BR112018070111B1

BR112018070111B1 - Sistemas e métodos para aprimorar rendimentos de combustíveis de hidrocarboneto a partir de álcoois

Info

Publication number: BR112018070111B1
Application number: BR112018070111-4A
Authority: BR
Inventors: Charles E. Wyman; John R. Hannon
Original assignee: Vertimass, LLC
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2022-10-04
Also published as: BR112018070111A2; US20190119579A1; WO2017173165A1; US11034891B2; US11352568B2; US20210269723A1

Abstract

Trata-se de sistemas e métodos que permitem controle de temperatura de um leito de catalisador para a conversão de álcoois em hidrocarbonetos de combustível modulando-se o teor de água da corrente de alimentação de álcool fornecido ao leito de catalisador. O calor gerado por reações exotérmicas no leito de catalisador pode ser utilizado para pré-aquecer a corrente de alimentação de álcool. Em algumas modalidades, um leito de catalisador secundário é fornecido para a conversão de hidrocarbonetos leves encontrados no produto de hidrocarboneto inicial em hidrocarbonetos de combustível que são líquidos em temperatura e pressão ambientes.

Description

[001] Este pedido reivindica a prioridade ao Pedido Provisório número de série U.S. 62/315.889, depositado em 31 de março de 2016. Esses e todos os outros materiais intrínsecos em referência são incorporados ao presente documento a título de referência em sua totalidade. Quando uma definição ou uso de um termo em uma referência que é incorporada a título de referência for inconsistente ou contrário à definição desse termo fornecido no presente documento, a definição desse termo fornecido no presente documento deve ser considerada predominante.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] O campo da invenção consiste em processos catalíticos para conversões de álcoois em hidrocarbonetos, particularmente, hidrocarbonetos de alto peso molecular.

ANTECEDENTES

[003] A descrição dos antecedentes inclui informações que podem ser úteis para o entendimento da presente invenção. A mesma não é uma admissão de que quaisquer informações fornecidas no presente documento sejam técnica anterior ou relevantes para a invenção aqui reivindicada ou que qualquer publicação específica ou implicitamente indicada seja técnica anterior.

[004] Etanol recebe atualmente um grande interesse como uma fonte renovável de combustível de transporte alternativo, com mais de 23 bilhões de galões (87 bilhões de litros) de etanol produzido para propósitos de combustível em 2014 em todo o mundo. Etanol é tipicamente derivado por meio de um processo de fermentação (por exemplo, fermentações de etanol de milho) e então concentrado por meio de destilação e tamises moleculares para produzir um produto de grau combustível. Infelizmente, a formação de azeótropos de etanol/água para os quais a composição do líquido e vapor é idêntica complica a recuperação de etanol de alta pureza. Como resultado, a remoção de etanol de caldos de fermentação para produzir etanol de alta pureza adequados para uso como um combustível ou em misturas de combustível exige frequentemente processamento através de etapas de destilação de energia intensiva que incluem a aplicação de processos de energia intensiva que removem especificamente água de misturas azeotrópicas. Essas etapas adicionais causam impacto significativo nos custos de produção de etanol de grau combustível, menores reduções de gás de estufa potenciais, e geram dúvidas quanto à sustentabilidade de etanol como um combustível renovável.

[005] Há várias desvantagens para o uso de etanol como um combustível. Por exemplo, a adaptação de motores de combustão interna é necessária para permitir que os mesmos usem etanol como um combustível puro. Outro fator é que etanol não é verdadeiramente fungível com combustíveis de hidrocarboneto convencionais. Por exemplo, as infraestruturas atuais não suportam o transporte de etanol por meio de gasodutos, mas em vez disso, o uso de caminhões- tanque e trens. Etanol também tem dois terços da densidade de energia de gasolina, o que resulta em até 50% mais de etanol que é necessário para percorrer a mesma distância como gasolina. Devido às diferenças nas propriedades de gasolina e etanol, não é garantido o uso de mesclas de etanol/gasolina que contêm mais do que 10% de etanol na maioria dos veículos atuais, enquanto a infraestrutura existente é limitada ao uso de até 85% de etanol em gasolina (isto é, mescla de combustível E85). A densidade de energia inferior e a natureza higroscópica de etanol evita seu uso em aeronave que parecem maximizar o teor de energia por massa de combustível e minimizar a retenção de água no combustível. Adicionalmente, etanol não é adequado para uso em motores a diesel em veículos de trabalho pesado.

[006] Sistemas e métodos que utilizam reações catalíticas para converter etanol em misturas de hidrocarboneto foram propostos. No entanto, muitos desses processos tendem a favorecer a formação de hidrocarbonetos de baixo peso molecular (isto é, tendo 4 ou menos carbonos). Tais hidrocarbonetos de baixo peso molecular são gases sob condições ambientes e são, como resultado, difíceis de gerenciar e não podem ser usados diretamente como combustível em motores de automóvel convencionais. Em operações comerciais, a produção desses hidrocarbonetos de baixo peso molecular é, portanto, significativamente menos desejável do que o de hidrocarbonetos de alto peso molecular.

[007] Sistemas e métodos que podem fornecer conversão de álcoois voláteis a hidrocarbonetos de grau combustível líquido foram desenvolvidos. Por exemplo, a patente no U.S. 4.058.756 (por Chang e Grover) descreve um processo que se baseia em duas etapas catalíticas distintas e cuidadosamente controladas para converter primeiro álcoois de baixo peso molecular a éteres em uma etapa altamente exotérmica, e então processar os éteres resultantes em produtos de hidrocarboneto adequados para uso como combustíveis líquidos. Todas as publicações identificadas no presente documento estão incorporadas a título de referência com a mesma abrangência como se cada publicação ou pedido de patente individual fosse específica e individualmente indicado como incorporado a título de referência. Quando uma definição ou um uso de um termo em uma referência incorporada é inconsistente ou contrário à definição daquele termo fornecido no presente documento, a definição daquele termo fornecida no presente documento é aplicada e a definição daquele termo na referência não é aplicada. No entanto, o processo geral é complexo e se baseia em conversão parcial do álcool e correntes de alimentação de éter para produzir a mistura de produto de hidrocarboneto desejada. Adicionalmente, as etapas altamente exotérmicas de tal processo pode introduzir problemas de controle de temperatura em ampliação de escala.

[008] Em alguns processos catalíticos para a conversão de álcoois em hidrocarbonetos de combustível, a formação de calor gerado por processos exotérmicos é controlada pela diluição da matéria-prima de álcool. Tal abordagem, no entanto, causa impacto direto no rendimento e/ou capacidade do sistema. Em outras abordagens, a remoção ativa de calor do processo é usada. Por exemplo, a Publicação de Pedido no EP2940103A1 (por Jablonski et al) descreve o uso de uma série de reatores catalíticos com etapas de resfriamento entre para processamento catalítico de etanol para biocombustível. De modo similar, a patente no U.S. 4058576 (por Chang e Grover) descreve o uso de um projeto de reator catalítico complexo que integra um trocador de calor e fluido de troca de calor para controlar a temperatura dentro de um leito catalítico usado para a conversão de álcoois em hidrocarbonetos de combustível. Tais medidas de resfriamento ativas, no entanto, acrescentam à complexidade do projeto de sistema e aos custos operacionais de tais sistemas. Adicionalmente, tais abordagens de resfriamento ativo não são passíveis de ampliação de escala.

[009] Desse modo, permanece uma necessidade de sistemas e métodos que geram preferencialmente hidrocarbonetos de alto peso molecular de etanol e/ou outros álcoois.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[010] A matéria inventiva fornece aparelho, sistemas e métodos que fornece um processo catalítico para conversão de um álcool (para, por exemplo, metanol, etanol, ou um propanol) a um combustível de hidrocarboneto líquido, no qual a água ou um fluido que contêm água é introduzido na corrente de alimentação de álcool de modo a modular a temperatura de um leito de catalisador. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de álcool pode ser pré-aquecida antes da introdução ao leito de catalisador, tanto por transferência de calor do leito de catalisador como através do uso de um aquecedor dedicado. Em algumas modalidades um controlador é utilizado em conjunto com um sensor de temperatura para controlar a adição de água à corrente de alimentação de álcool, com o uso de um dispositivo de controle de fluxo.

[011] Uma modalidade do conceito inventivo é um método para controlar a temperatura em um leito de catalisador fornecendo-se um leito de catalisador configurado para processar álcool a uma mistura de hidrocarboneto de combustível, uma primeira corrente que inclui o álcool, e uma segunda corrente que é direcionada à primeira corrente e que inclui água na primeira corrente para produzir uma terceira corrente misturada que é direcionada a um leito de catalisador. O fluxo da corrente de álcool e/ou da corrente que contém água é modulado para controlar ou modular o teor de água da terceira corrente misturada para manter a temperatura do leito de catalisador dentro de uma faixa de temperatura desejada. Em algumas modalidades, dados de temperatura que caracterizam a temperatura do leito de catalisador são gerados e podem ser transmitidos a um controlador. Tal controlador pode utilizar um algoritmo para determinar a taxa de fluxo da corrente de álcool e/ou a corrente que contém água para manter a temperatura do leito de catalisador dentro da faixa desejada e transmitir uma instrução a um dispositivo de controle de fluxo para modular o fluxo da corrente de álcool e/ou a corrente que contém água. A temperatura média dentro de uma faixa de temperatura desejada é de 200 °C a 600 °C, e a temperatura média é abrangida por uma faixa de temperatura selecionada a partir do grupo que consiste em ±20 °C, ±30 °C, ±40 °C, ±50 °C, ±60 °C, ±70 °C, ±80 °C, ±90 °C, e ±100 °C.

