BR112021000853A2

BR112021000853A2 - Purificação de ácido levulínico

Info

Publication number: BR112021000853A2
Application number: BR112021000853-5A
Authority: BR
Inventors: Vicente López Fernández; Lourdes Arribas Martínez; Maria Frades Tapia; Álvaro Ruiz Pérez
Original assignee: Técnicas Reunidas, S.A.
Priority date: 2018-07-18
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2021-04-13
Also published as: DK3823952T3; US20210253508A1; PL3823952T3; BR112021000853B1; PT3823952T; EP3823952A1; EP3597624A1; US11535582B2; AU2019307736A1; EP3823952B1; ES2928768T3; WO2020016290A1; AU2019307736B2; CA3106488A1

Abstract

purificação de ácido levulínico. a presente invenção refere-se a um processo para a purificação de ácido levulínico, uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um processo para a produção de ácido levulínico.

Description

“PURIFICAÇÃO DE ÁCIDO LEVULÍNICO” CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se à área de purificação ou extração de ácido levulínico. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um processo para a purificação de ácido levulínico, uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um processo para a produção de ácido levulínico.

ANTECEDENTES

[002] O ácido levulínico é uma molécula de partida para a síntese de ésteres conhecidos como aditivo para combustível e é conhecido por ser útil como um plastificante e um solvente. Ademais, o ácido levulínico pode ser usado para sintetizar metiltetraidrofurano (MTHF). Outras aplicações de ácido levulínico servem para exemplificar a síntese de ácido levulínico delta-amino usado como herbicida e pesticida, ácido difenólico usado para sintetizar policarbonatos e ácido succínico usados para produzir poliésteres. Ácido levulínico também pode ser usado para produzir gama valerolactona (5- metilbutirolactona), que, por sua vez, pode ser usado para a produção de ácido adípico (1,6-ácido hexanodioico). Adicionalmente, o ácido levulínico é um intermediário na produção de combustíveis líquidos de biomassa.

[003] A produção de ácido levulínico a partir de biomassa levulínica foi revelada em vários documentos como US6054611A, W02014087016A1, W02014037560A1 e W02015007602A1.

[004] Lignocelulose contém polímeros celulósicos ligados uns aos outros por lignina. Quando submetida a um tratamento ácido, a lignocelulose se divide em lignina e componentes celulósicos. Esses componentes celulósicos podem ser, então, hidrolisados em seus monômeros constituintes de pentose e hexose. Os monômeros de pentose, mediante tratamento ácido adicional, podem se degradar em furfural, e os monômeros de hexose podem se degradar em hidróximetilfurfural (HMF) que pode se degradar adicionalmente na presença de ácido em ácido levulínico (LEVA) e ácido fórmico (FA).

[005] É necessário um grande esforço de purificação e separação para remover componentes indesejáveis e subprodutos, como alcatrão ou huminas, da mistura de reação para obter ácido levulínico. Por exemplo, o documento US6054611A revela a purificação de ácido levulínico a partir de um hidrolisado de biomassa aquosa por destilação seguido de destilação a vácuo e opcionalmente, recristalização. Também, vários documentos como W02014087016A1, W02014037560A1 e W02015007602A1 descrevem métodos de purificação que envolvem uma etapa de extração de solvente que produz uma fase orgânica que compreende ácido levulínico que pode ser adicionalmente purificado. Por exemplo, o Pedido de patente nº W02014087016A1 sugere recuperar o ácido levulínico e/ou o ácido fórmico da fase orgânica por destilação. O Pedido de patente nº W02014037560A1 sugere submeter a dita fase orgânica à nanofiltração, e opcionalmente a uma etapa de destilação adicional. Também, o Pedido de patente nº W02015007602A1 descreve um processo para o isolamento de ácido levulínico de uma solução orgânica que compreende uma etapa de lavar a dita solução orgânica com um fluxo aquoso alcalino para produzir uma solução orgânica lavada e submeter a dita solução orgânica lavada a uma destilação.

