BR112016009828B1 - Processo de produção de propeno - Google Patents

Processo de produção de propeno Download PDF

Info

Publication number
BR112016009828B1
BR112016009828B1 BR112016009828-5A BR112016009828A BR112016009828B1 BR 112016009828 B1 BR112016009828 B1 BR 112016009828B1 BR 112016009828 A BR112016009828 A BR 112016009828A BR 112016009828 B1 BR112016009828 B1 BR 112016009828B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
process according
dehydration
mixture
butenes
ethylene
Prior art date
Application number
BR112016009828-5A
Other languages
English (en)
Other versions
BR112016009828A2 (pt
Inventor
Luiza Roza
Luiz Claudio Macedo Cassiano Filho
Antonio Luiz Ribeiro De Castro Morschbacker
Original Assignee
Braskem S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Braskem S.A. filed Critical Braskem S.A.
Publication of BR112016009828A2 publication Critical patent/BR112016009828A2/pt
Publication of BR112016009828B1 publication Critical patent/BR112016009828B1/pt

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/20Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from organic compounds containing only oxygen atoms as heteroatoms
    • C07C1/24Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from organic compounds containing only oxygen atoms as heteroatoms by elimination of water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/22Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by isomerisation
    • C07C5/2206Catalytic processes not covered by C07C5/23 - C07C5/31
    • C07C5/2213Catalytic processes not covered by C07C5/23 - C07C5/31 with metal oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/22Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by isomerisation
    • C07C5/23Rearrangement of carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C07C5/25Migration of carbon-to-carbon double bonds
    • C07C5/2506Catalytic processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C6/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a different number of carbon atoms by redistribution reactions
    • C07C6/02Metathesis reactions at an unsaturated carbon-to-carbon bond
    • C07C6/04Metathesis reactions at an unsaturated carbon-to-carbon bond at a carbon-to-carbon double bond
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/026Unsaturated compounds, i.e. alkenes, alkynes or allenes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/065Ethanol, i.e. non-beverage with microorganisms other than yeasts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/16Butanols
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2521/00Catalysts comprising the elements, oxides or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium or hafnium
    • C07C2521/02Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
    • C07C2521/04Alumina
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2521/00Catalysts comprising the elements, oxides or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium or hafnium
    • C07C2521/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • C07C2521/08Silica
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2521/00Catalysts comprising the elements, oxides or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium or hafnium
    • C07C2521/10Magnesium; Oxides or hydroxides thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2521/00Catalysts comprising the elements, oxides or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium or hafnium
    • C07C2521/12Silica and alumina
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/02Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of the alkali- or alkaline earth metals or beryllium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/06Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of zinc, cadmium or mercury
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/10Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of rare earths
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/16Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • C07C2523/24Chromium, molybdenum or tungsten
    • C07C2523/28Molybdenum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/16Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • C07C2523/24Chromium, molybdenum or tungsten
    • C07C2523/30Tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/16Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • C07C2523/32Manganese, technetium or rhenium
    • C07C2523/36Rhenium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2529/00Catalysts comprising molecular sieves
    • C07C2529/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites, pillared clays
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

processo de produção de propeno. a presente invenção refere-se a um processo de produção de propeno a partir de uma mistura de alcoóis obtida a partir de pelo menos uma fonte de carbono renovável compreendendo as seguintes etapas: (a) fermentação de pelo menos uma fonte de carbono renovável para produção de uma mistura de alcoóis compreendendo etanol, isopropanol e 1-butanol; (b) remoção simplificada dos alcoóis do mosto fermentativo para gerar uma solução aquosa contendo principalmente etanol, isopropanol e 1-butanol; (c) desidratação conjunta dos alcoóis para produzir uma mistura de olefinas compreendendo principalmente eteno, propeno e butenos lineares, sendo os butenos lineares uma mistura de 1-buteno e 2-butenos (isômeros cis e trans), além de água e subprodutos, dentre os quais compostos oxigenados; (d) remoção de água, compostos oxigenados e outros subprodutos para gerar uma mistura de olefinas compreendendo principalmente eteno, propeno e butenos lineares; e (f) passagem da mistura de olefinas por um leito de isomerização para que 1-buteno seja isomerizado a 2-butenos e subsequentemente, passagem da mistura de olefinas compreendendo principalmente eteno, propeno e 2-butenos por um leito de metátese, para reação entre eteno e 2-butenos gerando propeno adicional, sendo a razão molar eteno:butenos lineares corrigida para entre 1:1 e 1,3:1; por meio de uma das alternativas selecionadas do grupo que compreende: (i) adição de uma corrente contendo etanol ao processo na etapa (c); (ii) adição de uma corrente contendo eteno ao processo na etapa (e); (iii) adição de uma corrente contendo etanol ao processo na etapa (c) e de uma corrente contendo eteno na etapa (e).

