BR112015018807B1 - Método para separação e purificação de uma diolefina conjugada produzida por fermentação sob condições anaeróbicas - Google Patents

Abstract

método para separação e purificação de uma diolefina conjugada produzida por fermentação sob condições anaeróbicas a presente descrição se refere geralmente a sistemas para isolamento e/ou purificação de subprodutos de processos de fermentação anaeróbica, e métodos de uso dos mesmos. em uma modalidade, composições de gás compreendendo diolefinas conjugadas (por exemplo, 1,3-biobutadieno e/ou isopreno) e várias quantidades de impurezas (por exemplo, vapor de água do meio de fermentação, dióxido de carbono da respiração microbiana, e subprodutos biológicos orgânicos tais como propanol) são produzidas em um processo de fermentação. micro-organismos que compreendem um ou mais polinucleotídeos codificados para enzimas em uma ou mais vias que catalisam uma conversão de uma fonte de carbono fermentável em butadieno. em algumas modalidades, o sistema inclui um ou mais com pressores e/ou um ou mais destiladores apropriados para separação em baixa temperatura da(s) olefina(s) conjugada(s) a partir de uma quantidade substancial de impurezas na composição de gás.

Description

FUNDAMENTOS

[001] Butadieno (1,3-butadieno, CH2=CH-CH= CH2, CAS 106-990) é um hidrocarboneto de 4-carbonos conjugados, linear fabricado tipicamente (junto com outras moléculas de 4-carbonos) por hidrocraqueamento a vapor de hidrocarbonetos à base de petróleo. Este processo envolve condições severas e altas temperaturas (pelo menos cerca de 850oC). Outros métodos de produção de butadieno envolvem catalisadores tóxicos e/ou caros, fontes de carbono altamente inflamáveis e/ou gasosas, e temperaturas altas. Globalmente, vários milhões de toneladas de polímeros contendo butadieno são produzidas anualmente. Butadieno pode ser polimerizado para formar polibutadieno, ou reagido com cianeto de hidrogênio (ácido prússico) na presença de um catalisador de níquel para formar adiponitrila, um precursor para náilon. Mais comumente, no entanto, butadieno é polimerizado com outras olefinas para formar copolímeros tais como copolímeros de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS), acrilonitrila- butadieno (ABR), ou estireno-butadieno (SBR).

[002] A diminuição da reserva total de petróleo e preocupações crescentes em relação à segurança de fornecimento e mudanças climáticas tem intensificado os interesses para produzir fontes de carbono renováveis alternativas para suplantar fontes de carbono com base em óleo para combustíveis, termoplásticos, etc. A fonte de carbono renovável alternativa mais comum em uso hoje é etanol, que alcançou uma produção de 6,5 bilhões de galões nos Estados Unidos em 2007. Etanol fermentado a partir de cargas de alimentação de amido e açúcar é comumente adicionado como um componente na gasolina para controlar a combustão e aumentar a taxa de octanagem do combustível. Etanol também pode ser desidratado em etileno para a produção de poliolefina.

[003] Outras abordagens envolvem a utilização de gorduras e óleos de ocorrência natural para produzir biodiesel, bionafta ou biopropano. Uma abordagem, descrita em EP 5249689, envolve a remoção da maior parte dos componentes não triglicerídeos e não ácidos graxos, obtendo assim óleos refinados. Os óleos podem ser fracionados, ésteres alquílicos podem ser transformados em biodiesel por uma transesterificação ou em parafinas lineares tais como a bio-nafta. Outras abordagens envolvem a transesterificação de óleo de refugo e triglicerídeos de gordura com um álcool de cadeia curta tal como metanol para formar ésteres metílicos de ácidos graxos (FAME).

[004] Embora estas abordagens tenham algum compromisso, o fornecimento de matérias primas para a produção se tornará um desafio à medida que a demanda aumenta, tornando um processo que usa cargas de alimentação mais abundantes, tais como lignocelulose ou outras fontes de açúcar de ocorrência natural, mais atrativo.

[005] Recentemente, esforços têm sido feitos para desenvolver novos processos para a produção de biocombustíveis avançados. Por exemplo, fermentação pode ser usada para produzir álcoois de cadeia superior (C3-C5) que contêm uma densidade alta de energia, e são compatíveis com a infraestrutura presente à medida que eles são menos higroscópicos. Estes álcoois (por exemplo, isopropanol, 1-propanol, 1-butanol, isobutanol, 3-metil- 1-butanol, 2-metil-1-butanol, isopentenol) também podem ser desidratados em alcenos, que podem ser esterificados, hidrogenados, ou polimerizados para render uma variedade de compostos que podem ser usados como combustíveis, aditivos para combustível, ou outros produtos químicos de utilidade.

[006] Embora uma ampla variedade de produtos comerciais possa ser fabricada por processos de fermentação, ainda existem muitos desafios para a recuperação e purificação de produtos químicos utilizáveis. Por exemplo, WO/2011/075534 descreve etapas de extração de solvente para purificar isopreno. Embora este processo pareça funcionar, ele é limitado a subprodutos de fermentação aeróbica, onde correntes de isopreno ou butadieno contêm quantidades significantes de nitrogênio e oxigênio.

[007] Os métodos e sistemas descritos aqui são otimizados para isolar e/ou purificar subprodutos produzidos usando processos de fermentação anaeróbica. Estes podem resultar em composições de gás de 1,3-biobutadieno contendo várias quantidades de impurezas como parte do processo de fermentação (por exemplo, vapor de água do meio de fermentação, dióxido de carbono como um produto da respiração, assim como, outros subprodutos biológicos orgânicos tais como propanol). O processo inventivo e sistemas aqui têm a vantagem de utilizar etapas de compressão e destilação sob baixas temperaturas. A invenção é aplicável também para outras diolefinas conjugadas tal como isopreno.