[006] No entanto, métodos para produzir, purificar, extrair, isolar ou concentrar ácido levulínico que incluem uma etapa de extração de solvente para produzir uma fase orgânica que compreende ácido levulínico, como aqueles revelados acima, têm problemas relacionados ao custo associado ao alto uso de solvente orgânico. Adicionalmente, huminas e outras impurezas presentes na fase orgânica podem criar problemas em etapas de purificação subsequentes, particularmente se uma destilação for necessária, e levar a grandes quantidades de impurezas e menor concentração nos produtos.

[007] Portanto, há uma clara necessidade de novos métodos de produção, purificação, extração, isolamento ou concentração de ácido levulínico com alto rendimento, baixa impureza e alta concentração dos produtos e custo reduzido.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] Os autores da presente invenção desenvolveram um novo processo para a purificação de ácido levulínico, uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um processo para a produção de ácido levulínico.

[009] Os inventores observaram que o rendimento de ácido levulínico e sua pureza são insuficientes quando um ácido levulínico contendo fluxo é apenas submetido a uma extração orgânica. Em particular, constatou-se surpreendentemente que ao realizar uma extração dupla (uma extração orgânica seguida de uma extração aquosa), o processo da presente invenção aprimora significativamente o rendimento do ácido levulínico (pureza acima de 95%) comparado a ter extração dupla (pureza abaixo de 85%, em peso). Adicionalmente, os produtos obtidos por uma extração dupla são incolores ao contrário daqueles obtidos após uma única extração que tem uma cor amarela, avermelhada ou acastanhada indicativa da presença de huminas ou outros resíduos. Dessa forma, uma extração dupla reduz significativamente a presença de impurezas nos produtos finais do processo da presente invenção.

[0010] Se a purificação adicional for realizada na dita solução aquosa, as etapas de purificação adicional são simplificadas e, por exemplo, nenhum resíduo viscoso é gerado durante a destilação.

[0011] Além disso, visto que o processo da presente invenção é simples e econômico, o mesmo pode ser aplicado para purificação em larga escala e/ou produção de ácido levulínico.

[0012] Portanto, um primeiro aspecto da invenção é direcionado a um processo para a purificação de ácido levulínico, que compreende: i) fornecer uma solução aquosa que compreende ácido levulínico; ii) submeter a solução aquosa da etapa (i) a uma extração orgânica para produzir uma solução orgânica e uma solução aquosa; iii) submeter a solução orgânica obtida na etapa anterior a uma extração aquosa para produzir uma solução aquosa, que compreende ácido levulínico, e uma solução orgânica; e iv) submeter a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) a uma separação por membranas para produzir uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um resíduo.

[0013] Em uma segunda revelação, a presente invenção é direcionada a uma solução aquosa que compreende ácido levulínico obtenível por um processo que compreende: i) fornecer uma solução aquosa que compreende ácido levulínico; ii) submeter a solução aquosa da etapa (i) a uma extração orgânica para produzir uma solução orgânica e uma solução aquosa; e iii) submeter a solução orgânica obtida na etapa anterior a uma extração aquosa para produzir uma solução aquosa, que compreende ácido levulínico, e uma solução orgânica; em que a dita solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) compreende: - entre 0,01 e 27%, em peso, de ácido levulínico; e - entre 0,01 e 13,5%, em peso, de ácido fórmico.