Description

Campo da Invenção
[001] A presente invenção refere-se a um novo processo de produção de propeno a partir de uma mistura de álcoois produzida em fermentação IBE (lsopropanol-1-Butanol-Etanol) de pelo menos uma fonte de carbono renovável, em que o rendimento em carbono é superior a 90% de propeno com relação aos álcoois produzidos na fermentação.
Descrição do Estado da Técnica
[002] O propeno é uma olefina de grande importância industrial, produzida convencionalmente por processos petroquímicos através do refino do petróleo e do craqueamento térmico ou catalítico, ou como um coproduto da produção de eteno do gás natural. Alternativamente, em cenários com disponibilidade de propano a baixo custo e indispo- nibilidade de propeno, a desidrogenação de propano pode apresentar- se como uma opção economicamente viável (Propylene, Jamie G. Lacson, CEH Marketing Research Report-2004, Chemical Economics Handbook-SRI International).
[003] O propeno é empregado na produção de uma variedade de produtos, por exemplo, homo- e copolímeros, óxido de propileno e acrilonitrila, além de ser utilizado em menor escala na produção de isopropanol e epicloridrina, entre outros produtos químicos.
[004] O fato da produção convencional do propeno ser atrelada às flutuações e limitações da produção de outros produtos tem levado à avaliação do emprego de rotas alternativas para sua produção. Diante deste cenário e considerando outros benefícios associados a questões ambientais, rotas de produção de propeno a partir de fontes de carbono renováveis vêm sendo estudadas ("Green Propylene", Ne- xant, Janeiro de 2009).
[005] Dentre as rotas com base em matérias-primas renováveis, destacam-se:
[006] (i) gaseificação de biomassa para produção de gás de sín tese seguida da síntese de biometanol. O propeno é então produzido pelas rotas "metanol a olefinas" ou "metanol a propeno";
[007] (ii) fermentação de açúcares para a produção de bioetanol seguida da desidratação a eteno, sendo uma parte do eteno submetida à reação de dimerização para produzir uma mistura de 1-buteno e 2-butenos (isômeros eis e trans). As moléculas de 1-buteno produzidas são isomerizadas a 2-butenos que por sua vez, são reagidas com o eteno em reação de metátese para produção de propeno;
[008] (iii) fermentação de açúcares ou gaseificação de biomassa para produção de biobutanol seguida da desidratação a uma mistura de 1-buteno e 2-butenos (isômeros eis e trans). Após isomerização das moléculas de 1-buteno a 2-butenos, as moléculas de 2-butenos formadas são reagidas com eteno, obtido pela desidratação de bioeta- nol, via reação de metátese para produção de propeno conforme descrito em (ii).
[009] Na rota (iii) as olefinas eteno e butenos são obtidas a partir da desidratação dos respectivos álcoois. Tal rota apresenta-se como uma oportunidade para fermentações conhecidas como ABE (Aceto- na-1-Butanol-Etanol) e IBE (lsopropanol-1-Butanol-Etanol) que produzem os álcoois de interesse no mesmo meio fermentativo. A fermentação IBE apresenta a vantagem de gerar isopropanol, a partir do qual propeno pode ser diretamente obtido por desidratação.
[0010] Os micro-organismos empregados nas fermentações ABE são bactérias do género Clostridium. Tais bactérias são formadoras de esporos, estritamente anaeróbias e capazes de fermentar pentoses e hexoses. As vias metabólicas típicas do género são: a via acidogênica pela qual os açúcares são fermentados gerando os ácidos acético, bu- tírico e lático além de hidrogénio e dióxido de carbono e a via solvato- gênica, na qual ocorre a cofermentação dos açúcares e de parte dos ácidos formados gerando acetona, 1-butanol e etanol. Algumas espécies de Clostridium, selvagem ou geneticamente modificadas, podem apresentar uma via extra na qual a acetona é hidrogenada a isopropanol, consequentemente resultando na fermentação IBE.
[0011] Na década de 1980, em busca de alternativas ao uso de matérias-primas petroquímicas para a produção de isopropanol e butanol, alguns estudos em fermentações IBE receberam destaque, como "Acetone, Isopropanol, and Butanol Production by Clostridium Bei- jerinckii (syn. Clostridium butylicum) and Clostridium aurantibutyricum" (Applied and Environmental Microbiology, vol. 45, n. 3, pp. 1160-1163), o qual apresenta uma varredura em diferentes espécies de bactérias anaeróbias conhecidas pela produção ABE, identificando cinco espécies produtoras de isopropanol.
[0012] Outros dois trabalhos publicados por Krouwel et al., "Continuous IBE Fermentation by Immobilized Growing Clostridium beijerin- ckii Celi in a Stirred-Tank Fermentor" (Biotechnology and Bioengineering, vol. 25, pp. 281-299, 1983) e "Continuous Isopropanol-Butanol- Ethanol fermentation by immobilized Clostridium beijerinckii cells in a packed bed fermentei"" (Enzyme Microbiology Technology, vol. 5, pp. 46-54, 1983), apresentaram estratégias de fermentação contínua utilizando a bactéria Clostridium beijerinckii suportada em leito de alginato de cálcio. Os estudos mostraram resultados promissores para utilização de partículas de biocatalisadores repetidamente em fermentações sucessivas.
[0013] A partir de 2012, estudos envolvendo a coprodução de 1- butanol por fermentação, visando principalmente sua aplicação como biocombustível, trouxeram novas perspectivas para co-produção de isopropanol, 1-butanol e etanol. Em "Metabolic Engineering of Clostri dium acetobutylicum ATCC 824 for Isopropanol-Butanol-Ethanol Fer-mentation" (Applied and Environmental Microbiology, vol. 78, n. 5, pp. 1416-1423, 2012) foi reportada uma modificação genética de uma bactéria produtora de ABE para a conversão de acetona em isopropanol. O emprego da bactéria geneticamente modificada em um processo de fermentação em batelada alimentada, combinado com a remoção in situ dos solventes levou a valores de rendimento, concentração final e produtividade da mistura de álcoois (isopropanol, 1-butanol e etanol) de 0,30 g/g em glicose, 20,4 g/l e 0,45 g/I h, respectivamente. Tal desempenho, segundo os autores, foi superior aos obtidos utilizando-se micro-organismos naturalmente produtores de IBE.
[0014] Em "Simultaneous production of isopropanol, butanol, ethanol and 2,3-butanediol by Clostridium acetobutylicum ATCC 824 engineered strains" (AMB Express, vol. 2, n. 45, 2012), foram reportadas alterações genéticas que levaram a conversões de acetona em isopropanol superiores a 95% em massa, além da coprodução de 2,3- butanodiol. Já o artigo "Introducing a single secondary alcohol dehydrogenase into butanol-tolerant Clostridium acetobutylicum Rh8 switches ABE fermentation to high levei IBE fermentation" (Biotechnology for Biofuels, vol. 5, n. 44, 2012), apresentou alta conversão a IBE (0,31 g/g em glicose) com total conversão de acetona em isopropanol. Mais recentemente, em "Metabolic engineering of Clostridium acetobu- tylicum ATCC 824 for the high-yield production of a biofuel composed of an isopropanol/butanol/ethanol mixture" (Metabolic Engineering, vol.18, pp. 1-8, 2013), foi reportada uma marca recorde de valores de rendimento, concentração final de IBE e produtividade (0,34 g/g em glicose, 21 g/l e 0,7 g/I h, respectivamente).
[0015] Em "Metabolic Engineering of Clostridium acetobutylicum for the Enhanced Production of Isopropanol-Butanol-Ethanol Fuel Mixture" (American Institute of Chemical Engineers Journal, vol. 29, n. 4, p. 1083-1088, 2013) foi descrito a fermentação IBE em escala de bancada e piloto. Em escala piloto, foram alcançados valores altos para concentração final de IBE (28,5 g/l), rendimento (0,37 g/g em glicose) e produtividade (0,5 g/I h), mas com uma razão mássica de isopropa- nol:1-butanol:etanol de 1 :4:3, diferente das razões mássicas usualmente reportadas (cerca de 5:15:1).
[0016] Um problema associado às fermentações IBE e ABE é o alto custo de separação dos produtos. Os processos de recuperação dos álcoois a partir do mosto fermentativo de ABE ou IBE reportados na literatura, em geral, têm o objetivo de obtê-los isoladamente, em especial o 1-butanol.
