BR112017001114B1 - Processo de acetilação de madeira - Google Patents
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Abstract
é divulgada a integração da produção de anidrido acético a partir de ceteno, e a acetilação de madeira usando fluido de acetilação compreendendo ácido acético e anidrido acético. a invenção envolve usar diretamente anidrido acético bruto como obtido na produção do mesmo a partir de ceteno, como um fluido de acetilação de madeira.
Description
[0001] A invenção pertence a um processo em que a produção de anidrido acético a partir de ácido acético é acoplada com um processo para a acetilação de madeira. Ainda, a invenção se refere a um sistema integrado para a purificação de anidrido acético e a acetilação de madeira.
[0002] Um processo bem conhecido para a produção de anidrido acético a partir de ácido acético envolve a formação de ceteno (etanona). Desta forma ceteno é produzido através da desidratação de ácido acético em altas temperaturas (tipicamente em um forno de ceteno operado em temperaturas da ordem de 700°C a 750 °C). Subsequentemente, o ceteno é reagido com ácido acético em uma reação exotérmica que leva à formação de anidrido acético.
[0003] Interessantemente, tanto o ácido acético quanto o anidrido acético são usados em processos para a acetilação de madeira. Estes processos, para os quais existe uma demanda crescente, servem para prover a madeira com propriedades aprimoradas de material, por exemplo, estabilidade dimensional, dureza, durabilidade, etc. Nestes processos, excesso de meio de acetilação, tipicamente uma mistura de anidrido acético e ácido acético, por último é removido a partir da madeira. Desta forma é desejado evitar o desperdício do meio de acetilação removido, e preferivelmente recircular e reutilizar o mesmo na acetilação de madeira.
[0004] É desejável prover um método em que a acetilação de madeira e a produção de anidrido acético podem ser efetivamente integrados, preferivelmente com equipamento reduzido e gastos operacionais reduzidos. Ainda, é desejável desta forma fazer o uso ótimo de fontes de líquido como está disponível a partir de acetilação de madeira.
[0005] De maneira a se endereçar melhor a um ou mais dos desejos anteriores, a invenção, em um aspecto, se refere a um processo para a acetilação de madeira, em que o processo de acetilação de madeira é acoplado com um processo para a produção de anidrido acético, o processo de acetilação de madeira compreendendo sujeitar a madeira à acetilação usando um fluido de acetilação, e o processo de produção de anidrido acético compreendendo reagir ceteno com ácido acético de maneira a formar um fluido de reação de anidrido bruto compreendendo anidrido acético e ácido acético, em que o fluido de reação de anidrido bruto é usado como um fluido de acetilação no processo de acetilação de madeira.
[0006] Em outro aspecto a invenção apresenta um sistema compreendendo uma planta de acetilação de madeira e uma planta de produção de anidrido acético, em que a planta de acetilação de madeira compreende uma unidade de acetilação de madeira compreendendo uma entrada e uma saída para o fluido de acetilação, e em que a planta de produção de anidrido acético compreende uma unidade para a produção de anidrido acético a partir de ceteno e ácido acético e em que uma saída para uma corrente de produto a partir da unidade para a produção de anidrido acético está em comunicação fluida direta com uma entrada para o fluido de acetilação na unidade de acetilação de madeira.
[0007] A Fig. 1 mostra um esquema para uma planta de acetilação de madeira acoplada com uma planta de produção de anidrido acético sem medidas adicionais, não de acordo com a invenção.
[0008] A Fig. 2 mostra um esquema para uma planta de acetilação de madeira acoplada com uma planta de produção de anidrido acético de acordo com uma modalidade da invenção.
[0009] Em um sentido vasto, a invenção está baseada na visão criteriosa para usar diretamente fluido obtido a partir da produção de anidrido, sem destilação de ácido acético, na acetilação de madeira. Fazendo isto, o equipamento de destilação normalmente presente a jusante da zona de reação em que anidrido acético é produzido a partir de ceteno e ácido acético, pode ser dispensado.
[00010] No processo da invenção, fluido de acetilação recuperado a partir da acetilação de madeira preferivelmente é usado, por sua vez, na produção de anidrido acético. Isto pode ser feito sujeitando fluido de acetilação recuperado ao ácido acético a partir da separação de anidrido acético (tipicamente por destilação), e usando o ácido acético obtido desta forma como um reagente na produção de anidrido acético. O último pode ser tanto na produção de ceteno a partir de ácido acético, ou na produção de anidrido acético a partir de ácido acético e ceteno, ou pode ser usado em ambos. Assim, um ciclo de recirculação é provido em que tanto a acetilação de madeira quanto a produção de anidrido acético a partir de ceteno são compreendidos, e fluido de acetilação é reutilizado até o grau possível. O anidrido recuperado a partir da separação de ácido acético / anidrido acético, também pode ser recirculado, e reutilizado no fluido de acetilação de madeira.
