladora de pressão, posicionada após o condensador, e compõem uma corrente gasosa na pressão atmosférica que é analisada em linha por um Micro-GC (6). A vazão do gás é calculada com o auxílio de um bolhômetro (7).[009] A conversion model presented in the present invention can be carried out in a fixed bed reactor. A diagram of an illustrative example is shown in Figure 1. The load is first transferred to a container (1) that will be in an inert atmosphere of N2 and a pressure of approximately 5 bar. The charge, isopropylenic diacetals derived from monosaccharides (xylose, glucose, galactose), pure or mixed in the form of a bio-oil, also containing polysaccharide acetals, in the presence of conventional hydrocarbons, having the function of solvents, is allowed in the reactor (4 ) using an HPLC pump (2). Before the reactor, a three-way valve (3) is positioned for purging and cleaning the reactor. The reactor is embedded in an oven. Next to the reactor is a condenser (5), to condense the liquid fraction. The non-condensed products pass through a pressure regulating valve, positioned after the condenser, and make up a gas stream at atmospheric pressure that is analyzed in line by a Micro-GC (6). The gas flow is calculated with the aid of a bubble meter (7).

[0010] Um modelo de conversão apresentado na presente invenção pode ser realizado em um reator do tipo autoclave com agitador mecânico (2), como exemplificado na Figura 2. O reator (7) tem uma entrada que podem ser de gás ou de líquido (5), uma saída de gás (4) e termopar (3). O forno é colocado em volta ao reator (6) e também se dispõe de um manômetro (1) para se medir o gás no reator.[0010] A conversion model presented in the present invention can be performed in an autoclave type reactor with mechanical stirrer (2), as shown in Figure 2. The reactor (7) has an inlet that can be gas or liquid ( 5), a gas outlet (4) and thermocouple (3). The oven is placed around the reactor (6) and there is also a pressure gauge (1) to measure the gas in the reactor.

Descrição detalhada da invençãoDetailed description of the invention

[0011] O presente processo utiliza a carga de misturas de acetais de açúcares misturado com um solvente hidrocarboneto. Um exemplo típico é o bio-petroleo (BP) derivado do processo de cetalização como apresentado nas patentes (WO2015135046 A1 SANTOS, D. N.; MIRANDA, L. S. M. E. ; PEREIRA, M. M. ; COSTA, R. G. ; BARROS, T. G. ; MACIEL PEREIRA, MARCELO. Processo para modificar a biomassa de segunda geração provendo um biopetróleo adequado e renovável para o setor de refino, biopetróleo e uso. 2017, Brasil. Patente: Privilégio de Inovação. Número do registro: BR10201702297, título: "Processo para modificar a biomassa de segunda geração provendo um biopetróleo adequado e renovável para o setor de refino, biopetróleo e uso" , Instituição de registro: INPI - Instituto Nacional da Propriedade Industrial. Depósito: 24/10/2017). Por exemplo, a composição típica em termos de acetais de bio-petróleos está ilustrada na Tabela 1, e a composição quantitativa de acetais isopropilidênicos de monossacarídeo está apresentada na Tabela 2, onde MX e DX dizem respeito ao monoacetal e diacetal da xilose, respectivamente e MG e DG dizem respeito ao monoacetal e diacetal da glucose, respetivamente. Assim, opcionalmente, um dos componentes do BP pode ser separado, misturado com solvente e processado.

