BR102019024934B1 - Processo para obtenção de compostos, dentre os quais o triptano por reação de acoplamento de álcoois - Google Patents

Abstract

''PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE COMPOSTOS, DENTRE OS QUAIS O TRIPTANO POR REAÇÃO DE ACOPLAMENTO DE ÁLCOOIS A presente invenção está relacionada a um processo de produção de moléculas com sete carbonos constituída por uma cadeia de quatro carbonos com três ramificações metílicas, principalmente o triptano (2,2,3- trimetilbutano), por meio da reação por acoplamento de álcoois (reação Guerbet), com a obtenção do triptano por meio da transformação do álcool. A importância do referido processo se deve ao fato de que o triptano é o hidrocarboneto com maior capacidade de resistência à compressão sem ignição, podendo ser utilizado em gasolinas de aviação sem chumbo e na formulação de gasolinas automotivas de elevada octanagem.

Description

Campo da invenção

[001] A presente invenção refere-se a um processo de produção de moléculas com sete carbonos constituída por uma cadeia de quatro carbonos com três ramificações metílicas, principalmente o triptano (2,2,3-trimetilbutano), por meio da reação por acoplamento de álcoois (reação Guerbet), resultando em álcool com cadeia de quatro carbonos com três ramificações metílicas, que é transformado em triptano. A importância do referido processo se deve ao fato de que o triptano é o hidrocarboneto com maior capacidade de resistência à compressão sem ignição, podendo ser utilizado em gasolinas de aviação sem chumbo e na formulação de gasolinas automotivas de elevada octanagem.

Fundamentos da invenção

[002] A gasolina é combustível de motores de ciclo Otto, em que a propriedade de resistência à detonação é essencial, tanto na aplicação em aviação quanto na aplicação automotiva. Existe a necessidade no estado da técnica da obtenção de componentes de elevada capacidade de resistência à detonação, que é expressa pelas medidas de octanagem, especialmente em motores com compressão de ar previamente à mistura com o combustível. A tendência histórica é de aumento de octanagem da gasolina, bem como do mercado de gasolinas Premium, cerca de 20% da gasolina consumida nos EUA (D. Splitter, A. Pawlowski, R. Wagner. A Historical Analysis of the Co-evolution of Gasoline Octane Number and Spark-Ignition Engines, Frontiers Meeh Eng. 1 (2016) 16).

[003] Nos aeroplanos com motores do ciclo Otto opera-se em condição de alta razão de compressão, com turbo-compressão ou supercharging do ar, sendo suscetíveis à detonação prematura. Um modo de aumentar a octanagem é a utilização de aditivos como o chumbo tetraetila (TEL). Entretanto por problemas ambientais e de saúde decorrentes da liberação de chumbo na combustão, seu uso está sendo limitado, conforme norma ASTM D910-17a, e desenvolvidas formulações de gasolina de aviação sem chumbo. Para tanto, são necessários componentes com elevada capacidade de suportar compressão sem detonação, como o triptano (2,2,3-trimetilbutano).

[004] A literatura mostra que a composição de gasolinas com triptano permite aumentar significativamente pressão média efetiva indicada (Indicated Mean Effective Pressure, IMEP) com ganhos de potência e rendimento antes da detonação prematura, sendo o triptano sem chumbo melhor que o isooctano com chumbo nas condições estudadas. Cita-se que com gasolina de aviação contendo a mesma octanagem de 100 e 60 vol% de triptano, foi possível obter em um motor de aeroplano 2500 hp, comparado a 1500 hp com gasolina de aviação normal de 100 octanas sem triptano (C.F. Kettering, Effect of Molecular Structure of Fuels on Power and Efficiency of Internal Combustion Engines. Ind. Eng. Chem. 36 (1944) 1079-1085).

[005] De modo a viabilizar esta estratégia, o estado da técnica descreve diversas composições com triptano. Por exemplo, o documento US2485897 descreve uma mistura de triptano com ciclopentano para obtenção de gasolina, em que o composto apresenta pelo menos 25 vol% de triptano e 75% de ciclopentano.

[006] Ocorre que, em função da dificuldade de obtenção de triptano, o estado da técnica vem propondo formulações de gasolina contendo cada vez menos triptano. O documento US7897034 descreve uma formulação de gasolina de aviação livre de chumbo tetraetila, contendo até 10% de triptano. De maneira similar as patentes US7833295, US8232437 e US8536389 descrevem formulações de gasolina contendo pelo menos 5 vol% de triptano ou 2,2,3- trimetilpentano.

[007] Sendo assim, fica clara no estado da técnica a utilidade de um método de produção de triptano para seu emprego em formulações de combustíveis do Ciclo Otto. Diversas tentativas foram efetuadas para produção do componente em larga escala, o que fica claro pela multiplicidade de técnicas descritas a seguir.

[008] O estado da técnica descreve um método de produção do triptano através da reação de Grignard da pinacolona com iodeto de metil magnésio, no intuito de transformar a cetona em álcool, seguida de desidratação e hidrogenação (J. P. Wibaut, H. Hoog, S. L. Langedijk, J. Overhoff, J. Smittenberg. A study on the preparation and the physical constants of a number of alkanes and cycloalkanes. Recuel des Travaux Chimiques des Pays-Bas 58(4): 329-377, 1939).

[009] No mesmo sentido, os documentos US2417119, US2453144 e Miller e Lovell (V. Miller, W. Lovell, Methylation of Olefins with Methyl Chloride. Industrial Eng Chem. 40 (1948) 1138-1150) descrevem a produção de triptano através da reação de metilação de olefina por meio de metil-cloreto na presença de óxido metálico (CaO) no intuito de capturar o cloro. A mencionada rota de produção demanda uma olefina específica (2,3-dimetil-2-buteno), com uma metilação, ou partindo de 2-metil-2-buteno, com duas metilações.

[010] Assim, apesar da descrição detalhada dos métodos de produção do triptano, há muitos fatores limitantes nestes documentos, por exemplo pela limitada disponibilidade da olefina C5= ou C6= específica (trimetiletileno ou tetrametiletileno) e pelo uso de clorometano e CaO, sólido, como reagentes.

[011] No mesmo sentido, processos similares envolvendo halogenação e compostos clorados são descritos nos documentos US2404927 e US2404537, no entanto, o uso de compostos halogenados é indesejável industrialmente.

[012] Outro método descrito no estado da técnica é a hidrodemetilação de isoparafina C8, obtida de fração do alcoilado pesado, conforme ditam os documentos US 2422670, US2422671, US2422672, US2422674, US2422675 e Haensel e Ypatieff (V. Haensel, V. Ipatieff. Selective Demethylation of Paraffin Hydrocarbons. Industrial Eng Chem. 39 (1947) 853-857). Em função da exotermicidade considerou-se roubar calor com água, como ensina a patente US2436923, mas também ocorrem reações de reforma do metano gerado, e não se elimina a possibilidade de excursão da temperatura.

[013] Ainda em relação à produção de triptano, metodologias adicionais envolvem a isomerização de correntes com sete carbonos. Entretanto, o equilíbrio só favorece o triptano a baixas temperaturas, preferencialmente menores do que 0°C. Nesses métodos, a isomerização em condições de baixa temperatura pode ser catalisada com superácidos, homogêneos ou heterogêneos, como ensinam os documentos US2583739 e US7332638. Embora o referido método apresente uma alternativa a obtenção de triptano, o baixo rendimento e as questões de recuperação e desativação de catalisadores o tornam pouco atrativo industrialmente.

[014] Em uma metodologia alternativa às descritas no estado da técnica, é desejável produzir tripteno a partir da oligomerização de isobuteno com propileno e posteriormente hidrogenação a triptano, conforme ensinam Ypatieff et al e Ypatieff e Schaad (V.N. Ipatieff, H. Pines, B.S. Friedman, Reaction of Propene with Isoolefins in the Presence of Sulfuric Acid. J. Am. Chem. Soc. 61 (1939) 1825-1826; V.N. Ipatieff, R.E. Schaad, Heptenes and Heptanes from Propylene and Butylenes, Ind. Eng. Chem. 37 (1945) 362-364). Entretanto, a reação produz um baixo rendimento, apenas 3% de tripteno. Mesmo com catalisadores diversos do ácido sulfúrico, como o ácido fosfórico, são formados preferencialmente dimetil-pentenos, conforme ensinam os documentos US3651168. US3586729, Klerk (A. de Klerk, Key catalyst types for the efficient refining of Fischer-Tropsch syncrude: alumina and phosphoric acid, Catalysis (23), 2011.) e Cao et al (G. Cao, A. Viola, R. Baratti, M. Morbidelli, L. Sanseverino, M. Cruccu, Lumped kinetic model for propene—butene mixtures oligomerization on a supported phosphoric acid catalyst, Applied Catalysis. 41 (1988) 301-312). A reação de alquilação de isobutano com propileno poderia ser candidata para produzir triptano. Sabe-se, entretanto que, no processo industrial de alquilação com HF ou H2SO4 os produtos principais são 0 2,3 e 0 2,4 dimetil-pentanos, conforme ensinam Eisele e Killpack (P. Eisele, R. Killpack. ULLMANN'S Encyclopedia of Industrial Chemistry - Propene, vol. 30, (2013) p. 281), Asinger (Asinger, F. Mono-Olefins Chemistry and Technology. Pergamon Press, 1968) e Albright (Albright, L. F. et al.; Industrial and Laboratory Alkylations, ACS

Symposium Series, ACS, 1977).

[015] Do mesmo modo, o uso de catalisadores zeolíticos na alquilação de isobutano com propileno resulta em teores de triptano menores ou iguais a 0.1 % conforme ensina Cardona et al (F. Cardona, N.S. Gnep, G. Szabo, P. Nascimento, Reactions involved in the alkylation of isobutane with 2-butene and with propene on a USHY zeolite, 128 (1995) 243-257). Tal fato se deve à questão da formação de triptano por alquilação de isobutano com propileno ser desfavorecida termodinamicamente, sendo necessárias pressões de 200 a 300 bar e temperaturas acima de 400“C para alcançar rendimentos na faixa de 10%, utilizando-se compostos dorados, bromados ou CO2 como catalisadores, conforme descreve 0 documento US2407584.

[016] Em momento posterior, os documentos US 2492984, US 3969427, US 4059646, US 4059647 e US 7642392 ensinam a reação de homologação do metanol ou dimetil-éter (DME), para produção de triptano em haletos de Zn e outros metais. Do mesmo modo, em função das dificuldades das rotas com sais fundidos hidratados (ZnCh, Znh, etc.), buscou-se uma rota de homologação heterogênea via catálise ácida, tal como descrito nos documentos WO/PCT/ 2009063177, WO/PCT/2009063178, US7825287 e Ahn et al (J.H. Ahn, B. Temei, E. Iglesia. Selective Homologation Routes to 2,2,3-Trimethylbutane on Solid Acids. Angewandte Chemie Int Ed. 48 (2009) 3814-3816).