[012] Outra modalidade do conceito inventivo é um método para controlar a temperatura em um leito de catalisador que inclui fornecer um leito de catalisador que é configurado para processar um álcool a uma mistura de hidrocarboneto de combustível, em que o leito de catalisador está em uma primeira temperatura. Uma corrente de álcool é fornecida em uma segunda temperatura que está abaixo da primeira temperatura, e é dividida em diferentes trajetórias de fluxo que são direcionadas ao leito de catalisador. Pelo menos uma trajetória de fluxo é aquecida a uma terceira temperatura com o uso de calor do leito de catalisador (por exemplo, por contato térmico). O fluxo dessa corrente de álcool aquecida é controlado para manter a temperatura do leito de catalisador dentro de uma faixa de temperatura desejada. Em algumas modalidades, a terceira temperatura está dentro da faixa de temperatura desejada. A faixa de temperatura desejada tem tipicamente uma temperatura média de 200 °C a 600 °C, que é abrangida por uma faixa de temperatura ±20 °C, ±30 °C, ±40 °C, ±50 °C, ±60 °C, ±70 °C, ±80 °C, ±90 °C ou ±100 °C. Em algumas modalidades, o método inclui a etapa de gerar dados de temperatura que caracterizam a temperatura do leito de catalisador, que é enviada a um controlador. O controlador utiliza um algoritmo para determinar a taxa de fluxo de uma ou mais das trajetórias de fluxo necessárias para manter a temperatura do leito de catalisador dentro de uma faixa desejada e transmite uma instrução a um dispositivo de controle de fluxo para modular a taxa de fluxo de um ou mais das trajetórias de fluxo.

[013] Outra modalidade do conceito inventivo é um método para modificar a distribuição de produto na conversão de álcool em hidrocarbonetos de combustível. Em tal método, é fornecido um leito de catalisador primário que inclui um catalisador configurado para converter álcool em uma mistura de hidrocarboneto que inclui hidrocarbonetos de combustível e parafinas leves. É também fornecido um leito de catalisador secundário que inclui um segundo catalisador configurado para converter parafinas leves em hidrocarbonetos de combustível. Em tal método, um fluxo de álcool é direcionado ao leito de catalisador primário para produzir a mistura de hidrocarboneto. As parafinas leves são separadas da mistura de hidrocarboneto resultante, e pelo menos uma porção das parafinas leves é direcionada ao leito de catalisador secundário para gerar hidrocarbonetos de combustível adicionais. Em algumas modalidades, o leito de catalisador primário e o leito de catalisador secundário são alojados em um reator catalítico único, em outras modalidades, os mesmos são alojados em reatores catalíticos separados e distintos. Em algumas modalidades, parte do fluxo de parafinas leves é usado como combustível para aquecer o fluxo de álcool ao leito de catalisador primário. O leito de catalisador primário é preferencialmente mantido em uma temperatura média de 200 °C a 600 °C, em que a temperatura média é abrangida por uma faixa de temperatura de ±20 °C, ±30 °C, ±40 °C, ±50 °C, ±60 °C, ±70 °C, ±80 °C, ±90 °C, ou ±100 °C. O leito de catalisador secundário é preferencialmente mantido em uma temperatura mais alta do que o leito de catalisador primário, que excede a temperatura média do leito de catalisador primário em pelo menos 5 °C a 50 °C ou mais. Isso pode ser concluído transferindo-se pelo menos uma porção de calor gerada convertendo-se álcool na mistura de hidrocarboneto ao leito de catalisador secundário, ou colocando-se o leito de catalisador secundário em contato com um produto de hidrocarboneto produzido pelo leito de catalisador primário que está em uma temperatura elevada relativa ao leito de catalisador primário.

[014] Outra modalidade do conceito inventivo é um sistema para controlar a temperatura em um leito de catalisador. Tal sistema inclui um leito de catalisador configurado para processar álcool a uma mistura de hidrocarboneto de combustível, em que o leito de catalisador é dotado de um fluxo de uma corrente de alimentação de álcool e com um fluxo de uma corrente que contém água que é fluidicamente conectada à corrente de alimentação de álcool para produzir uma corrente misturada. A corrente misturada é direcionada ao leito de catalisador. Tal sistema também inclui um sistema de controle configurado para modular o fluxo da corrente de alimentação de álcool e/ou a corrente que contém água para modular o teor de água da corrente misturada, mantendo assim a temperatura do leito de catalisador dentro de uma faixa de temperatura desejada. Tal sistema pode incluir um sensor de temperatura que está em comunicação térmica com o leito de catalisador. O sistema de controle pode incluir um controlador que está em comunicação com o sensor de temperatura e um dispositivo de controle de fluxo, e pode utilizar um algoritmo para determinar a taxa de fluxo do fluxo da corrente de alimentação de álcool ou a corrente que contém água conforme necessário para manter a temperatura do leito de catalisador dentro da faixa desejada. A faixa de temperatura desejada do leito de catalisador é preferencialmente de 200 °C a 600 °C.

[015] Outra modalidade do conceito inventivo é um sistema para controlar a temperatura em um leito de catalisador. Tal sistema inclui um leito de catalisador configurado para processar álcool a uma mistura de hidrocarboneto de combustível, em que o leito de catalisador está em uma primeira temperatura. O sistema também inclui um fluxo de uma corrente de álcool em uma segunda temperatura que está abaixo da primeira temperatura. Esse fluxo é dividido em uma primeira trajetória de fluxo e uma segunda trajetória de fluxo, que são direcionadas ao leito de catalisador. A segunda trajetória de fluxo é aquecida a uma terceira temperatura por contato térmico com o leito de catalisador e é direcionada ao leito de catalisador. O sistema inclui um sistema de controle que modula o fluxo através da segunda trajetória de fluxo para manter a temperatura do leito de catalisador dentro de uma faixa de temperatura desejada. Em algumas modalidades, a terceira temperatura está dentro dessa faixa de temperatura desejada, que tem uma temperatura média de 200 °C a 600 °C (em que a temperatura média é abrangida por uma faixa de temperatura de ±20 °C, ±30 °C, ±40 °C, ±50 °C, ±60 °C, ±70 °C, ±80 °C, ±90 °C ou ±100 °C). Tal sistema pode incluir um sensor de temperatura que está em comunicação térmica com o leito de catalisador, e pode incluir um controlador que está em comunicação com o sensor de temperatura e um dispositivo de controle de fluxo. O controlador utiliza um algoritmo para determinar uma taxa de fluxo do primeiro fluxo e/ou o segundo fluxo conforme necessário para manter a temperatura do leito de catalisador dentro da faixa desejada.

[016] Outra modalidade do conceito inventivo é um sistema para modificar a distribuição de produto na conversão de álcool em hidrocarbonetos de combustível. Tal sistema inclui um leito de catalisador primário, que inclui um primeiro catalisador configurado para converter álcool em uma mistura de hidrocarboneto. Essa mistura de hidrocarboneto inclui hidrocarbonetos de combustível e parafinas leves. O sistema também inclui um leito de catalisador secundário que inclui um segundo catalisador configurado para converter parafinas leves em hidrocarbonetos de combustível. O leito de catalisador secundário está em comunicação fluida com o leito de catalisador primário. Em tal sistema, o leito de catalisador primário e o leito de catalisador secundário podem ser alojados em um reator catalítico único, ou em reatores catalíticos separados e distintos. Em algumas modalidades uma porção das parafinas leves é utilizada como combustível para aquecer um fluxo de álcool que é direcionada ao leito de catalisador primário. Em tais sistemas, o leito de catalisador primário é preferencialmente mantido em uma temperatura média dentro de uma faixa de temperatura desejada de 200 °C a 600 °C, em que a temperatura média é abrangida por uma faixa de temperatura de ±20 °C, ±30 °C, ±40 °C, ±50 °C, ±60 °C, ±70 °C, ±80 °C, ±90 °C, ou ±100 °C. O leito de catalisador secundário é preferencialmente mantido em uma temperatura elevada que excede a temperatura média do leito de catalisador primário em pelo menos 5 °C. Pelo menos uma porção de calor gerada por reação exotérmica do leito de catalisador primário pode ser transferida para o leito de catalisador secundário, por exemplo, por um fluxo de pelo menos parcial de um produto de hidrocarboneto inicial que tem uma temperatura mais alta do que o leito de catalisador primário do leito de catalisador primário a pelo menos uma porção do leito de catalisador secundário.

[017] 33. O sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicação 31, em que o leito de catalisador primário é configurado para produzir um produto de hidrocarboneto inicial em uma segunda temperatura elevada, em que a segunda temperatura elevada é maior do que a temperatura média, e que compreende adicionalmente um dispositivo de transferência de fluido configurado para direcionar pelo menos uma porção do produto de hidrocarboneto inicial em contato com pelo menos uma porção do leito de catalisador secundário.

[018] Diversos objetos, recursos, aspectos e vantagens da matéria da invenção se tornarão mais evidentes a partir da descrição detalhada a seguir das modalidades preferenciais, em conjunto com as figuras anexas em que numerais semelhantes representam componentes semelhantes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[019] A Figura 1 retrata esquematicamente um sistema do conceito inventivo, no qual a água ou um fluido que contêm água é adicionado a uma corrente de alimentação de água de um processo catalítico para conversão de álcool para hidrocarbonetos de combustível líquido de modo a modular a temperatura de um leito de catalisador.

[020] As Figuras 2A e 2B retratam esquematicamente sistemas do conceito inventivo nos quais a temperatura da corrente de alimentação de água é modulada antes de ser introduzida em um leito de catalisador em um processo catalítico para conversão de álcool em hidrocarbonetos de combustível líquido. Na Figura 2A, é fornecido um aquecedor dedicado que está em contato térmico com a corrente de alimentação de água. Na Figura 2B uma porção da corrente de alimentação é colocada em contato térmico com o leito de catalisador, resfriando assim o leito de catalisador e aquecendo a corrente de alimentação de água.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[021] A descrição a seguir inclui informações que podem ser úteis no entendimento da presente invenção. A mesma não é uma admissão de que quaisquer informações fornecidas no presente documento sejam técnica anterior ou relevantes para a invenção aqui reivindicada ou que qualquer publicação específica ou implicitamente indicada seja técnica anterior.

[022] A matéria inventiva fornece aparelho, sistemas e métodos nos quais álcoois são preferencialmente convertidos em hidrocarbonetos de alto peso molecular (isto é, C5 ou maior) (isto é, aqueles que são líquidos em condições ambientes) com o uso de catalisadores de zeólito com metais diferentes de alumínio substituído em uma estrutura catalisadora ZSM-5. Tais reações são brandamente exotérmicas, o que pode resultar em temperaturas de catalisador que estão fora da faixa ideal para a formação de espécies de hidrocarboneto de combustível durante a operação, com teor de parafina leve aumentando conforme as temperaturas aumentam. Esse problema é exacerbado por ampliação de escala do processo.