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[0011] The present process uses the charge of mixtures of sugar acetals mixed with a hydrocarbon solvent. A typical example is the bio-oil (BP) derived from the ketalization process as shown in the patents (WO2015135046 A1 SANTOS, DN; MIRANDA, LSME; PEREIRA, MM; COSTA, RG; BARROS, TG; MACIEL PEREIRA, MARCELO. Process for modify second generation biomass by providing a suitable and renewable bio-oil for the refining, bio-oil and use sector. 2017, Brazil. Patent: Privilege of Innovation. Registration number: BR10201702297, title: "Process to modify second generation biomass by providing a suitable and renewable bio-oil for the refining, bio-oil and use sector ", Registration institution: INPI - National Institute of Industrial Property. Deposit: 10/24/2017). For example, the typical composition in terms of bio-petroleum acetals is shown in Table 1, and the quantitative composition of monosaccharide isopropylidene acetals is shown in Table 2, where MX and DX refer to xylose monoacetal and diacetal, respectively and MG and DG refer to glucose monoacetal and diacetal, respectively. Thus, optionally, one of the BP components can be separated, mixed with solvent and processed.
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[0012] Nesta invenção se converte por hidroprocessamento catalítico o acetal de açúcar sob pressão de hidrogênio na presença de um catalisador bifuncional: contendo função ácida e função hidrogenante. O Exemplo 1 ilustra exemplos desses catalisadores sem limitar o tipo nem as quantidades desses a serem utilizados. Um técnico pode preparar e utilizar catalisadores bifuncionais com propriedades semelhantes para obter perfis de produtos que atendam melhor seus objetivos. O hidroprocessamento pode ser operacionalizado de várias maneiras. Em uma delas pode ser realizado em um reator de leito fixo, como exemplificado na Figura 1, cuja descrição do processo do leito fixo é bastante semelhante a reivindicação. Outra maneira pode ser em um reator tipo autoclave, cuja descrição do processo se encontra no Exemplo 4.[0012] In this invention, the sugar acetal is converted by hydrogen catalytic processing under hydrogen pressure in the presence of a bifunctional catalyst: containing acidic and hydrogenating functions. Example 1 illustrates examples of such catalysts without limiting the type or quantities of those to be used. A technician can prepare and use bifunctional catalysts with similar properties to obtain product profiles that best meet his objectives. Hydroprocessing can be operated in several ways. In one of them, it can be carried out in a fixed bed reactor, as shown in Figure 1, whose description of the fixed bed process is very similar to the claim. Another way can be in an autoclave type reactor, whose description of the process is found in Example 4.

[0013] O hidroprocessamento (HDP) foi realizado em um reator tipo autoclave como exemplificado na Figura 1. O reator foi carregado com até 15 g de catalisador e foi explorada a razão em gramas DX/catalisador de 15/5, 15/10 e 15/15, mantendo-se a quantidade de n-hexano constante, o tipo de zeólita e o tipo de metal. Antes da reação, o catalisador foi reduzido com um fluxo de H2 de 100 mL.min-1 desde a temperatura ambiente até 350 °C com uma taxa de aquecimento de 10 °C.min-1 e foi mantida a esta temperatura durante 240 min. A reação foi realizada entre 1 e 24 h a 250 °C e sob 40 bar de H2 medido a 25 oC que sob aquecimento resultava em uma pressão final de cerca de 90 bar. Ao final da reação uma válvula reguladora de pressão seguida de um dispositivo para medida de gás (ao se fazer bypass). Este dispositivo mede a vazão a pressão atmosférica através de um bolhômetro colocado na saída do condensador (5). O DX foi explorado entre 10 e 20 g mantendo-se a quantidade de n-hexano constante (90 g). Esta mistura foi introduzida ao reator (1) cheio com atmosfera inerte de N2. Os testes foram realizados com o acetal misturado em n-hexano. O hidroprocessamento (HDP) foi também realizado em um reator de leito fixo, como exemplificado na Figura 2. Em cada teste, o reator (4) foi carregado com 1g de catalisador. Antes da reação, o catalisador foi reduzido com um fluxo de H2 de 100 mL.min-1 desde a temperatura ambiente até 450 °C com uma taxa de aquecimento de 10 °C.min-1 e foi mantida a esta temperatura durante 60 min. A reação foi realizada durante 2 h a 350 °C e sob 50 bar de H2, usando uma vazão de 100 mL.min-1, a vazão é medida à pressão atmosférica através de uma válvula reguladora de pressão colocado na saída do condensador (5).[0013] The hydroprocessing (HDP) was performed in an autoclave type reactor as exemplified in Figure 1. The reactor was loaded with up to 15 g of catalyst and the ratio in grams DX / catalyst of 15/5, 15/10 and 15/15, keeping the amount of n-hexane constant, the type of zeolite and the type of metal. Before the reaction, the catalyst was reduced with a flow of H2 of 100 mL.min-1 from room temperature to 350 ° C with a heating rate of 10 ° C.min-1 and was maintained at this temperature for 240 min . The reaction was carried out between 1 and 24 h at 250 ° C and under 40 bar of H2 measured at 25 oC which under heating resulted in a final pressure of about 90 bar. At the end of the reaction, a pressure regulating valve followed by a device for gas measurement (when bypassing). This device measures the flow at atmospheric pressure through a bubble meter placed at the condenser outlet (5). DX was exploited between 10 and 20 g, keeping the amount of n-hexane constant (90 g). This mixture was introduced to the reactor (1) filled with an inert N2 atmosphere. The tests were performed with acetal mixed in n-hexane. Hydroprocessing (HDP) was also performed in a fixed bed reactor, as shown in Figure 2. In each test, the reactor (4) was loaded with 1g of catalyst. Before the reaction, the catalyst was reduced with a flow of H2 of 100 mL.min-1 from room temperature to 450 ° C with a heating rate of 10 ° C.min-1 and was maintained at this temperature for 60 min . The reaction was carried out for 2 h at 350 ° C and under 50 bar of H2, using a flow rate of 100 mL.min-1, the flow is measured at atmospheric pressure through a pressure regulating valve placed at the condenser outlet (5) .