SUMÁRIO

[008] A invenção descrita aqui é dirigida a um sistema para a separação e purificação de uma diolefina conjugada produzida por fermentação sob condições anaeróbicas a partir de um gás residual do fermentador, e um método de uso da mesma compreendendo as etapas de: a) obter um gás residual do fermentador compreendendo a diolefina conjugada, uma impureza volátil, uma impureza de subproduto biológico e vapor de água; b) comprimir o gás residual do fermentador em um sistema de compressão de múltiplos estágios para produzir uma corrente comprimida; c) alimentar a corrente comprimida dentro de uma primeira zona de destilação para a remoção de impureza de subproduto biológico e vapor de água, a primeira zona de destilação tendo um estágio superior de refluxo, estágios médios de destilação e um estágio inferior do refervedor; d) contatar uma corrente de vapor de frações de topo produzida a partir da impureza de subproduto biológico e zona de destilação de remoção de água com um adsorvente para produzir uma corrente de frações de topo seca; e) alimentar a corrente de frações de topo seca dentro de uma segunda zona de destilação para a remoção de impureza volátil pelo topo, com a segunda zona de destilação tendo um estágio superior de refluxo, estágios médios de destilação e um estágio inferior do refervedor; e f) coletar no fundo da zona de destilação para a remoção de impureza volátil a diolefina conjugada líquida purificada resultante.

[009] Em uma modalidade da invenção, a diolefina conjugada compreende um composto selecionado dentre o grupo consistindo de 1,3 - butadieno e isopreno.

[0010] Em outra modalidade da invenção, a impureza volátil compreende um composto selecionado dentre o grupo consistindo de H2O e CO2.

[0011] Em outra modalidade da invenção, a impureza volátil compreende cerca de 30 a cerca de 80 mols % de CO2, e cerca de 1 a cerca de 20 mols % de H2O.

[0012] Em outra modalidade da invenção, a impureza volátil compreende cerca de 45 a cerca de 70 mols % de CO2.

[0013] Em outra modalidade da invenção, a impureza de subproduto biológico compreende uma impureza polar.

[0014] Em outra modalidade da invenção, a impureza de subproduto biológico compreende um composto selecionado dentre o grupo consistindo de etanol, acetona, metanol, acetaldeído, metacroleína, metil vinil cetona, 3- metilfurano, 2-metil-2-viniloxirano, cis- e trans-3-metil-1,3-pentadieno, um álcool prenílico C5 (tal como 3-metil-3-buten-1-ol ou 3-metil-2-buten-1-ol), 2-heptanona, 6-metil-5-hepten-2-ona, 2,4,5-trimetilpiridina, 2,3,5- trimetilpirazina, citronelal, metanotiol, acetato de metila, 1-propanol, diacetila, 2-butanona, 2-metil-3-buten-2-ol, acetato de etila, 2-metil-1- propanol, 3-metil-1-butanal, 3-metil-2-butanona, 1-butanol, 2- pentanona, 3- metil-1-butanol, isobutirato de etila, 3-metil-2-butenal, acetato de butila, acetato de 3-metilbutila, acetato de 3-metil-3-buten-1-il, acetato de 3-metil-2- buten-1-il, (E)-3,7-dimetil-1,3,6-octatrieno, (Z)-3,7-dimetil-1,3,6-octatrieno, (E,E)-3,7,11-trimetil-1,3,6,10-dodecatetrieno, (E)-7,11-dimetil-3-metileno- l,6,10-dodecatrieno, 3-hexen-1-ol, acetato de 3-hexen-1-il, limoneno, geraniol (trans-3,7-dimetil-2,6-octadien-1-ol), e citronelol (3,7-dimetil- 6-octen-1-ol).

[0015] Em outra modalidade da invenção, a quantidade de impureza de subproduto biológico em relação à quantidade da diolefina conjugada no gás residual do fermentador é maior do que cerca de 0,01% em peso.

[0016] Em outra modalidade da invenção, a quantidade de impureza de subproduto biológico em relação à quantidade da diolefina conjugada no gás residual do fermentador é maior do que cerca de 0,5% em peso.

[0017] Em outra modalidade da invenção, a diolefina conjugada purificada é purificada ainda com um sistema de adsorção.

[0018] Em outra modalidade da invenção, o sistema de adsorção compreende carbono ativado, alumina, sílica, ou Selexsorb® (BASF Chemical Company).

[0019] Em outra modalidade da invenção, a composição de diolefina conjugada purificada tem uma pureza maior do que cerca de 90%.

[0020] Em outra modalidade da invenção, a composição de diolefina conjugada purificada tem uma pureza maior do que cerca de 99%.

[0021] Em outra modalidade da invenção, a corrente do gás residual do fermentador sai do sistema de compressão a uma pressão de cerca de 6 bar (0,6 mPa) a cerca de 30 bar (3 mPa).

[0022] Em outra modalidade da invenção, a corrente do gás residual do fermentador sai do sistema de compressão a uma pressão de cerca de 9 (0,9 mPa) bar a cerca de 18 bar (1,8 mPa).

[0023] Em outra modalidade da invenção, a zona de destilação para a remoção de impureza de subproduto biológico e água tem um estágio superior de refluxo, um estágio inferior do refervedor, e estágios médios de destilação compreendendo cerca de 1 a cerca de 25 estágios teóricos.

[0024] Em outra modalidade da invenção, a zona de destilação para a remoção de impureza de subproduto biológico e água tem um estágio superior de refluxo, um estágio inferior do refervedor, e estágios médios de destilação compreendendo cerca de 3 a cerca de 12 estágios teóricos.

[0025] Em outra modalidade da invenção, a zona de destilação para a remoção de impureza de subproduto biológico e água não tem nenhum estágio inferior do refervedor, compreendendo apenas um estágio superior de refluxo e estágios médios de destilação compreendendo cerca de 3 a cerca de 12 estágios teóricos.