[00011] Em uma modalidade preferida, o processo da invenção é ajustado de maneira a aprimorar a adequação do ácido acético recuperado na produção de ceteno. Isto se refere ao fato de que o ácido acético obtido a partir do fluido de acetilação de madeira recuperado, pode compreender impurezas retiradas da madeira, tais como terpenos e terpenoides. Particularmente terpenos e terpenoides são difíceis de remover, mas pode ser preferido evitar que estes sejam usados na produção de ceteno. Com o uso de ácido acético como recuperado a partir da acetilação de madeira em um forno de ceteno, se gera um risco de que as impurezas mencionadas anteriormente estão propensas a resultar na formação de coque no forno, devido às altas temperaturas aplicadas no mesmo.
[00012] Em uma modalidade preferida, o ácido acético obtido a partir do fluido de acetilação recuperado portanto é usado na segunda etapa da produção de anidrido acético, viz., na reação entre ácido acético e ceteno. Em outra modalidade preferida, o ácido acético obtido a partir do fluido de acetilação de madeira recuperado é misturado com uma corrente residual de ácido acético aquoso a partir da produção de ceteno. Quando esta corrente aquosa é sujeitada à extração de ácido acético (por destilação), impurezas de terpeno e terpenoide são deixadas de ser removidas formando um azeótropo com água. Esta remoção azeotrópica de terpenos em si é conhecida, ver WO 2009/120257.
[00013] A integração de acetilação de madeira e produção de anidrido acético de acordo com a invenção pode ser realizada tanto nas plantas existentes quanto no projeto de novas plantas. Por exemplo, uma nova unidade de produção com base em ceteno para anidrido acético pode ser construída próximo de uma unidade de acetilação de madeira existente, e acoplada com a mesma de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. Ainda, uma nova unidade de acetilação de madeira pode ser construída próximo de uma unidade de produção com base em ceteno existente para anidrido acético. Ou, no evento que uma unidade de acetilação de madeira e uma unidade de produção de anidrido acético com base em ceteno já existem próximas entre si, estes podem se tornar integrados. No evento que as unidades já são integradas de outro modo, a maneira em que tais plantas são acopladas pode ser alterada de maneira a estar em conformidade com a invenção como descrito aqui anteriormente.
[00014] Os equipamentos e tecnologias aplicados são bem conhecidos do perito. Estes pertencem às unidades para a acetilação de madeira, tais como reatores de acetilação de madeira, e o equipamento auxiliar costumeiro dos mesmos, por exemplo, uma seção de filtro para remover resíduos de madeira a partir de fluido de acetilação recuperado. De maneira similar, este pertence às unidades de destilação (equipamento de destilação tal como uma coluna de destilação), para seções de produção de ceteno (tipicamente um forno de ceteno), seções de produção de anidrido acético (tipicamente um reator adequado para reagir ceteno com ácido acético).
[00015] Unidades de acetilação de madeira para o uso na presente invenção podem ser aquelas adequadas para a acetilação de madeira sólida, tais como feixes de madeira ou tábuas de madeira. As ditas unidades de acetilação de madeira também podem ser aquelas adequadas para os elementos de acetilação de madeira tais como farinha, fibras, filamentos, ou lascas. Os processos de acetilação de madeira aplicados na presente invenção assim não estão limitados a qualquer tamanho, forma, ou espécie de madeira. Uma grande variedade de tais processos é bem conhecida para o perito.
[00016] A invenção também pertence à integração de uma planta de acetilação de madeira e uma planta de produção de anidrido acético. Neste aspecto, a invenção provê um sistema compreendendo uma planta de acetilação de madeira e uma planta de produção de anidrido acético. A planta de acetilação de madeira compreende uma unidade de acetilação de madeira compreendendo uma entrada e uma saída para o fluido de acetilação. A planta de produção de anidrido acético compreende uma unidade para a produção de anidrido acético a partir de ceteno e ácido acético. A última unidade compreende uma saída para uma corrente de produto, que está em comunicação fluida direta não tratada com uma entrada para o fluido de acetilação na unidade de acetilação de madeira. O termo “direto” aqui não quer dizer que a dita comunicação fluida necessariamente é através de um único duto ou linha de fluxo. Ainda, qualquer duto ou outro meio de transporte de fluido a partir da saída da planta de produção de anidrido acético para a entrada da unidade de acetilação de madeira, pode compreender dobras, reservatórios, válvulas, e semelhantes. O termo “direto” serve para indicar que o fluido transportado não passa uma seção onde ele é tratado de tal modo que a sua composição é substancialmente alterada, tal como pode ser o caso no evento de destilação como pode ocorrer convencionalmente.