[0014] Uma vazão de DX (20% em peso) em n-hexano de 0,1 mL.min-1 foi introduzido em um recipiente (1) cheio com atmosfera inerte de N2 exercendo uma pressão de aproximadamente 5 bar. Depois, a carga foi admitida diretamente ao reator por meio de uma bomba HPLC (2). Os testes foram realizados com o acetal misturado em n-hexano. O HDP do DX misturado ao n-hexano será demonstrado com exemplos:[0014] A flow rate of DX (20% by weight) in n-hexane of 0.1 mL.min-1 was introduced into a container (1) filled with an inert atmosphere of N2 exerting a pressure of approximately 5 bar. Then, the charge was admitted directly to the reactor by means of an HPLC pump (2). The tests were performed with acetal mixed in n-hexane. The HDP of DX mixed with n-hexane will be demonstrated with examples:

Exemplo 1Example 1

[0015] Este exemplo descreve alguns catalisadores bifuncionais utilizados para demonstração do funcionamento do processo. Foram preparados catalisadores contendo uma função metálica (paládio puro ou misturado com cobre) suportado em zeólitas HUSY, HY, HBEA e HZSM-5, e suas propriedades estão descritas na Tabela 3.

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[0015] This example describes some bifunctional catalysts used to demonstrate how the process works. Catalysts were prepared containing a metallic function (pure palladium or mixed with copper) supported on HUSY, HY, HBEA and HZSM-5 zeolites, and their properties are described in Table 3.
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Exemplo 2Example 2

[0016] Este exemplo demonstra a produção de hidrocarbonetos-verdes para utilização na gasolina, querosene de aviação e diesel. Foram utilizados catalisador contendo cobre e paládio (Cu-Pd/HBEA e Cu-Pd/ZSM-5). Neste exemplo, o hidroprocessamento foi conduzido em um reator do tipo autoclave (como esquematizado na Figura 1) com agitador mecânico (2) usando catalisadores de paládio suportado do Exemplo 1. Em cada teste, o reator (7) foi carregado com 5 g de catalisador. Antes da reação, o catalisador foi seco com N2 com uma vazão de 50 mL/min durante 2 horas a 300 °C, seguido de uma redução durante 2 horas com uma vazão de 50 mL/min de H2 a 300 °C. Em seguida, o reator foi resfriado a 25°C para adição da mistura de DX e n-hexano (5). Foi utilizada como carga líquida uma mistura constituida por 15 g de DX em 90g de n-hexano convertida na presença de 15 g de catalisador. Após adição da carga líquida foi adicionado hidrogênio (5) até uma pressão de 40 bar de H2 medido a 25 oC. A temperatura foi aumentada até 250 °C e após atingida essa temperatura resultou em uma pressão final de 90 bar. Ambas as reações foram conduzida por 24 h. A soma das frações líquida, gasosas e coque resultante do hidroprocessamento apresentaram valores em torno de 90%. Foram avaliados os rendimentos em compostos contendo mais de sete átomos de carbonos e que compreendem parafinas, naftênicos e em menor quantidade aromáticos conforme Tabela 4.