[0026] Em ainda outra modalidade, a invenção é um sistema para a separação e purificação de uma diolefina conjugada produzida por fermentação sob condições anaeróbicas a partir de um gás residual do fermentador e um método de uso da mesma compreendendo as etapas de: a) obter um gás residual do fermentador compreendendo a diolefina conjugada, uma impureza volátil, uma impureza de subproduto biológico e vapor de água; b) comprimir o gás residual do fermentador em um sistema de compressão de múltiplos estágios; c) contatar a corrente de vapor de frações de topo a partir de uma impureza de subproduto biológico e zona de destilação de remoção de água com um adsorvente para produzir uma corrente seca; d) alimentar a corrente seca dentro de uma zona de destilação tendo um estágio superior de refluxo, um ou mais estágios médios de destilação e um estágio inferior do refervedor, em que a impureza volátil é removida do estágio superior de refluxo; e e) coletar a diolefina conjugada líquida purificada resultante no estágio inferior do refervedor.

[0027] Em ainda outra modalidade da invenção, a zona de destilação para a remoção de impureza volátil tem um estágio superior de refluxo, um estágio inferior do refervedor, e um ou mais estágios médios de destilação compreendendo cerca de 1 a cerca de 25 estágios teóricos.

[0028] Em ainda outra modalidade da invenção, a zona de destilação para a remoção de impureza volátil tem um estágio superior de refluxo, um estágio inferior do refervedor, e um ou mais estágios médios de destilação compreendendo cerca de 3 a cerca de 12 estágios teóricos.

[0029] Em ainda outra modalidade da invenção, a corrente seca é resfriada em um trocador de calor contra a corrente de impureza volátil a partir da fração de topo da zona de destilação para a remoção de impureza volátil.

[0030] Estas e outras modalidades da presente descrição serão descritas em maiores detalhes aqui abaixo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0031] O resumo precedente, assim como, a descrição detalhada seguinte da descrição, serão compreendidos melhor quando lidos em conjunção com as figuras anexas. Para o propósito de ilustração da descrição, são mostradas nas figuras modalidades que são presentemente preferidas. Deve ser entendido, no entanto, que a descrição não está limitada aos arranjos, exemplos e instrumentalidades precisas mostradas.

[0032] A Figura 1 descreve uma vis„o geral de um processo de separaÁ„o inventivo.

[0033] A Figura 2 descreve uma vis„o geral de um processo de separaÁ„o inventivo.

[0034] A Figura 3 descreve uma vis„o geral de um processo de separaÁ„o de biobutadieno.

[0035] A Figura 4 descreve uma vis„o geral de um processo de separaÁ„o de biobutadieno com uma etapa de integraÁ„o de calor.

[0036] A Figura 5 descreve uma visão geral de uma modalidade de um processo de separação de biobutadieno sem uma primeira zona de destilação para remover impurezas e água.

[0037] A Figura 6 descreve uma visão geral de um processo de separação de biobutadieno incluindo um sistema de purificação por adsorção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0038] A invenção descrita aqui se refere a um sistema e método de uso do sistema para separar e purificar 1,3-butadieno ou isopreno. O processo compreende geralmente as etapas seguintes: 1) compressão da saída de gás do fermentador (composto na maior parte de dióxido de carbono (CO2), água, oxigenatos e subprodutos da fermentação de isopreno ou 1,3-butadieno); 2) destilação (opcionalmente) para a separação de oxigenatos e água; 3) remoção de água residual por uma etapa de secagem por adsorção; e 4) outra etapa de destilação em temperatura baixa para a remoção de CO2.

[0039] Em um aspecto da invenção, o processo para a separação de CO2 a partir de 1,3-butadieno ou isopreno compreende as etapas de compressão e destilação, em que 1,3-butadieno ou isopreno são produzidos a partir de fermentação anaeróbica. A composição do gás da saída do fermentador pode ser cerca de 35% (em massa) de butadieno ou isopreno não tendo essencialmente nenhum nitrogênio ou oxigênio para passar dentro do sistema para a separação e purificação como mostrado na Figura 1.

[0040] Em uma modalidade mostrada na Figura 1, um sistema e método para a separação e/ou purificação de biobutadieno e/ou isopreno de acordo com a presente descrição é com base em etapas de compressão e destilação. O gás residual do fermentador é levemente comprimido no soprador e então guiado para um retentor de gás a fim de reduzir as flutuações de pressão à jusante. Depois disso, o gás é comprimido em uma etapa de compressão. A etapa de compressão produz condensados (por exemplo, a impureza de subproduto biológico e água) e um gás comprimido. O gás comprimido é enviado para uma primeira coluna, onde impurezas adicionais de subproduto biológico e água são removidas.

[0041] O produto das frações de topo da primeira coluna é passado através de um secador, que compreende tipicamente um sistema de secagem dessecativo (por exemplo, um adsorvente sólido) para evitar a formação de gelo de hidratos na destilação criogênica subsequente. Exemplos de adsorventes sólidos a serem usados incluem aluminas, sílica, peneiras moleculares 3Â, peneiras moleculares 4Â, e alumino-silicatos.

[0042] O produto das frações de topo do secador é enviado para uma segunda coluna, onde impurezas voláteis (na maior parte CO2) são removidas do topo. O produto do fundo é biobutadieno ou isopreno purificado. A segunda coluna de destilação usa um refrigerante de baixa temperatura (por exemplo, propileno) no condensador devido às baixas temperaturas no topo da coluna.

[0043] O produto biobutadieno ou isopreno purificado pode ser purificado ainda por quaisquer meios apropriados (por exemplo, pelo uso de um sistema de adsorção compreendendo carbono ativado, alumina, sílica, Selexsorb®, ou uma peneira molecular).

[0044] Voltando à Figura 2, recursos renováveis são alimentados dentro de um fermentador 100 pela via de fluxo 1. Após a fermentação, o produto líquido bruto é alimentado dentro de um separador de micro-organismo 300 pela via de fluxo 3. Os produtos do gás bruto do fermentador 100 são alimentados para um separador 200 pela via de fluxo 2. O separador 200 separa os gases residuais do fermentador do biobutadieno, enviando o biobutadieno purificado para uso adicional ou coleta pela via de fluxo 5 e as impurezas voláteis pela via de fluxo 4 para processamento adicional ou descarte.