[0017] No WO2010000649, foi descrito o emprego da fermentação ABE visando a obtenção de 1-butanol, utilizando espécies de Clostridium. A conversão de substratos em acetona, 1-butanol e etanol e a posterior recuperação do 1-butanol por destilação foram reportadas. A possibilidade de emprego de métodos alternativos de separação do produto de interesse, como separação por membrana e arraste por gás também foi citada.
[0018] A descrição detalhada da aplicação de membranas para separação via pervaporação de um ou mais componentes orgânicos de uma solução aquosa, dentre estas de um mosto fermentado de ABE, pode ser encontrada no documento WO2013071174.
[0019] A desidratação de alcoóis às olefinas correspondentes também já é bastante conhecida. No documento WO2004078336, por exemplo, foi reportada a desidratação de alcoóis em catalisadores de Y-alumina com valores altos de conversão para as olefinas correspondentes. WO2011161045 apresenta a desidratação de alcoóis com no mínimo dois átomos de carbono usando zeólitas, zeólitas modificadas, alumina, sílica-alumina, silico-aluminofosfatos e aluminas modificadas com Si, Ti, Zr ou F.
[0020] A desidratação simultânea de alcoóis foi descrita pela primeira vez no documento WO2009070858, o qual relata a desidratação conjunta de etanol e 1-butanol, obtidos em fermentações distintas, em apenas um reator para obtenção de eteno e uma mistura de butenos.
[0021] A produção de propeno pelo processo de desidratação de isopropanol foi descrita no documento EP0498573, no qual os exemplos apresentaram seletividades acima de 90% em altas conversões. Outras referências para a desidratação de isopropanol podem ser encontradas em "Mechanism and Kinetics of the Acid-Catalyzed Dehydration of 1- and iso-propanol in Hot Compressed Liquid Water" (Antal, M et al, Ind. Eng. Chem. Res. 1998, 37, 3820-3829) e em "Fischer-Tropsch Aqueous Phase Refining by Catalytic Alcohol Dehydration" (Nei, R. et al., Ind. Eng. Chem. Res. 2007, 46, 3558-3565).
[0022] O processo de produção de propeno através da reação de metátese das olefinas eteno e 2-butenos é bastante descrito na literatura. As patentes US 6.420.619, US 6.683.019 e US 8.440.874 relatam os catalisadores tradicionalmente usados, como por exemplo, óxidos inorgânicos contendo um metal ou óxidos metálicos suportados em sílica ou alumina. A reação envolvida no processo de metátese entre moléculas de eteno e 2-butenos está representada na reação (01):
Figure img0001
[0023] Moléculas de 1-buteno não reagem com eteno, no entanto podem participar das reações (02) e (03). Dessa forma, objetivando a maximização de propeno, 1-buteno deve ser isomerizado a 2-butenos, antes da reação de metátese entre eteno e 2-butenos.
Figure img0002
[0024] Outro isômero que deve ser evitado quando se deseja a máxima produção de propeno a partir das reações de metátese entre eteno e butenos é o isobuteno, o qual reage com 2-butenos de acordo com a reação (04).
Figure img0003
[0025] A fim de se minimizar as reações paralelas entre e, conse-quentemente maximizar a produção de propeno, a reação de metátese é em geral operada com excesso de eteno.
[0026] O documento US2011305900 propõe a desidratação de álcoois obtidos a partir de fermentação IBE para a produção de pro- peno. No entanto, ao contrário da presente invenção, US2011305900 não ensina a obtenção da mistura de olefinas eteno, propeno e bute- nos lineares a partir da co-desidratação da mistura dos respectivos álcoois. Em uma modalidade, o isopropanol é separado dos demais produtos de fermentação antes de ser levado à etapa de desidratação a propeno. Em uma forma alternativa, o etanol e o -butanol gerados na fermentação são separados dos outros álcoois antes de serem conduzidos para a etapa de desidratação. Além disso, o processo apresentado na US2011305900 aplicado a micro-organismos do género Clostridium conhecidos da técnica resultaria em um baixo aproveitamento de carbono dos álcoois em propeno devido à razão não otimizada de etanol: 1-butanol, ao contrário do processo proposto na presente invenção que ensina a obter o aproveitamento máximo de carbono dos alcoóis produzidos na fermentação IBE para conversão a propeno independentemente da razão etanol: 1-butanol proveniente da fermentação. Apesar do grande número de publicações referentes à desidratação de alcoóis a olefinas, não há na literatura relatos da co-desidratação de uma mistura de isopropanol, 1-butanol e etanol para a obtenção de uma mistura das olefinas correspondentes com altas conversões e altas seletividades a eteno, propeno e bute- nos lineares.
Objetivos da Invenção
[0027] Em vista do exposto, constitui um objetivo da invenção o provimento de um processo de produção de propeno a partir de uma mistura de alcoóis produzida em uma fermentação IBE de pelo menos uma fonte de carbono renovável.
[0028] Constitui outro objetivo da invenção o provimento de um processo integrado com rendimento em carbono superior a 90% de propeno com relação aos alcoóis produzidos em uma fermentação IBE. Breve Descrição da Invenção
[0029] Os objetivos da presente invenção são alcançados pelas seguintes etapas:
[0030] a) Fermentação de uma fonte renovável de carbono para produção de uma mistura de alcoóis compreendendo etanol, isopropanol e 1-butanol;
[0031] b) Remoção simplificada dos alcoóis do mosto fermentativo para gerar uma solução aquosa contendo principalmente etanol, isopropanol e 1-butanol;
[0032] c) Desidratação conjunta dos alcoóis para produzir uma mistura de olefinas compreendendo principalmente eteno, propeno e butenos lineares, sendo os butenos lineares uma mistura de 1-buteno e 2-butenos (isômeros eis e trans), além de água e subprodutos, dentre os quais compostos oxigenados;
[0033] d) Remoção de água, compostos oxigenados e outros subprodutos da mistura de olefinas, para gerar uma mistura de olefinas compreendendo principalmente eteno, propeno e butenos lineares; e
[0034] e) Passagem da mistura de olefinas por um leito de isome- rização para que 1-buteno seja isomerizado a 2-butenos e subsequentemente, passagem da mistura de olefinas compreendendo principalmente eteno, propeno e 2-butenos por um leito de metátese, para reação entre eteno e 2-butenos gerando propeno adicional.
[0035] Sendo a razão molar eteno:butenos lineares corrigida para entre 1 :1 e 1 ,3:1 ; por meio de uma das alternativas dentre o grupo formado por:
[0036] (i) Adição de uma corrente contendo etanol ao processo na etapa (c);
[0037] (ii) Adição de uma corrente de eteno ao processo na etapa (e);
[0038] (iii) Adição de uma corrente contendo etanol ao processo na etapa (c) e de uma corrente contendo eteno na etapa (e).
Descrição Detalhada da Invenção
[0039] A presente invenção apresenta um novo processo para a produção de propeno a partir de uma mistura de álcoois (isopropanol, 1-butanol e etanol) obtidos por fermentação IBE. Os álcoois são co- desidratados às suas olefinas correspondentes e a mistura de olefinas geradas é enviada para um sistema de isomerização/metátese. Para a obtenção da proporção de eteno e 2-butenos que favoreça a metátese com maximização da produção de propeno e para que a conversão a propeno dos alcoóis produzidos na fermentação seja superior a 90% em mols carbono, um dos seguintes procedimentos deve ser adotado:
[0040] (i) Adição de uma corrente contendo etanol ao processo na etapa de co-desidratação, de modo que a razão molar de etanol: 1- butanol seja entre 1 :1 e 1 ,3:1 , consequentemente, a razão molar de eteno:butenos na saída do reator de desidratação seja entre 1 :1 e 1,3:1 ; ou
[0041] (ii) Adição de uma corrente contendo eteno à corrente de saída do reator de co-desidratação, de modo que a razão molar de eteno:butenos da corrente a ser enviada ao sistema isomeriza- ção/metátese seja entre 1 :1 e 1 ,3:1 ;
[0042] (iii) Adição de uma corrente contendo etanol à etapa de co- desidratação e uma corrente contendo eteno à corrente de saída do reator de co-desidratação, de modo que a razão molar de ete no:butenos da corrente a ser enviada ao sistema de isomeriza- ção/metátese seja entre 1 :1 e 1 ,3:1.
