BR112019008819B1

BR112019008819B1 - Processo para a recuperação de furfural

Info

Publication number: BR112019008819B1
Application number: BR112019008819-9A
Authority: BR
Inventors: Juben Nemchand Chheda; Charu Ehrenreich-Gureja; Jean Paul Andre Marie Joseph Ghislain Lange
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij B.V.
Priority date: 2016-11-01
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2022-12-27
Also published as: CA3039790A1; US10562874B2; BR112019008819A2; CN109890802A; WO2018085174A1; US20190270716A1; EP3535248A1

Abstract

Trata-se de um processo para a extração de furfural a partir de uma composição compreendendo furfural, água, pelo menos um ácido orgânico e um solvente oxigenado com um ponto de ebulição superior ao do furfural. O processo inclui: (a) submeter a composição a uma primeira etapa de separação líquido-líquido para proporcionar: (i) uma fase orgânica; (b) submeter a fase orgânica da etapa (a) a uma primeira etapa de destilação para proporcionar: (i) uma primeira corrente de topo; (c) submeter a primeira corrente de topo da etapa (b) a uma segunda etapa de separação líquido-líquido para proporcionar: (i) uma segunda corrente de topo; e (d) submeter a segunda corrente de topo da etapa (c) a uma segunda etapa de destilação para proporcionar: (i) uma terceira corrente de topo compreendendo um azeótropo de água e furfural e (ii) uma terceira corrente de fundo compreendendo furfural.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica a prioridade do Pedido Provisório n° de série US 62/415.528, depositado em 1 de novembro de 2016, cuja revelação está incorporada ao presente documento a título de referência em sua totalidade.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção refere-se a um processo para a alta recuperação/extração de furfural a partir de uma composição de uma maneira eficiente quanto a energia.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] Furfural é um precursor útil para produtos químicos industriais, em particular para produzir furano e seus derivados.

[004] Furfural pode ser produzido a partir da hidrólise da matéria-prima que compreende biomassa lignocelulósica. A biomassa lignocelulósica compreende principalmente hemiceluloses e celulose e pequenas porções de lignina e proteína. As hemiceluloses são um polissacarídeo ramificado de teor heterogêneo de monossacarídeos. A sua estrutura molecular inclui os monossacarídeos de cinco carbonos (“pentoses(s)”) xilose e arabinose, bem como os monossacarídeos de seis carbonos(“hexose(s)”) manose, galactose e ramnose. Devido ao seu teor em xilose e arabinose, hemiceluloses são uma fonte adequada de pentoses monoméricas e poliméricas. Em comparação, a celulose é um polissacarídeo linear constituído por glicose polimerizada (um monossacárido de seis carbonos/hexose). Em comparação com a celulose, as hemiceluloses são mais fáceis de decompor em seus monossacarídeos constituintes.

[005] Matéria-prima comercialmente disponível que compreende biomassa lignocelulósica inclui bagaço, que é a matéria fibrosa que permanece depois de caules de cana ou de sorgo serem esmagados e terem seus sucos extraídos. Um processo contínuo estabelecido para a produção de furfural a partir do bagaço é o processo de Rosenlew, cujos detalhes são discutidos em "The Chemistry and Technology of Furfural and its Many By-Products", 1a Edição, K. Zeitsch, páginas 48 a 51 e 303 a 306.

[006] O documento número WO2012041990 descreve a produção de furfural a partir da hemicelulose derivada do bagaço, através da sua hidrólise catalisada e gasosa a pentoses, que são então desidratadas para produzir furfural.

[007] O documento número WO2016025678 descreve a produção de furfural, onde inicialmente a hemicelulose é hidrolisada em uma solução compreendendo ácido a-hidroxissulfônico, uma porção do ácido a-hidroxissulfônico é então removida do produto da reação de hidrólise para produzir uma corrente removida por ácido e finalmente o corrente removido por ácido é submetido a uma etapa de desidratação para produzir furfural.

[008] O documento número WO2016025679 descreve uma etapa de hidrólise, que é tamponada a, preferivelmente, menos de 1 de pH, seguido por uma etapa de desidratação para produzir furfural.

[009] Tanto no documento número WO2016025678 como no documento número WO2016025679, durante a etapa da reação de desidratação, é formada uma mistura de reação de desidratação “bifásica” pela adição de “uma fase orgânica imiscível com a água” (isto é, um solvente) na mistura de reação de desidratação. A mistura de reação de desidratação é então separada em uma corrente de produto aquoso, e uma corrente de produto orgânico que compreende uma porção de furfural. No entanto, os documentos número WO2016025678 e WO2016025679 não divulgam como furfural pode ser totalmente recuperado e purificado a partir da corrente de produto orgânico compreendendo furfural. Além disso, os documentos WO2016025678 e WO2016025679 não descrevem como a permanência de furfural na corrente de produto aquoso pode ser eficientemente recuperada e purificada a partir da corrente de produto aquoso.

[010] A extração de furfural por solvente a partir de um ambiente aquoso é complicada pelo transporte de água para a fase orgânica, bem como a formação de um azeotrópico de água e furfural. A extensão do transporte de água depende do solvente usado. Os solventes oxigenados, como os compostos fenólicos, transportam mais água para a fase orgânica (aproximadamente 10.000 ppm a cerca de 40.000 ppm), em comparação com solventes aromáticos (aproximadamente em torno de 200 ppm a cerca de 1.000 ppm). Além disso, se o furfural estiver presente em um ambiente aquoso, pode ser formado um azeótropo de água e furfural. É conhecido na técnica de extrair compostos químicos a partir de misturas de compostos que a presença de qualquer azeótropo aumenta o consumo de energia de um dado processo, bem como complica a etapa e o equipamento necessários para esse processo.

[011] Solventes aromáticos têm uma menor tendência para transportar água e, portanto, são menos propensos a favorecer a formação de um azeótropo de água e furfural, assim, diante disso, os solventes aromáticos parecem bons candidatos para a extração de furfural. No entanto, devido às propriedades do furfural, a capacidade dos solventes aromáticos de extrair o furfural é menor que a dos solventes oxigenados, o que potencialmente diminui a recuperação geral do furfural quando solventes aromáticos são usados.

[012] Os processos para a produção de furfural a partir de biomassa levam à formação de huminas e alcatrão, que pode adversamente interferir com a extração e purificação de furfural. Huminas são subprodutos ácidos escuros, amorfos e indesejáveis e material resinoso resultante de degradação de açúcares e outros compostos orgânicos. O alcatrão é uma referência genérica ao material orgânico que é insolúvel na água, que é de cor escura, e que tende a tornar-se viscoso e muito escuro a quase preto quando concentrado. Particularmente, a separação de uma fase orgânica de uma fase aquosa, e/ou as etapas de separação ou purificação posteriores, podem ser afetadas adversamente.

[013] Os inventores da presente invenção observaram que tais problemas devido à formação de huminas e alcatrão são aplicáveis na formação, e durante a extração e purificação de furfural a partir de biomassa lignocelulósica, mas podem ser aliviados pela utilização de compostos solventes oxigenados, em vez de solventes aromáticos.

[014] Em relação ao consumo de energia, o processo Rosenlew usa destilação azeotrópica para isolar furfural da mistura de reação e não usa extração por solvente. O processo de Rosenlew consome cerca de 10.000 quilogramas (10 toneladas) de vapor para recuperar cada 1.000 quilogramas (1 tonelada) de furfural.

[015] Seria, portanto, vantajoso fornecer um processo para a recuperação de furfural que seja mais eficiente energeticamente, que proporcione um rendimento mais alto de furfural do que os processos da técnica anterior, bem como um que não sofra a interferência de huminas e alcatrão.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[016] Em consequência, a presente invenção proporciona um processo para a extração de furfural a partir de uma composição compreendendo furfural, água, pelo menos um ácido inorgânico, pelo menos um ácido orgânico e um solvente oxigenado com um ponto de ebulição superior ao do furfural; o dito processo compreendendo: (a) submeter a composição a uma primeira etapa de separação líquido-líquido para proporcionar: (i) uma fase orgânica compreendendo o solvente oxigenado, furfural e uma porção do pelo menos um ácido orgânico, e (ii) uma fase aquosa compreendendo pelo menos um ácido inorgânico e o restante do pelo menos um ácido orgânico; (b) submeter a fase orgânica da etapa (a) a uma primeira etapa de destilação para proporcionar: (i) uma primeira corrente de topo compreendendo furfural e uma porção de pelo menos um ácido orgânico e (ii) uma primeira corrente de fundo compreendendo o solvente oxigenado; (c) submeter a primeira corrente de topo da etapa (b) a uma segunda etapa de separação líquido-líquido para proporcionar: (i) uma segunda corrente de topo que compreende uma porção do furfural e uma porção de pelo menos um ácido orgânico, e (ii) uma segunda corrente de fundo compreendendo uma porção do furfural e uma porção do pelo menos um ácido orgânico; e (d) submeter a segunda corrente de topo da etapa (c) a uma segunda etapa de destilação para proporcionar: (i) uma terceira corrente de topo compreendendo um azeótropo de água e furfural, e (ii) uma terceira corrente de fundo compreendendo furfural.

[017] A composição pode ser derivada a partir de uma corrente de produto de uma etapa de desidratação de pentose em que uma corrente de alimentação de pentose é desidratada.

[018] A corrente de alimentação de pentose pode ser derivada da hidrólise de uma biomassa lignocelulósica.

[019] O solvente oxigenado é selecionado do grupo que consiste em: propil guaiacol; propil siringol; guaiacil propanol; siringil propanol; nonilfenol; os cresóis substituídos por o-, m-, p-; guaiacol; 2-metoxi-4-propilfenol; eugenol; sec-butilfenol; 2,6- xilenol; 2,5-xilenol; e qualquer combinação destes.

[020] Uma porção da primeira corrente de fundo da etapa (b) compreendendo o solvente oxigenado pode ser reciclada na primeira etapa de separação líquido-líquido.

[021] Uma porção da terceira corrente de topo da etapa (d) compreendendo o azeótropo de água e furfural pode ser reciclada de volta para alimentar a primeira etapa de destilação ou o primeiro separador líquido-líquido.

[022] A segunda corrente de fundo da etapa (c) compreendendo uma porção do furfural e uma porção do pelo menos um ácido orgânico pode ser reciclada de novo para alimentar o primeiro separador líquido-líquido.

[023] A segunda corrente de fundo da etapa (c) compreendendo uma porção do furfural e uma porção do pelo menos um ácido orgânico pode ser submetida a uma terceira etapa de destilação para proporcionar: (i) uma quarta corrente de topo compreendendo uma porção do furfural e (ii) uma quarta corrente de fundo compreendendo água e pelo menos um ácido orgânico.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO

[024] A Figura 1 mostra um diagrama esquemático simplificado de uma modalidade do processo de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[025] Os presentes inventores descobriram surpreendentemente que o processo para a extração de furfural de acordo com a presente invenção proporciona um maior rendimento de furfural do que processos conhecidos e consome menos energia para produzir cada 1.000 quilogramas (1 tonelada) de furfural, adequadamente, consumindo menos de 6.000 quilogramas (6 toneladas) de vapor para recuperar cada 1.000 quilogramas (1 tonelada) de furfural com uma recuperação de furfural de cerca de 99%.

[026] No processo de acordo com a presente invenção, o furfural é extraído a partir de uma composição compreendendo furfural, água, pelo menos um ácido orgânico e um solvente oxigenado com um ponto de ebulição mais elevado do que o de furfural.

[027] Em uma modalidade da presente invenção, a composição pode ser derivada a partir de uma corrente de produto de uma etapa de desidratação das pentoses, em que uma corrente de alimentação de pentose é desidratada.

[028] Adequadamente, a etapa de desidratação das pentoses desidrata uma corrente de alimentação de pentose compreendendo pentoses monoméricas e poliméricas, que é derivada de uma etapa de hidrólise em que uma biomassa lignocelulósica é hidrolisada na presença de pelo menos um ácido inorgânico; embora como alternativa, outros processos possam também ser utilizados para hidrolisar a biomassa lignocelulósica, tais como aqueles que podem usar condições básicas ou neutras de pH. Adequadamente, a etapa de hidrólise da biomassa lignocelulósica é como descrito em WO2016025678 e WO2016025679.

[029] Quando usado para a hidrólise de biomassa lignocelulósica, adequadamente, pelo menos um ácido inorgânico pode ser selecionado a partir de tais como porém sem limitação, ácido clorídrico, ácido nítrico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido bórico e ácido a-hidroxissulfônico ou combinações dos mesmos.

[030] Adequadamente, alguns tipos de biomassa lignocelulósica podem conter intrinsecamente pelo menos um ácido orgânico, ou formarão pelo menos um ácido orgânico ao serem submetidos à hidrólise. Exemplos de tais ácidos incluem, porém sem limitação, ácido fórmico, ácido acético, ácido lático, ácido glicólico, ácido levulínico, ácido oxálico e ácido cítrico, ou combinações dos mesmos. Ao usar esses tipos de biomassa, a necessidade de adicionar pelo menos um ácido ou ácido inorgânico pode ser reduzida ou até mesmo eliminada, pois o ácido gerado IN-SITU pode fornecer o pH ácido necessário.

[031] De acordo com uma modalidade da invenção, a composição pode ser derivada da corrente de produto de uma etapa de desidratação de pentose; a referida corrente de produto é também daqui em diante referida como a “corrente de produto de desidratação”.

[032] Adequadamente, a etapa de desidratação das pentoses ocorre em uma mistura de reação de desidratação, onde a desidratação de pentoses monoméricas e poliméricas é catalisada por pelo menos um ácido inorgânico a uma temperatura elevada, embora pelo menos um ácido orgânico também possa participar dessa catálise.

[033] A mistura de reação de desidratação compreende a corrente de alimentação de pentose, pelo menos um ácido inorgânico, pelo menos um ácido orgânico e furfural; o nível do furfural dependendo de quanto tempo a etapa de desidratação da pentose está sendo executada.

[034] O pelo menos um ácido inorgânico e o pelo menos um ácido orgânico presentes na mistura de reação de desidratação terão passado da corrente de alimentação da pentose desde a etapa de hidrólise até a etapa de desidratação da pentose, onde a etapa de hidrólise precede a etapa de desidratação da pentose. No entanto, se a etapa de hidrólise tiver sido realizada sob condições de pH básico ou neutro como alternativa, ou se for determinado que o pH da mistura de reação de desidratação não é suficientemente ácido, pode ser adicionado mais ácido inorgânico à mistura de reação de desidratação.

[035] Preferivelmente, a etapa de desidratação das pentoses é levada a cabo na temperatura elevada de pelo menos 100 °C, mais de preferência pelo menos 110 °C, e ainda mais de preferência pelo menos 140 °C. Preferivelmente, a etapa de desidratação das pentoses é levada a cabo na temperatura elevada de, no máximo, 250 °C, mais preferivelmente no máximo 200 °C, e ainda mais preferivelmente no máximo 150 °C.

[036] Preferivelmente, a etapa de desidratação das pentoses é realizada por um período de pelo menos 1 segundo, mais preferivelmente, pelo menos, 5 minutos, ainda mais preferivelmente pelo menos 10 minutos e mais preferivelmente pelo menos 30 minutos. Preferivelmente, a etapa de desidratação das pentoses é realizada durante um período de no máximo 24 horas, mais preferivelmente no máximo 12 horas, ainda mais preferivelmente no máximo de 5 horas e mais preferivelmente no máximo de 2 horas.

[037] Um ou mais solventes oxigenados podem ser adicionados à mistura de reação de desidratação. A presença do solvente oxigenado na mistura de reação de desidratação cria uma fase aquosa e uma fase orgânica.

[038] Preferivelmente, a mistura de reação de desidratação para oxigenar a proporção do solvente é de pelo menos 1 a 0,05% em volume, mais preferivelmente a referida razão é de 1 a 0,1% em volume, ainda mais preferivelmente a referida razão é 1 a 0,25% em volume. com a maior preferência, a dita razão é de 1 a 0,4% em volume.

[039] Preferivelmente, a razão entre mistura de reação de desidratação e solvente oxigenado é no máximo 1 a 2,5% em volume, mais preferivelmente a referida razão é de 1 a 1,25% em volume, ainda mais preferivelmente a referida razão é de 1 a 0,75% em volume, com a maior preferência, a dita razão é de 1 a 0,6% em volume.

[040] Preferivelmente, o solvente oxigenado é selecionado do grupo que consiste em, porém sem limitação, propil guaiacol, propil siringol, guaiacil propanol, siringil propanol, nonil fenol, cresóis o-, m-, p- substituídos, guaiacol, 2-metoxi-4- propilfenol, eugenol, sec-butilfenol, 2,6-xilenol, 2,5-xilenol. Opcionalmente, compostos tetraidrofurânicos podem também ser selecionados.

[041] Adequadamente, o solvente oxigenado pode ser uma mistura de qualquer combinação dos solventes acima mencionados.

[042] O solvente oxigenado pode ser adicionado à mistura de reação de desidratação no início ou durante o andamento da etapa de desidratação de pentose.

[043] Adequadamente, o solvente oxigenado pode também ser adicionado à corrente de produto de desidratação para formar a composição se a etapa de desidratação de pentose não tiver ocorrido na presença do solvente oxigenado.

[044] No entanto, de um modo preferido, o solvente oxigenado pode ser adicionado à mistura de reação de desidratação no início da etapa de desidratação das pentoses. Opcionalmente, a fonte do solvente oxigenado pode ser uma corrente de reciclagem de uma ou mais das etapas do processo da presente invenção, sendo essa corrente reciclada como uma alimentação para a etapa de desidratação das pentoses.

[045] Se o solvente oxigenado for adicionado à mistura de reação de desidratação no início ou durante o andamento da etapa de desidratação das pentoses, a formação de furfural ocorre principalmente na fase aquosa. Portanto, a quantidade de furfural na fase orgânica varia dependendo de quanto tiver progredido a etapa de desidratação das pentoses.

[046] Adequadamente, o solvente oxigenado tem seletividade para furfural sobre água e sobre o pelo menos um ácido inorgânico, e seletivamente extrai furfural da referida fase aquosa na fase orgânica à medida que a etapa de desidratação de pentose converte a corrente de alimentação de pentose em furfural.

[047] O solvente oxigenado também tem seletividade para furfural sobre o pelo menos um ácido orgânico, porém, dependendo do solvente oxigenado, cerca de 10.000 ppm a cerca de 40.000 ppm de água podem particionar na fase orgânica, levando a uma quantidade significativa de pelo menos um ácido orgânico particionando na fase orgânica, que precisa ser separada do furfural.

[048] Adequadamente, o solvente oxigenado proporciona pelo menos três vantagens. Em primeiro lugar, em comparação com, por exemplo, solventes aromáticos, o solvente oxigenado transporta mais água para a fase orgânica e extrai mais furfural da mistura de reação de desidratação, deixando uma quantidade insignificante de furfural na fase aquosa. Isso, por sua vez, significa que apenas uma fase orgânica precisa ser processada para recuperar o furfural.

[049] Em segundo lugar, comparado com, por exemplo, solventes aromáticos, o uso de solvente oxigenado alivia na etapa de desidratação de pentose os problemas causados devido a huminas e alcatrão e na etapa de processamento subsequente, incluindo no processo da presente invenção.

[050] Terceiro, devido ao fato de que o ponto de ebulição da água à pressão ambiente é inferior ao ponto de ebulição do furfural à pressão ambiente (cerca de 100 oC versus cerca de 161 oC, respectivamente), a extração do furfural da corrente de desidratação reduz a necessidade de retirada por fervura de uma quantidade significativa de água para purificar o furfural quanto a água. Em vez disso, devido ao fato de que o solvente oxigenado tem um ponto de ebulição maior que o furfural, o furfural pode ser destilado do solvente oxigenado e a quantidade de furfural no solvente oxigenado é apenas uma fração por unidade de volume do solvente oxigenado, em processos como a destilação, uma quantidade menor de material (isto é, o furfural com seu ponto de ebulição mais baixo) precisa ser retirada por fervura. Adequadamente, isso fornece uma vantagem de energia (economia).

[051] No entanto, devido à extensão da passagem de água para a fase orgânica de um solvente oxigenado, não só furfural na fase orgânica tende a formar um azeótropo de água e furfural, mas também, pelo menos, um ácido orgânico pode se particionar à fase orgânica. Estas questões podem, aparentemente, complicar a recuperação do furfural e torná-lo mais exigente em termos energéticos. No entanto, como apenas uma fase orgânica tem que ser processada para recuperar furfural, qualquer aumento no custo de energia do processamento azeotrópico de furfural, e a remoção de pelo menos um ácido orgânico, é compensado por não precisar processar uma fase aquosa, tendo em vista que processar este último envolve a ebulição de grandes quantidades de água.

[052] A Figura 1 mostra um diagrama esquemático simplificado de uma modalidade do processo de acordo com a invenção.

[053] No processo de acordo com a presente invenção, o furfural é extraído a partir de uma composição (1) que compreende furfural, água, pelo menos um ácido orgânico, e um solvente oxigenado com um ponto de ebulição mais elevado do que o de furfural.

[054] Para iniciar a extração de furfural da composição, a composição (1) é submetida a uma primeira etapa de separação líquido-líquido em um primeiro separador líquido-líquido (12) para fornecer: (i) uma fase orgânica (5) compreendendo o solvente oxigenado, furfural e uma porção de pelo menos um ácido orgânico, e (ii) uma fase aquosa (11) compreendendo o restante do pelo menos um ácido orgânico.

[055] Preferivelmente, a primeira separação líquido-líquido pode ser executada a uma temperatura de, no máximo, 200 °C, mais preferivelmente a uma temperatura de, no máximo, 180 °C, ainda mais preferivelmente a uma temperatura de, no máximo, 160 °C, ainda mais preferivelmente a uma temperatura de, no máximo, 150 °C, desde que o líquido se separe em duas fases à temperatura de separação.

[056] Preferivelmente, a primeira separação líquido-líquido pode ser executada a uma temperatura de, pelo menos, a temperatura ambiente, mais preferivelmente a uma temperatura de pelo menos 60 °C, ainda mais preferivelmente a uma temperatura de pelo menos 100 °C, e ainda mais preferivelmente a uma temperatura de pelo menos 130 °C, desde que o líquido se separe em duas fases à temperatura de separação.

[057] A primeira etapa de separação líquido-líquido é realizada em qualquer separador líquido-líquido adequado como seria conhecido da pessoa versada na técnica.

[058] Antes de passar pela primeira etapa de separação líquido-líquido, a composição pode opcionalmente ser encaminhada através de uma etapa de separação, de preferência sólido/líquido, para remover quaisquer huminas insolúveis ou outro alcatrão que possa ter sido formado durante a etapa de desidratação.

[059] No processo da presente invenção, a fase orgânica a partir da primeira etapa de separação líquido-líquido é submetida a uma primeira etapa de destilação (13) para proporcionar: (i) uma primeira corrente de topo (6) que compreende furfural, e uma porção do pelo menos um ácido orgânico e (ii) uma primeira corrente de fundo (4) compreendendo o solvente oxigenado.

[060] O furfural tem um ponto de ebulição à pressão ambiente de cerca de 161 °C e o azeotrópico de água e furfural tem um ponto de ebulição à pressão ambiente de cerca de 98 °C e tendo em vista que o solvente oxigenado tem um ponto de ebulição superior ao de furfural, obtém-se uma primeira corrente de topo compreendendo furfural. Adequadamente, quanto maior a diferença entre o ponto de ebulição do furfural e o solvente oxigenado, mais fácil e limpa será a separação entre esses compostos.

[061] Adequadamente, o solvente oxigenado pode ser um fenol sec-butila, que tem um ponto de ebulição de cerca de 240 °C à pressão ambiente, e adequadamente isto fornece diferença suficiente nos respectivos pontos de ebulição para conseguir uma boa separação de furfural.

[062] Adequadamente, embora o solvente oxigenado tenha uma seletividade preferida para o furfural, não apenas um azeótropo de água e furfural, mas também pelo menos um ácido orgânico pode estar presente na fase aquosa da composição.

[063] Isso complica a recuperação de furfural a partir da composição tendo em vista que o ponto de ebulição do azeótropo de água e furfural à pressão ambiente é de cerca de 98 °C, sendo que está próximo demais do ponto de ebulição da água a partir da qual o mesmo deve ser separado. Além disso, pelo menos um ácido orgânico também precisa ser separado do furfural, mantendo a eficiência energética.

[064] Após a primeira etapa de separação líquido-líquido, a fim de alcançar tanto a alta recuperação de furfural quanto a alta pureza de furfural, o furfural precisa ser recuperado eficientemente da fase orgânica.

[065] Portanto, para alcançar este objetivo, os inventores da presente invenção apresentaram uma segunda etapa de separação líquido-líquido (14) ao processo da presente invenção, que se beneficiar da propriedade de separação em fases do azeótropo de água e furfural sob certas temperaturas.

[066] Os inventores da presente invenção também introduziram um circuito de processo que não apenas separa furfural do azeótropo de água e furfural, mas também opcionalmente recicla qualquer azeótropo de água e furfural restante como uma alimentação para a primeira etapa de destilação (13) ou o primeiro separador líquido- líquido (12).

[067] Portanto, no processo da presente invenção, a primeira corrente de topo (6) a partir da primeira etapa de destilação é submetida a uma segunda etapa de separação líquido-líquido (14) para proporcionar: (i) uma segunda corrente de topo (7) compreendendo uma porção do furfural e uma porção de pelo menos um ácido orgânico, e (ii) uma segunda corrente de fundo (9) compreendendo uma porção do furfural e uma porção do pelo menos um ácido orgânico.

[068] Preferivelmente, a segunda separação líquido-líquido pode ser executada a uma temperatura de, no máximo, 120 °C, mais preferivelmente a uma temperatura de, no máximo, 100 °C, ainda mais preferivelmente a uma temperatura de, no máximo, 80 °C, ainda mais preferivelmente a uma temperatura de no mínimo 60 °C, desde que o líquido se separe em duas fases na temperatura de separação.

[069] Preferivelmente, a segunda separação líquido-líquido pode ser executada a uma temperatura de, pelo menos, a temperatura ambiente, mais preferivelmente a uma temperatura de pelo menos 30 °C, ainda mais preferivelmente a uma temperatura de pelo menos 40 °C, e ainda mais preferivelmente a uma temperatura de pelo menos 50 °C, desde que o líquido se separe em duas fases à temperatura de separação.

[070] No processo da presente invenção, em seguida à segunda etapa de separação líquido-líquido (14), a segunda corrente de topo da segunda etapa de separação líquido-líquido é submetida a uma segunda etapa de destilação (15) para fornecer: (i) uma terceira corrente de topo (8) compreendendo um azeótropo de água e furfural; e (ii) uma terceira corrente de fundo (2) compreendendo furfural.

[071] Para conseguir a eficiência de energia através da não necessidade de aquecer novo material que está a ser introduzido no processo, bem como para aumentar a utilidade do solvente oxigenado, o processo da presente invenção pode, opcionalmente, reciclar o solvente oxigenado. Para fazer isto, adequadamente, uma porção da primeira corrente de fundo da primeira etapa de destilação compreendendo o solvente oxigenado é reciclada para a primeira etapa de separação líquido-líquido e, opcionalmente, para a etapa de desidratação de pentose.

[072] Opcionalmente no processo da presente invenção, uma porção da terceira corrente de topo (8) a partir da segunda etapa de destilação compreendendo o azeótropo de água e furfural é reciclada de volta para alimentar o primeiro separador líquido-líquido (12) em uma modalidade ou a primeira etapa de destilação (13) em outra modalidade.

[073] Opcionalmente, no processo da presente invenção, a segunda corrente de fundo (9) do segundo separador líquido-líquido que compreende uma porção do furfural e uma porção do pelo menos um ácido orgânico é reciclada de volta para alimentar o primeiro separador líquido-líquido (12).

[074] Opcionalmente no processo da presente invenção, a segunda corrente de fundo (9) da segunda etapa de líquido-líquido compreende uma porção do furfural e uma porção de pelo menos um ácido orgânico é submetida a uma terceira etapa de destilação (16) para proporcionar: (i) uma quarta corrente de topo (10) compreendendo uma porção do furfural e (ii) uma quarta corrente de fundo (3) compreendendo água e pelo menos um ácido orgânico.

[075] Opcionalmente, cada uma dentre a primeira etapa de destilação, a segunda etapa de destilação e a terceira etapa de destilação pode ser qualquer uma dentre destilação atmosférica e destilação sob vácuo, em que, no caso deste último, a coluna de vácuo pode ser operada a uma pressão de cerca de 0,00133 MPa (10 mmHg).

EXEMPLO

[076] Uma linha de processo, conforme ilustrado na Figura 1, foi avaliada para recuperação de furfural usando o software de modelagem de processo Aspen plus (Versão 7.3) licenciado pela Aspen Technology Inc., MA.

[077] A linha de processo modelada é representativa de um esquema de separação de furfural a partir de uma corrente de processo contendo furfural em uma usina de furfural.

[078] Os resultados obtidos neste exemplo são representativos das taxas esperadas de recuperação de furfural, fração de recuperação de furfural da corrente de alimentação, pureza de furfural, calor de trabalho (MW) e uso de vapor medido em 1.000 quilogramas (1 tonelada) de vapor/1.000 quilogramas (1 tonelada) de furfural produzida.

[079] Os dados termodinâmicos contidos no conjunto “NRTL-HOC property method” foram utilizados nesta simulação.

[080] O consumo de vapor na linha de processo foi determinado com base no uso de vapor de alta pressão de 4,48 MPa.

[081] A corrente de alimentação (1) contém água, furfural, ácido acético (pelo menos um ácido orgânico), Sec-butilfenol (SBP) (representante de um solvente oxigenado com um ponto de ebulição superior ao do furfural).

[082] O esquema de separação permite a separação do furfural da composição com alta pureza e permite a reciclagem do solvente para reutilização no processo.

[083] A Tabela 1 apresenta toda a saída de dados da corrente de processo.

[084] As Tabelas 2 e 3 apresentam as condições de operação do processo e o resumo dos resultados das colunas de destilação e dos separadores líquido-líquido usados na linha de processo.

[085] A Tabela 4 apresenta o resumo dos resultados para o esquema de separação de furfural.

[086] Com base na saída da simulação, essa linha de separação consome cerca de 5.600 quilogramas (5,6 toneladas) de vapor/1.000 quilogramas (1 tonelada) de furfural. Isso representa cerca de 44% de redução no uso de vapor em comparação com o consumo de 10.000 quilogramas (10 toneladas) de vapor/1.000 quilogramas (1 tonelada) de furfural produzido no processo de última geração de Rosenlew para produção de furfural comercial.TABELA 1: RESULTADOS DE RESUMO DE CORRENTE

TABELA 2: RESUMO DA COLUNA DE DESTILAÇÃO

TABELA 3: RESUMO DO SEPARADOR LÍQUIDO-LÍQUIDO

TABELA 4: RESUMO DOS RESULTADOS DO ESQUEMA DE SEPARAÇÃO

Claims

1. Processo para a extração de furfural a partir de uma composição compreendendo furfural, água, pelo menos um ácido orgânico e um solvente oxigenado com um ponto de ebulição superior ao do furfural CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: (a) submeter a composição a uma primeira etapa de separação líquido- líquido para proporcionar: - uma fase orgânica compreendendo o solvente oxigenado, furfural e uma porção do pelo menos um ácido orgânico; e - uma fase aquosa compreendendo o restante do pelo menos um ácido orgânico; (b) submeter a fase orgânica da etapa (a) a uma primeira etapa de destilação para proporcionar: - uma primeira corrente de topo compreendendo furfural e uma porção de pelo menos um ácido orgânico; e - uma primeira corrente de fundo compreendendo o solvente oxigenado; (c) submeter a primeira corrente de topo da etapa (b) a uma segunda etapa de separação líquido-líquido para proporcionar: - uma segunda corrente de topo compreendendo uma porção do furfural e uma porção de pelo menos um ácido orgânico; e - uma segunda corrente de fundo compreendendo uma porção do furfural e uma porção do pelo menos um ácido orgânico; (d) submeter a segunda corrente de topo da etapa (c) a uma segunda etapa de destilação para proporcionar: - uma terceira corrente de topo que compreende um azeótropo de água e furfural; e - uma terceira corrente de fundo compreendendo furfural; e (e) submeter a segunda corrente de fundo a uma terceira etapa de destilação para proporcionar: uma quarta corrente de topo compreendendo uma porção do furfural que é reciclada de volta para alimentar a segunda etapa de separação líquido-líquido, e uma quarta corrente de fundo compreendendo água e o pelo menos um ácido orgânico

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a composição é derivada de uma corrente de produto de uma etapa de desidratação de pentose em que uma corrente de alimentação de pentose é desidratada.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a corrente de alimentação de pentose é derivada da hidrólise de uma biomassa lignocelulósica.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o solvente oxigenado é selecionado do grupo que consiste em: propil guaiacol; propil siringol; guaiacil propanol; siringil propanol; nonilfenol; cresóis substituídos em o-, m-, p-; guaiacol; 2-metoxi-4- propilfenol; eugenol; 2,6-xilenol; sec-butilfenol; 2,5-xilenol; e qualquer combinação destes.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que uma porção da primeira corrente de fundo da etapa (b) compreendendo o solvente oxigenado é reciclada na primeira etapa de separação líquido-líquido.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que uma parte da terceira corrente de topo da etapa (d) compreendendo o azeótropo de água e furfural é reciclada de volta para alimentar a primeira etapa de destilação ou o primeiro separador líquido- líquido.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda corrente de fundo da etapa (c) que compreende uma parte do furfural e uma parte do pelo menos um ácido orgânico é reciclada de volta para alimentar o primeiro separador líquido-líquido.