[017] Também foram feitas tentativas de adicionar compostos maiores na cadeia, ex. iC4 (intermediário), auxiliados por função adicional de desidrogenação no catalisador, para acelerar a reação de homologação do metanol (e DME), conforme ensinam Farberow et al (C.A. Farberow, S. Cheah, S. Kim, J.T. Miller, J.R. Gallagher, J.E. Hensley, J.A. Schaidle, D.A. Ruddy. Exploring Low-Temperature Dehydrogenation at Ionic Cu Sites in Beta Zeolite To Enable Alkane Recycle in Dimethyl Ether Homologation, Acs Catal. 7 (2017) 3662-3667).

[018] No entanto, restam questões não solucionadas, inerentes à utilização de catalisadores ácidos na homologação, principalmente no que se relaciona a degradação do produto e a desativação dos catalisadores, limitando a aplicação desse método até o momento.

[019] Por este ângulo, a reação de acoplamento por álcoois, ou reação de Guerbet, utilizada na presente invenção, é um tipo de construção de cadeia carbono-carbono que não apresenta as desvantagens de catálise ácida. Tal reação de acoplamento de álcoois, conforme ensinam Veibel e Nielsen (Veibel, S.; Nielsen, J. I. (1967). On the mechanism of the Guerbet reaction. Tetrahedron, 23(4), 1723-1733), ocorre em etapas de desidrogenação das hidroxilas do álcool a carbonilas mais 2 H2, gerando os álcoois primários aldeídos e os secundários, cetonas. Os produtos da desidrogenação dos referidos álcoois reagem entre si em condensação aldólica, com eliminação de água. Em seguida, a cetona insaturada (enona) formada é hidrogenada, resultando no álcool Guerbet de cadeia aumentada. Em um catalisador da reação Guerbet são necessárias ambas as funções desidrogenante/hidrogenante e função básica para a condensação aldólica.

[020] Os álcoois Guerbet, resultantes da reação de acoplamento de álcoois, são primários ou secundários - embora a maioria dos álcoois produzidos a partir de aductos primários resulte também em álcoois primários - e as propriedades conferidas pela estrutura ramificada do álcool permite a sua aplicação em diversas industrias, além do seu uso como solventes. Em especial, as propriedades do álcool formado são: baixa toxicidade, líquidos a temperaturas extremamente baixas, baixa volatilidade, bons lubrificantes, boa estabilidade oxidativa, excelente cor inicial, biodegradabilidade, entre outras, conforme ensina OLenick (OLenick, A. J. (2001). Guerbet chemistry. Journal of Surfactants and Detergents. 4(3), 311-315).

[021] Conforme citado, os álcoois provenientes da reação por acoplamento de álcoois, ou reação de Guerbet, podem ser formados por combinação de álcoois de cadeias distintas, conforme apontam os documentos US2050788, US3479412, US5493064 e US7705192. Ainda em relação ao exposto, podem ser reagidos, também, os dióis, entre si ou com mais álcoois, resultando em tamanhos de cadeia ainda maiores, como explicitado por US7119125.

[022] A condensação aldólica é reação reversível, endotérmica, e limitada pelo equilíbrio. Nas condições usualmente empregadas no estado da técnica, ocorre com alta seletividade. A presença de função hidrogenante no catalisador Guerbet mais excesso de H2 auxiliam a reação de condensação ao hidrogenar a enona resultante da condensação aldólica.

[023] Neste cenário, vale frisar que as reações de Guerbet se desenvolvem tipicamente a temperaturas maiores que 200“C, na faixa de 200 a 300°C e a pressão de operação se dá até 200 bar. Ademais, neste tipo de reação, é usual 0 emprego de pressão autógena em um sistema batelada, a temperaturas de 300°C até 550°C. Altas temperaturas são consideradas desnecessárias, mas baixas temperaturas podem ser consideradas impeditivos termodinâmicos para alguns reagentes.

[024] Para manter níveis aceitáveis de temperatura e pressão, diversos catalisadores/sistemas básicos e combinações com catalisadores hidrogenantes são descritos na literatura especializada, tais como: • MgO, CaO, Ca(OH)2, fostatos de Ca: patentes US1755692, US1910582, US1992480, US2050788, US2050789, US2645667, US2971033, US5095156, US5159125, US8318989. • K, Na, Ba, Li, Mg, Ti, Zr - óxidos, hidróxidos, carbonatos, fosfatos (grupos 1 e 2 em geral). Patentes US2004350, US2762847 (fosfatos, básicos), US2971033, US3119880, US3328470, US4987270, • hidróxidos (de Ca e K) são usados em solução com os álcoois. Ainda em relação aos catalisadores, também podem ser utilizados sais metálicos de ácidos carboxílicos / graxos ou alcoolatos - Patentes US1821667, US2836628, US3479412 • metais desidrogenantes/hidrogenantes, tais como Cu, Cr, Ni, Mn, Cd, Zn, Fe, Sn, Pb- metais reduzidos, óxidos, hidróxidos, sais como haletos, fosfatos, carbonatos, descritos nos documentos: US1755692, US1992480, US1999196, US2004350, US2829177, US2836628, US3916015, US4011273, US4518810, US8962897, US9018427, US9024090; • Ni, Ru, Pd, Pt, Rh, Ir, Ag - óxidos ou sais, principalmente em misturas, os documentos US2836628, US2862013, US3047630, US3860664, US3916015, US3979466, US8318990 tratam da referida utilização. • Cério e Lantânio: os documentos US5559275 e US5300695 os descrevem como potenciais catalisadores. • Misturas de metais, sais e suporte são descritos como catalisadores com efeito desidrogenante e desidratante - suportados ou não, pelos documentos patentários US2064254, US2094297, US2645667, US2645668, US2865963, US2971033, US4681868, US5559275, US5811602, US6034141; V2O5 em anatase (Ti), US8809594, • zeólitas - básicas e com metal conforme o documento US5493064; • hidrotalcitas (total ou parcialmente a óxidos mistos por tratamento térmico e remoção de H2O e CO2), com ou sem sais adicionais suportados (além dos que compõem a hidrotalcita), com diferentes ânions de intercalação: Patentes US7700810, US7700812, US7700813, US8071822, US8071823, US8318989, US8603201. • hidroxiapatitas: Patentes US8431753, US8603201.

[025] Além disso, vale citar catalisadores desidrogenantes heterogêneos, empregados em conjunto com catalisadores básicos homogêneos como descrevem os documentos US3119880, US3328470, US3862993, US3862994, US3864407, US3916015, US3917722, US3979466.

[026] Outros catalisadores básicos, tais como os óxidos metálicos como CaO, K2O são usualmente suportados - por exemplo em alumina - ou outros suportes como Zr, zeólitas básicas, óxidos mistos. Preferencialmente empregam-se os próprios óxidos mistos como suporte.

[027] Além de óxidos metálicos também são reivindicados carbetos (US453375), silicates (como 0 de chumbo, US4011273), ou misturas de sólidos, bases e catalisadores hidrogenantes (ex.: US2971033, US2862013, US2836628).

[028] A literatura ensina que hidrotalcitas e hidroxiapatitas e suportes básicos de Ce são bons catalisadores para processos de condensação Guerbet a condições mais brandas e com maior seletividade e rendimento, conforme Kozlowski e Davis (Kozlowski, J. T., & Davis, R. J. (2013). Heterogeneous Catalysts for the Guerbet Coupling of Alcohols. ACS Catalysis, 3(7), 1588-1600) e Shimura et al (K. Shimura, K. Kon, S.M.A. Hakim Siddiki, K.-l. Shimizu, Selfcoupling of secondary alcohols by Ni/CeO2 catalyst. Appl Catal A Gen. 462-463 (2013) 137-142).

[029] O estado da técnica ainda descreve que na chamada reação Guerbet, são preferidos catalisadores heterogêneos, já que a remoção dos catalisadores homogêneos como sais, hidróxidos e outros catalisadores e seus subprodutos (ex.: alcóxidos) envolve dificuldade e número de operações significativo.

[030] Para realizar o referido processo Guerbet, a remoção de água é algo importante a ser considerada. Neste sentido, o documento US2457866 descreve o processo de remoção de água de forma a reduzir a formação de subprodutos.

[031] Os documentos US5068469 e US5159125 descrevem a reação de aldeídos (ou cetonas) com álcoois usando condições iguais à da reação Guerbet. Em tais documentos, ensina-se que é possível começar a reação usando já os álcoois desidrogenados (aldeídos / cetonas) como reagentes. Se apenas aldeídos ou cetonas, a reação é a condensação aldólica. Ainda, o documento US2593009 ensina a reenviar os aductos não reagidos, álcoois e seus produtos de desidrogenação (aldeídos / cetonas) para a etapa de reação Guerbet.

[032] A patente US8809594 ensina desacoplar as reações de desidrogenação, condensação aldólica e hidrogenação em etapas com catalisadores diversos - no mesmo reator ou não. Produtos intermediários ou não reagidos podem ser reciclados à etapa de reação mais apropriada, como aldeídos/cetonas de menor peso molecular para a etapa de condensação, e aldeídos/cetonas de peso molecular desejado para a etapa de hidrogenação, conforme necessário.

[033] Outro ponto a ser destacado é que o álcool formado pode ser instável na própria condição da reação Guerbet (ex.: desidratando a olefina e hidrogenando), enquanto o aldeído/cetona é estável. Assim, separar a função desidrogenante/hidrogenante da função de condensação aldólica pode ser interessante para alguns compostos.

[034] As reações, pelas condições empregadas (e uso de bases solúveis, por exemplo), são usualmente em fase líquida. A reação em fase vapor é, entretanto, possível, para produtos de menor peso molecular e menores pressões de operação e presença, por exemplo, de H2 adicionado à reação. A patente US 8809594 também ensina a operação a pressões de 0 a 20 bar, e uso de diluente como N2, O2, ar, argônio, He, além do H2.

[035] O estado da técnica ainda descreve a produção de dialquil éteres a partir de álcoois Guerbet, preferencialmente obtidos a partir do etanol, preferencialmente de fonte renovável, conforme a patente US8398728, sendo 0 objetivo principal dos dialquil éteres sua utilização como substitutos, componentes ou aditivos do diesel.

[036] A reação Guerbet usualmente conhecida no estado da técnica é a de auto-condensação de álcoois. É menos comum a condensação cruzada {cross-condensation], onde álcoois diversos reagem entre si. Menos comum, ainda, é utilizar metanol como álcool reagente. Metanol não promove auto-condensação segundo 0 mecanismo da reação Guerbet, mas pode condensar com um segundo álcool maior. Ainda pode promover outras reações, como Tischenko, Cannizzaro ou decarboxilação. Considera-se que formaldeído seja extremamente reativo, e que seja surpreendente que ainda possa reagir em reação como a Guerbet.