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*entre parêntesis: seletividade de isômeros C6 em uma base de n-hexano.[0016] This example demonstrates the production of green hydrocarbons for use in gasoline, aviation kerosene and diesel. Catalysts containing copper and palladium (Cu-Pd / HBEA and Cu-Pd / ZSM-5) were used. In this example, the hydroprocessing was conducted in an autoclave type reactor (as shown in Figure 1) with a mechanical stirrer (2) using supported palladium catalysts from Example 1. In each test, the reactor (7) was loaded with 5 g of catalyst. Before the reaction, the catalyst was dried with N2 at a flow rate of 50 ml / min for 2 hours at 300 ° C, followed by a reduction for 2 hours with a flow rate of 50 ml / min of H2 at 300 ° C. Then, the reactor was cooled to 25 ° C to add the mixture of DX and n-hexane (5). A mixture consisting of 15 g of DX in 90 g of n-hexane converted in the presence of 15 g of catalyst was used as liquid filler. After adding the liquid charge, hydrogen (5) was added to a pressure of 40 bar of H2 measured at 25 oC. The temperature was increased to 250 ° C and after reaching that temperature it resulted in a final pressure of 90 bar. Both reactions were conducted for 24 h. The sum of the liquid, gaseous and coke fractions resulting from hydroprocessing showed values around 90%. The yields of compounds containing more than seven carbon atoms and comprising paraffins, naphthenics and less aromatic amounts were evaluated according to Table 4.
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* in brackets: selectivity of C6 isomers on an n-hexane base.

[0017] Os resultados descritos na Tabela 4 indicam que somente na presença da mistura DX e n-hexano foram obtidos compostos contendo mais do que sete átomos de carbono. Além disso na presença do Cu-Pd/HBEA observou-se compostos contendo mais átomos de carbono comparado ao catalisador Cu-Pd/ZSM-5. Em ambos o DX foi completamente convertido.[0017] The results described in Table 4 indicate that only in the presence of the mixture DX and n-hexane compounds containing more than seven carbon atoms were obtained. In addition, in the presence of Cu-Pd / HBEA compounds containing more carbon atoms were observed compared to the Cu-Pd / ZSM-5 catalyst. In both, the DX was completely converted.

[0018] Os resultados de rendimento dos produtos em bases de carbono e hidrogênio do DX (descontando-se o n-hexano não convertido na fase líquida) estão apresentados na Tabela 5. Observa-se uma alta percentagem de carbono e hidrogênio do DX em produtos de interesse. Além disso destaca-se uma produção de coque insignificante na presença dos dois catalisadores.

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[0018] The results of yield of products on carbon and hydrogen bases of DX (discounting the non-hexane not converted to the liquid phase) are shown in Table 5. A high percentage of carbon and hydrogen in the DX is observed in products of interest. In addition, there is an insignificant coke production in the presence of the two catalysts.
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Exemplo 3Example 3

[0019] Este exemplo demonstra que a hidro-conversão também pode ser dirigida para produção de mais gás, ou seja produtos leves, por uma simples alteração no catalisador. Os hidrocarbonetos saturados foram obtidos por hidroprocessamento em um reator do tipo autoclave (como esquematizado na Figura 1) e em condições similares do Exemplo 2. A diferença foi apenas utilizar uma mistura de 10g de DX em 90g de n-hexano e n-hexano puro (100g). A soma do líquido, gás e coque ficaram acima de 90% para todos os testes conforme Tabela 6.

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[0019] This example demonstrates that the hydro-conversion can also be directed towards the production of more gas, that is, light products, by a simple change in the catalyst. The saturated hydrocarbons were obtained by hydroprocessing in an autoclave type reactor (as shown in Figure 1) and under similar conditions as in Example 2. The difference was only to use a mixture of 10g of DX in 90g of n-hexane and pure n-hexane (100g). The sum of liquid, gas and coke were above 90% for all tests according to Table 6.
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[0020] Na presença de DX diminui-se a fração gasosa substancialmente. Este efeito esta relacionado a severa supressão da conversão do n-hexano que ocorre pela presença de DX conforme apresentado na Tabela 7. Observa-se que a concentração de coque é desprezível em todos os catalisadores. Na Tabela 7 está representada a conversão de DX e n-hexano e a seletividade dos produtos líquidos obtidos na hidroconversão do n-hexano puro e 10%DX/n-hexano durante 24 horas de reação na presença de Pd/HZSM-5 e Pd/HBEA. Para os dois catalisadores a fração contendo cinco e menos átomos (C5-) foi principal na fase líquida. Demonstrando o papel dos catalisadores para dirigir a conversão do DX.