[0043] No procedimento (iii), o ajuste da razão eteno:butenos da corrente a ser enviada ao sistema de isomerização/metátese é realizado em duas etapas. Parte do eteno necessário para o ajuste da razão molar eteno:butenos é obtido pela adição de certa quantidade de etanol à corrente a ser enviada para o reator de desidratação e o restante de eteno necessário ao ajuste da razão molar eteno:butenos para entre 1 :1 e 1 ,3:1 é adicionado diretamente à corrente a ser enviada para o sistema de isomerização e metátese.
[0044] Em uma primeira modalidade, o processo de produção de propeno de origem renovável a partir de uma mistura de álcoois obtida por fermentação IBE revelado na presente invenção compreende as seguintes etapas:
[0045] a) Fermentação de uma fonte renovável de carbono para produção de uma mistura de álcoois compreendendo etanol, isopropanol e -butanol;
[0046] b) Remoção simplificada dos álcoois do mosto fermentativo para gerar uma solução aquosa contendo principalmente etanol, isopropanol e 1-butanol;
[0047] c) Adição de etanol aos álcoois formados de modo que a solução aquosa final tenha razão molar etanol: 1-butanol entre 1 :1 e 1,3:1 ;
[0048] d) Desidratação conjunta dos álcoois em condições específicas para produzir uma mistura de olefinas contendo principalmente eteno, propeno e butenos lineares, sendo os butenos lineares formados por uma mistura de 1-buteno e 2-butenos (isômeros eis e trans), além de água e outros subprodutos, dentre os quais compostos oxigenados;
[0049] e) Remoção de água, compostos oxigenados e outros sub- produtos, para gerar uma mistura de olefinas compreendendo principalmente eteno, propeno e butenos lineares;
[0050] f) Passagem da mistura de olefinas por um leito de isomeri- zação para que 1-buteno seja isomerizado a 2-butenos e subsequentemente, passagem da mistura de olefinas compreendendo principalmente eteno, propeno e 2-butenos por um leito de metátese, para reação entre eteno e 2-butenos gerando propeno adicional.
[0051] Em uma segunda modalidade, a produção de propeno de origem renovável passa pelas seguintes etapas:
[0052] a) Fermentação de uma fonte de carbono renovável para produção de uma mistura de álcoois contendo etanol, isopropanol e 1- butanol;
[0053] b) Remoção simplificada dos álcoois do mosto fermentativo para gerar uma solução aquosa contendo principalmente etanol, isopropanol e 1-butanol;
[0054] c) Desidratação conjunta dos álcoois em condições específicas para produzir uma mistura de olefinas contendo principalmente eteno, propeno e butenos lineares, sendo os butenos lineares formados por uma mistura de 1-buteno e 2-butenos (isômeros eis e trans), além de água e outros subprodutos, dentre os quais compostos oxigenados;
[0055] d) Remoção de água, compostos oxigenados e outros subprodutos, para gerar uma mistura de olefinas contendo principalmente eteno, propeno e butenos lineares;
[0056] e) Adição de eteno a essa mistura de olefinas de modo que a mistura final tenha razão molar eteno: butenos lineares entre 1 :1 e 1,3:1 ;
[0057] f) Passagem da mistura de olefinas por um leito de isomeri- zação para que 1-buteno seja isomerizado a 2-butenos e subsequentemente, passagem da mistura de olefinas compreendendo principal- mente eteno, propeno e 2-butenos por um leito de metátese, para reação entre eteno e 2-butenos gerando propeno adicional.
[0058] Em uma terceira forma de realização, a produção de pro- peno de origem renovável passa pelas seguintes etapas:
[0059] a) de uma fonte renovável de carbono para produção de uma mistura de álcoois contendo etanol, isopropanol e 1-butanol;
[0060] b) Remoção simplificada dos álcoois do mosto fermentativo para gerar uma solução aquosa contendo principalmente etanol, isopropanol e 1-butanol;
[0061] c) Adição de uma corrente contendo etanol aos álcoois formados de modo que a solução aquosa final tenha razão molar etanol: 1-butanol igual ou inferior a 1 :1;
[0062] d) Desidratação conjunta dos álcoois em condições específicas para produzir uma mistura de olefinas contendo principalmente água, eteno, propeno e butenos lineares, sendo os butenos lineares formados por uma mistura de 1-buteno e 2-butenos (isômeros eis e trans), além de contaminantes, dentre os quais compostos oxigenados;
[0063] e) Remoção de água, compostos oxigenados e outros con- taminantes da corrente formada em (d), para gerar uma mistura de olefinas compreendendo eteno, propeno e butenos lineares;
[0064] f) Adição de certa quantidade de eteno a essa mistura de olefinas de modo que a mistura final tenha razão molar eteno: butenos lineares entre 1 :1 e 1 ,3:1;
[0065] g) Passagem da mistura de olefinas por um leito de isome- rização para que 1-buteno seja isomerizado a 2-butenos e subsequentemente, passagem da mistura de olefinas compreendendo principalmente eteno, propeno e 2-butenos por um leito de metátese, para reação entre eteno e 2-butenos gerando propeno adicional.
[0066] Cada uma das etapas será detalhadamente descrita a seguir. Fermentação de uma fonte de carbono para produção de uma mistura de álcoois etanol, isopropanol e -butanol
[0067] Ao longo do texto entende-se por fonte renovável de carbono qualquer biomassa fermentável por micro-organismos do género Clostridium. Dentre fontes renováveis aplicáveis à presente invenção, encontram-se açúcares em solução provenientes de por exemplo, mas não limitado a, cana-de-açúcar ou beterraba; hidrolisados de amido obtidos por exemplo de, mas não limitado a, milho e mandioca; hidroli- sados de materiais lignocelulósicos obtidos por exemplo de, mas não limitado a, palha, bagaço e madeira.
[0068] Alternativamente, podem-se utilizar fontes de carbono derivadas de diferentes matérias-primas.
[0069] A etapa de fermentação do processo da presente invenção é realizada com a utilização de micro-organismos do gênero Clostridium, por exemplo, mas não se limitando a, Clostridium beijerinckii, Clostridium acetobutylicum, Clostridium butylicum, Clostridium auranti- butyricum, Clostridium tyrobutyricum e Clostridium saccarobutylicum. Os organismos utilizados podem ser selvagens ou geneticamente modificados.
[0070] O processo de fermentação pode ser realizado de acordo com os métodos descritos na literatura, como por exemplo, mas não limitado a, os processos apresentados em US 5,753,474 e em "Production of butyric acid and butanol from biomass" (Final Report for U.S. Department of Energy, 2004).
[0071] Os micro-organismos podem ser utilizados em métodos convencionais de fermentação em duas etapas. Na primeira etapa ocorre a fase acidogênica, quando os produtos principais são ácidos orgânicos (por exemplo, ácidos acético e butírico). Essa fase também é caracterizada pelo crescimento do micro-organismo. Na segunda etapa, a solvatogênica, o micro-organismo passa a produzir solventes e álcoois como acetona, isopropanol, 1 -butanol e etanol.
[0072] As etapas acidogênica e solvatogênica podem ocorrer em um mesmo reator ou em reatores diferentes. O processo de fermentação pode ser operado de forma contínua, em batelada ou em batelada alimentada com os micro-organismos imobilizados ou não.
[0073] Resíduos do processo de fermentação, tais como ácidos orgânicos, compostos oxigenados, compostos nitrogenados e açúcares não fermentados, podem ser convertidos, através de processos como biodigestão, em combustíveis, os quais podem ser utilizados no próprio processo para geração de energia. Os combustíveis gerados podem ser usados, por exemplo, mas não limitado a, nos fornos usados na etapa de desidratação dos álcoois.
[0074] A biomassa celular gerada pode ser separada e destinada a enriquecimento proteico em alimentação animal ou a fonte de nitrogénio em fertilizantes agrícolas.
[0075] Remoção simplificada dos álcoois do mosto fermentativo para gerar uma solução aquosa contendo principalmente isopropanol, 1 -butanol e etanol Por remoção simplificada entende-se a separação da mistura de álcoois, ainda com certa quantidade de água, do restante da composição do meio fermentativo. Tal operação difere da separação convencional porque não objetiva a separação individual de cada um dos álcoois formados, mas simplesmente a remoção do mosto.
[0076] O mosto fermentado é, portanto, submetido a uma etapa de separação da mistura de álcoois do restante da composição do mosto através de processos convencionais de separação de sólidos para remoção do material celular gerando uma corrente aquosa bruta contendo os álcoois formados na fermentação.