[0045] O separador de micro-organismo 300 produz um subproduto de biomassa celular que sai pela via de fluxo 6, e um produto líquido que é alimentado pela via de fluxo 7 para um separador/purificador de produto líquido 400. O produto líquido purificado da fermentação sai do separador/purificador de produto líquido 400 pela via de fluxo 9, enquanto as impurezas saem do separador/purificador de produto líquido 400 pela via de fluxo 8.

[0046] Voltando agora à Figura 3, o gás residual do fermentador (por exemplo, produzido por um fermentador como descrito em outro lugar aqui incluindo o fermentador 100 na Figura 2) é alimentado dentro de um soprador ou ventilador 201 pela via de fluxo 2. Dali, o gás residual é alimentado dentro de um retentor de gás 202 pela via de fluxo 10, e então para um sistema de compressão de múltiplos estágios 203 pela via de fluxo 11. O sistema de compressão de múltiplos estágios 203 produz um condensado compreendendo uma corrente de impureza de subproduto biológico e água que sai pela via de fluxo 13, e um gás comprimido que é alimentado dentro de uma primeira zona de destilação 204 pela via de fluxo 12. A primeira zona de destilação 204 produz impureza de subproduto biológico e água adicionais que sai pela via de fluxo 15. Em algumas modalidades, as vias de fluxo 13 e 15 combinam para formar uma corrente de impureza de subproduto biológico e água 16. A primeira zona de destilação 204 produz também um produto de frações de topo que é alimentado dentro do secador 205 pela via de fluxo 14. O produto de frações de topo seco é então alimentado dentro de uma segunda zona de destilação 206 pela via de fluxo 17. A segunda zona de destilação 206 produz uma corrente de impureza volátil (via de fluxo 18) e uma corrente de biobutadieno ou isopreno purificado 5.

[0047] Voltando agora à Figura 4, o gás residual do fermentador (por exemplo, produzido por um fermentador como descrito em outro lugar aqui incluindo o fermentador 100 na Figura 2) é alimentado dentro de um soprador ou ventilador 201 pela via de fluxo 2. Dali, o gás residual é alimentado dentro de um retentor de gás 202 pela via de fluxo 10, e então para um sistema de compressão de múltiplos estágios 203 pela via de fluxo 11. O sistema de compressão de múltiplos estágios 203 produz um condensado compreendendo uma corrente de impureza de subproduto biológico e água que sai pela via de fluxo 13, e um gás comprimido que é alimentado dentro da primeira zona de destilação 204 pela via de fluxo 12. A primeira zona de destilação 204 produz impureza de subproduto biológico e água adicionais que sai pela via de fluxo 15. Em algumas modalidades, as vias de fluxo 13 e 15 combinam para formar uma corrente de impureza de subproduto biológico e água 16. A primeira zona de destilação 204 produz também um produto de frações de topo que é alimentado dentro do secador 205 pela via de fluxo 14. O produto de frações de topo seco é então alimentado dentro de um resfriador de alimentação da zona de destilação 208 pela via de fluxo 17 antes de ser alimentado dentro de uma segunda zona de destilação 206 pela via de fluxo 21. A segunda zona de destilação 206 produz biobutadieno ou isopreno purificado (via de fluxo 5), e uma corrente de impureza volátil, a última dos quais é alimentada novamente para o resfriador de alimentação da zona de destilação 208 para resfriar produto de frações de topo seco entrando na via de fluxo 17. As impurezas voláteis produzidas pelo resfriador 208 saem pela corrente de fluxo 18. Nas modalidades consistentes com a Figura 4, o consumo de energia é muito reduzido, por exemplo, em cerca de 20%.

[0048] Com referência agora à Figura 5, o gás residual do fermentador (por exemplo, produzido por um fermentador como descrito em outro lugar aqui incluindo o fermentador 100 na Figura 2) é alimentado dentro de um soprador ou ventilador 201 pela via de fluxo 2. Dali, o gás residual é alimentado dentro de um retentor de gás 202 pela via de fluxo 10, e então para um sistema de compressão de múltiplos estágios 203 pela via de fluxo 11. O sistema de compressão de múltiplos estágios 203 produz um condensado compreendendo uma corrente de impureza de subproduto biológico e água que sai pela via de fluxo 13, e um gás comprimido que é alimentado dentro do secador 205 pela via de fluxo 12. O produto de frações de topo seco é então alimentado dentro de uma zona de destilação 206 pela via de fluxo 17. A zona de destilação 206 produz uma corrente de impureza volátil (via de fluxo 18) e uma corrente de biobutadieno ou isopreno purificado 5.

[0049] Com referência agora à Figura 6, o gás residual do fermentador (por exemplo, produzido por um fermentador como descrito em outro lugar aqui incluindo fermentador 100 na Figura 2) é alimentado dentro de um soprador ou ventilador 201 pela via de fluxo 2. Dali, o gás residual é alimentado dentro de um retentor de gás 202 pela via de fluxo 10, e então para um sistema de compressão de múltiplos estágios 203 pela via de fluxo 11. O sistema de compressão de múltiplos estágios 203 produz um condensado compreendendo corrente de impureza de subproduto biológico e água que sai pela via de fluxo 13, e um gás comprimido que é alimentado dentro de uma primeira zona de destilação 204 pela via de fluxo 12. A primeira zona de destilação 204 produz impureza de subproduto biológico e água adicionais que saem pela via de fluxo 15. Em algumas modalidades, as vias de fluxo 13 e 15 combinam para formar uma corrente combinada de impureza de subproduto biológico e água 16. A primeira zona de destilação 204 também produz um produto de frações de topo que é alimentado dentro do secador 205 pela via de fluxo 14. O produto de frações de topo seco é então alimentado dentro de uma segunda zona de destilação 206 pela via de fluxo 17. A segunda zona de destilação 206 produz uma corrente de impureza volátil (via de fluxo 18) e uma corrente de biobutadieno ou isopreno purificado, que é alimentada dentro de um sistema de purificação por adsorção 207 pela via de fluxo 19. O sistema de purificação por adsorção 207 pode incluir um ou mais adsorventes sólidos tais como alumina, sílica, carbono ativado, Selexsorb®, ou uma peneira molecular.