[0014] Em um segundo aspecto, a presente invenção é direcionada a processo para a produção de ácido levulínico a partir de biomassa lignocelulósica despolpada que compreende as seguintes etapas: i. fornecer biomassa lignocelulósica despolpada; ii. submeter opcionalmente a biomassa lignocelulósica despolpada da etapa (i) a uma pré-hidrólise para obter uma biomassa lignocelulósica despolpada pré- hidrolisada;

iii. submeter a biomassa lignocelulósica despolpada fornecida na etapa (i) ou a biomassa lignocelulósica despolpada pré-hidrolisada obtida na etapa (ii) a uma hidrólise na presença de um ácido e sob condições de temperatura, tempo e concentração de ácido para produzir uma pasta fluida aquosa que compreende ácido levulínico; iv. submeter a pasta fluida aquosa obtida na etapa (iii) que compreende ácido levulínico a uma separação de sólido-líquido produzindo uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um sólido; v. submeter a solução aquosa obtida na etapa (iv) a uma extração orgânica para produzir uma solução orgânica e uma solução aquosa; vi. submeter a solução orgânica obtida na etapa anterior a uma extração aquosa para produzir uma solução aquosa, que compreende ácido levulínico, e uma solução orgânica; vii. submeter a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (vi) a uma separação por membranas para produzir uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um resíduo; e viii. submeter opcionalmente a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa anterior a pelo menos uma purificação adicional para produzir uma solução aquosa que compreende ácido levulínico.

FIGURAS

[0015] A Figura 1 mostra um esquema de produtos comerciais obtidos a partir de ácido levulínico.

[0016] A Figura 2 mostra um diagrama que ilustra uma modalidade preferencial desta invenção. É feita referência às mesmas na descrição a seguir.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0017] Exceto onde definido em contrário, todos os termos técnicos e científicos usados no presente documento têm o mesmo significado como comumente entendido por um versado na técnica a que esta revelação pertence. Conforme usado no presente documento, as formas no singular “um", “uma”, "o" e “a” incluem referências no plural a menos que o contexto determine claramente o contrário. Processo para a purificação de ácido levulínico.

[0018] Conforme definido acima, em um primeiro aspecto, a presente invenção se refere a um processo purificação de ácido levulínico, que compreende: i) fornecer uma solução aquosa que compreende ácido levulínico; ii) submeter a solução aquosa da etapa (i) a uma extração orgânica para produzir uma solução orgânica e uma solução aquosa; e iii) submeter a solução orgânica obtida na etapa anterior a uma extração aquosa para produzir uma solução aquosa, que compreende ácido levulínico, e uma solução orgânica; e iv) submeter a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) a uma separação por membranas para produzir uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um resíduo.

[0019] No contexto da presente invenção, o termo “purificação” se refere à separação, isolamento ou separação parcial de uma substância química de interesse na presente invenção como ácido levulínico; particularmente de uma solução aquosa gerada na hidrólise de biomassa, particularmente na hidrólise de biomassa lignocelulósica.

[0020] Em uma modalidade específica, a solução aquosa que compreende ácido levulínico da etapa (i) do processo da presente invenção compreende adicionalmente ácido fórmico e resíduos; em uma outra modalidade, a mesma compreende adicionalmente ácido fórmico e resíduos de lignina.

[0021] No contexto da presente invenção, a expressão “solução aquosa” se refere a uma solução que compreende água; em que água ou ácido levulínico é o composto predominante (ao contrário de uma solução orgânica em que geralmente um solvente orgânico é o composto principal). A expressão “solução aquosa” pode se referir ao fluxo ou corrente principal que compreende ácido levulínico como aqueles fornecidos na etapa (i) e obtidos na etapa (iii) e opcionalmente na etapa (iv) do processo para a purificação de ácido levulínico ou aqueles obtidos nas etapas (iv), (vi) e opcionalmente (vii) do processo para a purificação de ácido levulínico da presente invenção. A solução aquosa pode compreender resíduos, como resíduos sólidos dispersos que podem variar dependendo do tipo de biomassa usado, e outros compostos. Um exemplo não limitativo de uma solução aquosa em que ácido levulínico é o composto predominante e água é um composto secundário é a solução de destilação obtida após uma destilação.