[0077] A corrente aquosa bruta contendo os álcoois pode ainda conter contaminantes como ácidos orgânicos e sais. A remoção desses contaminantes pode ser realizada por métodos tradicionais conhe- cidos na área. Em uma modalidade, a mistura aquosa é submetida à neutralização e a remoção dos sais, incluindo sais de ácidos orgânicos, formados na neutralização. A remoção dos sais pode ser realizada por técnicas usuais, como por exemplo, mas não limitado a, pela passagem da mistura por resinas de troca iônica.
[0078] Após a remoção dos sais, a corrente aquosa contendo a mistura de álcoois pode ser submetida a uma operação para redução do teor de água. A operação pode ser realizada por métodos convencionais da área, como por exemplo, mas não limitado a, destilação. O teor de água ao final da operação é preferivelmente inferior a 50% em massa.
[0079] O processo da presente invenção pode caracterizar-se pelo fato de as etapas de desidratação e isomerização/metátese estarem fisicamente em locais diferentes da etapa de fermentação, necessitando um transporte do produto intermediário. Nesse caso, pode ser vantajoso remover uma quantidade menor de água para que o transporte entre unidades tenha um menor custo. Adição de uma corrente contendo etanol aos álcoois formados
[0080] Na primeira modalidade, em que a razão molar etanol: 1- butanol é corrigida para entre 1 :1 e 1 ,3:1 , a quantidade necessária de etanol para a correção é adicionada à solução final contendo os álcoois gerados no meio de fermentação. A razão molar etanol: 1- butanol deve ser corrigida para entre 1 :1 e 1 ,3:1 sendo preferível haver um excesso de etanol com relação a butanol.
[0081] Na terceira modalidade, em que a razão molar ete- no:butenos é corrigida pela adição de uma corrente contendo etanol à solução final contendo os álcoois gerados no meio de fermentação e pela adição de uma corrente contendo eteno à corrente de olefinas a ser enviada para as etapas de isomerização e metátese de modo que a razão molar eteno:butenos na corrente a ser enviada para as etapas de isomerização e metátese seja entre 1 :1 e 1 ,3:1.
[0082] A corrente contendo etanol adicionada à solução final contendo os álcoois produzidos na fermentação pode ser proveniente de um processo de fermentação alcoólica convencional por levedura.
[0083] Em uma forma da invenção, a corrente contendo etanol adicionada compreende etanol hidratado ou anidro, proveniente de uma destilaria externa. Preferencialmente, é adicionada uma corrente de etanol hidratado grau combustível.
[0084] Em outra forma de invenção, a corrente de etanol adicionada à mistura de álcoois é proveniente de um processo de fermentação adjunto à unidade de fermentação IBE. Desidratação conjunta dos álcoois
[0085] A solução aquosa final contendo os álcoois produzidos na fermentação, eventualmente com a adição de uma corrente contendo etanol, é vaporizada e conduzida em fase gás para um sistema reacio- nal de co-desidratação para a formação majoritária das olefinas eteno, propeno e butenos lineares. A etapa de desidratação conjunta dos álcoois da presente invenção ocorre em temperaturas entre 250°C e 600°C, preferencialmente entre 300° C e 500° C. A pressão na etapa de desidratação deve estar no intervalo de 100 a 2000 kPa (1 a 20 bar), preferencialmente de 100 a 1500 kPa (1 a 15 bar).
[0086] Tendo em vista que as reações de desidratação de etanol, isopropanol e 1-butanol às respectivas olefinas são endotérmicas, o processo pode ser conduzido no modo isotérmico ou no modo adiabá- tico. O reator de desidratação pode conter um leito fixo ou um leito flu- idizado.
[0087] Preferencialmente, o processo é conduzido no modo adia- bático com leito fixo.
[0088] Em sistemas adiabáticos pode-se opcionalmente, adicionar uma quantidade de vapor ou água ou outro material inerte e com alto calor específico de maneira a reduzir a queda de temperatura no reator. Na presente invenção, o material inerte empregado é preferencialmente a água. Nesse caso, a concentração mássica total de água na entrada do reator pode variar de 5 a 80%, preferencialmente de 25 a 70% e mais preferencialmente de 45 a 65%. A concentração mássica total de água na entrada do reator inclui a água remanescente do processo de purificação simplificada da mistura de álcoois. No processo da presente invenção pode ser usado apenas um reator ou um arranjo de reatores em série e paralelo de maneira que o efluente do primeiro reator, composto maioritariamente por água e olefinas (eteno, propeno e butenos), sirva como inerte para os reatores seguintes que recebem uma carga fresca da corrente aquosa contendo os álcoois.
[0089] Nos modos de operação em que são usados mais de um reator na etapa de co-desidratação, todos podem ser operados na mesma faixa de temperatura, que varia entre 250°C e 500°C, preferencialmente entre 300°C e 450°C, mas não necessari amente à mesma temperatura. Em um modo alternativo de operação, o último reator pode ser operado em uma faixa de temperatura superior aos demais, que varia entre 300°C e 600°C, mais preferencialmen te entre 350°C e 500°C. Nesse último caso o objetivo de aumentar a temperatura é minimizar o teor de éteres obtidos pela desidratação intermolecular dos álcoois, principalmente, éter etílico, cuja separação das olefinas bute- nos na etapa de purificação é difícil. O éter etílico, ao ser submetido a temperaturas mais elevadas, sofre desidratação intramolecular, gerando duas moléculas de eteno por molécula de éter etílico.
[0090] Os catalisadores para a reação de desidratação podem ser escolhidos dentre aqueles catalisadores ácidos conhecidos no estado da técnica como eficientes para a desidratação de álcoois alifáticos às olefinas correspondentes. Exemplos de catalisadores adequados para as reações de desidratação de etanol a eteno, isopropanol a propeno e 1-butanol a butenos, incluem, mas não se limitam a catalisadores com base em v-alumina; sílica-alumina; óxidos metálicos como, por exemplo, de titânio, háfnio, zircônio e tungsténio; zeólitas bem como combinações destes. Preferencialmente, são empregados, catalisadores com base em Y-alumina, sílica-alumina, zeólitas e mistura destes. Preferencialmente, o catalisador deve apresentar área superficial elevada e pode, opcionalmente, ser modificado com fósforo e/ou metais como, mas não limitado a, Mg, Ca, La, Ni, Ce, Zn, Co, Ag, Fe, Cu ou uma mistura de dois ou mais destes.
[0091] A etapa de co-desidratação apresenta alta conversão dos alcoóis e alta seletividade para olefinas, de maneira que o rendimento molar é superior a 95%, preferivelmente superior a 97%. A tecnologia de desidratação é considerada uma tecnologia limpa por gerar água como coproduto, que por sua vez pode ser reutilizada no processo, por exemplo na etapa de fermentação.
[0092] Ao contrário da desidratação de etanol e de isopropanol, a desidratação de alcoóis com 4 ou mais átomos de carbono não é seletiva, sendo gerada uma gama de produtos isômeros. A partir da desidratação de 1-butanol podem ser gerados 1-buteno, cis-2-buteno, trans-2-buteno e isobuteno. Outros subprodutos normalmente formados, em menor quantidade, são produtos oxigenados, como dibutiléter, butiraldeído, monóxido de carbono e dióxido de carbono, além de outros hidrocarbonetos.
[0093] As condições de desidratação podem ser ajustadas a fim de minimizar a formação de isobuteno, reduzir a formação de 1-buteno e maximizar a formação de 2-butenos durante a desidratação do 1- butanol. Dentro das faixas de temperatura especificadas acima, a condição ótima para desidratação simultânea de alcoóis com conversão em carbono acima de 97% para olefinas e seletividade em carbono acima de 60% para desidratação de 1-butanol a 2-butenos ocorre em tempos de residência que variam entre 10 e 240 segundos, preferen-cialmente entre 60 e 150 segundos. Nessas condições, o teor de isobuteno formado na reação de desidratação de 1-butanol é inferior a 0,5% molar e os demais subprodutos (éter dibutílico, ácido butírico, monóxido de carbono e dióxido de carbono) são encontrados em quantidades inferiores a 100 ppm. A seletividade da desidratação de 1- butanol a 2-butenos é superior a 60% somando os isômeros eis e trans.