[037] No estado da técnica foram descritas diversas reações de obtenção de álcoois Guerbet utilizando metanol como um dos reagentes (P.L. Burk, R.L. Pruett, K.S. Campo, The rhodium-promoted Guerbet reaction. Part II. Secondary alcohols and methanol as substrates. Journal of Molecular Catalysis. 33 (1985) 15-21; Carlini, M. Di Girolamo, A. Macinai, M. Marchionna, M. Noviello, A.M. Raspolli Galletti, et al. Selective synthesis of isobutanol by means of the Guerbet reaction. Part 2. Reaction of methanol/ethanol and methanol/ethanol/n-propanol mixtures over copper based/MeONa catalytic systems. J. Mol. Catal. A. 200 (2003) 137-146,2003; C. Carlini, A. Macinai, M. Marchionna, M. Noviello, A.M.R. Galletti, G. Sbrana, Selective synthesis of isobutanol by means of the Guerbet reaction. Part 3: Methanol/n-propanol condensation by using bifunctional catalytic systems based on nickel, rhodium and ruthenium species with basic components, J. Mol. Catal. A. 206 (2003) 409-418; C. Carlini, M. Marchionna, M. Noviello, A.M. Raspolli Galletti, G. Sbrana, F. Basile, C. Flego, M. Noviello, M. Noviello. Guerbet condensation of methanol with n-propanol to isobutyl alcohol over heterogeneous bifunctional catalysts based on Mg-AI mixed oxides partially substituted by different metal components. J. Mol. Catal. A. 232 (2005) 13-20).

[038] Em um sistema heterogêneo de cobre em óxido misto de Mg-AI (J.J. Bravo-Suárez, B. Subramaniam, R.V. Chaudhari, Vapor-phase methanol and ethanol coupling reactions on CuMgAI mixed metal oxides. Appl Catal A Gen. 455 (2013) 234-246) também foi empregada a reação Guerbet com reagentes MeOH e EtOH. Nesse catalisador, para a reação de metanol e n-propanol, as reações secundárias (desidratação, hidrogenólise, decarboxilação) foram mais favorecidas do que a reação Guerbet.

[039] No entanto, não se encontrou no estado da técnica documentos que venham a descrever a reação Guerbet de álcoois C6 com metanol, muito menos documentos descrevendo a obtenção de álcool que, após desidratação e hidrogenação ou hidrodesoxigenação, venha a produzir triptano.

[040] Assim, a presente proposta descreve a reação Guerbet empregando catalisadores com função básica, apresentando vantagens em relação aos processos catalíticos envolvendo sítios ácidos, como menor desativação e deposição de carbono, e potencialmente maior seletividade e rendimento.

[041] Assim, apesar das vantagens associadas ao uso do triptano em composições de gasolina, o estado da técnica falha em descrever processos capazes de produzir triptano em larga escala, atingindo uma escala industrial. A referenciada questão é resolvida pela presente invenção para a produção de triptano por meio da reação Guerbet que transforma álcoois de seis carbonos com metanol.

Descrição Resumida da Invenção

[042] A presente invenção, compreende a produção de compostos contendo sete carbonos, com cadeias de quatro carbonos contendo três ramificações metílicas, mais especificamente o triptano (2,2,3-trimetil-butano). Além do triptano são ainda objetos da presente da invenção a produção de tripteno (2,3,3-trimetil-1 - buteno), de triptanol (2,3,3-trimetil-1-butanol) e de triptanal (2,3,3- trimetilbutiraldeído).

[043] A invenção é baseada na reação Guerbet de um oxigenado contendo 6 carbonos, preferencialmente o 3,3-dimetil-1 -butanol (neohexanol) com metanol e/ou misturas de H2 mais CO ou CO2 e misturas destes, utilizando preferencialmente catalisador heterogêneo, combinando função hidrogenante/desidrogenante e função básica e resultando em produto contendo principalmente triptanol mais triptanona.

[044] O triptanol e triptanona produzidos na primeira etapa de reação podem opcionalmente seguir para uma segunda etapa de reação de hidrodesoxigenação (HDO). A reação de hidrodesoxigenação é usualmente catalisada por combinação de função ácida e função hidrogenante, em que as carbonilas são hidrogenadas a álcoois, os álcoois desidratados a olefinas e olefinas resultantes hidrogenadas ou não a isoparafinas, sendo 0 triptano a isoparafina presente em maior proporção.

Breve Descrição dos Desenhos

[045]A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência à Figura 1 em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representa uma realização da invenção.

[046] A Figura 1 apresenta as etapas de reação Guerbet para a produção do 2,3,3-trimetilbutanol a partir do 3,3-dimetil-1-butanol e do metanol, e as etapas de reação de hidrodesoxigenação (HDO) dos produtos obtidos na reação de Guerbet, tanto por rota de HDO direto quanto por desoxigenação por desidratação seguida por hidrogenação, levando à formação de tripteno e triptano. Também são apresentadas as reações de síntese de metanol a partir do CO ou CO2 (SYN MeOH).

Descrição detalhada da invenção

[047] Em particular, a presente invenção trata de um processo de obtenção de componentes contendo sete carbonos, em que a cadeia de quatro carbonos possui três ramificações metílicas, preferencialmente, 0 2,2,3-trimetil-butano (triptano). Além do triptano ainda são objeto da presente invenção a produção de 2,3,3-trimetil-1-buteno (tripteno), 0 2,3,3-trimetilbutanol (triptanol) e 0 2,3,3- trimetilbutiraldeído (triptanal).

[048] A invenção é caracterizada por utilizar, em um primeiro momento a reação de acoplamento dos álcoois (reação Guerbet), utilizando como compostos de partida, preferencialmente, 0 3,3-dimetil-1 -butanol (neohexanol) e 0 metanol (MeOH). A referida reação é catalisada por um catalisador que reúne a função hidrogenante/desidrogenante e a função básica, resultando em produto que contém altos índices teores de triptanol.

[049] Assim, 0 processo de produção descrito na presente invenção, envolve a reação de um álcool (ou mistura de álcoois) primário e/ou secundário (reação de Guerbet), que se desenvolve através das seguintes etapas: a. desidrogenação: hidroxilas desidrogenam a carbonilas (gerando 2 H2), álcoois primários a aldeídos, neohexanol a 3,3-dimetilbutiraldeído (neohexal) e metanol a formaldeído; b. condensação aldólica: a condensação aldólica entre duas moléculas contendo carbonilas (aldeído ou cetona), seguida de eliminação de água; gerando a enona (acetona α,β-insaturada) intermediária, 2(tert- butil)acrilaldeído. c. hidrogenação: a enona é hidrogenada, com 0 H2 gerado das hidroxilas originais dos álcoois, resultando no triptanol.

[050] Nas etapas de reação descritas, também podem ser empregados (i) precursores de metanol para formação do metanol in situ, ou misturas de metanol com seus precursores; e (ii) aldeídos intermediários correspondentes, tais como o neohexal e o formaldeído.

[051] O triptanol nas condições da reação Guerbet também desidrogena a triptanal (2,3,3-trimetilbutiraldeído), resultando em produto da reação Guerbet contendo mistura de triptanol e triptanal.

[052] Em ato contínuo, o triptanol ou a mistura de triptanol e triptanal podem ser convertidos a triptano e/ou tripteno através da remoção de oxigênio, por hidrodesoxigenação (HDO).

[053] A remoção de oxigênio dos compostos oxigenados produtos da reação Guerbet, quando por meio da hidrodesoxigenação (HDO), é realizada através de catalisadores heteregêneos de HDO. Usualmente os catalisadores combinam a função hidrogenante e ácida, onde o álcool é desidratado e posteriormente hidrogenado, ou função de hidrodesoxigenação direta dos álcoois e carbonilas, ambas em atmosfera de H2.

[054] Ainda no que se refere a esta característica da invenção, a mistura do triptanol com triptanal resultantes da reação de acoplamento de álcoois, aqui descrita, são enviados à etapa de HDO, resultando, preferencialmente, em triptano. A depender do catalisador e das condições de hidrodesoxigenação, as formações de tripteno ou triptano são favorecidas.

[055] Alternativamente ao HDO, a desoxigenação, ou seja, a transformação de triptanol e triptanal em triptano e/ou tripteno, pode ser obtida por duas etapas sequenciais: a desidratação do álcool com catalisador ácido a tripteno e a etapa final de hidrogenação de tripteno a triptano, na presença de um catalisador hidrogenante.

[056] Pode ser necessária etapa de hidrogenação, anterior à desidratação, onde 0 triptanal é hidrogenado a triptanol para desidratação. Entretanto preferencialmente, utiliza-se um catalisador de hidrodesoxigenação (HDO) com capacidade de hidrogenação ou remoção de carbonila, capazes de efetuar a hidrodesoxigenação (HDO) por rota direta.

[057] No tocante às reações Guerbet e HDO, a etapa de acoplamento e a hidrodesoxigenação (HDO) podem ocorrer no mesmo reator ou em reatores distintos. Preferencialmente, em reatores distintos, havendo recuperação de metanol, neohexanol e neohexal não-reagidos na etapa de reação Guerbet e seu reciclo ao reator Guerbet.

[058] Durante a etapa de reação Guerbet, além da reação com metanol, pode ocorrer a reação de acoplamento do neohexanol com ele mesmo, gerando álcool ramificado pesado, o que se evita utilizando maiores proporções de metanol ou precursores.

[059] Ainda em relação ao teor de metanol por reação, destaca-se que é maior do que o estequiométrico, pelo menos 2 mols de metanol por mol de neohexanol.

[060] Ademais, a relação metanol/neohexanol é de, pelo menos, 3:1 mokmol, mais preferencialmente na faixa de 9:1 mokmol, sendo a seletividade maior em relação de 12:1 mol de metanol para mol de neohexanol. Teores maiores de metanol além da relação 12:1 mokmol não surtem efeito benéfico, provavelmente em função da diluição do neohexanol.

[061 ] Durante a reação Guerbet também ocorre hidrogenólise do metanol a CO e 2 H2. Ainda, parte do CO reage com H2O produto da reação formando CO2 e mais H2.

[062] Descobriu-se ainda que na etapa da reação Guerbet, para os catalisadores reivindicados, 0 metanol pode ser gerado in situ a partir de CO e hidrogênio, CO2 e hidrogênio ou mistura de ambos. As misturas de gases CO, CO2 e H2 ainda podem ser combinados com metanol na alimentação do reator. Mais preferencialmente, CO e CO2 e H2 efluentes gasosos da etapa de reação Guerbet são realimentados ao reator Guerbet.

[063] Além do metanol, 0 formaldeído também pode ser alimentado ao reator, uma vez que é 0 intermediário da reação produzida pela desidrogenação do metanol. Entretanto, 0 uso de metanol e/ou combinação deste com gás de síntese (CO e H2) são preferidos, uma vez que formaldeído pode polimerizar obstruindo 0 acesso a sítios do catalisador. Nas condições reivindicadas da presente invenção 0 cálculo do equilíbrio químico indica que a quantidade de formaldeído formada é pequena, e a ausência de formaldeído na análise do produto indica que este reage rapidamente.

[064] A reação de hidrogenólise do metanol a CO e H2 é endotérmica, enquanto a reação de síntese de metanol a partir de CO e H2 é exotérmica. Sendo assim, a combinação de metanol com gás de síntese (CO e H2) na carga, gera uma vantagem adicional ao processo, visto que diminui a necessidade de fornecimento de calor nas condições de reação, tornando 0 perfil de temperatura no reator próximo ao isotérmico e favorecendo a reação de acoplamento de álcoois.

[065] Assim, a reação Guerbet pode ser tanto alimentada por misturas de CO e H2 ou CO2 e H2 ou mistura de ambos quanto for alimentada por metanol ou mistura dos gases. A presença de H2 tem efeito na reação de síntese de metanol quando a carga contém CO (gás de síntese). Caso 0 CO2 seja utilizado como reagente, teores maiores de H2 são necessários para hidrogenação.