[0050] Em qualquer modalidade descrita aqui, as zonas de destilação ou colunas (por exemplo, zonas de destilação 204 e/ou 206) podem incluir uma pluralidade de placas teóricas. Por exemplo, uma zona de destilação utilizável nos sistemas e métodos descritos aqui pode ter cerca de 1 a cerca de 25 placas teóricas, ou cerca de 3 a cerca de 12 placas teóricas, por exemplo cerca de 1 placa teórica, cerca de 2 placas teóricas, cerca de 3 placas teóricas, cerca de 4 placas teóricas, cerca de 5 placas teóricas, cerca de 6 placas teóricas, cerca de 7 placas teóricas, cerca de 8 placas teóricas, cerca de 9 placas teóricas, cerca de 10 placas teóricas, cerca de 11 placas teóricas, cerca de 12 placas teóricas, cerca de 13 placas teóricas, cerca de 14 placas teóricas, cerca de 15 placas teóricas, cerca de 16 placas teóricas, cerca de 17 placas teóricas, cerca de 18 placas teóricas, cerca de 19 placas teóricas, cerca de 20 placas teóricas, cerca de 21 placas teóricas, cerca de 22 placas teóricas, cerca de 23 placas teóricas, cerca de 24 placas teóricas, ou cerca de 25 placas teóricas. Nas modalidades com duas zonas de destilação, a primeira zona de destilação pode incluir cerca de 1 a cerca de 25 placas teóricas, ou cerca de 3 a cerca de 12 placas teóricas, por exemplo, 1 placa teórica, 2 placas teóricas, 3 placas teóricas, 4 placas teóricas, 5 placas teóricas, 6 placas teóricas, 7 placas teóricas, 8 placas teóricas, 9 placas teóricas, 10 placas teóricas, 11 placas teóricas, 12 placas teóricas, 13 placas teóricas, 14 placas teóricas, cerca de 15 placas teóricas, cerca de 16 placas teóricas, cerca de 17 placas teóricas, cerca de 18 placas teóricas, cerca de 19 placas teóricas, cerca de 20 placas teóricas, cerca de 21 placas teóricas, cerca de 22 placas teóricas, cerca de 23 placas teóricas, cerca de 24 placas teóricas, ou cerca de 25 placas teóricas, enquanto a segunda zona de destilação pode incluir cerca de 1 a cerca de 25 placas teóricas, ou cerca de 3 a cerca de 12 placas teóricas, por exemplo, cerca de 1 placa teórica, cerca de 2 placas teóricas, cerca de 3 placas teóricas, cerca de 4 placas teóricas, cerca de 5 placas teóricas, cerca de 6 placas teóricas, cerca de 7 placas teóricas, cerca de 8 placas teóricas, cerca de 9 placas teóricas, cerca de 10 placas teóricas, cerca de 11 placas teóricas, cerca de 12 placas teóricas, cerca de 13 placas teóricas, cerca de 14 placas teóricas, cerca de 15 placas teóricas, cerca de 16 placas teóricas, cerca de 17 placas teóricas, cerca de 18 placas teóricas, cerca de 19 placas teóricas, cerca de 20 placas teóricas, cerca de 21 placas teóricas, cerca de 22 placas teóricas, cerca de 23 placas teóricas, cerca de 24 placas teóricas, ou cerca de 25 placas teóricas. Em algumas tais modalidades, a primeira zona de destilação tem cerca de 4 a cerca de 8 placas teóricas, cerca de 5 a cerca de 7 placas teóricas, ou cerca de 6 placas teóricas, e a segunda zona de destilação tem cerca de 7 a cerca de 11 placas teóricas, cerca de 8 a 10 placas teóricas, ou cerca de 9 placas teóricas.

[0051] Em qualquer modalidade descrita aqui, o secador 205 pode ser qualquer secador apropriado para remover água ou vapor de água de uma corrente de gás. Por exemplo, o secador 205 pode incluir um sistema de secagem dessecativo que evita a formação de gelo dos hidratos nos sistemas de recuperação de destilação subsequentes. Em algumas modalidades, o secador 205 inclui um adsorvente sólido tal como alumina, sílica, alumino- silicatos, ou uma peneira molecular tal como uma peneira molecular 3Â e/ou uma peneira molecular 4Â.

[0052] Em algumas modalidades, o gás da fermentação compreende butadieno, propanol, água e dióxido de carbono. Em algumas tais modalidades, o gás da fermentação inclui menos do que cerca de 50%, em peso, de butadieno. Em algumas tais modalidades, o gás da fermentação compreende menos do que cerca de 40%, em peso, de butadieno. Em algumas tais modalidades, o gás da fermentação compreende menos do que cerca de 36%, em peso, de butadieno. Em algumas tais modalidades, o gás da fermentação compreende cerca de 35,2%, em peso, de butadieno. Em algumas tais modalidades, o gás da fermentação inclui cerca de 35,2% em peso de butadieno, cerca de 1,1% em peso de propanol, cerca de 2,5% em peso de água e cerca de 61,2% em peso de dióxido de carbono.

[0053] O butadieno purificado produzido de acordo com a presente descrição pode incluir pelo menos cerca de 90%, pelo menos cerca de 91%, pelo menos cerca de 92%, pelo menos cerca de 93%, pelo menos cerca de 94%, pelo menos cerca de 95%, pelo menos cerca de 96%, pelo menos cerca de 97%, pelo menos cerca de 98%, pelo menos cerca de 99%, pelo menos cerca de 99,1%, pelo menos cerca de 99,2%, pelo menos cerca de 99,3%, pelo menos cerca de 99,4%, pelo menos cerca de 99,5%, pelo menos cerca de 99,6%, pelo menos cerca de 99,7%, pelo menos cerca de 99,8%, pelo menos cerca de 99,9%, ou cerca de 100,0% em peso de butadieno. Em algumas modalidades, o butadieno purificado produzido de acordo com a presente descrição compreende menos do que cerca de 5%, menos do que cerca de 4%, menos do que cerca de 3%, menos do que cerca de 2%, menos do que cerca de 1%, menos do que cerca de 0,5%, menos do que cerca de 0,4%, menos do que cerca de 0,3%, menos do que cerca de 0,2%, ou menos do que cerca de 0,1% em peso de propanol, água e/ou dióxido de carbono.