[0094] As principais impurezas presentes na corrente de olefinas na saída do reator são éteres (éter dietílico, éter diisopropílico e éter dibutílico), isobuteno, etano, propano, butano, CO, CO2, acetaldeído, CH4, H2 além dos álcoois não reagidos e ocasionalmente acetona. Purificação dos produtos das reações de desidratação para geração de uma mistura de olefinas
[0095] Catalisadores de isomerização e de metátese são conhecidos por apresentar alta sensibilidade a venenos, os quais incluem água, dióxido de carbono, compostos oxigenados, sulfurados e nitro- genados, além de metais pesados. Dessa forma, com o objetivo de garantir maior tempo de vida dos catalisadores de isomerização e me- tátese, a corrente de olefinas obtida pela co-desidratação de álcoois às suas respectivas olefinas, de acordo com a presente invenção, deve ser submetida a processos de purificação para remoção de água e de outros subprodutos, bem como produtos de decomposição destes além de qualquer outro contaminante decorrente do processo de fermentação que ainda possa estar presente na corrente.
[0096] As etapas de purificação empregadas são conhecidas na área. As etapas descritas a seguir compõem apenas uma modalidade, não limitando o processo. Outras modalidades com base em técnicas de purificação conhecidas na área podem ser utilizadas. Em uma modalidade, a corrente de saída da co-desidratação é conduzida a um processo simples para remoção de água, por exemplo, por condensação. A corrente com teor reduzido de água é submetida a uma etapa de remoção de dióxido de carbono, como por exemplo, a passagem por uma coluna de lavagem alcalina e, subsequentemente a corrente de olefinas é submetida a uma etapa de compressão seguida de secagem. A secagem pode ser realizada por qualquer método conhecido na área, como por exemplo, mas não limitado a, passagem por leito de peneira molecular, zeólitas, sílica ou outros materiais capazes de reduzir o teor de água a valores iguais ou inferiores a 50 ppm, preferencialmente iguais ou inferiores a 30 ppm e mais preferencialmente iguais ou inferiores a 10 ppm. A corrente de olefinas segue então para um processo de destilação criogênica com três retiradas de produto: no topo contendo os contaminantes leves incondensáveis, na base contendo os contaminantes pesados incluindo os éteres e no meio contendo principalmente a mistura de olefinas (eteno, propeno e bute- nos) sendo esta última encaminhada para as reações de isomerização e metátese. A corrente formada principalmente por eteno, propeno e butenos lineares pode apresentar um teor das respectivas parafinas inferior a 1000 ppm.
[0097] Dentre os subprodutos gerados na co-desidratação dos álcoois, o éter dietílico apresenta uma dificuldade que é a sua separação dos butenos. É sabido que a formação de éteres em reações de desidratação de álcoois pode ser ajustada pelas condições de reação, em especial temperatura. Dessa forma, as condições de reação podem ser ajustadas para maximizar a desidratação do éter dietílico a eteno durante a co-desidratação, conforme descrito anteriormente, reduzindo custos na etapa de destilação. Adição de uma corrente contendo eteno à mistura de olefinas
[0098] Na segunda modalidade, em que a razão molar de ete- no:butenos lineares é corrigida para entre de 1 :1 e 1 ,3:1 pela adição direta de eteno à mistura de olefinas obtida a partir da desidratação da mistura de álcoois, antes das etapas de isomerização e metátese, a corrente contendo eteno em quantidade necessária para a correção é adicionada após a purificação da corrente. Para tal, o grau de pureza das correntes deve ser compatível. Na terceira modalidade, conforme descrito anteriormente, a razão molar de eteno:butenos lineares é corrigida para entre 1 :1 e 1 ,3:1 pela adição de uma corrente contendo certa quantidade de etanol à etapa de desidratação conjunta e pela adição de uma corrente contendo certa quantidade de eteno após a purificação da corrente de olefinas antes da etapa de isomerização e metátese.
[0099] O eteno adicionado pode ser de origem renovável ou petroquímica ou ainda uma composição formada pela mistura destes. Isomerização e metátese das olefinas formadas para maximização do rendimento a propeno
[00100] No processo descrito pela presente invenção, é gerada uma corrente contendo principalmente olefinas propeno, eteno e bute- nos lineares (mistura de 1 e 2-butenos), essas últimas na proporção molar entre 1 :1 e 1 ,3:1 , além de propeno (produto de interesse do processo descrito).
[00101] As condições de desidratação podem ser ajustadas de modo a maximizar a formação de 2-butenos. Para converter 1-buteno remanescente em 2-butenos (mistura das espécies eis e trans) pode-se utilizar um leito com catalisador de isomerização antes da reação de metátese. O catalisador de isomerização pode ser escolhido dentre aqueles conhecidos na área, tais como ácido fosfórico suportado, bau- xita, metais alcalinos suportados, óxidos de cobalto, ferro ou manganês suportados em alumina. Preferencialmente, o catalisador é escolhido entre óxido de zinco, óxido de magnésio, óxido de cálcio, óxido de cério, óxido de tório, óxido de titânio e similares ou a mistura de dois ou mais destes. Mais preferencialmente, o catalisador utilizado é o óxido de magnésio.
[00102] O catalisador de isomerização, além de atuar na conversão a de 1-buteno a 2-butenos, atua também como leito de guarda para o catalisador de metátese adsorvendo venenos residuais e consequentemente, prolongando o tempo de vida deste.
[00103] O catalisador usado para a reação de metátese pode ser um catalisador conhecido no estado da arte, como óxidos inorgânicos contendo um metal de transição ou óxidos de metal de transição su-portados. Metais de transição ou óxidos de metais de transição que podem ser aplicados na presente invenção incluem, mas não se limitam a, tungsténio, rênio, molibdênio, seus respectivos óxidos e misturas destes. Os suportes podem ser alumina, sílica, sílica-alumina, óxido de magnésio-óxido de titânio, óxido de tório, fosfato de alumínio, fosfato de zircônio, fosfato de titânio, fosfato de cálcio, fosfato de magnésio e similares, ou a mistura de dois ou mais destes. Preferencialmente é utilizada alumina ou sílica como suporte. Em uma forma preferida da invenção, é empregado óxido de tungsténio suportado em sílica ou óxido de rênio suportado em alumina.
[00104] Em outro aspecto da invenção, podem ser usados catalisadores bifuncionais de isomerização-metátese, como por exemplo, mas não limitado ao catalisador apresentado em US 8,440,874.
[00105] As condições de reação da etapa de isomerização e metá- tese incluem temperaturas entre 50°C e 600°C, prefe rivelmente entre 150°C e 400°C e pressões entre 100 e 2000 KPa (1 e 20 bar), preferencialmente de 100 a 1000 kPa (1 a 10 bar).
[00106] A corrente de produtos gerada na etapa de isomerização e metátese é composta principalmente por propeno, eteno e 2-butenos não reagidos além de outros componentes com 5 ou mais átomos de carbono formados em reações laterais. A recuperação de propeno e de eteno e butenos não reagidos é realizada utilizando-se operações comuns na área. Eteno e butenos não reagidos são reciclados para a etapa de isomerização e metátese de modo que a seletividade global a propeno com relação às olefinas para reação de metátese seja superior a 90% em mols de carbono, preferencialmente superior a 92% e ainda mais preferencialmente acima de 94%.
[00107] Dependendo do grau de pureza exigido pela aplicação o propeno produzido de acordo com a presente invenção pode ser submetido a etapas adicionais de purificação.
[00108] Tendo em vista o exposto, o processo da presente invenção é adequado à produção com alto rendimento da olefina propeno a partir de matérias-primas renováveis. O propeno assim obtido pode conter de 75 a 100% de carbono de origem renovável, teor que pode ser certificado pela norma ASTM D-6866.
[00109] O propeno obtido pode ser empregado em diversas aplicações, incluindo para a produção de polipropileno (homopolímeros e copolímeros), além de outros produtos totalmente ou parcialmente re-nováveis.