[00017] Em uma modalidade interessante, o sistema da invenção é arranjado adicionalmente de maneira a tornar possível que ácido acético, separado a partir do fluido de acetilação recuperado, seja enviado para uma seção de tratamento que pertence à produção de ceteno na planta de produção de anidrido acético, em que ácido acético aquoso residual é sujeitado à destilação. Para este fim, o sistema da invenção compreende, a jusante da unidade de acetilação, uma unidade para a separação de ácido acético a partir de anidrido acético, tal como uma coluna de destilação, unidade a qual possui uma saída para destilado que está em comunicação fluida com uma entrada da dita seção de tratamento para ácido acético aquoso residual.
[00018] A modalidade anterior pode ser de vantagem particular nas plantas de acetilação de madeira que já contêm uma unidade de destilação para o fluido de acetilação recuperado. Neste evento, a integração de tal unidade de acetilação de madeira existente com uma unidade de produção de anidrido acético com base em ceteno pode ser realizada vantajosamente arranjando as linhas de fluxo apropriadas de forma a ter ácido acético recuperado na dita unidade de destilação combinado com a corrente residual de ácido acético aquoso a partir da produção de ceteno.
[00019] A invenção será adicionalmente explicada aqui a seguir com referência aos desenhos. Estes desenhos não limitam a invenção. Como os desenhos podem se referir às modalidades específicas da invenção, o perito vai entender que a invenção é mais aplicável em geral, e a descrição nos desenhos não está limitada a qualquer um dos números ou projetos específicos dados na mesma.
[00020] Nas figuras, os seguintes elementos são mostrados.
[00021] Partes de Equipamento:(1) Planta de acetilação de madeira(2) unidade de separação de Ácido acético / anidrido acético(3) Unidade de produção de ceteno(4) Unidade de produção de anidrido acético(5) Seção de tratamento para a recuperação de ácido acético aquoso residual(6) Unidade de destilação de anidrido acético(7) Unidade de purificação de anidrido acético
[00022] Correntes de Processo:(a) Fluido de acetilação fresco(b) Fluido de acetilação recuperado a partir de acetilação de madeira(c) Ácido acético(d) Anidrido acético separado a partir de ácido acético(e) Ceteno(f) Ácido acético aquoso residual(g) Ácido acético recuperado(h) Anidrido acético bruto (mistura com ácido acético)(i) Anidrido acético enriquecido (conteúdo reduzido de ácido acético)
[00023] A Fig. 1 mostra um esquema para uma planta de produção de anidrido acético com base em ceteno (compreendendo a unidade de produção de ceteno (3) e uma unidade de produção de anidrido acético (4) integrada com uma planta de acetilação de madeira (1). Aqui as plantas são acopladas sem quaisquer medidas adicionais, isto é não de acordo com a invenção. Fluido de acetilação (corrente a) é alimentado para uma planta de acetilação de madeira (1). Fluido de acetilação recuperado (b) é sujeitado à separação de ácido acético em uma primeira unidade de separação de ácido acético / anidrido acético (2), resultando em uma corrente (c) de ácido acético separada a partir de anidrido acético e uma corrente (d) de anidrido acético separada a partir de ácido acético. A corrente (c) de ácido acético separada a partir de anidrido acético é enviada para uma seção de produção de anidrido acético compreendendo a unidade de produção de ceteno (3) e uma unidade de produção de anidrido acético (4). A unidade de produção de ceteno (3) é conectada com, a jusante da mesma, a seção de tratamento (5) para a recuperação de ácido acético aquoso residual (f) . Ácido acético recuperado a partir da mesma (g) é enviado para a unidade de produção de ceteno (3) e/ou a unidade de produção de anidrido acético (4). Ceteno produzido (e) é enviado para uma unidade de produção de anidrido acético (4). Anidrido bruto produzido (h) é enviado para uma unidade de destilação de anidrido acético (6). Ácido acético obtido a partir de (c) é enviado para a seção de produção de anidrido acético mencionada acima. O anidrido acético enriquecido (i), tendo um conteúdo reduzido de ácido acético, é enviado para uma unidade de purificação (7) e fluido de acetilação purificado obtido desta forma (i) é alimentado, como fluido de acetilação fresco (a) para a seção de acetilação de madeira (1).
[00024] A Fig. 2 mostra um esquema para uma planta de produção com base em ceteno para anidrido acético integrado com uma planta de acetilação de madeira, compreendendo uma unidade de acetilação de madeira (1), de acordo com uma modalidade da invenção. Aqui a corrente de anidrido acético produzido, com ácido acético (h) é enviada, como uma corrente de fluido de acetilação (a) para a unidade de acetilação de madeira (1).