[066] O CO quando hidrogenado a metanol exige 0 consumo de duas moléculas de H2. De outro modo, para que 0 CO2 seja hidrogenado a metanol são necessárias três moléculas de H2. A reação de acoplamento de álcoois ocorre tendo como reagentes compostos contendo um carbono, seja metanol ou misturas de H2 e CO ou CO2 ou ainda formaldeído, desde que existam condições suficientes para a formação de metanol e por sua vez formaldeído.

[067] A reação de síntese de metanol pode ser feita em reator diferente do reator Guerbet, previamente à mistura com 0 neohexanol. Do mesmo modo, a síntese do metanol também pode ocorrer in situ, paralelo à reação de acoplamento de álcoois.

[068] Catalisadores utilizados na reação de acoplamento de álcoois tem função básica e função hidrogenante/desidrogenante. Para tanto, a reação é realizada a temperaturas maiores do que 150°C, preferencialmente maiores do que 200°C, mais preferencialmente maiores do que 300°C. Temperaturas maiores do que 450°C são desnecessárias, e levam ao aumento de formação de reações secundárias, embora temperaturas até 550°C possam ser utilizadas. Dessa forma, a reação de Guerbet se desenvolve a temperaturas na faixa de 150aC- 550QC, preferencialmente de 150aC-450QC.

[069] Destaca-se ainda que as reações de acoplamento de álcoois se desenvolvem a pressões maiores que 5 bar, preferencialmente maiores do que 10 bar, mais preferencialmente maiores do que 20 bar e menores que 100 bar. Pressões maiores do que 60 bar levam a ganhos menores, não sendo as condições preferidas, embora pressões de até 200 bar possam ser utilizadas. Quanto maior a pressão, maior o favorecimento termodinâmico para a reação de acoplamento de álcoois.

[070] A temperatura e a pressão são correlacionadas, uma vez que pressões maiores desfavorecem a desidrogenação e temperaturas maiores são necessárias para manter o mesmo nível de desidrogenação. Pressões muito baixas, entretanto, resultam em necessidade de aumento do tempo de reação.

[071] Dessa forma, destaca-se que as condições descritas nesta invenção são ideais para a reação de acoplamento de álcoois entre o neohexanol e o metanol, resultando em triptanol e triptanal.

[072] Várias formas de contato entre o catalisador e os reagentes são possíveis na presente invenção. Podem ser empregados reatores de mistura em batelada, reatores de mistura contínuos (CSTR), reatores em batelada ou contínuos com catalisadores homogêneos, ou, preferencialmente, reatores contínuos com catalisadores heterogêneos.

[073] Na presente invenção, o emprego de catalisadores heterogêneos facilita a separação entre os produtos e o catalisador. Como as proporções entre funções básicas e hidrogenantes são tais que a desativação do catalisador é pequena, a forma preferida de contato entre os reagentes e o catalisador é através da reação contínua, com o catalisador em leito fixo, fluxo empistonado. Outros esquemas de reator contínuo são possíveis, como leito de lama, leito fluidizado, mas sem vantagens em relação ao método preferido de reação contínua em leito fixo. Ainda, podem ser combinados catalisadores homogêneos (catalisador básico) e heterogêneos (catalisador de hidrogenaçào/desidrogenaçào).

[074] Para a reação contínua em leito fixo, volumes da carga (mistura de neohexanol e metanol) processados por unidade de tempo por volume de reator (LHSV) são tipicamente 0.1 a 10 h’1. Mais preferencialmente o LHSV (volume de carga por hora por volume de reator) são de 0.5 a 5 tr1, mais preferencialmente de 0.5 a 2 tr1.

[075] O hidrogênio não é necessário para a reação, uma vez que, o mesmo é gerado e consumido na própria reação de acoplamento de álcoois, respectivamente nas etapas de desidrogenação e hidrogenação da enona.

[076] A presença do hidrogênio, entretanto, pode ser desejada para aumento do tempo de campanha e favorece o produto como triptanol e em menor grau triptanal. Sem limitar as reivindicações ao entendimento do mecanismo de funcionamento do hidrogênio, a hipótese é que a presença de hidrogênio mantenha o catalisador parcialmente reduzido, favorecendo a evaporação e a hidrogenação de intermediários reativos, como a enona, que poderiam levar a formação de coque no catalisador.

[077] Sem contar com o hidrogênio (H2) necessário à síntese de metanol, quando se emprega misturas de CO e/ou CO2 no reator Guerbet, com 0 emprego de H2 adicional, a relação molar de H2 fica entre 0 e 10 mol de H2/mol de neohexanol, e preferencialmente entre 0 e 5 mol H2/mol de neohexanol, mais preferencialmente de 0 a 2 mol H2/mol de neohexanol. Preferencialmente, 0 hidrogênio (H2) não é necessário, mas pode ser empregado para aquecimento do leito de reator e como ativação, para remover CO2 adsorvido nas condições de preparo do catalisador Guerbet.

[078] A reação Guerbet produz H2O como subproduto. O H2O também pode reagir com metanol e CO, na reação de water-gas-shift, resultando em mais H2 e formando CO2, 0 que é a origem deste no efluente gasoso da reação Guerbet. Metais de capacidade hidrogenante/desidrogenante sabidamente catalisam essas reações. Como é sabido no estado da técnica, diversas reações podem ocorrer a partir do metanol, sendo as principais citadas metanol a dimetil-éter, metanol a formaldeído, que pode por sua vez reage a metil-formato que se decompõem a CO2 e metano ou CO e H2.

[079] Sabe-se que no estado da técnica que 0 Cobre (Cu) é catalisador de hidrogenaçào de CO e CO2 a metanol, principalmente se promovido por ZnO. Outros metais ativos para a reação são Fe, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, entre outros. Assim, descobriu-se na presente invenção que os catalisadores da reação Guerbet reivindicados também tem atividade para síntese de metanol in situ.

[080] Além do 3,3-dimetil-1 -butanol (neohexanol), pode ser empregado 0 3,3- dimetil-1 -butanona (neohexal) como reagente. O neohexal é 0 intermediário da reação de acoplamento de álcoois obtido a partir da desidrogenação do neohexanol. O neohexal pode ser formado em reator separado, previamente ao contato com 0 metanol. O neohexanol pode ser desidrogenado em condições similares à reação de acoplamento de álcoois, em condições de pressão preferencialmente menores.

[081] No caso de 0 neohexanol ser desidrogenado previamente à reação Guerbet, pode ser utilizado 0 mesmo catalisador da reação Guerbet, com função hidrogenante/desidrogenante, mas preferencialmente utiliza-se catalisador com menor basicidade, mais preferencialmente sem basicidade. Ainda mais preferencialmente, 0 catalisador não apresente acidez (que poderia formar éteres ou desidratar 0 álcool a olefina) nem basicidade (que poderia resultar em álcoois Guerbet resultantes da condensação de duas moléculas de neohexanol).

[082] De um modo geral, quando 0 neohexanol é desidrogenado previamente à reação de acoplamento, as condições preferidas são pressão reduzida e temperaturas mais elevadas para efetuar a desidrogenação.

[083] Comparativamente, para a utilização de álcoois como reagentes, condições de pressão maiores são preferíveis para a reação de acoplamento de álcoois (reação de Guerbet) e a formação dos álcoois Guerbet, sendo ensinadas no processo descrito na presente invenção.

[084] Preferencialmente, neohexal e neohexanol não reagidos, após a reação de acoplamento de álcoois, são separados do produto e reciclados juntos ou separadamente. A destilação é uma das principais formas de separação do neohexal e neohexanol dos produtos de reação de acoplamento de álcoois. Caso se utilize um reator anterior para a etapa de desidrogenação do neohexanol, o neohexanol não reagido é alimentado a esse reator, e o neohexal alimenta diretamente o reator de acoplamento de álcoois.

[085] Além do metanol, na reação de acoplamento de álcoois acima descrita, é possível utilizar o formaldeído, intermediário na reação, obtido a partir da desidrogenação do metanol. O formaldeído é obtido industrialmente a partir da desidrogenação do metanol, e, mais comumente, da desidrogenação oxidativa do metanol.

[086] As condições de obtenção do formaldeído envolvem tipicamente temperaturas maiores e pressões menores que as empregadas na reação acoplamento de álcoois da presente invenção. Ademais, usualmente, o consumo do H2 gerado na desidrogenação por reação com oxigênio (desidrogenação oxidativa) favorece a obtenção de formaldeído. Dessa forma, nas condições típicas da invenção, a quantidade esperada de formaldeído é reduzida.

[087] Apesar da facilidade de obtenção do formaldeído, a utilização do metanol é preferida, visto que, o formaldeído é bastante reativo e a tende a polimerizar em soluções aquosas formando poli(oximetileno) glicóis. Essa reatividade leva a formação de polímeros que podem desativar o catalisador Guerbet ou a formar depósitos em equipamentos de processo (fornos, trocadores de calor).

[088] Parte do metanol é convertido em gás de síntese na etapa da reação Guerbet, sendo que, nas condições da invenção, a fase gasosa é preferencialmente realimentada ao reator, utilizando um compressor de gás de reciclo. De modo preferencial, parte do gás pode ser purgado e o H2 alimentado para manter a relação entre H2 e CO em 2 mols:1 mol. Mais preferencialmente existe um compressor de reciclo para recompressão do gás de produto e reenvio à reação. Ainda, preferencialmente ocorre injeção de metanol e/ou H2 e purga de gás se necessário, de modo a manter contínuas as condições de operação do reator, com excesso desejado de metanol e/ou precursores de metanol.

[089] Em relação aos catalisadores utilizados na reação de acoplamento de álcoois, frise-se que que podem ser escolhidos, dentre: catalisadores homogêneos, sais, hidróxidos e alcóxidos, preferencialmente associados a funções de catálise hidrogenante/desidrogenante, homogêneos ou não. Preferencialmente, são utilizados catalisadores heterogêneos, mais preferencialmente um metal com função hidrogenante/desidrogenante em suporte básico, ou suporte contendo componente básico.

[090] Os suportes ou componentes básicos podem ser escolhidos entre óxidos, hidróxidos, fosfatos, carbonatos, carbetos de elementos do grupo IA e HA, metais alcalinos e/ou alcalino-terrosos como K, Na, Ca, Cs, Sr, Ba e Rb. Ademais, são empregados um componente básico ou a mistura de componentes, como óxidos mistos. Alternativamente, podem ser utilizados suportes como aluminas, sílicas, zeólitas, dopadas com componentes básicos como K, Ca ou Mg, usualmente como óxidos (K2O, CaO).

[091] Ademais, no que tange aos próprios suportes, estes podem ser básicos, como óxidos de metais alcalino terrosos, como MgO, CaO, SrO, BaO e óxidos de terras raras como CeO, La2θ3, S1TI2O3. Outros óxidos que se prestam à presente invenção como suporte, além da AI2O3, são Zrθ2, Y2O3, ZnO, TÍO2, M0O3, ThÜ2 podem ser também óxidos de componentes duplos como ZnO- AI2O3, MgO-TiO2. Em geral, emprega-se íons de metais alcalinos suportados em alumina, sílica e óxidos supracitados, principalmente óxidos de metais alcalinos terrosos. Os íons são empregados principalmente como óxidos, mas podem ser não-óxidos, como KF e KCI suportados em alumina, e imidas e nitretos de lantanídeo.