Claims (34)

1. Processo de produção de propeno a partir de uma mistura de álcoois obtida a partir de pelo menos uma fonte de carbono renovável, caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) fermentação de pelo menos uma fonte de carbono renovável para produção de uma mistura de álcoois compreendendo etanol, isopropanol e 1-butanol; b) remoção simplificada dos álcoois do mosto fermentativo para gerar uma solução aquosa contendo principalmente etanol, isopropanol e 1-butanol; c) desidratação conjunta dos álcoois para produzir uma mistura de olefinas compreendendo principalmente eteno, propeno e bute- nos lineares, sendo os butenos lineares uma mistura de 1-buteno e 2- butenos (isômeros cis e trans), além de água e subprodutos, dentre os quais compostos oxigenados; d) remoção de água, compostos oxigenados e outros subprodutos para gerar uma mistura de olefinas compreendendo principalmente eteno, propeno e butenos lineares; e e) passagem da mistura de olefinas por um leito de isomeri- zação para que 1-buteno seja isomerizado a 2-butenos e, subsequentemente, passagem da mistura de olefinas compreendendo principalmente eteno, propeno e 2-butenos por um leito de metátese, para reação entre eteno e 2-butenos gerando propeno adicional, sendo a razão molar eteno:butenos lineares corrigida para ser entre 1:1 e 1, 3:1 ; por meio de uma das alternativas selecionadas do grupo que compreende: i) ) Adição de uma corrente contendo etanol ao processo na etapa (c); j) i) Adição de uma corrente contendo eteno ao processo na etapa (e); k) ii) Adição de uma corrente contendo etanol ao processo na etapa (c) e de uma corrente contendo eteno na etapa (e).
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo apresenta um rendimento em mols de carbono superior a 90% de propeno com relação aos álcoois produzidos na etapa (a).
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o micro-organismo utilizado na etapa de fermentação é do gênero Clostridium.
4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o micro-organismo é selecionado do grupo compreendendo Clostridium beijerinckii, Clostridium acetobutylicum, Clostridium butylicum, Clostridium aurantibutyricum, Clostridium tyrobutyricum e Clostridium saccarobutylicum.
5. Processo de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que os micro-organismos são selvagens ou geneticamente modificados.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o etanol adicionado na etapa (c) é proveniente de um processo de fermentação alcoólica por levedura.
7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o etanol adicionado na etapa (c) é proveniente de destilarias externas ao processo da presente invenção.
8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o etanol adicionado na etapa (c) é etanol hidratado grau combustível.
9. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o etanol adicionado na etapa (c) é proveniente de um processo de fermentação adjunto à unidade de fermentação IBE.
10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) de desidratação é conduzida em temperaturas entre 250°C e 600°C.
11. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) de desidratação é conduzida em temperaturas entre 300°C e 500°C.
12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) de desidratação é conduzida sob pressão compreendida entre 100 e 2000 kPa (1 e 20 bar).
13. Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) de desidratação é conduzida sob pressão compreendida entre 100 e 1500 kPa (1 e 15 bar).
14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o processo é conduzido no modo adiabático.
15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a mistura de álcoois é alimentada ao reator de desidratação na presença de 5% a 80% em massa de água.
16. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a mistura de álcoois é alimentada ao reator de desidratação na presença de 25% a 70% em massa de água.
17. Processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a mistura de álcoois é alimentada ao reator de desidratação na presença de 45% a 65% em massa de água.
18. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 17, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) de desidratação é conduzida em um arranjo de reatores em série e paralelo.
19. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracteri- zado pelo fato de que os reatores da etapa (c) de desidratação são operados na mesma faixa de temperatura compreendida entre 250°C e 500°C.
20. Processo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que os reatores da etapa (c) de desidratação são operados na mesma faixa de temperatura compreendida entre 300 e 450°C.
21. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o último reator da etapa (c) de desidratação é operado em uma faixa de temperatura compreendida entre 300 e 600°C, enquanto os demais reatores operam em uma faixa de temperatura compreendida entre 250 e 500°C.
22. Processo de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a faixa de operação do último reator da etapa (c) de desidratação é compreendida entre 350 e 500°C enquanto os demais reatores operam em uma faixa de operação compreendida entre 300 e 450°C.
23. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 14 a 22, caracterizado pelo fato de que os tempos de residência nos reatores da etapa (c) de desidratação são compreendidos entre 10 e 240 segundos.
24. Processo de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que os tempos de residência nos reatores da etapa (c) de desidratação são compreendidos entre 60 e 150 segundos.
25. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 24, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) de desidratação apresenta rendimento molar das olefinas propeno, butenos lineares e eteno superior a 95%.
26. Processo de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) de desidratação apresenta rendimento molar das olefinas propeno, butenos lineares e eteno superior a 97%.
27. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 26, caracterizado pelo fato de que a reação de desidratação do 1-butanol apresenta seletividade molar para isômeros de 2-buteno superior a 60%.
28. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 27, caracterizado pelo fato de que o teor de isobuteno na corrente de saída da etapa de desidratação é inferior a 0,5% molar.
29. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 28, caracterizado pelo fato de que na saída da etapa (c) de desidratação ocorre a purificação da corrente consistindo em condensação, lavagem alcalina, secagem e destilação criogênica.
30. Processo de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que a secagem é realizada pela passagem da corrente por peneira molecular.
31. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 30, caracterizado pelo fato de que o teor de água na mistura de olefinas purificada após a etapa (d) de purificação é igual ou inferior a 50 ppm.
32. Processo de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que o teor de água na mistura de olefinas purificada após a etapa (d) de purificação é igual ou inferior a 10 ppm.
33. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 32, caracterizado pelo fato de que a corrente contendo eteno adicionada à mistura de olefinas purificada contém eteno de origem renovável, eteno de origem petroquímica ou uma mistura destes.
34. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 33, caracterizado pelo fato de que o propeno produzido apresenta de 75 a 100% em mol de carbono de origem renovável.
BR112016009828-5A 2013-11-08 2013-11-08 Processo de produção de propeno BR112016009828B1 (pt)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/BR2013/000469 WO2015066778A1 (pt) 2013-11-08 2013-11-08 Processo de produção de propeno