[0054] Outra modalidade do sistema pode incluir uma coluna de destilação com coluna com parede dividida onde o butadieno purificado é retirado como um produto lateral.

[0055] Outra modalidade do sistema pode incluir o uso de um bombeamento em torno para remoção de calor na coluna de destilação criogênica.

[0056] Embora a presente descrição possa ser realizada de várias formas, a descrição abaixo das várias modalidades é feita com a compreensão que a presente descrição deve ser considerada como uma exemplificação da descrição, e não é planejada para limitar a descrição as modalidades específicas ilustradas. Títulos são providos apenas por conveniência e não devem ser entendidos como limitando a descrição de modo algum. As modalidades ilustradas sob qualquer título podem ser combinadas com modalidades ilustradas com qualquer outro título.

[0057] Sem descrição adicional, acredita-se que os versados na arte podem, usando a descrição precedente e os exemplos ilustrativos seguintes, produzir e utilizar os agentes da presente descrição e praticar os métodos reivindicados. Os exemplos de trabalho seguintes são providos para facilitar a prática da presente descrição, e não devem ser entendidos como limitantes de modo algum do restante da descrição.

EXEMPLOS Exemplo 1: Sistema para Separação de Butadieno

[0058] Neste exemplo, um gás residual do fermentador foi processado em um produto biobutadieno purificado usando um sistema de acordo com a Figura 3. O gás residual do fermentador incluía 35,2% em peso de butadieno, 1,1% em peso de propanol, 2,5% em peso de água, e 61,2% em peso de dióxido de carbono (Tabela 1). O compressor 203 era um compressor de três estágios processando 53,734 kg por hora a 65°C e 1,5 bar (0,15 mPa) (entrada), e produziu uma corrente de gás fluindo a 52,878 kg por hora a 122°C e 16,5 bar (1,65 mPa). A primeira coluna de destilação 204 incluía sete placas teóricas e um condensador parcial, mas nenhum refervedor. O gás comprimido entrou na coluna 204 no fundo. O produto das frações de topo saiu do topo da coluna 204 a 91°C e pressão de 15,5 bar (1,55 mPa) a uma taxa de 1,277 kg por hora e não incluía nenhum propanol ou água detectável. O condensado incluía 4,0% em peso de butadieno, 43,3% em peso de propanol, 52,1% em peso de água e 0,6% em peso de dióxido de carbono. Após o secador 205, a composição entrou na segunda coluna de destilação 206 na terceira de nove etapas teóricas a 44°C e 15,5 bar (1,55 mPa). O gás das frações de topo saindo da coluna 206 incluía 99,9% em peso de dióxido de carbono e 0,1% em peso de butadieno, enquanto o condensado incluía 100,0% em peso de butadieno a 73°C. Tabela 1: Composição da Corrente de Butadieno Durante o Processamento

Exemplo 2: Sistema para a Separação de Butadieno

[0059] Neste exemplo, um gás residual do fermentador foi processado em um produto biobutadieno purificado usando um sistema de acordo com a Figura 4. O gás residual do fermentador incluía 35,2% em peso de butadieno, 1,1% em peso de propanol, 2,5% em peso de água, e 61,2% em peso de dióxido de carbono (Tabela 2). O compressor 203 era um compressor de três estágios processando 53,734 kg por hora a 65°C e 1,5 bar (0,15 mPa) (entrada), e produziu uma corrente de gás fluindo a 52,878 kg por hora a 122°C e 16,5 bar (1,65 mPa). A primeira coluna de destilação 204 incluía seis placas teóricas e um condensador parcial, junto com um refervedor para reprocessamento do condensado. O gás comprimido entrou na coluna 204 no quinto estágio. O produto das frações de topo saiu do topo da coluna 204 a 91°C e pressão de 15,5 a uma taxa de 1,277 kg por hora e não incluía nenhum propanol ou água detectável. O condensado incluía 4,0% em peso de butadieno, 43,3% em peso de propanol, 52,1% em peso de água e 0,6% em peso de dióxido de carbono. Após o secador 205, a composição entrou na segunda coluna de destilação 206, na terceira de nove etapas teóricas a 44°C e 15,5 bar (1,55 mPa). A segunda coluna 206 incluía um refervedor. O gás rico em dióxido de carbono saindo da segunda coluna 206 (a -40°C) incluía 99,9% em peso de dióxido de carbono e 0,1% em peso de butadieno e foi usado para resfriar a alimentação de gás entrando no secador 205 via troca de calor. O consumo de energia da segunda coluna foi reduzido cerca de 20% devido à incorporação da troca de calor. O condensado saindo da segunda coluna 206 incluía 100,0% em peso de butadieno a 73°C. Tabela 2: Composição da Corrente de Butadieno Durante o Processamento

Exemplo 3: Sistema para Separação de Butadieno

[0060] Neste exemplo, um gás residual do fermentador foi processado em produto biobutadieno purificado usando um sistema de acordo com a Figura 5. O gás residual do fermentador incluía 35,2% em peso de butadieno, 1,1% em peso de propanol, 2,5% em peso de água, e 61,2% em peso de dióxido de carbono (Tabela 3). O compressor 203 era um compressor de três estágios processando 53,734 kg por hora a 65°C e 1,5 bar (0,15 mPa) (entrada), e produziu uma corrente de gás fluindo a 52,878 kg por hora a 122°C e 16,5 bar (1,65 mPa). O subproduto biológico saiu do compressor 203 a 60°C a 5,7 bar (0,57 mPa), e incluía 0,8% em peso de butadieno, 9,3% em peso de propanol, 86,5% em peso de água, e 3,4% em peso de dióxido de carbono. O gás comprimido entrou no secador 205 a 109°C e 11,0 bar (1,1 mPa) a uma taxa de fluxo de 53,096 kg por hora. A corrente de gás seco entrou na coluna de destilação 206 na terceira de nove etapas teóricas. A coluna de destilação 206 incluía um refervedor. O gás rico em dióxido de carbono saiu da coluna 206 a -40°C e incluía 99,9% em peso de dióxido de carbono e 0,1% em peso de butadieno. O condensado saindo da coluna 206 incluía 97,2% em peso de butadieno e 2,8% em peso de propanol a 74°C, e entrou no sistema de purificação por adsorção 207. Após o processamento no sistema de purificação adsorvente 207, o produto final incluía 100,0% em peso de butadieno a 73°C e 10,0 bar (1 mPa). Tabela 3: Composição da Corrente de Butadieno Durante o Processamento