[092] Zeólitas básicas também podem ser utilizadas como suportes básicos, podendo ter íons alcalinos por troca iônica, como 0 Na-X, Cs-X, ou ter ainda álcali adicionado, como CS2O/CS-X. Zeólitas trocadas com metais básicos, já citadas, metais de transição, terras raras, óxidos de maior valência.

[093] Outros suportes básicos são as argilas básicas, minerais argilosos, como calcário, dolomita, magnesita, crisolita, sepiolita, olivina e hidrotalcita.

[094] No que se refere as hidrotalcitas, são hidróxidos duplos lamelares, onde um cátion divalente (como Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga) é combinado com um metal trivalente (Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, La), mais um ânion de compensação entre as lamelas. A hidrotalcita também pode ser dopada com metal adicional. Hidrotalcitas podem ser calcinadas ou não, resultando em óxidos mistos e espinélios, a depender da condição.

[095] Outra versão da presente invenção são as hidroxiapatitas, empregadas como catalisadores básicos. Podem ainda ser empregadas perovskitas, beta-aluminas, hidróxidos e carbonatos metálicos em geral. Outros suportes são nitretos, nitratos, sulfetos, sulfatos, carbetos, fosfatos e fluoretos metálicos ou suportados; carvões ativados e impregnados; resinas de troca aniônica; bases orgânicas suportadas em óxidos metálicos microporosos ou mesoporosos; em geral álcalis sólidos ou suportados e metais alcalino-terrosos ou organometálicos básicos. A invenção, entretanto, não fica limitada à natureza do componente que confere a função básica empregada no catalisador Guerbet, diferentes compostos básicos podendo cumprir a mesma função básica na reação.

[096] Ainda em relação a outro suporte, a alumina, principalmente a gama- alumina se tornaram uma alternativa, devido ao fato de que, apesar da acidez intrínseca indesejada, apresenta boa área superficial e distribuição de poros, além de apresentar propriedades suficientes para ser dopada com metais alcalinos e/ou alcalino terrosos como K, Na, Ca, Cs ou Rb.

[097] Além dos componentes básicos empregados no catalisador, pode-se utilizar compostos nitrogenados em solução, na carga, nas condições de reação. Os compostos nitrogenados são selecionados, mas não limitados a aminas, amónia, nitrogenados básicos. Preferencialmente, o componente utilizado é a amónia, ou um composto nitrogenado qualquer, que minimiza as reações paralelas de desidratação dos álcoois e da formação de éteres. Sem limitar a presente invenção a uma hipótese da inibição das reações de desidratação e eterificação, supõem-se que nitrogenados e amónia competem com os reagentes por sítios ácidos remanescentes, inibindo as reações secundárias indesejadas de desidratação e eterificação. A amónia ou nitrogenado pode ser adicionada à carga resultando em um teor de nitrogênio de 0 a 5000 ppm.

[098] A função hidrogenante/desidrogenante do catalisador utilizado na reação de acoplamento de álcoois (reação de Guerbet) podem ser metais de transição, especificamente do grupo VB, VIB, VII IB, IB, como V, Cr, Mo, W, Fe, Ru, Rh, Re, Co, Ni, Cu, Ag, Sn, Pb, Zn, Mn, Pt e Pd, sozinhos ou em combinação. Preferencialmente, os metais são Cu e/ou Ni. Os metais podem ser promovidos ou não por outros metais como o Zn. Os metais podem estar presentes como óxidos, hidróxidos, sais ou reduzidos. Os mencionados metais ainda podem estar presentes como sistema catalítico homogêneo, suportado ou não.

[099] Também é possível a utilização de uma mistura de catalisadores distintos, incluindo um sólido básico e um catalisador hidrogenante. Mais preferencialmente, as funções básicas e hidrogenante estão combinadas no mesmo catalisador. Ainda, a função básica pode estar presente como catalisador homogêneo ou heterogêneo, e da mesma forma a função hidrogenante/desidrogenante pode estar presente de forma homogênea ou heterogênea, sendo possível fase básica homogênea com catalisador hidrogenante suportado ou fase básica heterogênea e função hidrogenante homogênea. O catalisador preferido, entretanto, combina as duas funções no mesmo catalisador heterogêneo.

[100] Em um aspecto particular da invenção, o catalisador é Cu depositado em gama-alumina dopada com potássio. O mencionado catalisador é preparado de modo a conter preferencialmente espécies de cobre Cu(l), com mais atividade para a reação de acoplamento de álcoois do que o cobre totalmente reduzido, Cu(0). O Cu(l) pode ser preparado através de precursores como o CuCh, que reduz a CuCI quando reagido com KOH na superfície do catalisador. O método preferido de preparo do catalisador é impregnar solução etanólica de CuCh em alumina, e após calcinação, impregnar solução de KOH, seguida de calcinação final.

[101] Outro aspecto relacionado, trata do fato que catalisadores de Cu em misturas de ZnO e AI2O3 são eficazes, principalmente para a hidrogenação de CO (e CO2) a metanol. Assim, ZnO combinado com K ou outro componente básico potencializa a formação de Cu(l) em detrimento do cobre divalente ou reduzido.

[102] Dessa forma, para que a reação descrita neste processo opere em condições ótimas, os teores de Cu no catalisador são de, pelo menos, 1 % em peso, preferencialmente maiores do que 2 % em peso e menores do que 10% em peso, e preferencialmente na faixa de 5 % em peso. Do mesmo modo, os teores de KOH na alumina são de 5% em peso a 30% em peso, preferencialmente maiores do que 10 % em peso e em um aspecto preferido, iguais a 20% em peso. Teores maiores do que 30% em peso levam a oclusão de poros e diminuição exacerbada da área do catalisador.

[103] Além do uso preferencial de Cu, pode ser empregado em conjunto com 0 Cu outro metal para potencializar as reações de desidrogenação e de ativação do metanol dentre os quais, mas não limitados a Pd, Pt, Fe.

[104] É preciso destacar ainda que as reações Guerbet são limitadas termodinamicamente. Uma maneira de favorecer 0 aumento da conversão do neohexanol é trabalhar em condições tais que parte do triptanol seja convertido em triptanal, aumentando a conversão do neohexanol. Isso pode ser conseguido com maiores temperaturas, catalisador mais ativo, maior tempo de residência dos reagentes no reator (menor LHSV), entre outros procedimentos conhecidos no estado da técnica.

[105] O neohexanol e neohexal não reagidos podem ser separados dos produtos da reação e realimentados à etapa de reação Guerbet. Ainda é possível hidrogená-los parcialmente e desidratá-los antes da separação. Como 0 triptanol é um álcool com molécula mais ramificada, pode ser mais facilmente desidratado do que 0 neohexanol. Ademais, é possível promover a conversão do triptanol e triptanal a tripteno e triptano sem converter significativamente 0 neohexanol a neohexeno e parafinas correspondentes, isso porque há diferenças significativas no ponto de ebulição do triptano para 0 neohexanol, 0 que facilita a separação.

[106] Além do triptanol e o produto da sua desidrogenação, o triptanal, outros subprodutos também podem ser formados na reação, como o éter metílico (dimetil éter), o éster metílico do triptanol ou neohexanol e éteres como o éter metílico do triptanol ou do neohexanol, e produtos da desidratação do neohexanol e triptanol.

[107] Parte desses subprodutos, os éteres e ésteres, podem ser reaproveitados por meio da reação de hidrólise. A hidrólise é efetuada ao reagir éter com água em catalisador ácido, como uma resina de troca iônica ácida ou catalisadores ácidos conhecidos no estado da técnica. Para a hidrólise é necessária alimentação de água ao reator de hidrólise, pelo menos na proporção estequiométrica.

[108] Alternativamente, pode ser realizado o reciclo direto dos éteres ou a mistura de éteres remanescentes, reagindo-os com álcoois no reator Guerbet. Nesse caso particular pode ser interessante alimentar H2O à carga de reação, embora a própria reação Guerbet produza água. Opcionalmente pode-se alimentar água à carga do reator Guerbet também para desfavorecer as reações de eterificação e desidratação.

[109] Como nas condições ideais de reação é empregado um excesso de metanol em relação ao valor estequiométrico, é importante separá-lo para posterior reutilização na reação descrita na presente invenção. Frise-se que, a presença de metanol na etapa de hidrodesoxigenação pode levar a sua hidrogenação a metano, resultando em consumo desnecessário de hidrogênio. O metanol pode ser recuperado tanto através da destilação quanto da extração.

[110] Ainda em relação à recuperação do metanol, a mesma pode ser realizada através do método de extração líquido-líquido, uma vez que 0 triptanol e triptanal são menos solúveis em água, assim, os álcoois pesados ficam na fase orgânica enquanto 0 metanol passa à fase aquosa. Quantidades típicas de água em relação ao teor de fase orgânica são de 0.1 a 5 vezes, preferencialmente de 0.5 a 2 vezes 0 volume da fase orgânica, mais preferencialmente de 0.1 a 1 razão de volume fase aquosa por fase orgânica em volume. A extração pode ocorrer apenas em um estágio de equilíbrio de contato, ou pode ocorrer preferencialmente em contracorrente, em mais de um estágio de separação. A água pode ser posteriormente adicionada ao reator Guerbet, ou estar presente na carga do reator Guerbet.

[111] O metanol pode ser realocado na forma de solução aquosa, à reação Guerbet, ou separado da água previamente à reação, por destilação. A solução aquosa de metanol pode ainda ser misturada ao dimetil-éter e enviada a reator de hidrólise para aumento da recuperação do metanol, com diminuição do teor de água que é consumida na reação.

[112] A separação de álcoois e hidrólise de éteres podem ainda ser combinadas, de modo a reciclar preferencialmente os álcoois não reagidos, utilizando para tanto a destilação catalítica com catalisador ácido em seções de destilação.

[113] Preferencialmente, o metanol é removido após a reação de acoplamento de álcoois (Guerbet) e reciclado para a etapa inicial da referida reação. Da mesma forma o gás produto da reação é reenviado para a etapa inicial da reação. Assim, o triptano é obtido em dois reatores em sequência, o primeiro com a reação Guerbet, e segundo com a reação de conversão do triptanol e triptanal a triptano, através da reação de hidrodesoxigenação (HDO).

[114] Destaca-se ainda que a reação de hidrodesoxigenação (HDO) pode ser a combinação das reações de desidratação e hidrogenação, utilizando, para tanto, no mesmo catalisador a função ácida e a função hidrogenante. Alternativamente utiliza-se catalisador de HDO direto. Para a etapa de hidrodesoxigenação (HDO) é necessária a presença do hidrogênio para a conversão de triptanal a triptanol, bem como para a hidrogenação do tripteno a triptano.

[115] Sem a remoção intermediária do metanol em excesso após a reação Guerbet, esse poderia ser convertido tanto em dimetil-éter (por função ácida no catalisador) como hidrogenado a metano, ambas as reações gerando também água. Da mesma forma o CO e CO2 efluentes gasosos da primeira reação também podem ser convertidos a metano na etapa de HDO.