[023] De modo surpreendente, os inventores constataram que a temperatura de catalisador pode ser controlada controlando-se o teor de água do álcool suprido ao reator catalítico. Por exemplo, o teor de água do álcool suprido ao reator catalítico pode ser aumentado de modo a manter ou reduzir a temperatura do leito de catalisador. Os inventores também constataram que parafinas leves residuais de tais processos podem ser convertidas em espécies de hidrocarboneto de combustível desejáveis que usam um leito de catalisador secundário que contêm um catalisador de zeólito de gálio. Tal leito de catalisador secundário pode ser fornecido dentro de um reator primário que também contêm um leito de catalisador primário utilizado para conversão de álcool, ou podem ser contidos em um reator secundário. Em algumas modalidades, o leito de catalisador secundário é operados em uma temperatura diferente (por exemplo, elevada) daquela do leito de catalisador primário.

[024] Deve-se verificar que as técnicas reveladas fornecem muitos efeitos técnicos vantajosos incluindo a produção preferencial de hidrocarbonetos de alto peso molecular a partir de etanol e outras fontes de álcool renováveis, fornecendo assim uma fonte de combustível automotivo de carbono neutro prontamente transportável por um processo prontamente escalonável.

[025] A discussão a seguir fornece diversas modalidades exemplificativas da matéria da invenção. Embora cada modalidade represente uma única combinação de elementos da invenção, a matéria da invenção é considerada como incluindo todas as combinações possíveis dos elementos revelados. Dessa forma, se uma modalidade compreender elementos A, B e C e uma segunda modalidade compreender elementos B e D, então, a matéria da invenção também é considerada como incluindo outras combinações restantes de A, B, C ou D, mesmo se não explicitamente revelado.

[026] Em algumas modalidades, os números que expressam quantidades de ingredientes, propriedades tais como concentração, condições de reação, e assim por diante, usados para descrever e reivindicar determinadas modalidades da invenção devem ser entendidas como sendo modificadas em alguns casos pelo termo “cerca de”. Consequentemente, em algumas modalidades, os parâmetros numéricos apresentados na descrição escrita e reivindicações anexas são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas almejadas para ser obtidas por uma modalidade particular. Em algumas modalidades, os parâmetros numéricos devem ser considerados em luz do número de dígitos significativos relatados e aplicando-se técnicas comuns de arredondamento. Não obstante que as faixas numéricas e parâmetros que apresentam o escopo amplo de algumas modalidades da invenção são aproximações, as faixas numéricas apresentadas nos exemplos específicos são relatadas o mais precisamente quanto for praticável. Os valores numéricos apresentados em algumas modalidades da invenção podem conter determinados erros resultantes necessariamente do desvio padrão encontrado em suas respectivas medições de teste.

[027] A referência às faixas de valores no presente documento é meramente destinada a servir como um método prático de se fazer referência individualmente a cada valor separado que está dentro da faixa. A menos que indicado de outro modo no presente documento, cada valor individual é incorporado ao relatório descritivo se o mesmo for individualmente indicado no presente documento. Todos os métodos descritos no presente documento podem ser realizados em qualquer ordem adequada a não ser que seja indicado de outro modo no presente documento ou claramente dito o oposto através do contexto. O uso de qualquer um e de todos os exemplos, ou linguagem exemplificativa (por exemplo, “tal como”) fornecidos em relação a certas modalidades no presente documento se destina meramente a iluminar melhor a invenção e não coloca uma limitação no escopo da invenção reivindicada de outro modo. Nenhuma linguagem no relatório descritivo deve ser interpretada como indicação de que qualquer elemento não reivindicado essencial para a prática daquela invenção.

[028] Conforme usado no presente documento e a menos que o contexto indique outro modo, o termo “acoplado a” é destinado a incluir tanto acoplamento direto (em que dois elementos que são acoplados um ao outro estão em contato um com o outro) e acoplamento indireto (em que pelo menos um elemento adicional está localizado entre os dois elementos). Portanto, os termos “acoplado a” e “acoplado com” são usados de modo sinônimo.

[029] A discussão a seguir fornece diversas modalidades exemplificativas da matéria da invenção. Embora cada modalidade represente uma única combinação de elementos da invenção, a matéria da invenção é considerada como incluindo todas as combinações possíveis dos elementos revelados. Dessa forma, se uma modalidade compreender elementos A, B e C e uma segunda modalidade compreender elementos B e D, então, a matéria da invenção também é considerada como incluindo outras combinações restantes de A, B, C ou D, mesmo se não explicitamente revelado.

[030] Catalisadores de zeólito são amplamente usados em uma variedade de reações sintéticas orgânicas em escala industrial. Nomeadamente, conforme mostrado em Costa et al (Ind. Eng. Chem/ Process Des. Dev. 24:239 a 244 (1985)), o catalisador de zeólito ZSM-5 foi usado para converter etanol em uma mistura de hidrocarbonetos de baixo e alto peso molecular. Todas as publicações no presente documento são incorporadas a título de referência no mesmo nível como se cada publicação ou pedido de patente individual fosse específica e individualmente incorporado a título de referência. Quando uma definição ou uso de um termo em uma referência incorporada é inconsistente ou contrário à definição daquele termo fornecido no presente documento, a definição daquele termo fornecida no presente documento é aplicada e a definição daquele termo na referência não é aplicada. Costa et al também constatou que a distribuição de produtos de reação poderia ser mudada alterando-se a pressão ou a temperatura da reação catalítica. Esse processo não é comercialmente viável; no entanto, visto que o etanol teve de ser fornecido a 96% ou mais de pureza de modo a evitar perda rápida e irreversível de atividade no catalisador ZSM- 5.

[031] Em modalidades do conceito atual, os catalisadores de zeólito que contêm metais ativos diferentes de alumínio são utilizados na conversão de álcool (tal como metanol, etanol, propanol, e/ou butanol) em misturas de produto de hidrocarboneto com uma alta proporção de hidrocarbonetos de alto peso molecular. Os álcoois utilizados como matérias-primas são preferencialmente obtidas a partir de fontes biológicas, por exemplo, como resultado de fermentação. Tais álcoois podem ser fornecidos em concentrações de pelo menos 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, ou mais do que 95% em peso. A porção restante da matéria-prima pode incluir água. Álcoois podem ser supridos ao catalisador como um líquido, um vapor, ou uma mistura de vapor e líquido. Em algumas modalidades, a matéria-prima de álcool é pré-aquecida à temperatura operacional do catalisador antes da aplicação. Em outras modalidades, a matéria-prima de álcool pode ser pré-aquecida a uma temperatura intermediária entre aquela do catalisador e a temperatura ambiente antes da introdução ao catalisador. O material bruto de álcool pode ser suprido ao catalisador de uma fonte única, ou pode ser suprida de múltiplas fontes a um único leito de catalisador ou dispositivo.

[032] Catalisadores utilizados em processos do conceito inventivo podem ser catalisadores de zeólito. O material de zeólito é completa ou substancialmente microporoso. Sendo completa ou substancialmente microporoso, o volume de poro devido aos microporos (isto é, poros que têm um diâmetro médio de 2 nm ou menos) pode ser, por exemplo, 100%, ou pelo menos 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, ou 99.5%, com o volume restante de poro sendo devido aos mesoporos (isto é, poros que têm um diâmetro médio entre cerca de 2 nm e cerca de 50 nm) ou, em algumas modalidades, macroporos (isto é, poros que têm um diâmetro médio maior do que cerca de 50 nm). Em outras modalidades, o material de zeólito é completa ou substancialmente mesoporoso. Sendo completa ou substancialmente mesoporoso, o volume de poro devido aos mesoporos pode ser, por exemplo, 100%, ou pelo menos 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, ou 99.5%, com o volume restante de poro sendo devido aos microporos ou, em algumas modalidades, macroporos. Em ainda outras modalidades, o material de zeólito contém uma abundância tanto de microporos quanto de mesoporos. Contendo uma abundância tanto de microporos quanto de mesoporos, o volume de poro devido aos mesoporos pode ser, por exemplo, até, pelo menos, ou precisamente 50%, 60%, 70%, 80%, ou 90%, com o volume de poro balance sendo devido aos mesoporos, ou vice-versa.

[033] Várias formas de zeólito são comumente conhecidas por respectivas abreviações tais como, por exemplo, ABW, ACO, AEI, AEN, AFG, AFN, AFT, AFX, APC, APD ATN, ATT, ATV, AWO, AWW, BCT, BIK, BOF, BRE, CAS, CDO, CHA DFT, DOH, EAB, EPI, ERI, ESV, FAR, FRA, GIS, GIU, IHW, ITE ITW, JBW, JRY, KFI, LAU, LEV, LIO, LOS, LTA, LTN, MAR, MON MTF, MWW, NAT, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTE, RTH, RWR, SAS SAT, SAY, SBN, SIV, SOD, STI, STT, THO, TOL, UEI, UFI, ou ZON. Alguns exemplos particulares de zeólitos incluem a classe de cabazita de zeólitos (por exemplo, SSZ-13, SSZ-62, Phi, SAP0-34, LZ-218, e Linde D). Em algumas modalidades, o zeólito é um zeólito do tipo MFI, zeólito do tipo MEL, zeólito do tipo MTW, zeólito do tipo MCM, zeólito do tipo BEA, caulim, ou um tipo faujasita de zeólito.

[034] Zeólitos preferenciais incluem a classe ZSM de zeólitos (por exemplo, ZSM-5, ZSM-8, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-15, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-38, ZSM-48), zeólito X, zeólitoY, zeólito beta, e classe MCM de zeólitos (por exemplo, MCM22 25 e MCM-49). Em outras modalidades do conceito inventivo, o zeólito é SSZ-13, que pertence à família ABC-6 de zeólitos, dos quais todos são também considerados no presente documento. Zeólitos SSZ-13 típicos são representados pela fórmula RNaNabAl2 .4Si33.6O72.wH2O, em que (1,4<a<27), (0,7<b<4.3), e (1 <w<7), e em que RN é N,N,N-1- trimetiladamantamônio.