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[0020] In the presence of DX the gas fraction is substantially reduced. This effect is related to the severe suppression of the conversion of n-hexane that occurs due to the presence of DX as shown in Table 7. It is observed that the concentration of coke is negligible in all catalysts. Table 7 shows the conversion of DX and n-hexane and the selectivity of liquid products obtained in the hydroconversion of pure n-hexane and 10% DX / n-hexane during 24 hours of reaction in the presence of Pd / HZSM-5 and Pd / HBEA. For the two catalysts, the fraction containing five and fewer atoms (C5-) was the main one in the liquid phase. Demonstrating the role of catalysts to drive DX conversion.
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[0021] Um exemplo de cromatograma e produtos específicos está descrito na Figura 3. Além disso o efeito da remoção do cobre sobre os produtos está apresentado na Figura 4 que indica os dois cromatogramas dos testes com os catalisadores Pd/HBEA e Cu-Pd/HBEA. Nota-se visualmente um grande aumento nos produtos C5- pela remoção do cobre.[0021] An example of a chromatogram and specific products is described in Figure 3. In addition, the effect of removing copper on the products is shown in Figure 4 which indicates the two chromatograms of the tests with the catalysts Pd / HBEA and Cu-Pd / HBEA. A large increase in C5- products is visually noticed by the removal of copper.

Exemplo 4Example 4

[0022] Este exemplo mostra o efeito da proporção entre DX e o catalisador. O teste catalítico foi realizado em um reator de autoclave como o descrito na Figura 1 e conforme as condições do Exemplo 2 mas explorando-se a proporção DX/catalisador. Foi introduzido ao reator uma mistura de 14,3%DX/n-hexano, ou seja 15 g de DX e 90 g de n-hexano, e foram utilizadas três razões carga/catalisador em massa: 3:1, 1,5:1 e 1:1. O porcentual de massa dos produtos líquidos, gasosos e em coque resultante do hidroprocessamento de 14,3%DX/n-hexano usando 5 g, 10 g e 15 g de Pd/HZSM-5 está apresentado na Tabela 8. Da mesma forma que os exemplos anteriores a soma das frações se encontra em torno de 90%.

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[0022] This example shows the effect of the ratio between DX and the catalyst. The catalytic test was performed in an autoclave reactor as described in Figure 1 and according to the conditions of Example 2 but exploring the DX / catalyst ratio. A mixture of 14.3% DX / n-hexane, that is, 15 g of DX and 90 g of n-hexane, was introduced into the reactor, and three mass loading / catalyst ratios were used: 3: 1, 1.5: 1 and 1: 1. The percentage of mass of liquid, gaseous and coke products resulting from the hydroprocessing of 14.3% DX / n-hexane using 5 g, 10 g and 15 g of Pd / HZSM-5 is shown in Table 8. In the same way as the previous examples the sum of the fractions is around 90%.
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[0023] A Tabela 8 indica uma pronunciada diminuição no coque, um aumento de gás e uma diminuição da fase líquida com o aumento da razão DX/catalisador. A seletividade em produtos líquidos resultante da hidroconversão de 14,3%DX/n-hexano usando Pd/HZSM-5 está apresentada na Tabela 9.

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Figure img0012
[0023] Table 8 indicates a pronounced decrease in coke, an increase in gas and a decrease in the liquid phase with an increase in the DX / catalyst ratio. The selectivity in liquid products resulting from the hydroconversion of 14.3% DX / n-hexane using Pd / HZSM-5 is shown in Table 9.
Figure img0011
Figure img0012

[0024] O teste com 15 g de DX e 5 g de catalisador mostrou uma baixa desoxigenação da carga, confirmada pela alta seletividade em compostos oxigenados, cerca de 75%. Com o aumento da quantidade de catalisador verificou-se uma melhor desoxigenação da carga, chegando praticamente à desoxigenação total no teste em que foi utilizada uma razão carga/catalisador de 1:1 com acentuado aumento da formação da fração C7+. Comparando as razão 1,5 e 1 nota-se com o aumento da quantidade de catalisador ocorreu um ligeiro aumento da fração C5-, um aumento da fração de parafinas e naftenos C7+ e uma diminuição de aromáticos. Assim o parâmetro carga/catalisador pode contribuir para a distribuição de produtos e otimizar a conversão do acetal. Ressaltamos que a fração oxigenada pode ser separada ou mesmo pode-se alongar o tempo de redução para se alcançar uma composição desejada de produto.[0024] The test with 15 g of DX and 5 g of catalyst showed a low deoxygenation of the charge, confirmed by the high selectivity in oxygenated compounds, about 75%. With the increase in the amount of catalyst there was a better deoxygenation of the charge, reaching practically total deoxygenation in the test in which a charge / catalyst ratio of 1: 1 was used with a marked increase in the formation of the C7 + fraction. Comparing the 1.5 and 1 ratios, there is a slight increase in the amount of catalyst, a slight increase in the C5- fraction, an increase in the fraction of paraffins and C7 + naphthenes and a decrease in aromatics. Thus, the load / catalyst parameter can contribute to product distribution and optimize the conversion of acetal. We emphasize that the oxygenated fraction can be separated or even the reduction time can be extended to achieve a desired product composition.

Exemplo 5Example 5

[0025] Este exemplo demonstra que a hidroconversão também pode ser realizada em outro módulo: um reator de leito fixo com fluxo contínuo da reagentes vez de um reator batelada. Portanto pode converter a mistura reacional em menos tempo. A obtenção de hidrocarbonetos-verdes saturados por hidroprocessamento em uma unidade de leito fixo (como esquematizado na Figura 2) usando catalisadores de paládio suportado do Exemplo 1. Os testes foram realizados com o acetal misturado em n-hexano. Em cada teste, o reator (4) foi carregado com 1g de catalisador. Antes da reação, o catalisador foi reduzido com um fluxo de H2 de 100 mL.min-1 desde a temperatura ambiente até 450 °C com uma taxa de aquecimento de 10 °C.min-1 e foi mantida a esta temperatura durante 60 min. A reação foi realizada durante 2 h a 350 °C e sob 50 bar de H2, usando uma vazão de 100 mL.min-1, a vazão é medida à pressão atmosférica através de uma válvula reguladora de pressão colocado na saída do condensador (5). Uma vazão de DX (20% em peso) em n-hexano de 0,1 mL.min-1 foi introduzido em um recipiente (1) cheio com atmosfera inerte de N2 exercendo uma pressão de aproximadamente 5 bar. Depois, a carga foi admitida diretamente ao reator por meio de uma bomba HPLC (2).[0025] This example demonstrates that hydroconversion can also be carried out in another module: a fixed bed reactor with continuous flow of reagents instead of a batch reactor. So you can convert the reaction mixture in less time. Obtaining green hydrocarbon saturated by hydroprocessing in a fixed bed unit (as shown in Figure 2) using supported palladium catalysts from Example 1. The tests were carried out with the acetal mixed in n-hexane. In each test, the reactor (4) was loaded with 1 g of catalyst. Before the reaction, the catalyst was reduced with a flow of H2 of 100 mL.min-1 from room temperature to 450 ° C with a heating rate of 10 ° C.min-1 and was maintained at this temperature for 60 min . The reaction was carried out for 2 h at 350 ° C and under 50 bar of H2, using a flow rate of 100 mL.min-1, the flow is measured at atmospheric pressure through a pressure regulating valve placed at the condenser outlet (5) . A flow rate of DX (20% by weight) in n-hexane of 0.1 mL.min-1 was introduced into a container (1) filled with an inert N2 atmosphere exerting a pressure of approximately 5 bar. Then, the charge was admitted directly to the reactor by means of an HPLC pump (2).

[0026] Para todos os testes foi também realizado um teste usando o n-hexano puro para comparação com o teste da mistura DX e n-hexano. O rendimento em produtos na fase líquida e coque para as reações está apresentado na Tabela 10, o gás foi determinado qualitativamente.

Figure img0013
[0026] For all tests, a test was also performed using pure n-hexane for comparison with the test of the mixture DX and n-hexane. The yield in products in the liquid and coke phase for the reactions is shown in Table 10, the gas was determined qualitatively.
Figure img0013

[0027] A fração de gás é composta por CO, CO2 e hidrocarbonetos até C5. No entanto, esta fração não foi quantificada. A quantidade de coque foi bastante afetada pelo tipo de catalisador, particularmente, foram observadas concentrações de coque menores na presença das zeólitas ZSM-5 e BEA. A conversão de DX e n-hexano e a razão dos produtos selecionados pelos produtos totais na fase líquida (p/p%) e coque (p/p da carga de alimentação) estão apresentados na Tabela 11.

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Figure img0015
[0027] The gas fraction is composed of CO, CO2 and hydrocarbons up to C5. However, this fraction has not been quantified. The amount of coke was greatly affected by the type of catalyst, particularly, lower coke concentrations were observed in the presence of zeolites ZSM-5 and BEA. The conversion of DX and n-hexane and the ratio of the products selected to the total products in the liquid phase (w / w%) and coke (w / w of the feed load) are shown in Table 11.
Figure img0014
Figure img0015

[0028] A conversão do DX foi completa em todos os testes. Na presença de DX, a conversão de n-hexano foi significativamente inibida, diminuindo em até 3 vezes. No teste com n-hexano puro não se observam produtos contendo mais do que sete átomos de carbono. Portanto o n-hexano pode ser visto como um solvente para a reação e como carreador dos acetais para o reator. Além disso quando se compara ao Exemplo 2 nota-se que nas condições em que o processo em batelada foi realizado se produz menos gas e coque que o correspontende em leito fixo e mais líquido, além disso aumenta consideravelmente a seletividade em produtos contendo mais de sete átomos de carbono. Portanto é maximizada a conversão do DX em gás.[0028] The conversion of the DX was complete in all tests. In the presence of DX, the conversion of n-hexane was significantly inhibited, decreasing up to 3 times. In the test with pure n-hexane, no products containing more than seven carbon atoms are observed. Therefore, n-hexane can be seen as a solvent for the reaction and as a carrier of acetals for the reactor. In addition, when comparing to Example 2, it is noted that under the conditions in which the batch process was carried out, less gas and coke are produced than the corresponding one in a fixed and more liquid bed, in addition it considerably increases the selectivity in products containing more than seven carbon atoms. Therefore, the conversion of DX to gas is maximized.

[0029] A seletividade em hidrocarbonetos C7+ se encontra entre 2,5 e 5%. As parafinas e naftenos com 7 ou mais carbonos (C7+) e os compostos aromáticos foram obtidos apenas na presença da mistura de 20% DX em n-hexano. Portanto, relativos majoritariamente a presença de DX. Nestes exemplos se mostra a possibilidade de realizar o processo em reator de leito fixo, todavia os catalisadores formaram demasiados produtos leves. Ressalta-se que o coque formado é bastante influenciado pelo tipo de catalisador. Obviamente, os compostos oxigenados podem ser removidos ou convertidos com uma modificação no tempo de residência e no catalisador, conforme indicado nos próximos exemplos. Além disso pode-se combinar dois ou mais catalisadores misturando-os fisicamente. Dessa forma, e otimizando as condições do processo também é possível controlar a fração de hidrocarbonetos saturados na faixa do queroseno (C9-C16) e produzir biocombustível de aviação em apenas uma etapa.[0029] The selectivity in C7 + hydrocarbons is between 2.5 and 5%. Paraffins and naphthenes with 7 or more carbons (C7 +) and aromatic compounds were obtained only in the presence of the mixture of 20% DX in n-hexane. Therefore, mostly related to the presence of DX. These examples show the possibility of carrying out the process in a fixed bed reactor, however the catalysts formed too many light products. It should be noted that the coke formed is greatly influenced by the type of catalyst. Obviously, the oxygenated compounds can be removed or converted with a change in residence time and in the catalyst, as indicated in the following examples. In addition, two or more catalysts can be combined by physically mixing them. Thus, and optimizing the process conditions, it is also possible to control the fraction of saturated hydrocarbons in the kerosene band (C9-C16) and produce aviation biofuel in just one step.

Claims (9)

Processo de obtenção de combustível verde a partir de acetais de açúcares caracterizado por compreender as seguintes etapas:
  • (a) Introduzir uma mistura de acetais de açúcares e hidrocarbonetos, a um reator contendo um catalisador bifuncional (com função ácida e metálica);
  • (b) Submeter a carga a uma pressão de hidrogênio superior a 5 bar e temperatura superior a 200 ˚C;
  • (c) Recuperar todo o produto contendo mais de sete átomos de carbono e reciclar a faixa contendo seis átomos de carbono ou menos para coprocessar com o acetal ou bio-petróleo.
Process for obtaining green fuel from sugar acetals characterized by comprising the following steps:
  • (a) Introduce a mixture of sugar and hydrocarbon acetals to a reactor containing a bifunctional catalyst (with an acidic and metallic function);
  • (b) Submit the load to a hydrogen pressure greater than 5 bar and a temperature greater than 200 ˚C;
  • (c) Recover the entire product containing more than seven carbon atoms and recycle the strip containing six carbon atoms or less to co-process with acetal or bio-petroleum.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ocorrer em um reator tubular no tempo espacial superior a 3 segundos, preferencialmente na faixa de 30-180 segundos.Process, according to claim 1, characterized by occurring in a tubular reactor in the space time greater than 3 seconds, preferably in the range of 30-180 seconds. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ocorrer em um reator de batelada ou batelada alimentada com tempo de residência na faixa 1 -48h, preferencialmente na faixa entre 5 - 24 horas.Process according to claim 1, characterized in that it takes place in a batch or batch reactor fed with residence time in the range 1 - 48h, preferably in the range between 5 - 24 hours. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por utilizar um catalisador bifuncional contendo uma função ácido de Brӧnsted ou Lewis juntamente com uma função metálica como, Ni, Co, Pt, Pd, Ir, Rh e Ru, puros ou misturados aos metais Cu, Fe, V, Ti e Zn.Process according to claim 1, characterized in that it uses a bifunctional catalyst containing an acid function of Brӧnsted or Lewis together with a metallic function such as, Ni, Co, Pt, Pd, Ir, Rh and Ru, pure or mixed with Cu metals , Fe, V, Ti and Zn. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por utilizar um catalisador que pode ser previamente reduzido em temperatura superior a 200°C e seco antes da reação.Process according to claim 1, characterized in that it uses a catalyst that can be previously reduced at a temperature above 200 ° C and dried before the reaction. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por utilizar no reator em batelada uma razão acetal/catalisador inferior a 3, preferencialmente na faixa de 0,5 a 1,5.Process according to claim 1, characterized in that the batch reactor uses an acetal / catalyst ratio of less than 3, preferably in the range of 0.5 to 1.5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por produzir uma mistura de hidrocarbonetos-verdes com diferentes composições com as seguintes funcionalidades: aromáticos, alquil-naftênicos e parafinas.Process according to claim 1, characterized by producing a mixture of green hydrocarbons with different compositions with the following functionalities: aromatics, alkyl naphthenics and paraffins. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por produzir bio-hidrocarbonetos que podem ser utilizadas diretamente como combustível ou misturados a correntes de hidrocarbonetos convencionais para produção do combustível final para aplicação como gasolina, querosene de aviação e diesel.Process according to claim 1, characterized by producing bio-hydrocarbons that can be used directly as fuel or mixed with conventional hydrocarbon streams to produce the final fuel for application such as gasoline, aviation kerosene and diesel. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo catalisador ácido ser obtido pela reciclagem do catalisador após o uso, removendo o depósito de coque pelo processo de regeneração como calcinação no ambiente oxidente e tratamento hidrotérmico.Process according to claim 1, characterized in that the acid catalyst is obtained by recycling the catalyst after use, removing the coke deposit by the regeneration process such as calcination in the oxidizing environment and hydrothermal treatment.
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