[116] Assim, o gás contendo H2, CO e CO2 oriundos da reação de acoplamento de álcoois (reação de Guerbet), são preferencialmente reenviados à reação Guerbet, sendo adicionado H2 para manter uma relação molar desejada de metanol e precursores de metanol. Ainda, pode ser necessária a purga de parte do gás para evitar acúmulo de inertes (hidrocarbonetos leves, principalmente metano) formados na reação. O metano e gases leves formados na reação podem ser enviados a uma unidade de produção de gás de síntese /metanol.

[117] Apesar de possível utilizar dois leitos de catalisadores distintos, um para a reação de acoplamento de álcoois (reação de Guerbet) e outro para reação de hidrodesoxigenação (HDO) em um mesmo reator, é preferível ter reatores diversos para cada etapa. Em um aspecto preferido da presente invenção, 0 metanol não reagido e 0 gás de produto são separados após a etapa de acoplamento de álcoois, previamente à etapa de reação de hidrodesoxigenação (HDO)

[118] Ainda nas condições reivindicadas da presente invenção, a conversão de neohexanol é maior do que 75%, mais usualmente maior do que 90%. Nestes termos, 0 neohexanol e neohexal podem ser separados através de reações de destilação, e reenviados ao reator de acoplamento de álcoois, ou reator de Guerbet.

[119] Em outro aspecto da invenção, uma vez obtida a mistura de triptanol e triptanal provenientes do reator de Guerbet, tais componentes podem se prestar a outros fins que não a produção de triptano e/ou tripteno, sendo uma das concretizações da presente invenção a obtenção do triptanol e triptanal. O triptanol pode ser ainda desidrogenado para aumentar 0 rendimento de triptanona.

[120] Para a reação posterior de hidrodesoxigenação (HDO), são comumente empregados catalisadores disponíveis comercialmente como catalisadores de hidrotratamento, sulfetos de Mo ou W, promovidos por Ni ou Co, suportados em sólidos como alumina, sílicas, sílica-aluminas, zeólitas, hidrotalcitas, óxidos mistos, espinélios, MgO, TiO2, ZnO, CeO2, fosfatos, resinas sulfônicas, ZrÜ2, Zr sulfatada, carbono, carvão ativado, entre outros. De maneira mais usual, são empregados os sulfetos de Mo, promovidos por Ni, suportados em gama- alumina.

[121] Catalisadores estão presentes nos teores típicos de 10 a 20 % em peso, tipicamente 15 % em peso Mo, mais 5% Ni (como M0O3 e NiO) suportados em AI2O3. É necessário efetuar a sulfetação previamente ao uso do catalisador, ou utilizar catalisador pré-sulfetado, também disponível comercialmente. No que se refere ao uso de catalisadores sulfetados, pode ser necessário dopar a carga com compostos de enxofre, de modo contínuo ou intermitente, para manter 0 catalisador sulfetado.

[122] Além dos catalisadores sulfetados podem ser empregados nas reações posteriores de hidrodesoxigenação (HDO), metais total ou parcialmente reduzidos como Pt, Pd, Ru, Ni, Cu, Mo, W, Co, Ir, Rh, Au, Ce, Fe, Mn, Ga, Pb, Bi. Desses, são empregados preferencialmente, metais suportados nos suportes descritos anteriormente. Além dos metais reduzidos, são conhecidos outros catalisadores como óxidos, fosfatos, carbetos e nitretos, como 0 MoOs, NiP, M0C2 e CoNx.

[123] Dentre os catalisadores sulfetados empregados nas reações posteriores de hidrodesoxigenação (HDO), 0 M0O3, em presença de H2, tem a capacidade de remover oxigênio de carbonila e álcoois resultando em alfa-olefina. Além do M0O3, carbetos e nitretos de Mo podem fazer 0 HDO direto de álcoois e carbonilas. O mecanismo de funcionamento dos catalisadores é, por falta de oxigênio, criado por H2, em um mecanismo Mars-van Krevelen reverso de ativação da ligação C-O. Além do M0O3 0 mesmo mecanismo ocorre também com RUO2, lrÜ2, PdO e RtteOs. Outros catalisadores com menor atividade são Snθ2, ZnO, VO2, TÍO2 e CeO2, além de CuO, Ag2θ e AU2O3.

[124] Alguns suportes são oxofílicos, tem afinidade por oxigênio, 0 que pode favorecer a reação de hidrodesoxigenação (HDO), podendo ser citados carbono, alumina, TÍO2 e ZrÜ2.

[125] Acidez também é necessária para ativação do oxigenado, incluindo a desidratação de álcoois, que pode favorecer a reação de hidrodesoxigenação (HDO) por mecanismo de desidratação mais hidrogenação, como em catalisadores suportados em alumina. Ainda, acidez de alguns suportes pode favorecer a dispersão de função metálica da reação de hidrodesoxigenação (HDO). Entretanto, o mecanismo direto de hidrodesoxigenação é preferido.

[126] Uma classe de catalisadores disponíveis comercialmente para a reação de hidrodesoxigenação (HDO) são os catalisadores de hidrotratamento (HDT) de frações de petróleo. São geralmente sulfetos de Mo ou W, promovidos por Co ou Ni, preferencialmente Ni quando se deseja maior hidrogenação do tripteno a triptano. Em catalisadores sulfetados pode ser necessário a adição de sulfurados na carga para manter a fase ativa sulfetada, de modo contínuo ou intermitente.

[127] Condições típicas de pressão vão de 5 a 100 bar, preferencialmente 10 a 50 bar, mais preferencialmente 20 a 40 bar são suficientes para obtenção de triptano a partir da mistura de triptanol e triptanal. Temperaturas típicas vão de 200 a 400°C, preferencialmente de 200 a 350eC, mais preferencialmente de 250 a 325°C. Temperaturas menores reduzem a eficiência da etapa de hidrodesoxigenação, e temperaturas maiores podem levar à isomerização da cadeia com sete carbonos, resultando em hidrocarbonetos de menor octanagem.

[128] A carga da reação de hidrodesoxigenação (HDO) pode ter neohexanol e neohexal. No entanto, de modo preferido, o neohexanol e neohexal são removidos previamente a reação de hidrodeoxigenção (HDO). Em condições mais brandas, o neohexanol é mais difícil de hidrodeoxigenar do que o triptanol, assim, em condições de baixa severidade, é possível recuperar a maior parte do neohexanol depois da reação de hidrodeoxigenção (HDO).

[129] Dessa forma, a presente invenção trata da transformação do produto da reação de acoplamento de álcoois, a saber o triptanal e triptanol em triptano e/ou tripteno, sem reações paralelas como a formação de éteres, demetilação (craqueamento), decarbonilação ou isomerização da cadeia com sete carbonos.

[130] Para a obtenção de triptano e tripteno a partir do triptanol e triptanal, podem ser necessárias a reações de desidratação e hidrogenação. A hidrogenação converte triptanal a triptanol, que por sua vez é desidratado a tripteno, e posteriormente hidrogenado a triptano. É possível também não hidrogenar o tripteno, que poderá ser o produto final.

[131] O neohexanol utilizado na presente invenção é obtido a partir de vários métodos, dentre os quais: (i) hidratação do neohexeno; (ii) da reação de isobuteno com etileno em ácido sulfúrico, seguido de hidrólise; (iii) da reação de álcool tert-butílico com eteno em ácido sulfúrico; (iv) da reação de isobuteno com etanol em ácido sulfúrico; (v) da metátese de isoocteno com etileno resultando em neohexeno (vi) da combinação das reações de dimerização de isobuteno, isomerização da posição da olefina na cadeia C8 e metátese. Ainda, o neohexal pode ser produzido diretamente por quaisquer meios conhecidos no estado da técnica para emprego como reagente na presente invenção.

[132] Destaca-se que o catalisador heterogêneo é importante para o processo, apresentando ambas as funções básicas e a hidrogenante/desidrogenante. Frise-se ainda que diversos catalisadores heterogêneos ou homogêneos são capazes de catalisar a reação de 3,3-dimetil-1 -butanol ou neohexal com metanol ou precursor deste, resultando em componentes de sete carbonos, mais preferencialmente o triptano.

[133] Neste sentido, a presente invenção trata de um processo de produção de compostos de sete carbonos e três ramificações metílicas que envolve a reação de acoplamento de álcoois (reação de Guerbet, etapas a, b e c) seguida por uma reação de hidrodesoxigenação (HDO), tal qual descrito nas etapas a seguir: a. Acoplamento: etapas de (i) Desidrogenação: a hidroxila dos álcoois é desidrogenada, formando carbonilas. Tal reação gera duas moléculas de hidrogênio (H2). Nesta etapa, os álcoois primários se transformam em aldeídos, em especial, no caso de utilização do 3,3-dimetil-1 -butanol (neohexanol), este se transforma em 3,3-dimetilbutiraldeído (neohexal) e 0 metanol se transforma em formaldeído; (ii) Condensação aldólica: em um segundo momento, é realizada a condensação aldólica entre as duas moléculas de aldeídos resultantes da etapa (a), contendo carbonilas, seguida de eliminação de água. O resultado desta etapa gera uma enona (acetona α,β-insaturada) intermediária; por fim, (iii) Hidrogenação: a enona obtida na etapa (b) é hidrogenada, com o hidrogênio (H2) gerado na etapa (a), resultando, em triptanal e de forma predominante, em triptanol. b. Desoxigenação: 0 álcool e aldeídos resultantes da etapa (a) passam por etapa de remoção de oxigênio, resultando na obtenção de hidrocarboneto de sete carbonos, com três ramificações metílicas, seja por reação de desidratação e posterior hidrogenação, ou por hidrodesoxigenação com H2, em que 0 mencionado álcool será transformado em triptano e tripteno. 1

[134] Dito isso, 0 objeto da presente invenção de forma genérica trata de um processo para a obtenção de compostos de sete carbonos com três ramificações metílicas através da reação entre um composto oxigenado de seis carbonos e um composto oxigenado contendo um carbono.

[135] Neste aspecto inventivo, é preciso destacar que 0 triptano é obtido através de duas reações em sequência, dentre as quais, a primeira reação de acoplamento de álcoois (reação de Guerbet), que inclui a desidrogenação, a condensação aldólica e a hidrogenação, e a segunda reação de conversão do triptanal e triptanol em triptano, a saber, a reação de hidrodesoxigenação (HDO).

[136] Em um primeiro aspecto da presente invenção, frise-se que 0 composto oxigenado de seis carbonos é selecionado entre 0 3,3-dimetil-1 -butanol e 0 3,3- dimetilbutanal ou mistura de ambos.

[137] Em um segundo aspecto, 0 composto oxigenado contendo um carbono é selecionado entre 0 metanol, 0 formaldeído, 0 paraformaldeído, e misturas precursoras de metanol, como a mistura de H2 com 0 CO, 0 CO2 ou a mistura destes.

[138] Um terceiro aspecto relacionado ao catalisador Guerbet, da reação entre os compostos oxigenados, que é heterogêneo, combinando função hidrogenante/desidrogenante com função básica.

[139] Em urn quarto aspecto diferenciado a função desidrogenante/hidrogenante do catalisador ser selecionada entre metais de transição dos grupos VB, VIB, VIIIB, IB, principalmente Cu, Ni, V, Cr, Mo, W, Fe, Ru, Co, Pt e Pd, presentes no catalisador na forma de óxidos, carbonatos, haletos, fosfatos, carbetos, nitretos, ou mesmo como metais reduzidos.

[140] Em um quinto aspecto, a função básica do catalisador ser selecionada entre compostos básicos, metais alcalinos e alcalino-terrosos dos grupos IAe HA na forma de óxidos, hidróxidos, fosfatos, carbonatos, suportados ou não em suporte heterogêneos como aluminas, hidrotalcitas, zeólitas, sílicas, sílica- aluminas, carvão ativado, óxidos mistos, espinélios, ou argilas básicas como calcário, dolomita, magnesita, sepiolita, olivina, além de resinas de troca aniônica, óxidos metálicos como ZnO, organometálicos básicos.

[141] Em um sexto aspecto relacionado, é válido destacar que o presente processo ainda apresenta subprodutos a serem escolhidos entre 2,3,3-trimetil- 1-butanol ou mistura de 2,3,3-trimetil-1-butanol e 2,3,3-trimetilbutiraldeído.

[142] No que se refere a um outro aspecto adicionado, o catalisador Guerbet ser Cu suportado em alumina dopada com K, que opera a uma temperatura na faixa de 150 a 550°C, preferencialmente de 200 a 500°C, mais preferencialmente de 300 a 450°C. Ainda em relação ao referido catalisador, frise-se que esse opera a velocidade espacial (LHSV) de 0.1 a 10h-1, preferencialmente 0.5 a 5 h- 1, mais preferencialmente 0.5 a 2h-1.

[143] Ainda no aspecto de operação do catalisador Cu suportado em alumina dopada com K, a pressão ótima de operação varia na faixa de 5 a 200 bar, preferencialmente de 10 a 100 bar, mais preferencialmente 20 a 60 bar e a relação volumétrica de H2 por composto oxigenado contendo seis carbonos é de 0 a 10 mol H2/mol, preferencialmente 0 a 5 mol H2/mol, e mais preferencialmente 0 a 2 mol H2/mol.

[144] Ainda no mesmo aspecto inventivo, a relação molar do composto oxigenado contendo um carbono para 0 composto oxigenado contendo seis carbonos é de 1 a 20 mokmol, preferencialmente de 2 a 16 mokmol, mais preferencialmente de 6 a 9 mol oxigenado contendo um carbono:mol de oxigenado contendo seis carbonos.

[145] . Ademais, a relação molar de H2 por composto oxigenado de um carbono é maior ou igual a 2 mokmol, quando 0 composto com um carbono é 0 CO e quando 0 composto com um carbono é 0 CO2 a relação molar de hidrogênio (H2) é maior ou igual a 3 mokmol de CO2.

[146] Em um aspecto inventivo particular, 0 reator Guerbet pode funcionar sem adição de hidrogênio quando 0 composto oxigenado de carbono for 0 metanol

[147] Em um aspecto preferencial da invenção, 0 efluente da etapa de reação Guerbet passa por remoção do excesso de metanol no produto, previamente à etapa de desoxigenação, que é preferencialmente hidrodesoxigenação.

[148] Em um aspecto diferenciado, trata do fato de que, após a desoxigenação, são obtidos compostos de sete carbonos com três ramificações metílicas.

[149] Em um aspecto diferenciado, a desoxigenação é efetuada por um catalisador de hidrodesoxigenação (HDO), na presença de hidrogênio (H2).

[150] Em mais um aspecto diferenciado a desoxigenação é efetuada por uma combinação de reação de desidratação e hidrogenação, e os catalisadores utilizados são metais parcialmente reduzidos como Pt, Pd, Ru, Ni, Cu, Mo, W, Co, Ir, Rh, Au, Ce, Fe, Mn, Ga, Pb e Bi, sozinhos ou em misturas, suportados em sólidos como alumina, sílicas, sílica-aluminas, zeólitas, hidrotalcitas, óxidos mistos, espinélios, MgO, TÍO2, ZnO, CeO2, fosfatos, resinas sulfônicas, ZrO2, Zr sulfatada, carbono, carvão ativado, em que 0 suporte preferencialmente é oxofílico, como alumina, TÍO2 e ZrO2.

[151] Em um aspecto diferenciado, 0 composto obtido no HDO, com sete carbonos e três ramificações metílicas, é 0 2,2,3-trimetilbutano ou a mistura de 2,2,3-trimetilbutano e 2,3,3-trimetil-1-buteno.

[152] Em mais um aspecto inventivo, na etapa de hidrodesoxigenação é utilizado um catalisador de hidrotratamento, com sulfetos de Mo ou W, promovidos por Ni ou Co, suportados em sólidos como alumina, sílicas, sílica- aluminas, zeólitas, hidrotalcitas, óxidos mistos, espinélios, MgO, TÍO2, ZnO, CeÜ2, fosfatos, resinas sulfônicas, ZrO2, Zr sulfatada, carbono, carvão ativado.

[153] Ainda neste mesmo aspecto, 0 catalisador de hidrodesoxigenação (HDO) é um óxido metálico parcialmente reduzido, suportado em sólido poroso, como M0O3, e outros metais como Ruθ2, Irθ2, PdO, Rh2θ3, Snθ2, ZnO, VO2, TÍO2, Ceθ2, CuO, Ag2θ e AU2O3.

[154] Assim, a presente invenção pode ser descrita a partir dos exemplos a seguir são apresentados, que ilustram algumas concretizações particulares da presente invenção, não devendo ser interpretados como limitantes da mesma. Outras interpretações da natureza e do mecanismo de obtenção dos componentes reivindicados na presente invenção não alteram a novidade da mesma. Exemplos [155] EXEMPLO 1: Teste de catalisadores. [156] Os catalisadores foram testados a 350eC em escala bancada, reator contínuo, 10 mL de leito de catalisador, após ativação por 4h em atmosfera de H2 a 400°C. A carga foi composta de uma mistura de neohexanol e metanol na proporção de 1:3 molares, pressão de 30 bar, em que a 0 volume alimentado por unidade de tempo por volume de reator, ou velocidade espacial (LHSV) de 1 tr1 e relação H2/carga de 6 mol H2/ mol de neohexanol. [157] O catalisador comercial de CoO (5 % em peso) + M0O3 (15 % em peso) em hidrotalcita (30 % em peso MgO) mostrou atividade para a desidratação indesejada do neohexanol a neohexeno e formação do metil éter de neohexanol. Catalisador de Ni (20 % em peso) em MgO mostrou significativa capacidade de hidrogenólise tanto do metanol quanto do neohexanol, gerando metano, 0 que não é desejado na presente invenção. [158] EXEMPLO 2. Catalisadores de cobre em suporte básico. [159] Uma massa de 100 g de alumina extrudada 1/16in foi impregnada com solução de CUCI2.2H2O em volume de etanol correspondente ao volume de poros da alumina, de modo a obter 5 g de Cu. A alumina contendo Cu foi secada por 24h e calcinada a 420°C por 4h, obtendo-se o intermediário Cu/AI. [160] Diversos catalisadores foram obtidos adicionando-se ao intermediário soluções básicas. Foram testados hidróxidos de sódio, magnésio, cálcio e potássio, nas proporções de 5, 10, 20 e 30 g do metal/g de alumina, sendo os catalisadores posteriormente calcinados a 420°C por 4h. [161 ] Os catalisadores contendo potássio, especificamente contendo 20g K/100 g AI2O3 original mostraram maior conversão e seletividade para a reação de acoplamento de álcoois (reação de Guerbet). Teor maior do que 20 g K/100 g AI2O3 diminuíram a resistência mecânica do catalisador. Teor de 5% de Cu mostrou-se suficiente para a etapa de reação de desidrogenação. [162] Utilizado outro sal de cobre, 0 nitrato, Cu(NO3)2 ao invés do CuCh, 0 catalisador mostrou-se significativamente menos ativo. Sem limitar a invenção a uma hipótese do funcionamento da reação, 0 Cu(l) é mais ativo para a desidrogenação do que Cu(0), obtido majoritariamente com 0 sal nitrato. [163] EXEMPLO 3. Testes em reator bancada da reação Guerbet. [164] Utilizou-se catalisador de suporte alumina ao qual em base 100g foram adicionados 5 g de Cu (a partir de CuCh) e 20 g de K (a partir de KOH), preparado conforme descrito no Exemplo 2. [165] O catalisador foi ativado com temperatura de 400°C, pressão de 30 bar de H2 por 4h. A carga tinha relação de metanol para neohexanol de 6:1. As temperaturas de teste variaram de 350 a 450°C, pressão de 10 a 60 bar, relação H2/neohexanol de zero a 10 mol/mol e LHSV de 0.5 a 2h-1. A temperatura de 350°C mostrou-se insuficiente enquanto a 450°C a temperatura se mostrou excessiva, aumentando a formação de leves. [166] A mistura dos produtos obtidos nos testes mostrou como produtos, descontado 0 metanol não reagido e dimetil-éter formado, componentes C7, principalmente 0 triptanol mais triptanal, 74.5 % em peso, componentes C6 (principalmente neohexanol e neohexal), com 23.3 % em peso, além de leves (1.3%, dentre os quais tripteno e triptano) e pesados (1%). [167] EXEMPLO 4. Testes em reator bancada da hidrodesoxigenação (HDO) do produto da reação Guerbet. [168] Um catalisador de NiMo comercial, pré-sulfetado, foi ativado em atmosfera de H2 a 30 bar. [169] Foi utilizado como carga 0 produto do exemplo 3. [170] Foi mantido um LHSV de 2h-1, temperaturas de 280 a 400°C, pressão de 30 bar e relação Hs/carga de 300 ml_ H2/1T1L carga, 0 que seria cerca de 2 mol H2/mol de triptanol, se a carga fosse 100% triptanol. Os produtos são primariamente cargas com carbono C7, além dos carbonos C6 provenientes dos compostos oxigenados C6 da carga. Durante a desoxigenação também ocorreu isomerização, sendo formados alguns hidrocarbonetos C7 que não 0 triptano+tripteno. A tabela mostra 0 resultado da sequência de testes da corrida.