[035] O zeólito pode ter qualquer razão adequada de sílica para alumina (isto é, SiO2/Al2O3 ou “Si/Al”). Por exemplo, Em várias modalidades, o zeólito pode ter uma razão de Si/ Al de precisamente, pelo menos, menos do que, ou até 1, 2, 3,4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 120, 150, ou 200, ou uma razão de Si/Al dentro de uma faixa ligada por quaisquer dois dos valores precedentes. Em modalidades particulares, o zeólito tem uma razão de Si/Al de 1 a 45.

[036] Em modalidades do conceito inventivo, o zeólito inclui uma quantidade de espécies catiônicas ou metálicas diferente de alumínio. Conforme conhecido na técnica, a quantidade de espécies catiônicas é geralmente proporcional à quantidade de alumínio no zeólito. Isso se deve ao fato de que a substituição de átomos de silício com átomos de alumínio de valência inferior necessita a presença de contracátions para estabelecer um equilíbrio de carga. Alguns exemplos de espécies catiônicas incluem íons de metal álcali, íons de metal de terra alcalina, e íons de metal de grupo principal. Alguns exemplos de íons de metal álcali que podem ser incluído no zeólito incluem lítio (Li+), sódio (Na+), potássio (K+), rubídio (Rb+), e/ou césio (Cs+). Alguns exemplos de íons de metal de terra alcalina que podem ser incluídos no zeólito incluem (Be2+), magnésio (Mg2+), cálcio (Ca2+), estrôncio (Sr2+), e/ou bário (Ba2+). Alguns exemplos de íons de metal de grupo principal que podem ser incluídos no zeólito incluem boro (B3+), gálio (Ga3+), índio (In3+), e/ou arsênico (As3+). Cátions polivalentes, por exemplo, Cu1+ e/ou Cu2+ também pode ser incluído. Em algumas modalidades, uma combinação de espécies catiônicas é incluída. As espécies catiônicas podem estar em uma quantidade vestigial (por exemplo, não mais do que 0,01% ou 0,001%) ou, alternativamente, em uma quantidade significativa (por exemplo, acima de 0,01%, e até, por exemplo, 0,1%, 0,5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, ou mais do que 5% em peso do zeólito).

[037] Adicionalmente aos íons de cobre, o catalisador de zeólito da presente invenção também pode incluir pelo menos um íon de metal trivalente. Conforme usado no presente documento, o termo “íon de metal trivalente” é definido como um íon de metal trivalente diferente de alumínio (Al+3). Sem desejar se limitar à teoria, acredita- se que o metal trivalente é incorporado ao material de zeólito substituindo-se uma quantidade de íons de alumínio no mesmo. Isso fornece um catalisador de zeólito que é tanto química quanto estruturalmente distinto de catalisadores de zeólito convencionais em que essa substituição estrutural não ocorre. Adicionalmente, acredita-se que o íon de metal trivalente incorporado seja ligado no zeólito a um número apropriado de átomos de oxigênio, isto é, como uma unidade de óxido de metal em grande proximidade (por exemplo, dentro de contato eletrônico ou comunicação) a cátions de metal que formam complexos de carga com o catalisador de zeólito (conforme descrito acima). Acredita-se que a grande proximidade entre os íons trivalentes de metal e íons ionicamente ligados causam um efeito combinado diferente do que o efeito cumulativo desses íons quando os mesmos não estão em tal grande proximidade.

[038] Em algumas modalidades, somente um tipo de íon de metal trivalente além do alumínio é incorporado ao zeólito. Em outras modalidades, pelo menos dois tipos de íons trivalentes de metal além do alumínio são incorporados ao zeólito. Em ainda outras modalidades, pelo menos três tipos de íons trivalentes de metal além do alumínio são incorporados ao zeólito. Em ainda outras modalidades, precisamente dois ou precisamente três tipos de íons trivalentes de metal além do alumínio são incorporados ao zeólito.

[039] Cada um dos íons trivalentes de metal pode ser incluído em qualquer quantidade adequada, tais como, precisamente, pelo menos, menos do que, ou até, por exemplo, 0,01%, 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 1,0%, 1,1%, 1,2%, 1,3%, 1,4%, 1,5%, 1,6%, 1,7%, 1,8%, 1,9%, 2,0%, 2,1%, 2,2%, 2,3%, 2.4%, ou 2,5%, ou uma quantidade dentro de uma faixa ligada por quaisquer dois dentre os valores precedentes. Em modalidades particulares, cada um dos íons trivalentes de metal pode ser incluído em uma quantidade de, precisamente, pelo menos, menos do que, ou até 2,5%. Em modalidades em que mais do que um tipo de íon de metal trivalente é incluído, o carregamento de cada metal pode ser independentemente selecionado dentre qualquer uma das quantidades acima ou faixas dos mesmos. Em outras modalidades, a quantidade total de íons trivalentes de metal diferente de alumínio se conforma a qualquer dos valores fornecidos acima.

[040] Em algumas modalidades, pelo menos um íon de metal trivalente é selecionado dentre íons de metal de transição trivalente. O um ou mais metais de transição pode ser selecionado dentre qualquer ou uma porção seleta dos seguintes tipos de metais de transição: elementos dos Grupos IIIB (grupo Sc), IVB (grupo Ti), VB (grupo V), VIB (grupo Cr), VIIB (grupo Mn), VIIIB (grupos Fe e Co) da Tabela Periódica dos Elementos. Alguns exemplos de íons de metal de transição trivalente incluem Sc+3, Y+3, V+3, Nb+3, Cr+3, Fe+3, e Co+3. Em outras modalidades, o íon de metal trivalente exclui todos os íons de metal de transição, ou alternativamente, exclui qualquer um, dois, ou mais classes ou exemplos específicos de íons de metal de transição fornecidos acima. Em modalidades particulares, os íons de metal de transição trivalente incluem Sc+3, ou Fe+3, ou uma combinação dos mesmos.

[041] Em outras modalidades, pelo menos uma porção seleta de metal trivalente de elementos do Grupo IIIA (grupo B) e/ou Grupo VA (grupo N) da Tabela Periódica, diferente de alumínio. Alguns exemplos de íons de metal de grupo principal trivalentes incluem Ga+3, In+3, As+3, Sb+3, e Bi+3. Em outras modalidades, o íon de metal trivalente exclui todos os íons de metal de grupo principal diferente de alumínio, ou alternativamente, exclui qualquer uma, duas, ou mais classes ou exemplos específicos de íons de metal de grupo principal fornecidos acima. Em modalidades particulares, os íons de metal de grupo principal trivalentes incluem pelo menos In+3.

[042] Em outras modalidades, pelo menos um íon de metal trivalente é selecionado dentre íons de metal lantanídeo trivalentes. Alguns exemplos de íons de metal lantanídeo trivalentes considerados no presente documento incluem La+3, Ce+3, Pr+3, Nd+3, Sm+3, Eu+3, Gd+3, Tb+3, Dy+3, Ho+3, Er+3, Tm+3, Yb+3, e Lu+3. Em modalidades particulares, o íon de metal lantanídeo trivalente é selecionado dentre um ou uma combinação de La+3, Ce+3, Pr+3, e Nd+3. Em modalidades particulares adicionais, o íon de metal lantanídeo trivalente é ou inclui La+3.

[043] Em outras modalidades, pelo menos dois íons trivalentes de metal são selecionados dentre íons de metal de transição trivalente. Algumas combinações de íons de metal de transição trivalente considerados no presente documento incluem Sc+3 em combinação com um ou mais outros íons de metal de transição trivalente, ou Fe+3 em combinação com um ou mais outros íons de metal de transição trivalente, ou Y+3 em combinação com um ou mais outros íons de metal de transição trivalente.

[044] Em outras modalidades, pelo menos dois íons trivalentes de metal são selecionados dentre íons de metal de grupo principal trivalentes. Algumas combinações de íons de metal de grupo principal trivalentes considerados no presente documento incluem In+3 em combinação com um ou mais outros íons de metal de grupo principal trivalentes, ou Ga+3 em combinação com um ou mais outros íons de metal de grupo principal trivalentes, ou As+3 em combinação com um ou mais outros íons de metal de grupo principal trivalentes.

[045] Em outras modalidades, pelo menos dois íons trivalentes de metal são selecionados dentre íons de metal lantanídeo trivalentes. Algumas combinações de íons de metal lantanídeo trivalentes considerados no presente documento incluem La+3 em combinação com um ou mais outros íons de metal lantanídeo trivalentes, ou Ce+3 em combinação com um ou mais outros íons de metal lantanídeo trivalentes, ou Pr+3 em combinação com um ou mais outros íons de metal lantanídeo trivalentes, ou Nd+3 em combinação com um ou mais outros íons de metal lantanídeo trivalentes.

[046] Em outras modalidades, pelo menos um íon de metal trivalente é um íon de metal de transição trivalente e pelo menos um íon de metal trivalente é um íon de metal lantanídeo trivalente. Por exemplo, em modalidades particulares, pelo menos um íon de metal trivalente é selecionado dentre Sc+3, Fe+3, e/orY+3, e outro íon de metal trivalente é selecionado dentre La+3, Ce+3, Pr+3, e/ou Nd+3.

[047] Em outras modalidades, pelo menos um íon de metal trivalente é um íon de metal de transição trivalente e pelo menos um íon de metal trivalente é um íon de metal de grupo principal trivalente. Por exemplo, em modalidades particulares, pelo menos um íon de metal trivalente é selecionado dentre Sc+3, Fe+3, e/ou Y+3, e outro íon de metal trivalente é selecionado dentre In+3, Ga+3, e/ou In+3.

[048] Em outras modalidades, pelo menos um íon de metal trivalente é um íon de metal de grupo principal trivalente e pelo menos um íon de metal trivalente é um íon de metal lantanídeo trivalente. Por exemplo, em modalidades particulares, pelo menos um íon de metal trivalente é selecionado dentre Sc+3, Fe+3, e/ou Y+3, e outro íon de metal trivalente é selecionado dentre La+3, Ce+3, Pr+3, e/ou Nd+3.

[049] Em outras modalidades, pelo menos três íons trivalentes de metal são incluídos no zeólito. Os pelo menos três íons trivalentes de metal podem ser selecionado dentre íons de metal de transição trivalente, íons de metal de grupo principal trivalentes e/ou íons de metal lantanídeo trivalentes.