[00025] Será entendido que os desenhos esquemáticos servem para ilustrar algumas partes dos equipamentos e unidades de produção como for necessário para ilustrar adicionalmente algumas modalidades da invenção. O perito estará bem a par de partes de equipamento e linhas de fluxo mostradas agora, tais como dispositivos para prover calor, dispositivos para prover pressão, ventilações para gás de purga, e assim por diante.
[00026] Onde, nesta descrição, se fala de “comunicação fluida”, esta se refere a qualquer conexão entre uma primeira parte ou seção de uma planta e uma segunda parte ou seção de uma planta através da qual fluidos, incluindo líquidos e gases, podem escoar a partir da primeira parte da planta para a segunda parte da planta. No evento de líquidos, tal comunicação fluida tipicamente é provida por sistemas de tubulação, mangueiras, ou outros dispositivos bem conhecidos do perito para o transporte de fluidos. No evento de gases, tal comunicação fluida tipicamente é provida por linhas de fluxo de gás. Tais linhas de fluxo de gás tipicamente compreendem sistemas de tubulação, ou outros dispositivos bem conhecidos do perito para o transporte de gases, se necessário sob pressões que estão acima das pressões atmosféricas ou abaixo (vácuo).
[00027] Enquanto a invenção foi ilustrada e descrita em detalhe nos desenhos e na descrição anterior, tal ilustração e descrição devem ser consideradas ilustrativas ou exemplares e não restritivas; a invenção não está limitada às modalidades divulgadas.
[00028] Por exemplo, é possível operar a invenção em uma modalidade em que unidades descritas, tais como uma unidade de acetilação de madeira, uma unidade de reator ou uma unidade de destilação, compreendem uma pluralidade de tais unidades posicionadas em paralelo ou em série.
[00029] Outras variações das modalidades divulgadas podem ser entendidas e efetuadas pelos peritos na técnica na prática da invenção reivindicada, a partir de um estudo dos desenhos, a descrição, e as reivindicações anexas. Nas reivindicações, a palavra "compreendendo" não exclui outros elementos ou etapas, e o artigo indefinido "um" ou "uma" não exclui uma pluralidade. O simples fato de que certas funcionalidades da invenção são citadas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação desatas funcionalidades não pode ser usada com vantagem. Quaisquer sinais de referência nas reivindicações não devem ser interpretados como limitantes do escopo.
Claims (6)
1. Processo para a acetilação de madeira, em que o processo de acetilação de madeira é acoplado a um processo para a produção de anidrido acético, o processo de acetilação de madeira compreendendo submeter madeira à acetilação usando um fluido de acetilação, e o processo de produção de anidrido acético compreendendo reagir ceteno com ácido acético de maneira a formar um fluido de reação de anidrido bruto compreendendo anidrido acético e ácido acético caracterizado pelo fato de que o fluido de reação de anidrido bruto é usado no processo de acetilação de madeira como um fluido de acetilação sem destilar o ácido acético do fluido de reação de anidrido bruto formado pela etapa de reação de ceteno com ácido acético.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ceteno é produzido em um processo de produção de ceteno compreendendo aquecer ácido acético sob as condições de formação de ceteno, e usando o ceteno produzido como um reagente no processo de produção de anidrido acético.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende recuperar fluido de acetilação de madeira a partir do processo de acetilação de madeira para obter fluido de acetilação recuperado compreendendo ácido acético e anidrido acético, e submeter o fluido de acetilação recuperado à destilação de maneira a obter ácido acético, em que o dito ácido acético é usado como um reagente em qualquer um ou ambos do processo de produção de anidrido acético e do processo de produção de ceteno.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o ácido acético obtido, antes de ser usado como um reagente, é purificado misturando o mesmo com uma corrente residual aquosa a partir do processo de produção de ceteno, e sujeitar a mistura resultante à destilação.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que todo o ácido acético purificado é usado como um reagente no processo de produção de ceteno.
6. Sistema compreendendo uma planta de acetilação de madeira e uma planta de produção de anidrido acético, em que a planta de acetilação de madeira compreende uma unidade de acetilação de madeira compreendendo uma entrada e uma saída para o fluido de acetilação, e em que a planta de produção de anidrido acético compreende uma unidade para a produção de anidrido acético a partir de ceteno e ácido acético caracterizado pelo fato de que uma saída para uma corrente de produto a partir da unidade para a produção de anidrido acético está em comunicação fluida direta com uma entrada para o fluido de acetilação na planta de acetilação de madeira sem destilar o ácido acético na unidade de acetilação de madeira.
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