[171] A conversão é definida como a quantidade do triptanol (+ triptanal) no produto divido pela quantidade na carga. A seletividade de isomerização é definida pela quantidade de hidrocarbonetos C7 que não triptano e tripteno pelo total de hidrocarbonetos C7. [172] Na prática se quer 0 mínimo isomerização com conversão total, 0 que é alcançado em temperaturas da faixa de 320°C mas não maiores que 380°C. [173] EXEMPLO 5. Testes em reator bancada com maiores teores de metanol na reação de acoplamento de álcoois (reação de Guerbet). [174] Aumentando o teor de metanol na carga que alimenta o reator de 3 mols de metanol para 1 mol de neohexano - para 6 mols de metanol para 1 mol de neohexano e para 9 mols de metanol para 1 mol de neohexano aumentou a conversão e seletividade para triptanol e triptanona. O ganho de seletividade e conversão da relação molar 12:1 foi pequeno. [175] EXEMPLO 6. Teste em reator piloto. [176] Em reator piloto downflow foram adicionados 100 mL do catalisador do exemplo 3. O catalisador foi pré-ativado com H2 a 30 mL/min na pressão de operação por 4 h, na pressão de 32 bar e temperatura de 400‘C. [177] Foi alimentada carga 9:1 molar de metanol para neohexanol, 0 que resulta da mistura de 750 mL de metanol com 250 mL de neohexanol, sendo 0 metanol quase que 74% em peso da carga. O LHSV foi de 1.0 h-1, sendo alimentados 1.666 mL de carga/min. Não foi mantida alimentação de H2 durante a reação de acoplamento de álcoois (reação de Guerbet). [178] Medidores de vazão mássicos mostraram que 59.8% do produto estava na fase vapor enquanto 40.2% estava na fase líquida. [179] Análise do produto gasoso mostrou 66.3 mol% de H2, 11.3% de CO2, 16.4% de CO, 4.5% de metano e outros hidrocarbonetos (totalizando 5.6% de hidrocarbonetos leves), além de N2 e O2 (contaminantes). [180] A análise do produto líquido mostrou 2.6% de DME (dimetil-éter), 11.26% de metanol, 7% de hidrocarbonetos leves (incluindo 2% de tripteno + triptano), 7.7% de neohexal, 2.3% de neohexanol, 24.5% de triptanal, 36.3% de triptanol, 1.0% do éster metílico do triptanol e 2.25% de outros oxigenados mais pesados, com total de 63.8% de compostos C7 com ramificação triptílica. Retirando 0 (dimetil-éter) DME e 0 metanol, 0 neohexal e neohexanol que podem ser reaproveitados, 0 rendimento em produtos precursores de triptano chegou a 84% no teste bancada. [181] O resultado mostra que a maior parte do neohexanol converteu a triptanol (e triptanona) enquanto parte significativa do metanol sofreu a reação inversa de hidrogenação, reação de shift com água, formando gás de síntese, CO2 e em menor grau metano. [182] EXEMPLO 1. Teste com corrente gasosa precursora de metanol. [183] Teste com neohexanol mais corrente de gás de síntese (2 molares Fbil molar CO) mostrou que a reação de acoplamento de álcoois (reações de Guerbet) desejada ocorreu de modo similar à presença de metanol na carga. [184] EXEMPLO 8. Separação do metanol. [185] Adição de 50 mL de água para 50 mL de produto da reação Guerbet resultou em 2 fases, 68 mL da fase aquosa e 32 mL da fase orgânica. Mais de 90% do metanol presente no produto da reação passou para a fase aquosa. [186] EXEMPLO 9. Teste com corrente gasosa precursora da MeOH. [187] Teste com mistura de CO2 e H2 no catalisador Guerbet utilizado no Exemplo 3, com proporção molar de 4 CO2:1H2, a 400°C e 30 bar de pressão, indicou metanol no produto da reação. O exemplo mostra que mesmo CO2 e H2 podem ser utilizados na reação Guerbet. [188] Assim, conforme pode ser depreendido a partir dos exemplos acima, 0 processo de obtenção de triptano a partir da reação de acoplamento de álcoois (reação de Guerbet), segundo a presente invenção, pode ser realizado a partir da conversão de triptanol e triptanal a tripteno e triptano. [189] Os técnicos versados no assunto apreciarão que as inúmeras variações incidindo no escopo da presente invenção são permitidas sem fugir do escopo inventivo aqui revelado e, dessa forma, reforça-se 0 fato de que a presente invenção não está limitada às concretizações particulares acima descritas.

Claims (25)

1. PROCESSO PARA A OBTENÇÃO DE COMPOSTOS DE SETE CARBONOS, COM TRÊS RAMIFICAÇÕES METÍLICAS, caracterizado pelo fato de que a reação se dá através das seguintes etapas: a. Acoplamento: composto oxigenado de seis carbonos com duas ramificações metílicas reage com composto oxigenado de um carbono, resultando em composto oxigenado de sete carbonos, com três ramificações metílicas; b. Desoxigenação: os compostos resultantes da etapa (a) passam por etapa de remoção de oxigênio, resultando na obtenção de hidrocarboneto de sete carbonos, com três ramificações metílicas; em que o catalisador da reação entre os compostos oxigenados é heterogêneo, combinando uma função hidrogenante/desidrogenante com a função básica.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os compostos utilizados na etapa (a) são um composto oxigenado de seis carbonos e um composto oxigenado contendo um carbono.

3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o composto oxigenado de seis carbonos utilizado na etapa (a) é selecionado entre o 3,3-dimetil-1-butanol e o 3,3-dimetilbutanal ou mistura de ambos.

4. PROCESSO, de acordo com as reivindicações 1, caraterizado pelo fato de que o composto oxigenado contendo um carbono utilizado na etapa (a) é selecionado entre o metanol, o formaldeído, o paraformaldeído, ou misturas de H2 com CO, CO2 ou a mistura destes.

5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa (a) do referido processo resulta em subprodutos a serem escolhidos entre 2,3,3-trimetil-1-butanol ou uma mistura de 2,3,3-trimetil-1- butanol e 2,3,3-trimetilbutiraldeído.

6. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que não há adição de hidrogênio na etapa (a) quando o composto oxigenado de um carbono utilizado na etapa (a) é o metanol.

7. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de desoxigenação (b) ocorre a desidratação e posterior hidrogenação do produto obtido na etapa (a).

8. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa (b) de desoxigenação ser realizada por um catalisador de hidrodesoxigenação (HDO) na presença de hidrogênio (H2).

9. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o composto obtido na etapa (b) possui sete carbonos, sendo três ramificações metílicas e pode ser selecionado entre 2,2,3-trimetilbutano ou a mistura de 2,2,3-trimetilbutano e 2,3,3-trimetil-1-buteno.

10. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a função desidrogenante/hidrogenante do catalisador da etapa (a) é selecionado entre metais de transição dos grupos VB, VIB, VIIIB, IB, principalmente Cu, Ni, V, Cr, Mo, W, Fe, Ru, Co, Pt e Pd, presentes no catalisador na forma de óxidos, carbonatos, haletos, fosfatos, carbetos, nitretos, ou mesmo como metais reduzidos.

11. PROCESSO, de acordo com as reivindicações 1 e 10, caracterizado pelo fato de que a função básica do catalisador da etapa (a) é selecionada entre metais alcalinos e alcalino-terrosos dos grupos IA e IIA na forma de óxidos, hidróxidos, fosfatos, carbonatos, suportados ou não em suporte heterogêneos como aluminas, hidrotalcitas, zeólitas básicas, sílicas, sílica- aluminas, carvão ativado, óxidos mistos, espinélios, ou argilas básicas como calcário, dolomita, magnesita, sepiolita, olivina, além de resinas de troca aniônica, óxidos metálicos como ZnO, organometálicos básicos.

12. PROCESSO, de acordo com aa reivindicações 1, 10 e 11, caracterizado pelo fato de que o catalisador que opera a etapa (a) é, preferencialmente, Cu suportado em alumina dopada com K.

13. PROCESSO, de acordo com as reivindicações 1, 10 a 12 caracterizado pelo fato de que o catalisador opera a uma temperatura na faixa de 150 a 550°C, preferencialmente de 200 a 500°C, e mais preferencialmente na faixa de 300 a 450°C.

14. PROCESSO, de acordo com as reivindicações 1, 10 a 13, caracterizado pelo fato de que o catalisador opera com velocidade espacial (LHSV) de 0.1 a 10h-1, preferencialmente de 0.5 a 5 h-1, mais preferencialmente de 0.5 a 2h-1.

15. PROCESSO, de acordo com as reivindicações 1, 10 a 14, caracterizado pelo fato de que o catalisador opera a pressão de 5 a 200 bar, preferencialmente de 10 a 100 bar, mais preferencialmente de 20 a 60 bar;

16. PROCESSO, de acordo com as reivindicações 1, 10 a 15, caracterizado pelo fato de que o catalisador opera com uma alimentação com uma relação volumétrica de hidrogênio (H2) por composto oxigenado contendo seis carbonos de 0 a 10 mol H2/mol, preferencialmente 0 a 5 mol H2/mol, e mais preferencialmente de 0 a 2 mol H2/mol.

17. PROCESSO, de acordo com as reivindicações 1, 10 a 16, caracterizado pelo fato de que o catalisador opera a uma relação molar do composto oxigenado contendo um carbono pela do composto oxigenado contendo seis carbonos de pelo menos 1 a 20 mol:mol, preferencialmente de 2 a 16 mol:mol, mais preferencialmente de 6 a 9 mol:mol.

18. PROCESSO, de acordo com as reivindicações 1 e 10 a 17, caracterizado pelo fato de que o metanol não reagido no produto da etapa (a) é recuperado e reenviado para a etapa (a) da reivindicação 1.

19. PROCESSO, de acordo com as reivindicações 1 e 10 a 18, caracterizado pelo fato de que o teor de hidrogênio (H2) utilizado no caso de utilização de CO como composto oxigenado de um carbono é maior ou igual a 2 mols e quando o composto com 1 carbono é o CO2 o teor de hidrogênio (H2) é maior ou igual a 3 mols.

20. PROCESSO, de acordo com as reivindicações 1 e 10 a 19, caracterizado pelo fato de que o efluente gasoso da etapa (a) contendo H2, CO e CO2 é reenviado para a etapa (a) da reivindicação 1.

21. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador de desoxigenação da etapa (b) é um catalisador de desidratação com sítios ácidos, como aluminas, zeólitas, sílica-aluminas, hidrotalcitas, óxidos mistos, espinélios, resinas sulfônicas, ZrO2, zircônia sulfatada, carvão ativado.

22. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a desoxigenação da etapa (b) é reação de hidrodesoxigenação na presença de H2, é um catalisador de hidrotratamento, com sulfetos de Mo ou W, promovidos por Ni ou Co, suportados em sólidos como alumina, sílicas, sílica- aluminas, zeólitas, hidrotalcitas, óxidos mistos, espinélios, MgO, TiO2, ZnO, CeO2, fosfatos, resinas sulfônicas, ZrO2, Zr sulfatada, carbono, carvão ativado.

23. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a desoxigenação da etapa (b) é reação de hidrodesoxigenação na presença de H2, em que o catalisador de hidrodesoxigenação é um óxido metálico parcialmente reduzido, suportado em sólido poroso, como MoO3, ou outros metais como RuO2, IrO2, PdO, Rh2O3, SnO2, ZnO, VO2, TiO2, CeO2, CuO, Ag2O e Au2O3, suportados em sólido poroso

24. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador de hidrodesoxigenação tem na composição metais parcialmente reduzidos, escolhidos entre Pt, Pd, Ru, Ni, Cu, Mo, W, Co, Ir, Rh, Au, Ce, Fe, Mn, Ga, Pb e Bi, sozinhos ou em misturas, suportados em sólidos como alumina, sílicas, sílica-aluminas, zeólitas, hidrotalcitas, óxidos mistos, espinélios, MgO, TiO2, ZnO, CeO2, fosfatos, resinas sulfônicas, ZrO2, Zr sulfatada, carbono, carvão ativado.

25. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, 22 a 24, caracterizado pelo fato de que o suporte de catalisador de hidrodesoxigenação é oxofílico, como alumina, TiO2 e ZrO2.

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