[050] Em modalidades particulares, um, dois, três, ou mais íons trivalentes de metal são selecionados dentre Sc+3, Fe+3, Y+3, La+3, Ce+3, Pr+3, Nd+3, In+3, e/ou Ga+3. Em mais modalidades particulares, um, dois, três, ou mais íons trivalentes de metal são selecionados dentre Sc+3, Fe+3, La+3, e/ou In+3.

[051] O catalisador de zeólito descrito acima é tipicamente não revestido com um filme ou camada que contêm metal. No entanto, em algumas modalidades do conceito inventivo o catalisador de zeólito descrito acima pode ser revestido com um filme ou camada que contêm metal visto que o filme ou camada não impede substancialmente o catalisador de funcionar de modo eficaz como um catalisador de desidratação de álcool conforme destinado no presente documento. Sendo revestido, o filme ou camada reside na superfície do zeólito. Em algumas modalidades, a superfície do zeólito se refere somente à superfície externa (isto é, conforme definido pela área de contorno externo do catalisador de zeólito), enquanto em outras modalidades, a superfície do zeólito se refere ou inclui superfícies internas do zeólito, tais como as superfícies dentro de poros ou canais do zeólito. O filme ou camada que contêm metal pode servir, por exemplo, para ajustar as características físicas do catalisador, a eficiência catalítica, ou a seletividade catalítica. Alguns exemplos de superfícies que contêm metal incluem os óxidos e/ou sulfetos dos metais álcali, metais de terra alcalina, transição divalente ou metais de grupo principal (por exemplo, Zn+2, Fe+2, Co+2, Ni+2, Pd+2, Pt+2, Sn+2, ou Pb+2), metais de transição tetravalentes (por exemplo, Ti+4, Zr+4, Rh+4, Ir+4, Mn+4, Ge+4, Sn+4, e Te+4), metais de transição pentavalentes ou grupo principal (por exemplo, Nb+5, Ta+5, e Sb+5), e metais de transição hexavalentes (por exemplo, Cr+6, Mo+6, e W+6). Em outras modalidades, um ou mais classes ou tipos específicos de qualquer um dos íons de metal adicionais acima são excluídos do catalisador de zeólito.

[052] Os inventores constataram que os catalisadores descrita acima têm utilidade particular na conversão de álcoois em hidrocarbonetos (tais como parafinas e olefinas). Álcoois adequados incluem metanol, etanol, propanol, butanol e pentanol. Em modalidades preferenciais, tais álcoois são um resultado de processos realizados com o uso de fontes renováveis. Exemplos de fontes renováveis adequadas incluem grãos (tais como milho, arroz e trigo), biomassa (tais como produtos de refugo de processamento de grãos e/ou madeira), refugo celulósico, e /ou resíduo municipal. Em outras modalidades, álcoois podem ser derivados de fontes de hidrocarbonetos fósseis abundantes (por exemplo, gás natural). Álcoois podem ser derivados de uma fonte única (por exemplo, fermentação de milho), ou podem ser derivados de múltiplas fontes

[053] Álcoois podem ser fornecidos como uma matéria-prima na forma de uma mistura com outros compostos, tais como água. Em tais misturas, os álcoois podem representar 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%,95%, ou mais do teor em volume. Embora a água não tenha um impacto na atividade do catalisador, por razões econômicas, pode ser desejável utilizar matéria-prima que têm um teor de álcool de pelo menos 50%. As depositantes constataram de modo surpreende que o teor de água de uma corrente de alimentação de água pode ser utilizada e/ou manipulada para controlar a temperatura dentro de um leito de catalisador usado para produção de hidrocarboneto combustível. Deve-se verificar que tal manipulação do teor de água fornece uma solução prontamente escalonável ao problema de controle de temperatura de tais processos exotérmicos, e faz isso sem aumentar significativamente a complexidade de sistema ou custos operacionais.

[054] A matéria-prima que contém álcool pode ser fornecida ao catalisador como um gás (por exemplo, um vapor), um líquido ou como uma mistura gasosa/líquida. Em algumas modalidades, a matéria-prima é aquecida antes da introdução ao catalisador. Em tais modalidades, a matéria- prima pode ser aquecida à temperatura operacional do catalisador antes da introdução. Em outras modalidades do conceito inventivo, a matéria-prima é aquecida a uma temperatura que é intermediária entre a temperatura ambiente e a temperatura operacional do catalisador antes da introdução.

[055] A desidratação de álcoois pelo catalisador e reações subsequentes produzem tipicamente uma mistura de produtos de parafina e olefina por uma faixa de pesos moleculares. Hidrocarbonetos de baixo peso molecular (isto é, hidrocarbonetos C2-C4) são tipicamente gases em ambientes, enquanto hidrocarbonetos de alto peso molecular (isto é, C5 ou maior) podem ser líquidos em condições ambientes ou aproximadamente ambientes. Na produção de hidrocarbonetos a partir de etanol que são destinados para uso como combustíveis (por exemplo, como substituições por gasolina, diesel, e combustível de aviação), é desejável aumentar o rendimento de espécies de hidrocarboneto de alto peso molecular que são líquidos em ambientes.

[056] Os inventores constataram que a conversão ideal de etanol nas espécies de hidrocarboneto de combustível desejáveis com o uso de um catalisador particular ocorre por uma faixa de temperatura restrita, que varia dependendo da composição do catalisador usado. Tais faixas de temperatura são tipicamente centralizadas em cerca de temperaturas que variam de 200 °C a 600 °C, e podem ter faixas operacionais ideais de ±20 °C, ±30 °C, ±40 °C, ±50 °C, ±60 °C, ±70 °C, ±80 °C, ±90 °C, ±100 °C ou mais. Por exemplo, uma faixa de temperatura adequada para tal processo pode ser 350 °C a 420 °C. Uma temperatura de leito de catalisador que excede essa faixa de temperatura restrita pode resultar em uma distribuição indesejável de produtos de hidrocarboneto, resultando tipicamente em produção excessiva de parafinas leves que são muito voláteis para uso como combustíveis comerciais líquidos.

[057] A reação geral em conversão de etanol às espécies de hidrocarboneto de combustível, no entanto, é exotérmica. A quantidade de calor produzida é pelo menos parcialmente dependente da natureza do catalisador usado e/ou a distribuição de hidrocarbonetos produzidos, e tipicamente varia de cerca de 0,01 MJ/kg de etanol para 20 MJ/kg de etanol. Por exemplo, uma quantidade típica de energia térmica produzida durante conversão de etanol em hidrocarbonetos de combustível pode ser cerca de 0,9 MJ/kg de etanol. A natureza exotérmica da reação faz com que o leito de catalisador gere calor durante a reação e resultando em um aumento indesejável de temperatura. Esse efeito pode ser exacerbado diminuindo-se as razões de área de superfície para volume em ampliação de escala do processo, o que reduz a perda de calor passiva.

[058] Uma abordagem de mitigar esse efeito é diluir o etanol de fase gasosa que entra no reator catalítico com um gás carreador tal como hélio e/ou nitrogênio. Tal abordagem, no entanto, necessariamente acarreta o uso de gases carreadores caros relativos, e causa impacto direto no rendimento.

[059] Conforme observado acima, os inventores constataram que a temperatura do leito de catalisador em tais reações pode ser reduzido aumentando-se o teor de água da corrente de alimentação de água. Isso pode ser concluído pela adição de pequenos volumes de água ou fluido que contêm água que produzem diluição significativa (por exemplo, mais do que 1%, 3%, 5%, 8%, 10%, 15%, 20%, ou mais do que 20% em volume) da corrente de alimentação de água. Em uma modalidade do conceito inventivo, um suprimento de água, solução aquosa que contém pelo menos 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, ou mais do que 90% água em volume, vapor d'água, e/ou um gás que contém pelo menos 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, ou mais do que 90% de vapor d'água em volume é fluidicamente conectado (por exemplo, com o uso de uma conexão em T) a um suprimento de matéria-prima de álcool, em que a conexão fluídica é a montante de um reator catalítico utilizado para conversão em hidrocarbonetos de combustível. Em uma modalidade preferencial, o teor de álcool (por exemplo, etanol) da corrente de alimentação é entre cerca de 10% e cerca de 12% em volume após o ponto de conexão fluídica com a água ou fonte de fluido que contêm água. Tal conexão pode incluir um dispositivo de controle de fluxo (por exemplo, uma bomba de dosagem e/ou válvula controlável) posicionada para controlar o fluxo de água ou fluido que contêm água ao matéria-prima de álcool antes da exposição ao leito de catalisador.

[060] Em algumas modalidades, o reator catalítico inclui um ou mais sensores de temperatura que fornece dados relacionados à temperatura do reator catalítico e/ou leito de catalisador. Tal sensor de temperatura pode reunir dados de temperatura do leito de catalisador (por exemplo, com o uso de um sensor de temperatura embutido e/ou câmera de infravermelho posicionada adequadamente) ou pode reunir dados de temperatura de uma corrente de produto. Tais dados podem ser transmitidos a um controlador, que é conectado ao dispositivo de controle de fluxo e em controle do mesmos. Em tal modalidade, um algoritmo pode ser empregado pelo controlador para manter a temperatura do leito de catalisador dentro de uma faixa de temperatura desejada (conforme descrito acima), aumentando o fluxo de vapor d'água à matéria-prima de álcool (aumentando assim seu teor de água) para aumentar a temperatura e diminuir o fluxo de vapor d'água à matéria- prima de álcool (diminuindo assim seu teor de água) para aumentar a temperatura. Tal algoritmo, por exemplo, pode incorporar constantes derivadas de estudos de temperatura/teor de água com o uso de composições catalisadoras similar ou idênticas em uma fórmula para gerar um teor de água desejado, e para gerar instruções ao fluxo controlador. Alternativamente, tal algoritmo pode incorporar um ciclo de retorno que ajusta o fluxo de água ou fluido que contêm água em resposta ao desvio de um valor de temperatura ideal armazenado ou faixa de valores (por exemplo, aumentando o fluxo quando a temperatura excede um ponto de ajuste, diminuindo o fluxo quando a temperatura decai abaixo de um ponto de ajuste). Em outras modalidades tais dados podem ser exibidos ou de outro modo fornecidos a um operador que pode realizar ajustes manuais ao dispositivo de controle de fluxo. Alternativamente, o fluxo de um vapor d'água corrente ou corrente de gás que contém vapor d'água na corrente de matéria-prima de álcool pode ser mantida constante enquanto o teor de água do vapor d'água que contém corrente varia. Em algumas modalidades, o controlador pode funcionar de modo semiautomatizado, fornecendo avisos de desvios da temperatura ou faixa de temperatura desejada e recomendando ações a um operador.

[061] Em algumas modalidades, a temperatura do leito de catalisador pode ser controlada colocando-se pelo menos uma porção da corrente de alimentação de água em contato térmico com o leito de catalisador. A absorção de calor pelo corrente de alimentação de água fornece tanto resfriamento do leito de álcool quanto pré-aquece de modo vantajoso a corrente de alimentação de água. Tal abordagem pode ser usada em conjunto com controle do teor de água da corrente de alimentação de água, conforme descrito acima.

[062] Em tais modalidades do conceito inventivo o fluxo de matéria-prima de álcool pode ser dividido em dois ou mais correntes antes de entrar no reator catalítico. Pelo menos uma dessas correntes de matéria-prima de álcool pode ser aquecida às temperaturas operacionais ou próximas das operacionais antes de entrar no reator catalítico. Uma ou mais outras correntes de matéria-prima de álcool podem ser deixadas não aquecidas, mas, em vez disso, direcionadas através de passagens ou fluxo canais que estão em contato térmico com o leito de catalisador, transferindo assim calor do leito de catalisador à corrente de matéria- prima de álcool. Alternativamente, a transferência de calor pode ser dotado do uso de um trocador de calor, tubo de calor, ou outro dispositivo de transferência de calor adequado. Essa corrente de matéria-prima de álcool aquecida pode ser reunida com outras correntes de matéria-prima de álcool que são direcionadas ao reator catalítico. Conforme descrito acima, o reator catalítico pode incluir sensores de temperatura que permitem o monitoramento da temperatura do leito de catalisador, e a taxa de fluxo de matéria-prima de álcool relativamente fria pode ser modulada para controlar a quantidade de calor transferido para a matéria-prima de álcool de modo a controlar a temperatura do leito de catalisador.

[063] Conforme observado acima, hidrocarbonetos leves (por exemplo, hidrocarbonetos C2-C4 tais como etileno, etano, propeno, propano, isobutano, 2- buteno, butano, e isobutileno) pode ser produzido pelos processos catalíticos descritos acima. Tais hidrocarbonetos leves, que são altamente voláteis em ambientes, não são adequados para uso como hidrocarbonetos de combustível. Em sistemas e métodos do conceito inventivo pelo menos uma porção desses hidrocarbonetos leves podem ser separados de produtos de hidrocarboneto de combustível (por exemplo, em um separador fásico) e utilizado em outras partes do processo. Por exemplo, hidrocarbonetos leves removidos dos produtos do reator catalítico podem ser usados como combustível para aquecer uma corrente de matéria-prima de álcool antes de entrar no reator catalítico, e/ou para fornecer aquecimento preliminar do leito de catalisador antes do uso. Tais usos, no entanto, podem não utilizar todos os hidrocarbonetos leves produzidos, particularmente quando tais reações são realizadas em uma grande escala.

[064] Os inventores constataram que algumas espécies de hidrocarbonetos leves (por exemplo, olefinas) podem ser adicionadas a um alimentador de álcool que é suprido a um catalisador V-ZSM- para conversão em hidrocarbonetos líquidos (isto é, hidrocarbonetos C5+). Outras espécies (por exemplo, alcanos), no entanto, não foram constatadas como prontamente convertidas em hidrocarbonetos líquidos, apesar do uso de uma ampla faixa de temperaturas operacionais com um leito de catalisador V-SMV-5. De modo surpreendente, os inventores constataram que tais alcanos leves podem ser convertidos em hidrocarbonetos líquidos com o uso de outras formulações catalisadoras, por exemplo, Ga-ZSM-5.

[065] Por exemplo, uma mistura gasosa de hidrocarboneto simulada de etileno (6%), propeno (3%), propano (3%), isobuteno (1000 ppm), cis-2-buteno (2%), isobutileno (1.4%), com o saldo restante sendo N2, foi tratado com uma pequena quantidade (aprox. 0,2 g) Ga-ZSM-5 (preparado por um método de troca iônica) em um reator de leito fixo operado em pressão ambiente. As distribuições de produto produzidas por tratamento em diferentes temperaturas são mostradas na Tabela 1.

TABELA 1: CONVERSÃO DE MISTURA GASOSA LEVE COM 0,2G DE GA-ZSM-5 (DE CARREGAMENTO 6,8% DE GA), 10 cm3 DE FLUXO DE MISTURA GASOSA DE HIDROCARBONETO LEVE EM VÁRIAS TEMPERATURAS DE CATALISADOR

[066] A conversão eficiente de hidrocarbonetos leves em hidrocarbonetos líquidos em cerca de 500 °C é evidente. Consequentemente, a estabilidade do catalisador de Ga ZSM-5 sob essas condições foi estudada. Um fluxo de 5 cm3 da mistura de hidrocarboneto leve foi estabelecida a 500 °C e mantida por 4 horas. Os resultados são resumidos na Tabela 2.

TABELA 2: ESTABILIDADE DE GA-ZSM-5 (DE CARREGAMENTO 6,8% DE GA) A 500 °C, FLUXO DE 5 cm3 DE MISTURA GASOSA DE HIDROCARBONETO LEVE EM UMA TEMPERATURA DE LEITO DE CATALISADOR DE 500 °C POR 4 HORAS

[067] Todas as taxas de conversão de hidrocarboneto C4 permanecem altas (isto é, > 95%), enquanto as taxas de conversão de alguns outros hidrocarbonetos diminuiu. Por exemplo, a conversão de etileno diminuiu para 52% e propeno diminuiu para 73%. A conversão de propano permaneceu relativamente inalterada em 42%. É contemplado que, em algumas modalidades hidrocarbonetos leves serão reciclados em uma etapa inicial que fornece passagem através de um primeiro catalisador que é eficaz em converter olefinas (por exemplo, um catalisador de V ZSM-5) antes da exposição a um segundo catalisador que é eficaz em converter outras espécies de hidrocarbonetos leves (por exemplo, um catalisador de Ga ZSM-5), e espera-se que que tais processos forneçam estabilidade satisfatória do segundo catalisador.

[068] Consequentemente, em algumas modalidades do conceito inventivo, pelo menos uma porção dos hidrocarbonetos leves produzidos no reator catalítico pode ser direcionada a um leito de catalisador secundário. Tal leito de catalisador secundário pode ter uma composição diferente daquela de um leito de catalisador primário usado para conversão de etanol em espécies de combustível de hidrocarboneto. Por exemplo, um leito de catalisador secundário pode incluir um catalisador de zeólito que incorpora gálio (por exemplo, um catalisador de gálio ZSM- 5). Reações que ocorrem no leito de catalisador secundário podem converter parafinas leves em espécies de combustível de hidrocarboneto desejáveis, aumentando assim a eficiência geral do processo de conversão de etanol.

[069] Em algumas modalidades do conceito inventivo, o leito de catalisador secundário é operado em uma temperatura que difere daquela do leito de catalisador primário. Em uma modalidade preferencial, o leito de catalisador secundário tem uma temperatura operacional ideal ou faixa de temperatura que é maior do que a do leito de catalisador primário. Em tal modalidade, a reação exotérmica que ocorre no leito de catalisador primário gera calor que eleva a temperatura da mistura de hidrocarboneto inicial produzida. Tal mistura de hidrocarboneto pode ter uma temperatura que é elevada em relação a do leito de catalisador primário, por exemplo, em 5 °C, 10 °C, 15 °C, 20 °C, 30 °C, 40 °C, 50 °C ou mais. Essa mistura de hidrocarboneto inicial aquecida, ou uma porção da mesma, pode ser usada para aquecer ou manter a temperatura de um leito de catalisador secundário em uma temperatura elevada relativa ao leito de catalisador primário. Em tal modalidade, a mistura de hidrocarboneto inicial aquecida pode aquecer ou manter a temperatura do leito de catalisador secundário a uma faixa de temperatura adequada para conversão de hidrocarbonetos leves (por exemplo, hidrocarbonetos C2, C3, e/ou C4) em hidrocarbonetos de combustível de peso molecular mais alto. Por exemplo, onde um leito de catalisador primário para conversão de etanol em hidrocarbonetos de combustível puder ser operada dentro de uma faixa de temperatura de 350 °C a 420 °C e produz uma mistura de hidrocarboneto inicial que tem uma temperatura de cerca de 450 °C, um leito de catalisador secundário para conversão de parafinas leves em hidrocarbonetos de combustível pode ser operada em cerca de 450 °C ou mais alta (por exemplo, em uma faixa de temperatura de 450 °C a 500° C). Em algumas modalidades, o leito de catalisador secundário pode ser fornecido no reator catalítico secundário que é distinto do reator catalítico primário que aloja o leito de catalisador primário. Em outras modalidades o leito de catalisador secundário pode ser fornecido dentro do reator catalítico primário. Em algumas modalidades, dispositivos de transferência de calor (por exemplo, tubos de calor) podem ser utilizados para transferir calor do leito de catalisador primário ao leito de catalisador secundário, resfriando assim o leito de catalisador primário enquanto aquece o leito de catalisador secundário.

[070] Um exemplo de um sistema do conceito inventivo é mostrado esquematicamente na Figura 1. Conforme mostrado, uma fonte de álcool (110) fornece uma corrente de álcool (115) que é direcionada para um leito de catalisador primário (140). O leito de catalisador primário (140) é configurado para catalisar reações que geram hidrocarboneto líquido do álcool da corrente de álcool (115), que pode ser coletado como uma corrente de hidrocarboneto líquido (160). O leito de catalisador primário (140) funciona de modo ideal dentro de uma faixa de temperatura restrita. De modo surpreendente, os inventores constataram que a temperatura do leito de catalisador primário (140) pode ser controlada convenientemente controlando-se o teor de água da corrente de álcool (115). Conforme mostrado, uma fonte de água ou vapor d'água (120) pode ser fluidicamente acoplada à corrente de alimentação de álcool (115) para fornecer água para controle de temperatura do leito de catalisador primário (140). Em uma modalidade preferencial a temperatura do leito de catalisador primário (140) pode ser monitorada, por exemplo, com o uso de uma sonda de temperatura (170), e dados de temperatura fornecidos a um controlador (180). O controlador (180) pode, por sua vez, operam um controle de fluxo (130) que modula a quantidade de água ou vapor d'água suprida da água ou fonte de vapor d'água (120) a ser misturada com a corrente de alimentação de álcool (115).

[071] Em algumas modalidades, o leito de catalisador primário (140) produz tanto hidrocarbonetos líquidos quanto hidrocarbonetos de baixo peso molecular (por exemplo, C5 ou menos)(por exemplo, parafinas). Tais hidrocarbonetos de baixo peso molecular são tipicamente gases em temperaturas e pressões ambientes e não são geralmente adequadas como combustíveis de veículo. Em tais modalidades, hidrocarbonetos de baixo peso molecular podem ser tratados com o uso de um leito de catalisador secundário (150) e convertido de modo catalítico em hidrocarbonetos de peso molecular mais alto que podem ser recuperados como uma corrente de hidrocarboneto líquido. (165). Tal leito de catalisador secundário (150) pode incluir um catalisador diferente daquele utilizado no leito de catalisador primário (140). Embora retratado na Figura 1 como um segundo reator catalítico, deve-se verificar que, em algumas modalidades, o leito de catalisador secundário (150) pode ser colocalizado (por exemplo, entremeado) ou substancialmente colocalizado (por exemplo, dentro de um encerramento comum) com o leito de catalisador primário (140).

[072] Em algumas modalidades pelo menos uma porção dos hidrocarbonetos de baixo peso molecular produzidos pelo leito de catalisador primário pode ser desviada à corrente de alimentação de álcool e mesclada com a mesma, atuando assim como um diluente para a corrente de alimentação de álcool. Tal corrente de diluente de hidrocarboneto leve pode unir a corrente de alimentação de álcool a montante ou a jusante do ponto no qual a água ou um fluido que contêm água entra. Em tais modalidades, o fluxo de tal diluente de hidrocarboneto leve é controlado por um dispositivo de controle de fluxo, que pode estar em comunicação com um controlador que recebe dados relacionados à temperatura do leito de catalisador primário.

[073] Em outras modalidades do processo inventivo, uma corrente de alimentação de álcool que é utilizada para conversão em hidrocarbonetos líquidos pode ser aquecida antes de entrar em contato com um leito de catalisador. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de álcool é aquecida à temperatura operacional de um leito de catalisador ao qual a mesma deve ser aplicada. Em outras modalidades, a corrente de alimentação de álcool é aquecida a uma temperatura que está abaixo da temperatura operacional de um leito de catalisador ao qual a mesma deve ser suprida. Exemplos de sistemas do conceito inventivo que incorporam tal recurso de pré-aquecimento são mostrados esquematicamente na Figura 2A e na Figura 2B.

[074] A Figura 2A retrata esquematicamente um sistema do conceito inventivo que pré-aquece uma corrente de alimentação de álcool com o uso de um aquecedor dedicado. Conforme mostrado, uma fonte de álcool (210) fornece uma corrente de álcool (215) que é direcionada para um leito de catalisador primário (240) depois de atravessar um aquecedor (217). O leito de catalisador primário (240) é configurado para catalisar reações que geram hidrocarboneto líquido do álcool da corrente de álcool (215), que pode ser coletado como uma corrente de hidrocarboneto líquido (260). O leito de catalisador primário (240) funciona de modo ideal dentro de uma faixa de temperatura restrita. De modo surpreendente, os inventores constataram que a temperatura do leito de catalisador primário (240) pode ser controlada convenientemente controlando-se o teor de água da corrente de álcool (215). Conforme mostrado, uma fonte de água ou vapor d'água (220) pode ser fluidicamente acoplada à corrente de alimentação de álcool (215) para fornecer água para controle de temperatura do leito de catalisador primário (240). A temperatura do leito de catalisador primário também pode ser controlada modulando-se a quantidade de energia térmica suprida pelo aquecedor (217). Em uma modalidade preferencial a temperatura do leito de catalisador primário (240) pode ser monitorada, por exemplo, com o uso de uma sonda de temperatura (270), e dados de temperatura fornecidos a um controlador (280). O controlador (280) pode, por sua vez, operar um controle de fluxo (230) que modula a quantidade de água ou vapor d'água suprida da água ou fonte de vapor d'água (220) a ser misturada com a corrente de alimentação de álcool (215). Em algumas modalidades, o controlador (280) pode modular a quantidade de energia térmica suprida ao aquecedor (217), por exemplo, controlando-se a emissão de calor do aquecedor (217) e/ou a taxa de fluxo através do mesmo. Tal aquecedor pode ser alimentado por qualquer meio adequado, tal como potência elétrica (por exemplo, um aquecedor de resistência), queima de combustível a partir de uma fonte externa (por exemplo, gás natural), e/ou queima de produtos de reação produzidos pelo sistema.

[075] Em algumas modalidades, o leito de catalisador primário (240) produz tanto hidrocarbonetos líquidos quanto hidrocarbonetos de baixo peso molecular (por exemplo, C5 ou menos)(por exemplo, parafinas). Tais hidrocarbonetos de baixo peso molecular são tipicamente gases em temperaturas e pressões ambientes e não são geralmente adequadas como combustíveis de veículo. Em tais modalidades, hidrocarbonetos de baixo peso molecular podem ser tratados com o uso de um leito de catalisador secundário (250) e convertido de modo catalítico em hidrocarbonetos de peso molecular mais alto que podem ser recuperados como uma corrente de hidrocarboneto líquido (265). Tal leito de catalisador secundário (150) pode incluir um catalisador diferente daquele utilizado no leito de catalisador primário (240). Embora retratado na Figura 2A e na Figura 2B como um segundo reator catalítico, deve-se verificar que, em algumas modalidades, o leito de catalisador secundário (250) pode ser colocalizado (por exemplo, entremeado) ou substancialmente colocalizado (por exemplo, dentro de um encerramento comum) com o leito de catalisador primário (240). Em algumas modalidades, toda ou uma porção dos hidrocarbonetos de baixo peso molecular pode ser utilizada como combustível para o aquecedor (217).

[076] Em algumas modalidades pelo menos uma porção dos hidrocarbonetos de baixo peso molecular produzidos pelo leito de catalisador primário pode ser desviada à corrente de alimentação de álcool e mesclada com a mesma, atuando assim como um diluente para a corrente de alimentação de álcool. Tal corrente de diluente de hidrocarboneto leve pode unir a corrente de alimentação de álcool a montante ou a jusante do ponto no qual a água ou um fluido que contêm água entra. Em tais modalidades, o fluxo de tal diluente de hidrocarboneto leve é controlado por um dispositivo de controle de fluxo, que pode estar em comunicação com um controlador que recebe dados relacionados à temperatura do leito de catalisador primário.

[077] A Figura 2B retrata uma modalidade alternativa de um sistema que fornece pré-aquecimento da corrente de alimentação de álcool direcionando-se uma porção da corrente de alimentação de álcool através de um permutador de calor que está em contato térmico com um leito de catalisador. Tal disposição toma vantagem de modo vantajoso da natureza exotérmica da conversão de álcool em hidrocarbonetos líquidos, e fornece um meio adicional para controlar a temperatura do leito de catalisador aquecendo- se simultaneamente a corrente de alimentação de água e resfriando-se o leito de catalisador dentro do qual o mesmo está em contato térmico. Conforme mostrado, uma fonte de álcool (210) fornece múltiplas correntes de álcool. Uma das mesmas é uma corrente de álcool (215) que é direcionada a um leito de catalisador primário (240). O leito de catalisador primário (240) é configurado para catalisar reações que geram hidrocarboneto líquido do álcool da corrente de álcool (215), que pode ser coletado como uma corrente de hidrocarboneto líquido (260). O leito de catalisador primário (240) funciona de modo ideal dentro de uma faixa de temperatura restrita. De modo surpreendente, os inventores constataram que a temperatura do leito de catalisador primário (240) pode ser controlada convenientemente controlando-se o teor de água da corrente de álcool (215). Conforme mostrado, uma fonte de água ou vapor d'água (220) pode ser fluidicamente acoplada à corrente de alimentação de álcool (215) para fornecer água para controle de temperatura do leito de catalisador primário (240). Outra corrente de álcool é direcionada através de um ciclo fechado ou trocador de calor (218) que está em contato térmico com o leito de catalisador primário (240). Pelo menos uma porção do calor fornecido pela conversão exotérmica de álcool em hidrocarbonetos líquidos é transferido através desse ciclo fechado ou trocador de calor (218), que pode se unir a outra corrente de alimentação de álcool (215) antes de entrar em contato com o leito de catalisador primário (240) . Embora retratado como se unindo à corrente de alimentação de álcool 215 a montante da controle de fluxo de água/vapor d'água (230), deve-se verificar que a corrente de álcool do ciclo fechado ou trocador de calor (218) pode se unir à corrente de alimentação de álcool 215 a jusante da controle de fluxo de água/vapor d'água (230) e ou pode ser direcionada ao leito de catalisador primário (240) sem se unir à corrente de alimentação de álcool 215.

[078] A temperatura do leito de catalisador primário também pode ser controlada modulando-se a quantidade de água adicionada à corrente de alimentação de álcool (215) e/ou a quantidade de energia térmica suprida pelo ciclo fechado ou trocador de calor (218). Em uma modalidade preferencial a temperatura do leito de catalisador primário (240) pode ser monitorada, por exemplo, com o uso de uma sonda de temperatura (270), e dados de temperatura fornecidos a um controlador (280). O controlador (280) pode, por sua vez, operam um controle de fluxo (230) que modula a quantidade de água ou vapor d'água suprida da água ou fonte de vapor d'água (220) a ser misturada com a corrente de alimentação de álcool (215). Em algumas modalidades, o controlador (280) pode modular a quantidade de energia térmica suprida pelo ciclo fechado ou trocador de calor (218), por exemplo, operando-se um controle de fluxo (235) que modula a taxa de fluxo de álcool através do ciclo fechado ou trocador de calor (218) através de do mesmo. Em algumas modalidades, um sistema do conceito inventivo pode utilizar tanto um aquecedor externo (217) quanto um ciclo fechado/trocador de calor (218) em comunicação térmica com o leito de catalisador primário (240) para aquecer uma corrente de álcool a ser processada em hidrocarbonetos líquidos.

[079] Em algumas modalidades, o leito de catalisador primário (240) produz tanto hidrocarbonetos líquidos quanto hidrocarbonetos de baixo peso molecular (por exemplo, C5 ou menos)(por exemplo, parafinas). Tais hidrocarbonetos de baixo peso molecular são tipicamente gases em temperaturas e pressões ambientes e não são geralmente adequadas como combustíveis de veículo. Em tais modalidades, hidrocarbonetos de baixo peso molecular podem ser tratados com o uso de um leito de catalisador secundário (250) e convertido de modo catalítico em hidrocarbonetos de peso molecular mais alto que podem ser recuperados como uma corrente de hidrocarboneto líquido (265). Tal leito de catalisador secundário (150) pode incluir um catalisador diferente daquele utilizado no leito de catalisador primário (240). Embora retratado na Figura 2A e na Figura 2B como um segundo reator catalítico, deve-se verificar que, em algumas modalidades, o leito de catalisador secundário (250) pode ser colocalizado (por exemplo, entremeado) ou substancialmente colocalizado (por exemplo, dentro de um encerramento comum) com o leito de catalisador primário (240). Em algumas modalidades, toda ou uma porção dos hidrocarbonetos de baixo peso molecular pode ser utilizada como combustível para o aquecedor (217).

[080] Em algumas modalidades pelo menos uma porção dos hidrocarbonetos de baixo peso molecular produzidos pelo leito de catalisador primário pode ser desviada à corrente de alimentação de álcool e mesclada com a mesma, atuando assim como um diluente para a corrente de alimentação de álcool. Tal corrente de diluente de hidrocarboneto leve pode unir a corrente de alimentação de álcool a montante ou a jusante do ponto no qual a água ou um fluido que contêm água entra. Em tais modalidades, o fluxo de tal diluente de hidrocarboneto leve é controlado por um dispositivo de controle de fluxo, que pode estar em comunicação com um controlador que recebe dados relacionados à temperatura do leito de catalisador primário.

[081] Deve-se verificar que, diferentes de catalisadores de ZSM-5 tradicional, os catalisadores utilizados nos processos acima são tolerantes a quantidades substanciais de água no matéria-prima de álcool em temperaturas elevadas e/ou pressões. Em modalidades do conceito inventivo, o catalisador não sofre inativação não reversível seguindo 50, 100, 150, 200, ou mais do que 200 ciclos de uso. Em algumas modalidades, o catalisador não mostra inativação significativa (isto é, maior do que 10%) sob tais condições. Em outras modalidades, o catalisador mostra uma inativação reversível e pode ser gerada sem perda significativa de atividade.

[082] Deve ser evidente aos elementos versados na técnica que muito mais modificações além das já descritas são possíveis sem se afastar dos conceitos inventivos no presente documento. A matéria inventiva, portanto, não deve ser restrita, exceto no espírito das reivindicações anexas. Ademais, na interpretação tanto do relatório descritivo quanto das reivindicações, todos os termos devem ser interpretados na maneira mais ampla possível coerente com o contexto. Em particular, os termos “compreende” e “que compreende” devem ser interpretados quando se referem a elementos, componentes ou etapas em uma maneira não exclusiva, o que indica que os elementos, componentes ou etapas mencionados podem estar presentes, ou utilizados ou combinados com outros elementos, componentes ou etapas que não são expressamente mencionados. Quando as reivindicações do relatório descritivo se referem a pelo menos um dentre algo selecionado a partir do grupo que consiste em A, B, C ... e N, o texto deve ser interpretado como que exige apenas um elemento do grupo, não A mais N, ou B mais N, etc.

Claims

1. Método para controlar a temperatura em um leito de catalisador caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um leito de catalisador configurado para processar álcool a uma mistura de hidrocarboneto de combustível; fornecer um primeiro fluxo de uma primeira corrente que compreende o álcool; direcionar um segundo fluxo de uma segunda corrente que compreende água na primeira corrente para produzir uma terceira corrente, em que a terceira corrente é direcionada ao leito de catalisador; gerar dados de temperatura que caracterizam a temperatura do leito de catalisador; fornecer os dados de temperatura a um controlador; dentro do controlador, usar um algoritmo para determinar uma taxa de fluxo tanto do primeiro fluxo como do segundo fluxo necessários para manter a temperatura do leito de catalisador dentro de uma faixa desejada; transmitir uma instrução do controlador a um dispositivo de controle de fluxo para modular taxa de fluxo tanto do primeiro fluxo como do segundo fluxo; e modular o primeiro fluxo ou o segundo fluxo para modular o teor de água da terceira corrente para manter a temperatura do leito de catalisador dentro de uma faixa de temperatura desejada; transmitindo uma instrução do controlador para um dispositivo de controle de fluxo para modular a taxa de fluxo do primeiro ou do segundo fluxo.

2. Método, de acordo com uma da reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma temperatura média dentro da faixa de temperatura desejada é de 200 °C a 600 °C, e em que a temperatura média é abrangida por uma faixa de temperatura selecionada a partir do grupo que consiste em ±20 °C, ±30 °C, ±40 °C, ±50 °C, ±60 °C, ±70 °C, ±80 °C, ±90 °C e ±100 °C.

3. Método para controlar a temperatura em um leito de catalisador, caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um leito de catalisador configurado para processar álcool a uma mistura de hidrocarboneto de combustível, em que o leito de catalisador está em uma primeira temperatura; fornecer um fluxo de uma corrente de álcool em uma segunda temperatura que está abaixo da primeira temperatura, em que o fluxo é dividido em uma primeira trajetória de fluxo e uma segunda trajetória de fluxo, em que a primeira trajetória de fluxo é aquecida a uma terceira temperatura e é direcionada ao leito de catalisador, e em que a segunda trajetória de fluxo está em comunicação térmica com o leito de catalisador; e modular o fluxo através da segunda trajetória de fluxo para manter a temperatura do leito de catalisador dentro de uma faixa de temperatura desejada.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a terceira temperatura está dentro da faixa de temperatura desejada.

5. Método, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a faixa de temperatura desejada tem uma temperatura média de 200 °C a 600 °C, e em que a temperatura média é abrangida por uma faixa de temperatura selecionada a partir do grupo que consiste em ±20 °C, ±30 °C, ±40 °C, ±50 °C, ±60 °C, ±70 °C, ±80 °C, ±90 °C e ±100 °C.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de gerar dados de temperatura que caracterizam a temperatura do leito de catalisador.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente as etapas de: fornecer os dados de temperatura a um controlador; dentro do controlador, usar um algoritmo para determinar uma taxa de fluxo tanto da primeira trajetória de fluxo como da segunda trajetória de fluxo necessárias para manter a temperatura do leito de catalisador dentro de uma faixa desejada; e transmitir uma instrução do controlador a um dispositivo de controle de fluxo para modular a taxa de fluxo tanto da primeira trajetória de fluxo como da segunda trajetória de fluxo.

8. Sistema para controlar a temperatura em um leito de catalisador caracterizado pelo fato de que compreende: um leito de catalisador configurado para processar álcool a uma mistura de hidrocarboneto de combustível, em que o leito de catalisador é dotado de um primeiro fluxo de uma primeira corrente que compreende o álcool; um segundo fluxo de uma segunda corrente que compreende água que é fluidicamente conectado à primeira corrente, produzindo assim uma terceira corrente, em que a terceira corrente é direcionada ao leito de catalisador; e um sistema de controle configurado para modular o primeiro fluxo ou o segundo fluxo para modular o teor de água da terceira corrente para manter a temperatura do leito de catalisador dentro de uma faixa de temperatura desejada; um sensor de temperatura que está em comunicação térmica com o leito de catalisador, sendo que o referido sistema de controle compreende um controlador que é acoplado de modo comunicativo ao sensor de temperatura e a um dispositivo de controle de fluxo, e em que o controlador compreende um algoritmo para determinar uma taxa de fluxo tanto do primeiro fluxo como do segundo fluxo necessários para manter a temperatura do leito de catalisador dentro da faixa desejada.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a faixa de temperatura desejada é de 200 °C a 600 °C.

10. Sistema para controlar a temperatura em um leito de catalisador caracterizado pelo fato de que compreende: um leito de catalisador configurado para processar álcool a uma mistura de hidrocarboneto de combustível, em que o leito de catalisador está em uma primeira temperatura; um fluxo de uma corrente de álcool em uma segunda temperatura que está abaixo da primeira temperatura, em que o fluxo é dividido em uma primeira trajetória de fluxo e uma segunda trajetória de fluxo, em que a primeira trajetória de fluxo é aquecida a uma terceira temperatura e é direcionada ao leito de catalisador, e em que a segunda trajetória de fluxo está em comunicação térmica com o leito de catalisador; e um sistema de controle configurado para modular o fluxo através da segunda trajetória de fluxo para manter a temperatura do leito de catalisador dentro de uma faixa de temperatura desejada.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a terceira temperatura está dentro da faixa de temperatura desejada.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a faixa de temperatura desejada tem uma temperatura média de 200 °C a 600 °C, e em que a temperatura média é abrangida por uma faixa de temperatura selecionada a partir do grupo que consiste em ±20 °C, ±30 °C, ±40 °C, ±50 °C, ±60 °C, ±70 °C, ±80 °C, ±90 °C e ±100 °C.

13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um sensor de temperatura que está em comunicação térmica com o leito de catalisador.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle compreende um controlador que é acoplado de modo comunicativo ao sensor de temperatura e a um dispositivo de controle de fluxo, e em que o controlador compreende um algoritmo para determinar uma taxa de fluxo tanto do primeiro fluxo como do segundo fluxo necessários para manter a temperatura do leito de catalisador dentro da faixa desejada.