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BR112016009828A2 BR112016009828A2 (pt) 2017-08-01
BR112016009828B1 true BR112016009828B1 (pt) 2021-07-27

Family

ID=53040716

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR112016009828-5A BR112016009828B1 (pt) 2013-11-08 2013-11-08 Processo de produção de propeno

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10392315B2 (pt)
EP (1) EP3067340B1 (pt)
BR (1) BR112016009828B1 (pt)
WO (1) WO2015066778A1 (pt)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112021015449A2 (pt) * 2019-02-08 2021-10-05 Lanzatech, Inc. Métodos para recuperar produto a partir de um caldo de fermentação e para recuperar produto a partir de uma corrente enriquecida com produto
TW202336001A (zh) * 2022-02-10 2023-09-16 美商魯瑪斯科技有限責任公司 用於自可再生物有效率生產生物高純度異丁烯之程序
WO2024089256A1 (en) 2022-10-28 2024-05-02 Basf Se Process for the manufacture of isononanol from renewably-sourced ethanol
WO2024089252A1 (en) 2022-10-28 2024-05-02 Basf Se Process for the manufacture of a propylene-derived chemical of interest, in particular an acrylic ester, from renewably-sourced ethanol

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4539293A (en) * 1983-05-10 1985-09-03 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Production of butanol by fermentation in the presence of cocultures of clostridium
SG59937A1 (en) 1991-02-04 1999-02-22 Mitsui Chemicals Inc Process for producing lower olefins
JPH06342990A (ja) * 1991-02-04 1994-12-13 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 統合冷却システム
US5753474A (en) * 1995-12-26 1998-05-19 Environmental Energy, Inc. Continuous two stage, dual path anaerobic fermentation of butanol and other organic solvents using two different strains of bacteria
US6420619B1 (en) 2001-01-25 2002-07-16 Robert J. Gartside Cracked gas processing and conversion for propylene production
US6683019B2 (en) 2001-06-13 2004-01-27 Abb Lummus Global Inc. Catalyst for the metathesis of olefin(s)
DE10309367A1 (de) 2003-03-03 2004-09-23 Sasol Germany Gmbh Verfahren zur Dehydratisierung von Alkoholen zu a-Olefinen
FR2918755B1 (fr) * 2007-07-09 2009-10-30 Commissariat Energie Atomique Procede de detection et de quantification d'analytes sur support solide avec des molecules fluorescentes encapsulees dans des immunoliposomes.
WO2009070858A1 (en) 2007-12-05 2009-06-11 Braskem S. A. Integrated process for the production of ethylene-butylene copolymer, an ethylene-butylene copolymer and the use of ethylene and 1-butylene, as comonomer, sourced from renewable natural raw materials
BRPI0913836A2 (pt) 2008-07-02 2019-09-24 Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek método para a produção combinada de butanol e hidrogênio
AR078212A1 (es) 2008-09-04 2011-10-26 Basf Catalysts Llc Catalizador para isomerizacion y metatesis de olefinas
BRPI0805212A2 (pt) * 2008-11-11 2010-08-17 Adorella Alimentos Ltda processo e tecnologia para fabricação de grãos de arroz fortificados com vitaminas e sais minerais
FR2939139B1 (fr) * 2008-12-03 2012-12-21 Arkema France Composition comprenant du polypropylene et/ou un copolymere du propylene obtenus a partir de matieres renouvelables et utilisations
WO2011113836A1 (en) * 2010-03-15 2011-09-22 Total Petrochemicals Research Feluy Production of propylene via simultaneous dehydration and skeletal isomerisation of isobutanol on acid catalysts followed by metathesis
CA2801980C (en) 2010-06-23 2014-10-28 Delphine Minoux Dehydration of alcohols on poisoned acidic catalysts
CN103958572A (zh) 2011-11-11 2014-07-30 加利福尼亚大学董事会 苯乙烯-硅氧烷三嵌段共聚物用于水性混合物中醇和其他有机化合物的选择性输送的膜

Also Published As

Publication number Publication date
BR112016009828A2 (pt) 2017-08-01
EP3067340B1 (en) 2019-12-25
US20160368833A1 (en) 2016-12-22
WO2015066778A1 (pt) 2015-05-14
EP3067340A1 (en) 2016-09-14
EP3067340A4 (en) 2017-07-12
US10392315B2 (en) 2019-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8222354B2 (en) Integrated process for the production of ethylene-butylene copolymer, an ethylene-butylene copolymer and the use of ethylene and 1-butylene, as comonomer, sourced from renewable natural raw materials
AU2011328346B2 (en) Process and apparatus for producing ethylene via preparation of syngas
JP2015193647A (ja) 再生可能なイソブタノールをp−キシレンに選択的に変換するための総合プロセス
US20130203953A1 (en) Method for the production of olefins, an olefin, a polyolefin, and use of the polyolefin
US9975818B2 (en) Process for making biobased isoprene
US20090023959A1 (en) Process for making dibutyl ethers from dry 1-butanol
US20090036716A1 (en) Process for making dibutyl ethers from aqueous 1-butanol
EP2652140A1 (en) Process for producing propylene from syngas via fermentative propanol production and dehydration
BR112016009828B1 (pt) Processo de produção de propeno
WO2015037556A1 (ja) 1,3-ブタジエン及び/又は3-ブテン-2-オールの製造方法
JP7212791B2 (ja) バイオベースの液化石油ガスの生成
US9902662B2 (en) Method for dehydrating a mixture containing ethanol and n-propanol
WO2012038247A1 (en) Production of isoprene from iso-butanol
BRPI0805612A2 (pt) processo de produção de uma mistura de n-butenos adequada para a produção de propeno por reação de metátese com eteno, e, mistura de n-butenos
US20180222831A1 (en) Method for the production of at least one derivate of a carboxylic acid
US20140356918A1 (en) Process for synthesizing bifunctional hydrocarbon-based compounds from biomass

Legal Events

Date Code Title Description
B06U Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette]
B09A Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 08/11/2013, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS.