BR112017015027B1

BR112017015027B1 - Processo para a conversão da xilose em furfural

Info

Publication number: BR112017015027B1
Application number: BR112017015027-1A
Authority: BR
Inventors: Sunil Sadashiv Divekar; Pramod Shankar Kumbhar; Rahul Vasantrao Bagal; Amit Madanlal Katariya
Original assignee: Basf Se
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2021-07-20
Also published as: WO2016113678A1; CA2972193A1; MX2017009297A; CA2972193C; ZA201705326B; US10040774B2; DK3245195T3; CN107207452A; BR112017015027A2; JP6882175B2; WO2016113748A1; EP3245195A1; KR102563625B1; CN107207452B; HUE053723T2; KR20170103817A; JP2018505160A; SG11201705334WA; MY197658A; US20180002304A1

Abstract

a presente invenção se refere a um processo aprimorado para a preparação de furfural a partir de uma matéria prima contendo a xilose e mais especialmente a uma conversão de temperatura elevada de uma matéria prima contendo a xilose para o furfural em condições ácidas. dito processo utilizando uma mistura de dois solventes nesta condição, as huminas formadas são solubilizadas nos solventes e o processo é operado em modo contínuo sem quantidades significativas de formação de subprodutos sólidos.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AO PEDIDO DE PATENTE RELACIONADO

[001] O presente pedido de patente reivindica o benefício da prioridade ao Pedido de Patente Indiana 139/MUM/2015 depositado em 14 de janeiro de 2015 e ao Pedido Internacional PCT/IN2015/000127.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002]A descrição completa do pedido de patente anterior é considerada parte da descrição do presente pedido de patente e está incorporada no presente como referência.

[003]Todos os documentos citados no presente estão incorporados como referência na sua totalidade.

[004] Um processo para a produção de Furfural a partir de pentoses utilizando um reator de fluxo em pistão contínuo está descrito na patente US 4.533.743. Esta patente também é citada na publicação WO 2015/020845 A1. Este pedido de patente internacional se refere a um processo para a produção de furano a partir de furfural a partir da biomassa.

[005] Um outro processo para a produção de furfural a partir de açúcares de hemocelulose está descrito na publicação WO 2015/034964 A.

[006]A presente invenção se refere a um processo aprimorado para a preparação de furfural a partir de uma matéria prima que contém a xilose e, mais especialmente, a uma conversão de temperatura elevada de uma matéria prima que contém a xilose para o furfural em condições ácidas. Dito processo utilizando a isoforona ou uma mistura de dois solventes nesta condição, as huminas formadas são solubilizadas nos solventes e o processo é operado em modo contínuo sem quantidades significativas de formação de subprodutos sólidos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[007] O Furfural é uma matéria prima química de plataforma renovável e não petrolífera importante. É o aldeído de ácido piromucico com propriedades similares àquelas do benzaldeído. É amplamente utilizado como solvente para a refinação de óleos lubrificantes na indústria petroquímica. O Furfural ainda é utilizado como intermediário químico na produção dos solventes tais como o furano e tetraidrofurano. O tetraidrofurano ainda é convertido nos materiais de partida utilizados para a preparação de NYLON. O Furfural também foi utilizado como agentes fungicidas e weedicoidais. Os derivados de furanos, tais como o hidroximetilfurfural (HMF), furfural e álcool furfurílico são os derivados de recursos de biomassa renovável; e servem como blocos de construção para outros combustíveis de transporte potenciais, incluindo o dimetilfurano e o levulinato de etila. Estes derivados podem ser utilizados independentemente ou com o fenol, acetona ou ureia para a produção de resinas sólidas. Essas resinas são utilizadas na fabricação de fibra de vidro, componentes de aeronave, freios automotivos, e similares.

[008] De maneira convencional, o furfural é produzido através da desidratação de açúcares de pentose obtidos a partir de farinha de milho e espigas de milho, cascas de aveia e amendoim e outros estoques de biomassa de resíduos [materiais lignocelulósicos - LCM]. A fração de pentose [C5] da biomassa principalmente é utilizada em biorrefinarias para a produção de furfural, uma plataforma química útil produzida a partir da biomassa. Um dos métodos convencionais de produção de furfural é a desidratação ácida de pentoses contidos em dita biomassa. O processo convencional de produção de batelada de furfural é caracterizado através de perdas elevadas de furfural devido à formação de substâncias resinosas denominadas huminas, que fornece um rendimento inferior a 50%. Este processo também precisa de muito vapor e gera muito desperdício de efluentes. Este método ainda apresenta uma desvantagem de custo elevado. Através de outro método convencional, o furfural é produzido através de um processo catalítico de conversão de biomassa em furfural. Este processo é um processo bifásico, que fornece melhor rendimento, mas o sistema de reação é homogêneo, corrosivo e o máximo de 10% de xilose pode ser utilizado nas reações em pequena escala. Por conseguinte, existe a necessidade de métodos mais eficazes e eficientes para a preparação de furfural a partir de uma variedade de estoques de alimentação de biomassa. Com os métodos da técnica anterior, tem sido muito difícil processar as correntes de alimentação que contém a xilose de LCM com teores de xilose de 10% ou superior, e muito menos de 20% ou superior.

[009]Além disso, as huminas formadas são insolúveis nos solventes utilizados de maneira convencional na preparação de furfural a partir da xilose da biomassa de LCM. Isso conduz aos processos em que, na produção contínua, o processo não pode ser desenvolvido devido ao acúmulo de huminas insolúveis e problemas de transferência de calor no sistema e, por conseguinte, o processamento em batelada é realizado de maneira rotineira. Os processos em batelada são dispendiosos e intensivos em capital em comparação com os processos contínuos na indústria química em massa. Por conseguinte, é necessário desenvolver um processo contínuo para a produção de furfural a partir de LCM contendo a biomassa de xilose para benefícios econômicos e tecnológicos.

[010] Era um objeto da presente invenção fornecer um processo eficiente, especialmente um processo contínuo, para a produção de furfural a partir de uma variedade de matérias primas de biomassa, especialmente os materiais lignocelulósicos contendo a biomassa de xilose, que é aprimorado em comparação com os processos anteriores da técnica anterior, especialmente na medida em que os aparelhos de reação se tornam menos obstruídos com os produtos secundários tais como as huminas, por exemplo, evitando as huminas insolúveis e aderentes.

[011] Era um outro objeto fornecer um processo favorável, também a partir de um ponto de vista econômico, especialmente em escala industrial.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[012] O objeto da presente invenção foi solucionado através da questão descrita na presente Reivindicação 1. As Reivindicações dependentes, bem como a Descrição e os Exemplos, apresentam outras realizações da presente invenção.

DEFINIÇÃO DE TERMOS

[013]A descrição a seguir é realizada com o propósito de ilustrar os princípios gerais da presente invenção e não se destina a limitar os conceitos da presente invenção reivindicados no presente. Além disso, as características particulares descritas no presente podem ser utilizadas em combinação com outras características descritas em cada uma das diversas combinações e permutações possíveis.

[014]A menos que seja especificamente definido no presente, todos os termos devem receber a sua interpretação mais ampla possível, incluindo os significados implícitos na especificação, bem como os significados entendidos através dos técnicos no assunto e/ou conforme definidos em dicionários, dissertações e similares.

[015]Também deve ser observado que, conforme utilizado na especificação e nas reivindicações anexas, as formas singulares "um", "uma" e "o/a" incluem os plurais referentes, a menos que especificado de outra maneira.

[016] Conforme utilizado no presente, o termo "cerca de" quando combinado com um valor se refere a mais e menos 10% do valor de referência, a menos que especificado de outra maneira. Por exemplo, uma temperatura de cerca de 50° C se refere a uma temperatura de 50° C a cerca de 5° C, e similares.

[017]Qualquer indicação de quantidade fornecida na presente invenção deve ser considerada como uma indicação de quantidade em peso, se não for especificado de outra maneira.

[018] Na presente invenção estão as reações fornecidas ou etapas de processo que são realizadas a pressão normal / pressão atmosférica, isto é, a 1.013 mbar. Além disso, qualquer referência um "bar" ou "bars" deve ser entendido como barabsoluto, se não for especificado de outra maneira.

[019] Na presente invenção, o termo "e/ou" inclui todas e quaisquer combinações de um ou mais dos itens listados associados.

[020] Um processo em escala industrial, de acordo com a presente invenção, significa um processo em escala ampla ou um processo em escala média, em outras palavras, como quantidades de edutos de, pelo menos, um kg, de preferência, de, pelo menos, 3 kg são utilizadas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[021]A biomassa lignocelulósica [LCM] constitui a maioria dos resíduos agrícolas, tais como a palha, casca de milho, trigo, bagaço de cana de açúcar, farinha de milho, aparas de madeira, poeira de serra, bem como a fração orgânica de resíduos sólidos municipais. Possui três componentes principais, a celulose, hemicelulose e lignina. Os polímeros de carboidratos, tais como a celulose e hemicelulose, contêm diferentes monômeros de açúcar, enquanto a lignina é um polímero aromático complexo sintetizado a partir de precursores de propanóide de fenila. A hemicelulose é uma cadeia de heteropolissacarídeo de peso molecular baixo contendo dois monômeros de açúcar diferentes, tais como as hexoses (glicose, manose e galactose) e pentoses (arabinose e xilose). A hemicelulose presente na biomassa, de preferência, o LCM, sofre a hidrólise em meios ácidos para a formação da xilose. A matéria prima lignocelulósica é a única fonte para a obtenção de xilose na natureza.

[022] Em uma realização da presente invenção descrita no presente, um processo para a conversão eficiente de xilose, de preferência, obtido a partir de biomassa, de preferência de LCM, para o furfural compreende sete etapas, isto é: (1) Pré-tratamento Ácido; (2) Ajuste de pH; (3) Adição de Solvente (Mistura); (4) Preparação do Produto; (5) Separação de Fase; (6) Ajuste do pH da Fase Orgânica; (7a) Separação Opcional do Solvente com Ebulição Baixa; (7) Recuperação de Furfural; e (8) Reciclagem e/ou Recuperação do Solvente de Ebulição Elevada.

[023] Cada etapa pode compreender um ou mais elementos para executar as funções específicas ou opcionais, conforme necessário para alcançar a conversão de xilose em furfural. Um técnico no assunto pode considerar diferentes variações e/ou suas combinações de elementos que podem ser utilizadas para realizar os objetos da presente invenção descritos no presente.

[024] Em outra realização, nenhuma tetralina é utilizada durante o processo da presente invenção, em especial, nenhuma tetralina está presente em nenhuma das correntes, respectivamente, as soluções presentes no processo, de acordo com a presente invenção.

ETAPA 1 PRÉ-TRATAMENTO ÁCIDO

[025]A biomassa lignocelulósica [LCM], de preferência selecionada a partir do grupo que consiste em espiga de milho, farinha de milho, bagaço ou suas misturas, como matéria prima é pré-tratada com os ácidos minerais ou orgânicos, de preferência, selecionados a partir do grupo que consiste em H2SO4, H3PO4, ácido oxálico e suas misturas e uma fração insolúvel é removida; a fração solúvel que compreende a xilose e os ácidos formam uma primeira corrente. Em uma realização, é utilizada uma combinação de cerca de 1,5% em peso de H2SO4 e de cerca de 0,5% em peso de ácido oxálico para o pré-tratamento com o ácido. Esta primeira corrente é ajustada para compreender entre 5 a 30% em peso de xilose, de preferência, de 10 a 25% em peso, de maior preferência, de 10 a 24, 23, 22 ou 21%, especialmente, de 10 a 20% em peso e, em geral, compreende, pelo menos, 10% em peso de xilose e compreende cerca de 2% em peso de ditos ácidos. Em uma realização, o teor de xilose está entre 10 a 30% de xilose.

[026] Em uma alternativa, nesta primeira etapa, uma corrente, por exemplo, um fluido que compreende ou consiste em fração solúvel do tratamento ácido de LCM que compreende a xilose e os ácidos são descarregados em um reator, respectivamente, no recipiente do reator.

[027] Em uma realização, não é adicionado nenhum sal adicional (ou sais) ou sua solução aquosa durante o processo, de acordo com a presente invenção. Em uma alternativa, não é adicionado nenhum sal adicional (ou sais) ou sua solução aquosa na etapa 1 do processo, de acordo com a presente invenção. As correntes, respectivamente, das soluções da presente invenção, especialmente, na etapa 1, podem compreender o sal, especialmente, os sais de sulfato e/ou fosfato, que são formados devido a reação química in situ, mas não ocorre nenhuma adição ativa de sal(is).

[028] Um sal é definido, de acordo com a presente invenção, como um composto resultante de uma reação química entre um ácido e uma base, em que os átomos de hidrogênio do ácido são substituídos por cátions da base. Os cátions são os cátions de metal ou cátions de amônio quaternário.

[029] Em uma realização, a corrente C5 é utilizada como tal após o pré-tratamento de LCM, sem nenhum tratamento ou purificação adicional.

[030] Em uma realização da presente invenção, dito recipiente de reator é um recipiente de autoclave. Em outra realização da presente invenção, dito reator é um reator de tanque agitado fechado do tipo em batelada. Ainda em outra realização da presente invenção, dito reator é um reator de fluxo de plugue. Ainda em outra realização de preferência da presente invenção, dito reator é um reator contínuo de tanque agitado ou um reator de fluxo em pistão contínuo.

[031] De maneira alternativa, o reator utilizado pode ser do tipo de tanque agitado, do tipo agitado mecanicamente ou do tipo agitado contínuo.

[032] Em outra alternativa, a primeira corrente é tratada de acordo com a etapa 2 em um recipiente arbitrário e adequado.

ETAPA 2 AJUSTE DO PH

[033] O pH de dita primeira corrente é ajustado utilizando uma base, de preferência, um óxido ou hidróxido de metal, de maior preferência, um óxido ou hidróxido alcalino ou alcalino terroso, de maior preferência ainda, o NaOH ou MgO, a um pH entre cerca de 1 e cerca de 2, de preferência, entre cerca de 1,4 e cerca de 1,8, de maior preferência, de cerca de 1,6, formando uma segunda corrente.

[034] Em uma alternativa, a segunda corrente é descarregada em um reator conforme definido acima. Em outra alternativa, a segunda corrente é misturada com o(s) solvente(s) em um recipiente arbitrário e adequado.

ETAPA 3 ADIÇÃO DE SOLVENTE

[035]A segunda corrente é misturada com a isoforona, ou uma mistura de solventes, de preferência, uma mistura de um solvente que possui um ponto de ebulição acima daquele do furfural (solvente com ponto de ebulição elevado), de preferência, a isoforona, com um solvente que possui um ponto de ebulição abaixo daquele do furfural (solvente com ponto de ebulição baixo), de maior preferência, a cetona de isobutila de metila [MIBK] com a isoforona [ISP] ou tolueno com a ISP, formando uma terceira corrente. Quando são utilizados dois solventes, um solvente possui um ponto de ebulição inferior ao produto final [furfural] e o segundo solvente possui um ponto de ebulição mais elevado que dito produto final.

[036] Como solventes de ponto de ebulição baixo, aqueles selecionados a partir do grupo que consiste em MIBK, tolueno e suas misturas, de preferência, são utilizados no contexto da presente invenção.

[037] Como solventes com ponto de ebulição elevado, aqueles selecionados a partir do grupo que consiste em isoforona, óxido de difenila [DPO], sec-butilfenóis [SBP] e suas misturas, de preferência, são utilizados no contexto da presente invenção; especialmente de preferência é a isoforona.

[038]Qualquer combinação de mais de dois solventes, conforme descrito acima, é possível.

[039]A proporção da fase aquosa para a fase orgânica nesta etapa é ajustada para ser a partir de 1:0,5 a 1:3,5, de preferência, de 1:0,75 a 1:3,2 em peso.

[040] Em uma realização o pH é ajustado para cerca de 1 a cerca de 2,2.

ETAPA 4 PREPARAÇÃO DO PRODUTO

[041] Nesta etapa, dita terceira corrente é submetida a uma temperatura elevada entre cerca de 160° C e cerca de 220° C, de preferência, entre cerca de 170° C a cerca de 210° C, de maior preferência, entre cerca de 180° C a cerca de 200° C, entre cerca de 10 minutos a cerca de 2 horas em um reator de pressão elevada e temperatura elevada, conforme definido acima, conduzindo à formação de uma quarta corrente. O tempo de permanência da massa de reação está entre cerca de 10 minutos a cerca de 2 horas a uma temperatura elevada entre cerca de 160° C e cerca de 220° C, de preferência, entre cerca de 170° C a cerca de 210° C, de maior preferência, entre cerca de 180° C a cerca de 200° C. Nestas condições, a xilose presente na mistura de reação [a terceira corrente] é convertida em furfural devido à desidratação ácida.

[042]A conversão de xilose em furfural é realizada em um recipiente de reator conforme descrito na etapa 1. A mistura de reação é submetida a uma temperatura e pressão elevadas (a pressão resultante da temperatura e do ponto de ebulição do(s) solvente(s)) para um período de tempo desejado na presença de catalisadores ácidos homogêneos que permanecem do pré-tratamento ácido que conduz à produção eficiente do produto.

[043] De maneira surpreendente, foi descoberto no contexto da presente invenção que a utilização de isoforona como solvente possui o efeito de que a maioria das huminas permanece solvida e não obstrui o aparelho de reação. Ainda mais surpreendente foi que este efeito permanece quando a isoforona é misturada com outro solvente de ponto de ebulição baixo, o que significa que a mistura de isoforona com o solvente com ponto de ebulição baixo, em especial, a MIBK e/ou tolueno, pode ser utilizada para reduzir os custos. Em uma realização, é utilizada uma mistura de, pelo menos, dois solventes que compreendem ou consistem em um solvente com ponto de ebulição elevado, de preferência, a isoforona, com um solvente que possui um ponto de ebulição inferior ao do furfural (solvente com ponto de ebulição baixo).

[044] Este efeito significa que as huminas não são aderentes e enxaguam os aparelhos com o solvente (mistura) ou após a remoção do solvente facilmente podem ser enxaguadas com água. Além disso, as huminas são diferentes na sua estrutura do que aquelas que permanecem dos processos convencionais, uma vez que até mesmo quando são secadas, são muito porosas ou até pulverulentas e fluem quase livres e facilmente podem ser removidas das superfícies, enquanto que a humina permanece de acordo com o estado da técnica anterior é muito persistente e necessita de força mecânica considerável ou condições químicas severas (tal como a lavagem caustica ou ácido nítrico) para serem removidas das superfícies às quais aderem.

[045]A solubilidade e a aderência das huminas dependem das condições do processo.

[046] De maneira adicional, foi uma descoberta surpreendente da presente invenção que as huminas que são dissolvidas no solvente (mistura) não afetam negativamente o procedimento de reação. Para esse efeito, a fração de solvente que contém a humina pode até ser reciclada e reutilizada diversas vezes até que o teor da humina se torne impraticavelmente elevado.

[047] Isso significa que os depósitos nos aparelhos que possuem espessura de camada menor, são mais facilmente limpados, por exemplo, com enxague de água ou um pano simples e o número de ciclos que os aparelhos podem executar antes de serem limpos é consideravelmente maior.

ETAPA 5 SEPARAÇÃO DA FASE

[048]Após a conclusão da reação na etapa 4, na conversão de mais de 90% de xilose, a massa de reação [dita quarta corrente] é resfriada até à temperatura ambiente e uma fração sólida, em uma realização da presente invenção, pode ser separada da fração líquida utilizando um separador de sólido e líquido, por exemplo, através da filtração ou utilizando uma centrífuga de decantador ou decantador. Isso conduz à remoção de resíduos e huminas insolúveis, caso presentes, de dita massa de reação.

[049]A fração líquida da massa de reação é submetida à separação de fase em uma fase de corrente aquosa e uma fase de corrente orgânica, respectivamente.

[050] Em uma realização da presente invenção, a concentração de furfural nesta etapa é de, pelo menos, 2% de, pelo menos, superior a 2%, de preferência, entre 2 e 10%, de maior preferência, entre 3 e 9%, especialmente de 5 a 8%.

ETAPA 6 AJUSTE DO PH DA CORRENTE ORGÂNICA

[051] O pH de dita corrente orgânica é ajustado entre 6 e 7 com uma base tal como o NaOH, monoetanolamina ou bicarbonato de sódio, de preferência, a base é selecionada a partir de um ou mais destes três.

ETAPA 7A SEPARAÇÃO DE DESTILAÇÃO OPCIONAL DO SOLVENTE COM EBULIÇÃO BAIXA

[052] Na alternativa em que uma mistura de solventes, de preferência, uma mistura de um solvente que possui um ponto de ebulição superior àquele do furfural (solvente com ponto de ebulição elevado), de preferência, a isoforona, com um solvente que possui um ponto de ebulição abaixo daquele do furfural (solvente de ponto de ebulição baixo) é utilizada, o solvente de ponto de ebulição baixo é separado e recuperado / reciclado para a etapa 3.

[053]A fração remanescente que compreende ou consiste em furfural, o solvente de ponto de ebulição elevado, de preferência, o ISP, e as huminas solvidas no mesmo são processados de acordo com a etapa 7.

[054] Em uma realização, uma mistura de solvente de ponto de ebulição baixo, de preferência, a MIBK ou tolueno, de maior preferência, a MIBK com a ISP possibilita um processo muito eficiente e econômico. Na etapa de destilação, o furfural e o solvente de ponto de ebulição baixo são destilados em uma forma estável. Esta etapa de destilação, de preferência, é uma destilação a vácuo. O Furfural e o solvente de ponto de ebulição baixo podem ser facilmente separados em uma destilação adicional.

[055] O(s) solvente(s) de ponto de ebulição baixo é reciclado para a etapa 3 e pode ser utilizado qualquer número de vezes no processo sem perda de massa significativa e os sistemas de destilação e recuperação são eficazes e o solvente é purificado até cerca de 99% de sua massa.

ETAPA 7 SEPARAÇÃO DO PRODUTO: FURFURAL

[056]A corrente orgânica é submetida a uma primeira destilação. Na alternativa em que apenas a ISP é utilizada como solvente, a corrente orgânica da etapa 6 é submetida à destilação a uma temperatura mais elevada, por exemplo, superior a 162° C (ponto de ebulição de furfural) e inferior a 215° C (ponto de ebulição da ISP) e, de preferência, sob vácuo para obter o furfural comercialmente puro como um produto final e uma corrente orgânica residual. O mesmo procedimento é aplicado à fração remanescente da etapa 7a.

[057] Essas etapas fornecem uma quantidade superior a 90% de conversão de xilose em furfural com o rendimento término do produto de, pelo menos, 60% de furfural da xilose total presente na matéria prima. Além disso, a pureza de furfural nesta etapa é de cerca de 98% de sua massa.

[058] Caso desejado, o furfural ainda pode ser purificado.

[059]A fração remanescente compreende a ISP e as huminas solvidas.

ETAPA 8 RECICLAGEM E RECUPERAÇÃO DO SOLVENTE DE PONTO DE EBULIÇÃO ELEVADO

[060]A corrente orgânica residual da etapa 7 compreende dito solvente com ponto de ebulição elevado com as huminas dissolvidas. Esta corrente, por conseguinte, pode ser novamente utilizada no processo diversas vezes, especialmente durante até 5 vezes sem nenhum tratamento, mas a adição de solvente de ponto de ebulição baixo para manter a proporção de solvente de ponto de ebulição baixo até um solvente com ponto de ebulição elevado, por exemplo, a MIBK:ISP ou tolueno:ISP, constante para criar dita mistura de solventes descrita na etapa 3.

[061] Em uma realização, as huminas são dissolvidas no solvente de ponto de ebulição elevado, de preferência, a isoforona. A partir desta mistura, 80% de ISP podem ser recuperados, de preferência através da destilação. Em uma separação adicional, de preferência em evaporação de filme fino, as huminas são separadas da ISP remanescente.

[062] Desta maneira, 99% da isoforona podem ser recuperados e 99% dos outros solventes.

[063] Em outra realização, após cerca de 5 reciclos à medida que a fração de huminas aumenta até 60% da massa total, por conseguinte, dita corrente orgânica residual normalmente é substituída ou, de preferência, é submetida à separação conforme descrito acima para a obtenção do solvente de ponto de ebulição elevado na forma pura, livre de quaisquer impurezas dissolvidas de huminas ou outros compostos, que é novamente utilizado em dito processo.

[064]As impurezas removidas podem ser utilizadas de outra maneira ou ser descartadas.

[065] O processo da presente invenção, descrito no presente, apresenta, além daquelas mencionadas, diversas vantagens em relação aos métodos conhecidos da técnica anterior: (9) O presente processo é menos corrosivo para o equipamento; (10) O processo é menos intensivo em capital com custos de serviços menores; (11) O processo funciona para uma corrente contendo a concentração de xilose elevada [até cerca de 20% em peso ou superior] a grande escala, de preferência para uma corrente contendo a xilose em uma concentração de 30%, de maior preferência, de 25%, 24%, 23%, 22% ou 21%, especialmente de 15 a 20%; (12) O processo resulta em superior a 90% de conversão de xilose e produz superior a 60% de furfural; e (13) Neste processo, a maior parte das huminas é solúvel no solvente de ponto de ebulição elevado, de maior preferência, a isoforona, [à temperatura de reação], fornecendo a vantagem de que o sistema não está entupido pelas huminas insolúveis conforme acontece nos métodos convencionais.

[066]Além disso, a isoforona é um solvente dispendioso. Por conseguinte, um processo para a produção de furfural utilizando como solvente a isoforona pode ser desfavorável do ponto de vista econômico.

[067]As diferenças de rendimento, em relação a uma combinação de isoforona com pelo menos um segundo solvente, são menores.

[068]A isoforona apresenta as seguintes vantagens: as huminas formadas são solúveis na isoforona. Por conseguinte, o entupimento do reator é impedido e, por sua vez, a limpeza não é necessária. O reator pode ser utilizado por diversos ciclos. Além disso, à medida que as huminas permanecem solúveis na isoforona, se torna mais fácil remover o furfural de maneira antecipada sem degradação através da destilação. As huminas são separadas em uma segunda etapa. Desta maneira, pelo menos, 90%, de preferência, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, especialmente, pelo menos, 98% e 99% da isoforona é reciclado.

[069] Utilizando apenas a MIBK também apresenta algumas desvantagens: uma vez que o ponto de ebulição de MIBK é inferior ao ponto de ebulição de furfural, as huminas permanecem na fração furfural em que são solvidas. Uma separação adicional de Furfural e huminas é muito difícil.

[070]A combinação de um solvente com ponto de ebulição elevado, de preferência, a isoforona com, pelo menos, um segundo solvente de ponto de ebulição baixo apresenta vantagens econômicas significativas. Quando apenas se utiliza a isoforona como solvente, a quantidade total de isoforona deve ser recuperada a partir das huminas.

[071] Utilizando uma mistura de isoforona com, pelo menos, um segundo solvente, especialmente uma mistura em que a proporção do segundo solvente para a isoforona é de, pelo menos, 1:1, 2:1, de preferência, de 3:1 e especialmente de 4:1 ou superior, a quantidade de isoforona recuperada a partir das huminas é apenas uma fração.

[072] Em conclusão, o custo pode ser economizado utilizando um segundo solvente menos dispendioso do que a isoforona de maneira adicional economizando energia para a recuperação dos solventes.

[073] Isso fornece o desenvolvimento de um processo de produção contínua, uma vez que todos os componentes estão em forma líquida e podem ser facilmente removidos de diferentes unidades do sistema de produção.

[074] Em outra realização da presente invenção é fornecido um processo para a produção de furfural a partir de xilose utilizando os ácidos menos corrosivos tais como o ácido oxálico, H3PO4 e H2SO4 no pré-tratamento de LCM [materiais lignocelulósicos], que conduz a menos danos aos equipamentos de capital e é ecológico.

[075] Em uma realização, nenhum HCl é utilizado como ácido.

[076] Em uma outra realização, a preparação do produto (de acordo com a etapa 4) é realizada a uma pressão autógena de 10 a 20 bar, de preferência, de 12 a 18 bar, especialmente (cerca de 15 bar) e/ou sem a utilização de gás protetor ou inerte, tal como o nitrogênio ou argônio.

[077] Em uma realização da presente invenção, um processo para a conversão da xilose em furfural compreende a tomada de uma corrente contendo a xilose obtida a partir de LCM pré-tratado com o ácido. Em seguida, o pH desta corrente é ajustado entre cerca de 1 e cerca de 2 utilizando um óxido ou hidróxido de metal tal como o hidróxido de sódio ou óxido de magnésio. Em seguida, a esta parte aquosa é adicionada cerca de 0,5 a cerca de 3,5, de preferência, cerca de 1 a cerca de 3 vezes o seu peso, de uma mistura de solventes tal como o tolueno, MIBK, SBP ou DPO com a isoforona, como um solvente de ponto de ebulição elevado que dissolve as huminas formadas na reação, para criar uma massa de reação. Em seguida, de maneira adicional, submetendo dita massa de reação a uma temperatura de cerca de 160 a cerca de 220° C, de preferência, cerca de 180° C, durante cerca de 1 hora. Na conclusão da reação, opcionalmente, uma fração insolúvel é removida seguida pela separação de partes orgânicas e aquosas. Nas etapas seguintes, o furfural e solvente são separadamente destilados de dita parte orgânica. O Furfural, formado dessa maneira ainda é submetido às etapas de purificação ou polimento para a obtenção do furfural quimicamente puro, enquanto os solventes são novamente utilizados para o próximo ciclo de preparação de furfural a partir de uma matéria prima contendo a xilose.

[078] Em uma realização da presente invenção, o contato entre a massa de reação [dita terceira corrente] e os catalisadores ácidos é mantido a uma temperatura no intervalo a partir de cerca de 160° C e 220° C. Em outra realização da presente invenção, o contato entre a massa de reação [dita terceira corrente] e os catalisadores ácidos é mantido durante um período de tempo no intervalo a partir de cerca de 10 minutos a cerca de 120 minutos.

[079] Em outra realização da presente invenção, o teor de xilose é analisado através da cromatografia líquida com um detector de índice de refração. A coluna de BioRad Aminex 87 H+ de tamanho 300 mm X 7,8 mm é utilizada com 0,005 M de H2SO4 como fase móvel com a taxa de fluxo de 0,6 mL/min. A temperatura do forno da coluna é mantida a 55° C e o volume de injeção a 20 μL. A água deionizada é utilizada como diluente para a preparação da amostra. O tempo de retenção de xilose é observado a 9,47 minutos. A estimativa de xilose nas amostras de teste é realizada utilizando o gráfico de calibração gerado utilizando cinco concentrações conhecidas de um padrão de xilose.

[080]Ainda em outra realização da presente invenção, o teor de furural é analisado através da cromatografia gasosa com um detector de ionização de chama. A coluna ALLTECH AT-Wax de 60 metros de comprimento é utilizada com a identificação de 0,53 mícron. O nitrogênio é utilizado como uma fase móvel. A dimetilformamida (DMF) é utilizada como meio de diluição e outras condições de operação são mantidas padrão de acordo com o manual do fabricante.

[081]As características representativas de uma realização da presente invenção são ilustradas na Figura. A Figura 1 representa um fluxo de processo para a conversão de uma matéria prima que compreende a xilose em furfural de acordo com um aspecto da presente invenção. No primeiro ato, dita matéria prima é misturada com um ou mais dos catalisadores ácidos homogêneos. Em seguida, é submetida a uma temperatura e pressão elevadas que conduzem à formação de uma biomassa pré-tratada a partir de que a corrente [que compreende a xilose] C5 [primeira corrente] é separada através da filtração. Esta corrente, de maneira adicional, é submetida ao ajuste de pH e à adição de solvente, seguido pela reação a uma temperatura e pressão elevada conduzindo à formação de uma corrente de produto, que é separada em uma corrente de fase orgânica e uma corrente de fase aquosa. No entanto, as huminas formadas, em uma realização da presente invenção, podem ser removidas como os sólidos de dita corrente de produto antes da separação de fases. Dita corrente de fase orgânica, em seguida, é submetida aos diferentes métodos de destilação dependendo da natureza do solvente utilizado para recuperar o furfural e solventes em formas puras.

[082]As diversas realizações da presente invenção, incluindo as das reivindicações dependentes, podem ser combinadas entre si de qualquer maneira desejada.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[083]A Figura 1 representa um diagrama de fluxo do processo de uma realização de preferência da produção de furfural a partir de uma matéria prima de LCM que compreende a xilose. Os diferentes elementos do processo são identificados e o movimento direcional de diferentes correntes e componentes formados durante o processo são mostrados para descrever as características de uma realização de preferência da presente invenção. A etapa ATFD (secador de filme fino agitado) opcionalmente pode ser executado.

[084]A presente invenção será explicada por meio dos seguintes exemplos não limitantes.

EXEMPLOS

[085] Os Exemplos fornecidos abaixo fornecem uma utilidade mais ampla da presente invenção sem nenhuma limitação quanto às variações que podem ser consideradas pelo técnico no assunto. Um resumo não limitante de diversos resultados experimentais é fornecido nos Exemplos e Tabelas, que demonstram os aspectos vantajosos e inovadores do processo de utilização de uma corrente contendo a xilose obtida a partir de qualquer LCM para a preparação do furfural de maneiras muito eficientes, conforme descrito no presente.

EXEMPLO 1

[086] Uma batelada de cerca de 118 kg de espigas de milho que possuem sólidos secos totais de cerca de 92% em peso, celulose de cerca de 33% em peso, hemiceluloses de cerca de 27% em peso e lignina de cerca de 13% em peso foi utilizada como matéria prima. Foi submetida à moagem mecânica para a redução de tamanho de partículas inferior a 40 mm, fornecendo cerca de 108 kg do material particulado. Este material particulado foi encharcado em água durante cerca de 30 min. Em seguida, foram preparados cerca de 360 kg de pasta contendo cerca de 30% em peso de sólidos insolúveis totais e foram continuamente introduzidos em um hidrolisador através de um reator de fusos de plugue. No presente, a pasta foi misturada com cerca de 240 litros da mistura de ácidos oxálico e sulfúrico. Esta mistura de ácidos misturados continha cerca de 1,08 kg de ácido oxálico e cerca de 2,16 kg de ácido sulfúrico com base em peso de biomassa seca [3% de ácido total em base de peso de biomassa seca]. A mistura de reação resultante, em seguida, foi submetida à hidrólise em dito hidrolisador a uma temperatura de cerca de 160° C e a uma pressão de cerca de 6 bar [absoluto] durante um período de cerca de 24 minutos a um pH de cerca de 1,3. No término deste pré-tratamento, a pasta final de cerca de 603 kg continha cerca de 16% dos sólidos totais. Após a filtração, a corrente de líquido (dita corrente C5) continha cerca de 0,52% de glicose, cerca de 4,8% de xilose, cerca de 0,05% de furfural, cerca de 0,04% de HMF e cerca de 3.800 PPM de componentes fenólicos, em conjunto com a celulose e lignina residuais, conforme detectado através dos métodos de HPLC. No presente, a eficiência da conversão de xilano em xilose [C5] foi de cerca de 86% e a conversão de glucano em glicose foi de cerca de 8%. Em seguida, esta corrente líquida final [dita corrente C5], de maneira adicional, foi submetida à evaporação para concentrar a quantidade de xilose em dita corrente até cerca de 20% em peso e formou a corrente de matéria prima concentrada [primeira corrente] para a preparação de furfural de acordo com os Exemplos abaixo.

EXEMPLO 2 VIDE TABELA, NÚMERO DE SÉRIE 1

[087]3,5 kg de uma corrente de matéria prima concentrada [primeira corrente] que compreende 10% em peso de xilose foram obtidos a partir de um bagaço de cana de açúcar pré-tratado com o ácido. Esta corrente também compreendeu de 1 a 2% de ácido em peso utilizado para dita reação de pré-tratamento. Em seguida, dita primeira corrente foi submetida ao ajuste de pH para um valor de pH de 1,6 utilizando uma solução de NaOH a 50% formando uma segunda corrente. Em seguida, foi adicionada uma mistura de 3.500 g de cetona de isobutila de metila (MIBK) a uma segunda corrente formando uma terceira corrente. Esta terceira corrente foi submetida a uma temperatura de 180° C em um reator de tanque agitado fechado funcionando a 650 RPM durante 1 hora. Após a conclusão do tratamento térmico, a massa de reação foi resfriada até à temperatura ambiente, e os sólidos [huminas] permanecendo na massa removidos através da filtração. As huminas foram parcialmente solúveis [HS2] na massa de reação e nominalmente aderentes [S1] no equipamento. Em seguida, a fase orgânica foi separada da fase aquosa e submetida ao ajuste de pH para 7 através de NaHCO3. Além disso, dita fase orgânica foi submetida à destilação para recuperar a MIBK que foi reciclada. Este método alcançou 99% de conversão de xilose presente na matéria prima com 79% de rendimento de furfural.

EXEMPLO 3 VIDE TABELA, NÚMERO DE SÉRIE 12

[088]3,5 kg de uma corrente de matéria prima concentrada [primeira corrente] que compreende 20% em peso de xilose foram obtidos a partir de uma espiga de milho pré-tratada com o ácido. Esta corrente também compreendia de 1 a 2% de ácido em peso utilizado para dita reação de pré- tratamento. Em seguida, dita primeira corrente foi submetida ao ajuste de pH para um valor de pH de 1,5 utilizando uma solução de NaOH a 50% ou óxido de magnésio [MgO] formando uma segunda corrente. Em seguida, foi adicionada uma mistura de 2.800 g de cetona de isobutila de metila (MIBK) e 700 g de isoforona (80:20) a dita segunda corrente formando uma terceira corrente. Esta terceira corrente foi submetida a uma temperatura de 180° C em um reator de tanque agitado com o tempo de retenção de 1 hora. Após a conclusão do tratamento térmico, a massa de reação foi resfriada até à temperatura ambiente e coletada. As huminas foram parcialmente solúveis [HS2] na massa de reação e nominalmente aderentes [S1] no equipamento. Em seguida, a fase orgânica foi separada da fase aquosa e submetida ao ajuste de pH para cerca de 6 a 7 através de NaHCO3. Além disso, dita fase orgânica foi submetida a uma primeira destilação para recuperar a MIBK que foi reciclada. A fase orgânica remanescente que continha o furfural e isoforona com as huminas dissolvidas; foi submetida a uma segunda destilação para recuperar o furfural em forma pura. Este método alcançou 100% de conversão de xilose presente na matéria prima com 78% de rendimento de furfural. A fase orgânica residual principalmente da isoforona e das huminas dissolvidas foi reciclada como tal no processo até cinco vezes sem perda significativa de produção de furfural. No término do quinto ciclo, a isoforona residual com as huminas até 60% foi submetida à destilação para recuperar a isoforona pura.

EXEMPLO 4 VIDE TABELA, NÚMERO DE SÉRIE 17

[089]3,5 kg de uma corrente de matéria prima concentrada [primeira corrente] que compreende 10% em peso de xilose foram obtidos a partir de um bagaço de cana de açúcar pré-tratado com o ácido. Esta corrente também compreendia de 1 a 2% de ácido em peso utilizado para dita reação de pré-tratamento. Em seguida, dita primeira corrente foi submetida ao ajuste de pH para um valor de pH de 1,5 utilizando uma solução de NaOH a 50% ou óxido de magnésio [MgO] formando uma segunda corrente. Em seguida, uma mistura de 2.800 g de tolueno e 700 g de isoforona (80:20) foi adicionada a dita segunda corrente formando uma terceira corrente. Esta terceira corrente foi submetida a uma temperatura de 180° C em um reator para um tempo de retenção de 1 hora. Após a conclusão do tratamento térmico; a massa de reação foi resfriada até à temperatura ambiente e coletada. As huminas eram moderadamente solúveis [HS1] na massa de reação e significativamente aderentes [S3] no equipamento. Em seguida, a fase orgânica foi separada da fase aquosa e submetida ao ajuste de pH para cerca de 6 a 7 através de NaHCO3. Além disso, dita fase orgânica foi submetida a uma primeira destilação para recuperar o tolueno que foi reciclado. A fase orgânica remanescente que continha o furfural e isoforona com as huminas dissolvidas; foi submetida a uma segunda destilação para recuperar o furfural em forma pura. Este método alcançou 98% de conversão de xilose presente na matéria prima com 84% de rendimento de furfural. A fase orgânica residual principalmente da isoforona e das huminas dissolvidas foi reciclada como tal no processo até cinco vezes sem perda significativa de produção de furfural. No término do quinto ciclo, a isoforona residual com as huminas até 50% foi submetida à destilação para recuperar a isoforona pura.

EXEMPLO 5 VIDE TABELA, NÚMERO DE SÉRIE 16

[090]3,5 kg de uma corrente de matéria prima concentrada [primeira corrente] que compreende 20% em peso de xilose foram obtidos a partir de um bagaço de cana de açúcar pré-tratado com o ácido. Esta corrente também compreendia de 1 a 2% de ácido em peso utilizado para dita reação de pré-tratamento. Em seguida, dita primeira corrente foi submetida ao ajuste de pH para um valor de pH de 1,5 utilizando uma solução de NaOH a 50% formando uma segunda corrente. Em seguida, foram adicionados 3.500 g de tolueno a dita segunda corrente formando uma terceira corrente. Esta terceira corrente foi submetida a uma temperatura de 180° C em um reator de tanque agitado fechado funcionando a 650 RPM durante 1 hora. Após a conclusão do tratamento térmico, a massa de reação foi resfriada até à temperatura ambiente e coletada. As huminas eram insolúveis [HS0] na massa de reação e significativamente aderentes [S3] no equipamento. Em seguida, a fase orgânica foi separada da fase aquosa e submetida ao ajuste de pH a cerca de 7 através de NaHCO3. Além disso, dita fase orgânica foi submetida a uma primeira destilação para recuperar o tolueno que foi reciclado. A fase orgânica remanescente que continha o furfural, foi destilada em seguida, deixando as huminas não dissolvidas para atrás. Este método alcançou 99% de conversão de xilose presente na matéria prima com 81% de rendimento de furfural.

EXEMPLO 6 VIDE TABELA, NÚMERO DE SÉRIE 7

[091]3,5 kg de uma corrente de matéria prima concentrada [primeira corrente] que compreende 20% em peso de xilose foram obtidos a partir de um bagaço de cana de açúcar pré-tratado com o ácido. Esta corrente também compreendia de 1 a 2% de ácido em peso utilizado para dita reação de pré-tratamento. Em seguida, dita primeira corrente foi submetida ao ajuste de pH para um valor de pH de 1,5 utilizando uma solução de NaOH a 50% formando uma segunda corrente. Em seguida, foram adicionados 3.500 g de isoforona, a dita segunda corrente que forma uma terceira corrente. Esta terceira corrente foi submetida a uma temperatura de 180° C em um reator de tanque agitado fechado funcionando a 650 RPM durante 1 hora. Após a conclusão do tratamento térmico, a massa de reação foi resfriada até à temperatura ambiente e coletada. As huminas foram completamente solúveis [HS3] na massa de reação e não aderentes [S0] no equipamento. Em seguida, a fase orgânica foi separada da fase aquosa e submetida ao ajuste de pH a cerca de 7 através de NaHCO3. Além disso, dita fase orgânica foi submetida a uma primeira destilação para recuperar o furfural como produto de ponto de ebulição baixo. A fase orgânica remanescente continha a isoforona com as huminas dissolvidas; o equipamento não continha nenhuma humina. Este método alcançou 100% de conversão de xilose presente na matéria prima com 69% de rendimento de furfural.

EXEMPLO 7 VIDE TABELA, NÚMERO DE SÉRIE 10

[092]3,5 kg de uma corrente concentrada [primeira corrente] que compreende 10% em peso de xilose foram obtidos a partir de uma biomassa pré-tratada com o ácido, tal como a espiga de milho, farinha de milho ou bagaço de cana de açúcar. Esta corrente também compreendia de 1,5% a 2% de ácido sulfúrico em peso e de 0,5% a 1,0% de ácido oxálico em peso utilizado em dita reação pré-tratada. Em seguida, dita primeira corrente foi submetida ao ajuste de pH para um valor de pH de 1,6 utilizando uma solução de NaOH a 50% formando uma segunda corrente. Em seguida, uma mistura de 2.800 g de cetona de isobutila de metila (MIBK) e 700 g de isoforona (80:20) foi adicionada a dita segunda corrente formando uma terceira corrente. Esta terceira corrente, em seguida, foi submetida a uma temperatura de 180° C em um reator de tanque funcionando a 650 RPM durante 1 hora. Após a conclusão do tratamento térmico, a massa de reação foi resfriada até à temperatura ambiente, filtrada para remover as huminas precipitadas e, em seguida, submetida à separação de fases. As huminas foram parcialmente solúveis [HS2] na massa de reação e não aderentes [S0] no equipamento. A fase orgânica foi lavada com o alcalino para neutralizar os ácidos e foi submetida à destilação para recuperar a MIBK que foi reciclada no processo. A fase orgânica remanescente contendo o furfural e a isoforona foi submetida a uma segunda destilação para recuperar o furfural na forma pura. A fração da parte inferior não destilada remanescente após a separação de MIBK e furfural de massa orgânica principalmente contida a isoforona (ISP) com as huminas solúveis em conjunto com a pequena quantidade de furfural de hidroximetila (HMF). Esta mistura de ISP-huminas foi reciclada para o processo sem afetar o desempenho do processo em termos de conversão de xilose e de rendimento de furfural. Para este fim, uma determinada quantidade desta mistura de ISP- huminas é retirada (purgada) de dita fração inferior e a massa restante utilizada no processo em conjunto com a ISP e MIBK recentemente produzidas. Esta operação é continuada até que as huminas solúveis em ISP sejam concentradas em um nível de 60% em peso. Neste momento, toda a mistura de ISP-huminas foi removida e destilada para recuperar o solvente de ISP pura. Este método alcançou 98% de conversão de xilose presente na matéria prima com 80% de rendimento de furfural.

EXEMPLO 8

[093]A Tabela 1 lista as diferentes experiências para a preparação de furfural a partir de xilose sob as diferentes condições de reação e parâmetros incluindo o Exemplo descrito no presente acima. Todos os parâmetros comuns foram mantidos em condições padrão de temperatura a 180° C, tempo de reação a 1 hora, pH de 1,6 e RPM a 650, exceto os parâmetros variáveis em estudo, conforme descrito na Tabela. As eficiências de conversão de xilose e rendimento de furfural fornecidos utilizando os métodos da presente invenção descritos no presente são listados para mostrar a utilidade geral da presente invenção e suas características. Foi observado que as quantidades significativas de huminas foram formadas quando a MIBK ou tolueno foi utilizado como solvente. Também foi descoberto que as huminas formadas em reação estavam aderentes à parte interna dos reatores; e isso conduziu ao problema de processar essa massa de reação para a recuperação de furfural e de dito solvente. Além disso, o processo não pode ser continuamente executado à medida que as câmaras do reator foram sufocadas com as huminas insolúveis e aderentes. Por outro lado, quando a isoforona isolada ou em combinação com outros solventes foi utilizada, a maioria das huminas foi dissolvida na isoforona sem afetar a eficiência do processo. Além disso, dita isoforona com as huminas e outros componentes poderiam ser reciclados, pelo menos, cinco vezes no processo aumentando significativamente a economia da produção de furfural. A solubilidade das huminas na massa de reação após completar a reação à temperatura ambiente foi qualitativamente definida como HS0 = insolúvel, HS1 = fracamente solúvel, HS2 = parcialmente solúvel e HS3 = completamente solúvel. De maneira similar, a aderência das huminas às partes internas do reator à temperatura ambiente foi qualitativamente definida como S0 = não aderente, S1 = nominalmente aderente, S3 = parcialmente aderente e S3 = significativamente aderente.

EXEMPLO 9

[094] Uma corrente concentrada que compreende 20% em peso de xilose foi obtida a partir de uma biomassa pré-tratada com o ácido, tal como a espiga de milho, farinha de milho ou bagaço de cana de açúcar conforme acima. Esta corrente foi submetida ao ajuste de pH para um valor de pH de 1,6 utilizando uma solução de NaOH a 50%. Em seguida, 2.000 g de mistura de cetona de isobutila de metila e isoforona, realizada na proporção de 80:20, foi carregada em um reator de tanque agitado fechado de 10 L com 2.000 g de corrente de xilose a 20%; e submetida a temperatura de 180° C e RPM de 650 durante 1 hora no momento da etapa de início. Após 1 hora, cada corrente de xilose e corrente de solventes misturados foram bombeadas para o reator mantendo de maneira simultânea a temperatura a cerca de 180° C. A taxa de adição para cada xilose e solventes misturados foi de 60 mL/min. A massa de reação foi continuamente descarregada utilizando um regulador de contrapressão a uma velocidade de 120 mL/min. Este processo contínuo foi executado durante 3 horas formando 21 kg de massa reagida. Esta massa quente foi passada através de um trocador de calor para esfriar a temperatura ambiente. Em seguida, a massa foi filtrada para remover as huminas precipitadas e submetida à separação de fases. Este método alcançou 78% de conversão de xilose com 75% de seletividade da produção de furfural.

EXEMPLO 10

[095] Uma corrente concentrada que compreende cerca de 20% em peso de xilose foi obtida a partir de uma biomassa pré-tratada com o ácido, tal como espiga de milho, farinha de milho ou bagaço de cana de açúcar conforme acima. Esta corrente foi submetida ao ajuste de pH para um valor de pH de 1,6 utilizando uma solução de NaOH a 50%. Esta corrente de 20% de xilose e uma mistura de cetona de isobutila de metila e isoforona [realizada na proporção de 80:20] foram separadamente carregadas para alimentar os tanques. Inicialmente, a mistura de solventes com uma taxa de fluxo de 10 mL/min foi passada através de um pré- aquecedor ajustado a cerca de 160° C e, em seguida, introduzida em um reator de coluna de 4 L embalada [fluxo de plugue]. Em seguida, a corrente de xilose a 20% ajustada ao pH acima foi introduzida a uma taxa de fluxo de 10 mL/min mantendo a temperatura do reator de cerca de 180° C. Todo o sistema de reação foi mantido a 18 bar sob pressão de nitrogênio. A massa de reação foi descarregada para um receptor [recipiente de pressão] mantido à temperatura ambiente através de um trocador de calor. A pressão no sistema, incluindo o receptor, foi mantida a 18 bar utilizando um regulador de contrapressão. Este processo contínuo foi executado durante 6 horas formando 7,2 kg de massa reagida. Em seguida, a massa foi filtrada para remover as huminas precipitantes e submetida à separação de fases. Este método alcançou 85% de conversão de xilose com 75% de seletividade da produção de furfural.

[096] Embora a presente invenção fosse especialmente ilustrada e descrita com referência as realizações listadas nos Exemplos, será considerado que diversas das características e funções descritas acima e outras características e funções, ou suas alternativas, podem ser combinadas de maneira desejada em muitos outros sistemas ou aplicações diferentes. Também que diversas alternativas, modificações, variações ou aprimoramentos atualmente inesperados e imprevistos podem ser posteriormente realizados pelos técnicos no assunto que também se destinam a ser abrangidos pelas Reivindicações a seguir. Embora a presente invenção fosse descrita com referência às realizações de preferência específicas, não se destina a ser limitada a estas, em vez disso, aqueles que possuem experiência normal no estado da técnica irão reconhecer que podem ser realizadas variações e modificações dentro delas que estão dentro do espírito da presente invenção e dentro do escopo das Reivindicações.

[097] Estes e outros dados experimentais estão resumidos na Tabela 1. Outras experiências podem ser processadas de acordo com a descrição e ensinamento acima. TABELA 1 PREPARAÇÃO DE FURFURAL EM DIFERENTES CONDIÇÕES A PARTIR DA CORRENTE C5

* ISP = isoforona, MIBK = Cetona de Isobutila de Metila. * Solubilidade de huminas em fase orgânica à temperatura ambiente: HS0 = insolúvel, HS1 = fracamente solúvel, HS2 = parcialmente solúvel e HS3 = completamente solúvel. * * Aderência às partes internas do reator à temperatura ambiente: S0 = não aderente, S1 = nominalmente aderente, S3 = parcialmente aderente e S3 = significativamente aderente.

Claims

1. PROCESSO PARA A CONVERSÃO DA XILOSE EM FURFURAL, caracterizado por compreender: (a) fornecimento de uma primeira corrente compreendendo 10% a 20% em peso de xilose obtida a partir de uma biomassa lignocelulósica pré- tratada com um ácido; (b) ajuste do pH de dita primeira corrente com um óxido ou hidróxido de metal formando uma segunda corrente; (c) mistura de dita segunda corrente com a isoforona ou uma mistura de pelo menos um solvente com ponto de ebulição baixo, que evapora abaixo do ponto de ebulição do furfural, e pelo menos um solvente com ponto de ebulição elevado, que evapora acima do ponto de ebulição do furfural, que forma uma terceira corrente; (d) tratamento de dita terceira corrente em um reator a uma temperatura de 160°C a 220°C e a uma pressão de 10 a 20 bar (de 1 a 2 Mpa) durante um período de tempo de 10 minutos a 120 minutos, de maneira a causar uma reação desejada formando uma quarta corrente; (e) separação de dita quarta corrente em uma corrente orgânica e uma corrente aquosa; (f) ajuste do pH de dita corrente orgânica por uma base; (g) opcionalmente separação, reciclagem e/ou recuperação de pelo menos um solvente com ponto de ebulição baixo; (h) separação do furfural como o produto a partir de uma fração compreendendo ou consistindo em huminas e pelo menos um solvente de ponto de ebulição elevado ou isoforona e (i) reciclagem e/ou recuperação de pelo menos um solvente de ponto de ebulição elevado ou isoforona.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo(a): (i) primeira corrente compreender xilose entre 10% a 20% em peso; (ii) primeira corrente ser obtida a partir de um material lignocelulósico pré-tratado com um ácido, de preferência após a remoção da fração insolúvel; (iii) solvente com ponto de ebulição baixo ser MIBK ou tolueno; (iv) solvente com ponto de ebulição elevado ser a isoforona; (v) temperatura variar de 160° C a 220°C; (vi) período de tempo específico variar de 10 minutos a 120 minutos e/ou pH de dita primeira corrente ser ajustado entre 1 e 2.

3. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo pH de dita corrente orgânica ser ajustado para 7.

4. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo pH de dita primeira corrente ser ajustado utilizando hidróxido de sódio ou óxido de magnésio.

5. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo pH de dita corrente orgânica ser ajustado utilizando hidróxido de sódio, monoetanolamina ou bicarbonato de sódio.

6. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelos ditos solventes separados de dita corrente orgânica serem reciclados.

7. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo solvente de ponto de ebulição elevado solubilizar a maioria das huminas formadas em dito processo.

8. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela eficiência de conversão da xilose ser superior a 90% em peso.

9. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo rendimento de furfural ser de pelo menos 60% em peso de xilose.

10. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo dito reator ser um reator de tanque agitado fechado do tipo em batelada, um reator de tanque de agitação contínuo ou um reator de fluxo em pistão contínuo, de preferência, um reator de tanque de agitação contínuo ou um reator de fluxo em pistão contínuo.