[0061] A menos que indicado em contrário, todos os números expressando quantidades de ingredientes, propriedades tais como peso molecular, condições de reação, e assim por diante usados no relatório e reivindicações devem ser entendidos como sendo modificados em todos os exemplos pelo termo "cerca de." Consequentemente, a menos que indicado em contrário, os parâmetros numéricos especificados no relatório e reivindicações anexas são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas procuradas a serem obtidas pela presente descrição. No mínimo, e não como uma tentativa para limitar a aplicação da doutrina de equivalentes ao escopo das reivindicações, cada parâmetro numérico deve ser entendido pelo menos levando em consideração o número de dígitos significantes relatados e pela aplicação de técnicas comuns de arredondamento.

[0062] Entretanto as faixas numéricas e parâmetros especificando o amplo escopo da descrição são aproximações, os valores numéricos especificados nos exemplos específicos são relatados o mais precisamente possível. Qualquer valor numérico, no entanto, contém inerentemente determinados erros resultando necessariamente do desvio padrão encontrado em suas medições de teste respectivas.

[0063] Os termos "um "uma "o, a," e referentes similares usados no contexto de descrever a descrição (especialmente no contexto das reivindicações seguintes) devem ser entendidos como cobrindo tanto o singular como o plural, a menos que indicado em contrário aqui ou claramente contradito pelo contexto. A recitação de faixas de valores aqui é planejada meramente para servir como um método de abreviação de se referir individualmente a cada valor separado caindo dentro da faixa. A menos que indicado em contrário aqui, cada valor individual é incorporado dentro do relatório como se ele tivesse sido individualmente recitado aqui. Todos os métodos descritos aqui podem ser realizados em qualquer ordem apropriada a menos que indicado em contrário aqui ou de outra forma claramente contradito pelo contexto. O uso de qualquer um e todos os exemplos, ou linguagem exemplar (por exemplo, "tal como") provido aqui é planejado meramente par esclarecer melhor a descrição e não propõem uma limitação ao escopo da descrição diferentemente reivindicado. Nenhuma linguagem no relatório deve ser entendida como indicando qualquer elemento não reivindicado essencial para a prática da descrição.

[0064] Grupos de elementos alternativos ou modalidades da descrição descrita aqui não devem ser entendidos como limitações. Cada membro do grupo pode ser referido e reivindicado individualmente ou em qualquer combinação com outros membros do grupo ou outros elementos encontrados aqui. É antecipado que um ou mais membros de um grupo podem ser incluídos em, ou deletado de, um grupo por razões de conveniência e/ou patenteabilidade. Quando qualquer uma de tais inclusões ou deleções ocorre, o relatório é considerado como contendo o grupo como modificado, satisfazendo desse modo a descrição escrita de todos os grupos Markush usados nas reivindicações anexas.

[0065] Determinadas modalidades desta descrição são descritas aqui, incluindo o melhor modo conhecido para os inventores para realizar a descrição. É claro, variações destas modalidades descritas se tornarão aparentes para os versados na arte quando da leitura da descrição precedente. O inventor espera que os versados na arte empreguem tais variações como apropriado, e os inventores planejam que a descrição seja praticada de diferentemente da especificamente descrita aqui. Consequentemente, esta descrição inclui todas as modificações e equivalentes da matéria objeto recitada nas reivindicações anexas aqui, como permitido pela lei aplicável. Além disso, qualquer combinação dos elementos descritos acima em todas as variações possíveis dos mesmos é encerrada pela descrição a menos que especificado em contrário ou de outra forma claramente contradito pelo contexto.

[0066] As modalidades específicas descritas aqui podem ser limitadas adicionalmente nas reivindicações pelo uso da linguagem consistindo de ou e consistindo essencialmente da linguagem. Quando usado nas reivindicações, se como depositado ou adicionado por emenda, o termo de transição "consistindo de exclui qualquer elemento, etapa, ou ingrediente não especificado nas reivindicações. O termo de transição "consistindo essencialmente de limita o escopo de uma reivindicação aos materiais ou etapas e aqueles que não afetam materialmente a(s) característica(s) básica(s) e nova(s). Modalidades da descrição assim reivindicada são inerentemente ou expressamente descritas e capacitadas aqui.

[0067] Deve ser entendido que as modalidades da descrição descrita aqui são ilustrativas dos princípios da presente descrição.

[0068] Outras modificações que podem ser empregadas estão dentro do escopo da descrição. Desse modo, como meio de exemplo, mas não de limitação, configurações alternativas da presente descrição podem ser utilizadas de acordo com os ensinamentos aqui. Consequentemente, a presente descrição não está limitada aquelas, precisamente como mostrado e descrito.

[0069] Embora a presente descrição tenha sido descrita e ilustrada aqui por referência a vários materiais, procedimentos e exemplos específicos, é entendido que a descrição não está restrita as combinações particulares de materiais e procedimentos selecionados para aquele propósito. Numerosas variações de tais detalhes podem ser sugeridas como será apreciado pelos versados na arte. É planejado que o relatório e exemplos sejam considerados apenas como exemplares, com o escopo e espírito verdadeiro da descrição sendo indicado pelas reivindicações seguintes. Todas as referências, patentes, e pedidos de patente referidos neste pedido estão incorporados aqui por referência em sua totalidade.

Claims (22)

1. Método para separação e purificação de uma diolefina conjugada produzida por fermentação sob condições anaeróbicas a partir de um gás residual do fermentador, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a) obter uma corrente do gás residual do fermentador compreendendo a diolefina conjugada, uma impureza volátil, uma impureza de subproduto biológico e água; b) comprimir a corrente do gás residual do fermentador em um sistema de compressão de múltiplos estágios; c) alimentar a corrente comprimida dentro de uma primeira zona de destilação tendo um estágio superior de refluxo, estágios médios de destilação e um estágio inferior do refervedor, em que a impureza do subproduto biológico e a água são removidas do estágio inferior do refervedor; d) secar uma corrente de vapor de frações de topo produzida pela primeira zona de destilação com um adsorvente para produzir uma corrente seca; e) alimentar a corrente seca dentro de uma segunda zona de destilação tendo um estágio superior de refluxo, estágios médios de destilação e um estágio inferior do refervedor, em que a impureza volátil é removida do estágio superior de refluxo; e f) coletar a diolefina conjugada líquida purificada do estágio inferior do refervedor da segunda zona de destilação.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a diolefina conjugada compreende um composto selecionado dentre o grupo consistindo de 1,3-butadieno e isopreno.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a impureza volátil compreende um composto selecionado dentre o grupo consistindo de H2O e CO2.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a impureza volátil compreende de 30 a 80 mols % de CO2, e de 1 a 20 mols % de H2O.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a impureza volátil compreende de 45 a 70 mols % de CO2.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a impureza de subproduto biológico compreende uma impureza polar.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a impureza de subproduto biológico compreende um composto selecionado dentre o grupo consistindo de etanol, acetona, metanol, acetaldeído, metacroleína, metil vinil cetona, 3-metilfurano, 2-metil-2- viniloxirano, cis- e trans-3-metil-1,3-pentadieno, um álcool prenílico C5 (tal como 3-metil-3-buten-1-ol ou 3-metil-2-buten-1-ol), 2-heptanona, 6-metil-5- hepten-2-ona, 2,4,5-trimetilpiridina, 2,3,5-trimetilpyrazina, citronelal, metanotiol, acetato de metila, 1-propanol, diacetila, 2-butanona, 2-metil-3- buten-2-ol, acetato de etila, 2-metil-1-propanol, 3-metil-1-butanal, 3-metil-2- butanona, 1-butanol, 2-pentanona, 3-metil-1-butanol, isobutirato de etila, 3- metil-2-butenal, acetato de butila, acetato de 3-metilbutila, acetado de 3-metil- 3-buten-1-il, acetado de 3-metil-2-buten-1-il, (E)-3,7-dimetil-1,3,6-octatrieno, (Z)-3,7-dimetil-1,3,6-octatrieno, (EE)-3,7,11-trimetil-1,3,6,10- dodecatetraeno, (E)-7,11-dimetil-3-metileno-1,6,10-dodecatrieno, 3-hexen-1- ol, acetato de 3-hexen-1-il, limoneno, geraniol (trans-3,7-dimetil-2,6- octadien-l-ol), e citronelol (3,7-dimetil- 6-octen-1-ol).

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a quantidade de impureza de subproduto biológico em relação à quantidade da diolefina conjugada na corrente do gás residual do fermentador é maior do que 0,01% em peso.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a quantidade de impureza de subproduto biológico em relação à quantidade da diolefina conjugada na corrente do gás residual do fermentador é maior do que 0,5% em peso.

10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a diolefina conjugada líquida purificada é purificada adicionalmente com um sistema de adsorção.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o sistema de adsorção compreende um adosrvente selecionado do grupo consistindo de carbono ativado, alumina, sílica e combinações dos mesmos.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição de diolefina conjugada líquida purificada tem uma pureza maior do que 90% em peso.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a composição de diolefina conjugada líquida purificada tem uma pureza maior do que 99% em peso.

14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a corrente comprimida do gás residual do fermentador sai do sistema de compressão de múltiplos estágios a uma pressão de 6 bar (0,6 mPa) a 30 bar (3 mPa).

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a corrente comprimida do gás residual do fermentador sai do sistema de compressão de múltiplos estágios a uma pressão de 9 bar (0,9 mPa) a 18 bar (1,8 mPa).

16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira zona de destilação tem um estágio superior de refluxo, um estágio inferior do refervedor, e estágios médios de destilação compreendendo de 1 a 25 estágios teóricos.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a primeira zona de destilação tem um estágio superior de refluxo, um estágio inferior do refervedor, e estágios médios de destilação compreendendo de 3 a 12 estágios teóricos.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a primeira zona de destilação consiste de um estágio superior de refluxo e estágios médios de destilação compreendendo de 3 a 12 estágios teóricos.

19. Método para separação e purificação de uma diolefina conjugada produzida por fermentação sob condições anaeróbicas a partir de um gás residual do fermentador, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a) obter um gás residual do fermentador compreendendo a diolefina conjugada, uma impureza volátil, uma impureza de subproduto biológico e água; b) comprimir o gás residual do fermentador em um sistema de compressão de múltiplos estágios para formar um condensado; d) secar o condensado para produzir uma corrente seca; e) alimentar a corrente seca dentro de uma segunda zona de destilação tendo um estágio superior de refluxo, estágios médios de destilação e um estágio inferior do refervedor, em que a impureza volátil é removida do estágio superior de refluxo; e f) coletar a diolefina conjugada líquida purificada do estágio inferior do refervedor da zona de destilação.

20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a zona de destilação tem um estágio superior de refluxo, um estágio inferior do refervedor, e estágios médios de destilação compreendendo de 1 a 25 estágios teóricos.

21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a zona de destilação tem um estágio superior de refluxo, um estágio inferior do refervedor, e estágios médios de destilação compreendendo de 3 a 12 estágios teóricos.

22. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a corrente seca é resfriada em um trocador de calor contra a impureza volátil a partir do estágio superior de refluxo da zona de destilação para a remoção de impureza volátil.

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