[0022] No contexto da presente invenção, a expressão “resíduos” se refere a compostos solúveis ou insolúveis presentes em uma solução aquosa que compreende a forma de ácido levulínico da qual o ácido levulínico precisa ser separado, extraído ou purificado. Exemplos não limitativos ou resíduos são alcatrão, carvão e/ou huminas, lignina, carboidratos, ácidos carboxílicos e/ou catalisador. O alcatrão e o carvão representam matéria orgânica escura e insolúvel em água que tende a se tornar viscosa e quase preta quando concentrada. No contexto da presente invenção, o termo “alcatrão” se refere a um resíduo orgânico que pode ser formado durante o aquecimento de material orgânico, por exemplo, por pirólise, e também quando carboidratos são submetidos à hidrólise ácida, particularmente quando realizada a altas temperaturas. O termo “alcatrão” geralmente se refere a um líquido viscoso, por exemplo, derivado da destilação destrutiva de matéria orgânica. No contexto da presente invenção, o termo “alcatrão” se refere a material sólido como os restos de biomassa sólida que não foi completamente hidrolisada. No contexto da presente invenção, o termo “huminas” se refere a material orgânico insolúvel em água produzido por hidrólise ácida de carboidratos e fração de lignina, no contexto da presente invenção, o termo “huminas” compreende os termos “alcatrão” e “carvão”. A presença de resíduos em uma solução pode ser indicada por uma cor escura como uma cor amarelada, acastanhada ou avermelhada. Extração orgânica

[0023] O processo purificação de ácido levulínico compreende a etapa (ii) de submeter a solução aquosa da etapa (i) a uma extração orgânica para produzir uma solução orgânica e uma solução aquosa.

[0024] No contexto da presente invenção, a expressão “extração orgânica” se refere a submeter a solução aquosa que compreende ácido levulínico da etapa (i) (fase aquosa líquida) a uma etapa de extração líquido- líquido solvente com um solvente imiscível em água para[ uma fase orgânica que compreende ácido levulínico que é recuperado e uma fase aquosa em que parte dos resíduos é deixada. No contexto da presente invenção, a expressão “fase orgânica” em relação a uma etapa de extração se refere à solução orgânica. De modo similar, a expressão “fase aquosa” em relação a uma etapa de extração se refere à solução orgânica aquosa. Em geral, a solução aquosa e a solução orgânica são imiscíveis entre as mesmas; portanto, a expressão “fases imiscíveis” se refere à fase orgânica e aquosa.

[0025] Em uma modalidade específica, a extração orgânica da etapa (ii) é realizada usando pelo menos um solvente imiscível em água; de preferência, colocando a solução aquosa fornecida na etapa (i) em contato com um solvente imiscível em água ou uma solução orgânica; de preferência, um solvente imiscível em água. No contexto da presente invenção, a expressão “solvente imiscível em água” se refere ao que um versado na técnica poderia entender.

[0026] Exemplos de solventes imiscíveis em água adequados como solventes de extração são cetonas, éteres ou acetatos de baixo peso molecular, como aqueles contendo mais de cinco átomos de carbono, por exemplo, solventes derivados de furano. Em uma modalidade preferida, o solvente imiscível em água é selecionado dentre diclorometano (DCM), dicloroeteno (DCE), 1,2-dicloroetano,

tolueno, benzeno, 2-heptanono, butilacetato, metilisobutilcetona (MIBK), diclorometano, propionato 5 de etila, 2-pentanona, éter dietílico, álcool t-amílico, butanol, cicloexanona, acetato de etila, piridina, tetraidrofurano (THF), metiltetraidrofurano (MTHF), 2- metiltetraidrofurano (2-ME-THF), 2-Butanona, acetona, dioxano, acetonitrila, formamida, N,N-dimetilformamida, sulfóxido de dimetila, etilenoglicol, metil-ter-butiléter (MTBE), éter ciclopentilmetílico (CPMe), heptano, dimetilformamida (DMF), N-metilpirrolidona (NMP), 2-sec- butilfenol (SBP), 4-npentilfenol (NPP), 4-n-hexilfenol (NHP) e éter dimetílico de dietilenoglicol (DEGDME) , furfural, (hidróximetil) furfural, álcool levulinato, derivados de lactona, gama-valerolactona (GVL) e combinações dos mesmos; de preferência, é selecionado dentre furfural, (hidróximetil) furfural, álcool levulinato, derivados de lactona, gama-valerolactona (GVL), metilisobutilcetona (MIBK), metiltetraidrofurano (MTHF) e combinações dos mesmos; com mais preferência, é selecionado dentre metilisobutilcetona (MIBK), metiltetraidrofurano (MTHF) e combinações dos mesmos; com mais preferência ainda, é metilisobutilcetona (MIBK).

[0027] Em uma modalidade específica, a extração orgânica da etapa (ii) é realizada a uma temperatura entre 20 e 100 °C, de preferência, à temperatura ambiente.

[0028] Em uma modalidade preferida, a razão de solvente imiscível em água/solução aquosa da extração orgânica da etapa (ii) varia de 0,25:1 a 5:1, com mais preferência, de 1:1 a 4:1, com mais preferência ainda, de

2:1 a 3,5:1.

[0029] Em uma modalidade específica, a extração orgânica da etapa (ii) é realizada usando um solvente imiscível em água selecionado dentre dicolorometano (DCM), dicloroeteno (DCE), 1,2-dicloroetano, tolueno, heptano, benzeno, 2-Butanona, acetona, dioxano, acetonitrila, butilacetato, metilisobutilcetona (MIBK), diclorometano, propionato 5 de etila, 2-pentanona, éter dietílico, álcool t-amílico, butanol, cicloexanona, acetato de etila, piridina, tetraidrofurano (THF), metiltetraidrofurano (MTHF), 2-metiltetraidrofurano (2-ME- THF), formamida, N,N-dimetilformamida, sulfóxido de dimetila, etilenoglicol, metil-ter-butiléter (MTBE), éter ciclopentilmetílico (CPMe), dimetilformamida (DMF), N- metilpirrolidona (NMP), 2-sec-butilfenol (SBP), 4- npentilfenol (NPP), 4-n-hexilfenol (NHP) e éter dimetílico de dietilenoglicol (DEGDME) furfural, (hidróximetil) furfural, álcool levulinato, derivados de lactona, gama- valerolactona (GVL) e combinações dos mesmos; em que a razão de solvente imiscível : solução aquosa é entre 0,25:1 e 4:1.

[0030] Em uma modalidade preferida, a extração orgânica da etapa (ii) é realizada usando meios capazes de extração, de preferência, colunas de extração, extratores centrífugos, extratores de camada fina ou um dispositivo misturador-decantador; com mais preferência, colunas de extração ou dispositivos misturadores-decantadores.

[0031] Em uma modalidade mais preferida, a extração orgânica da etapa (ii) é realizada em um dispositivo misturador-decantador; de preferência, ao misturar a solução aquosa que compreende ácido levulínico da etapa (i) com um solvente imiscível em água ou com uma solução orgânica por agitação entre 100 e 300 rpm para obter uma mistura que é subsequentemente decantada durante entre 1 e 20 min. para obter duas fases imiscíveis; com mais preferência, um solvente imiscível em água. Em uma modalidade mais preferida, a extração orgânica da etapa (ii) é realizada em uma coluna de extração; de preferência, uma coluna de extração que compreende entre 2 e 12 estágios de extração. Em uma modalidade ainda mais preferida, a extração orgânica da etapa (ii) é realizada em uma coluna de extração que compreende entre 2 e 12 estágios de extração; em que a solução aquosa da etapa (i) e a solução orgânica são misturadas nos estágios de extração durante os tempos de contato de 1 a 20 min.

[0032] Em uma outra modalidade preferida, a extração orgânica da etapa (ii) compreende pelo menos uma etapa de contato; de preferência, pelo menos duas etapas de contato em que em cada uma dessas etapas, a fase orgânica e a fase aquosa estão em contato durante pelo menos 1 minuto; de preferência, durante pelo menos 10 minutos; com mais preferência, pelo menos 20 minutos.

[0033] Em uma outra modalidade preferida, a extração orgânica da etapa (ii) é repetida pelo menos uma vez; de preferência, pelo menos duas vezes; com mais preferência, pelo menos três vezes. Em uma modalidade específica, o processo da presente invenção pode incluir múltiplas etapas de extração orgânica. Isto pode aprimorar ainda mais a eficiência do processo. Em cada etapa, a fase orgânica e a fase aquosa podem estar em contato durante pelo menos 1 minuto; de preferência, durante pelo menos 10 minutos; com mais preferência, durante pelo menos 20 minutos.

[0034] Em uma modalidade específica, o ácido levulínico ou parte do ácido levulínico compreendida na solução aquosa da etapa (i) é extraído formando uma solução orgânica (fase ou extrato orgânico) durante a etapa (ii) de submeter a solução aquosa a uma extração orgânica.

[0035] Em uma modalidade específica, parte dos resíduos compreendida na solução aquosa da etapa (i) como alcatrão, ligninas, carboidratos, ácidos carboxílicos e/ou catalisador, é deixada na solução aquosa obtida na the extração orgânica da etapa (ii).

[0036] Em uma modalidade específica, a extração orgânica da etapa (ii) produz uma solução orgânica e uma solução aquosa; em que a solução orgânica obtida compreende ácido levulínico, ácido fórmico e o solvente de extração imiscível em água; e em que a solução aquosa obtida compreende resíduos, e/ou uma pequena quantidade do solvente imiscível em água; de preferência, a solução aquosa obtida compreende adicionalmente ácidos carboxílicos, carboidratos, compostos de lignina e/ou catalisador.

[0037] Em uma modalidade específica, a solução aquosa obtida na extração orgânica da etapa (ii) é reciclada; de preferência, é reciclada usando a mesma em outras etapas do processo da presente invenção; de preferência, é reciclada para a etapa de hidrólise. Em uma modalidade específica, a solução aquosa obtida na extração orgânica da etapa (ii) compreende um ácido carboxílico e é reciclada para a etapa de hidrólise; de preferência, compreende ácido sulfúrico.

[0038] Em uma modalidade mais específica, a extração orgânica da etapa (ii) produz uma solução orgânica e uma solução aquosa; em que a solução orgânica obtida compreende entre 0,1 e 10%, em peso, de ácido levulínico, entre 0,1 e 5%, em peso, de ácido fórmico, e o solvente de extração imiscível em água; com mais preferência, entre 0,3 e 7,5%, em peso, de ácido levulínico, entre 0,14 e 4%, em peso, de ácido fórmico e o solvente de extração imiscível em água.

[0039] Em uma modalidade mais específica, a extração orgânica da etapa (ii) produz uma solução orgânica e uma solução aquosa; em que a solução orgânica compreende entre 0,1 e 10%, em peso, de ácido levulínico, e entre 0,05 e 5%, em peso, de ácido fórmico; com mais preferência, entre 0,3 e 7,5%, em peso, de ácido levulínico, e entre 0,15 e 4%, em peso, de ácido fórmico; com mais preferência ainda, entre 0,3 e 7,5%, em peso, de ácido levulínico, entre 0,15 e 4%, em peso, de ácido fórmico e menos de 0,8%, em peso, de resíduos.

[0040] Em uma modalidade ainda mais específica, a extração orgânica da etapa (ii) produz uma solução orgânica e uma solução aquosa; em que a solução orgânica compreende menos de 1%, em peso, de resíduos; de preferência, menos de 0,8%, em peso, de resíduos; com mais preferência, entre 0,15 e 0,5 %, em peso, de resíduos.

[0041] Em uma modalidade ainda mais específica, a extração orgânica da etapa (ii) produz uma solução orgânica e uma solução aquosa; em que a solução orgânica compreende uma razão de ácido levulínico: resíduos de cerca de 1:0,6.

[0042] A extração orgânica da etapa (ii) tem uma eficiência de 85% a 97% para o ácido levulínico e fórmico presente na solução aquosa da etapa (i), de preferência, uma eficiência de 90% a 98%. Extração aquosa

[0043] O processo para a purificação de ácido levulínico compreende uma etapa (iii) de submeter a solução orgânica obtida na etapa anterior (na etapa (ii)) a uma extração aquosa para produzir uma solução aquosa, que compreende ácido levulínico e uma solução orgânica.

[0044] De acordo com a presente invenção, a expressão “extração aquosa” se refere a submeter a solução orgânica que compreende ácido levulínico da etapa (ii) (fase orgânica) a uma etapa de extração líquido-líquido aquosa na presença de água ou uma solução aquosa (fase aquosa) para recuperar seletivamente uma fase aquosa que compreende ácido levulínico.

[0045] Em uma modalidade específica, a extração aquosa da etapa (iii) é realizada na presença de água ou uma solução aquosa; de preferência, colocando a solução orgânica que compreende ácido levulínico da etapa (ii) em contato com água ou com uma solução aquosa; de preferência, com água ou com uma solução aquosa em pH neutro.

[0046] Exemplos não limitativos de soluções aquosas capazes de extração aquosa da etapa (iii) são soluções aquosas ácidas, básicas ou neutras; de preferência, solução aquosa neutra.

[0047] Em uma modalidade específica, a extração aquosa da etapa (iii) é realizada com uma solução aquosa que compreende um aditivo capaz de aprimorar as propriedades de solvatação da solução conforme conhecido na técnica; particularmente, um tensoativo ou uma combinação de tensoativos como sulfonatos, fosfatos, sulfatos e carboxilatos.

[0048] Em uma modalidade específica, a extração aquosa da etapa (iii) é realizada com uma solução aquosa que tem pH neutro.

[0049] Em uma modalidade específica, a extração aquosa da etapa (iii) é realizada a uma temperatura entre 20 e 100 °C, de preferência, à temperatura ambiente.

[0050] Em uma modalidade preferida, a razão de solução orgânica/solução aquosa da extração aquosa da etapa (iii) varia de 0,1:1 a 1:5, com mais preferência, de 0,25:1 a 1:3.

[0051] Em uma modalidade preferida, a extração aquosa da etapa (iii) é realizada usando meios capazes de extração, de preferência, colunas de extração, extratores centrífugos, extratores de camada fina ou um dispositivo misturador-decantador; com mais preferência, colunas de extração ou dispositivos misturadores-decantadores.

[0052] Em uma modalidade mais preferida, a extração orgânica da etapa (ii) ou a extração aquosa da etapa (iii) é realizada usando meios capazes de extração, de preferência, uma coluna de extração ou um dispositivo misturador-decantador; com mais preferência, um dispositivo misturador-decantador. Em uma modalidade mais preferida, a extração orgânica da etapa (ii) ou a extração aquosa da etapa (iii) é realizada à temperatura ambiente.

[0053] Em uma modalidade mais preferida, a extração orgânica da etapa (ii) ou a extração aquosa da etapa (iii) é realizada pelo contato e separação de duas fases imiscíveis; de preferência, por mistura e sedimentação subsequente de duas fases imiscíveis.

[0054] Em uma modalidade mais preferida, a extração aquosa da etapa (iii) é realizada em um dispositivo misturador-decantador; de preferência, ao misturar a solução orgânica que compreende ácido levulínico da etapa (ii) com água ou com uma solução aquosa por agitação entre 100 e 300 rpm para obter uma mistura que é subsequentemente decantada durante entre 1 e 20 min. para obter duas fases imiscíveis.

[0055] Em uma modalidade mais preferida, a extração aquosa da etapa (iii) é realizada em uma coluna de extração; de preferência, uma coluna de extração que compreende entre 2 e 12 estágios de extração. Em uma modalidade ainda mais preferida, a extração aquosa da etapa (iii) é realizada em uma coluna de extração que compreende entre 2 e 12 estágios de extração; em que a água ou solução aquosa e a solução orgânica da etapa (ii) são misturadas nos estágios de extração durante os tempos de contato de 1 a 20 min.

[0056] Em uma outra modalidade preferida, a extração aquosa da etapa (iii) compreende pelo menos uma etapa de contato; de preferência, pelo menos duas etapas de contato em que em cada etapa, a fase orgânica; e com mais preferência, pelo menos três vezes. Em cada etapa, a fase orgânica e a fase aquosa podem estar em contato durante pelo menos 1 minuto; de preferência, durante pelo menos 10 minutos; com mais preferência, durante pelo menos 20 minutos. Em uma outra modalidade preferida, a extração aquosa da etapa (iii) é repetida pelo menos uma vez; de preferência, pelo menos duas vezes; com mais preferência, pelo menos três vezes. Em uma modalidade específica, o processo da presente invenção pode incluir múltiplas etapas de extração aquosa. Isto pode aprimorar ainda mais a eficiência do processo.

[0057] De acordo com a presente invenção, o ácido levulínico ou parte do ácido levulínico compreendida na solução orgânica da etapa (ii) é extraído em água ou em uma solução aquosa durante a etapa (iii) de submeter a solução orgânica da etapa (ii) a uma extração aquosa. Sem se ater à teoria, acredita-se que o ácido levulínico ou parte do ácido levulínico é extraído por solvatação.

[0058] No contexto da presente invenção, o termo “solvatação” descreve a interação de solvente com moléculas dissolvidas.

[0059] Em uma modalidade específica, a solução aquosa obtida na etapa (iii) é ácida; de preferência, tem um pH abaixo de 7; de preferência, um pH entre 1 e 3.

[0060] De acordo com a presente invenção, parte dos resíduos compreendida na solução orgânica da etapa (ii) como huminas é deixada na solução orgânica obtida após a extração aquosa da etapa (iii); de preferência, pelo menos 70%, em peso, dos resíduos, com mais preferência, pelo menos 75%, em peso, dos resíduos; com mais preferência ainda, pelo menos cerca de 80%, em peso, dos resíduos.

[0061] No contexto da presente invenção, a solução orgânica obtida após a extração aquosa da etapa (iii) pode ser denominada “rafinado orgânico”.

[0062] De acordo com a presente invenção, ao realizar uma extração aquosa, foi observada uma redução significativa de resíduos (uma redução de cerca de 80% de resíduos) no fluxo que compreende ácido levulínico.

[0063] De acordo com a presente invenção, a extração aquosa da etapa (iii) produz uma solução orgânica e uma solução aquosa; em que a solução aquosa compreende ácido levulínico e ácido fórmico; e em que a solução orgânica compreende resíduos como huminas e solvente imiscível em água. Em uma modalidade específica, a solução aquosa compreende adicionalmente uma pequena quantidade de huminas. Em uma modalidade específica, a solução orgânica obtida na etapa (iii) tem uma cor acastanhada, avermelhada ou amarelada.

[0064] Em uma modalidade específica, a solução orgânica obtida na extração aquosa da etapa (iii) é reciclada; de preferência, é reciclada usando a mesma em outras etapas do processo da presente invenção; com mais preferência, a solução orgânica é reciclada por filtração, evaporação ou destilação; com mais preferência ainda, é evaporada produzindo vapor e um concentrado, em que o dito vapor é condensado e reciclado.

[0065] Em uma modalidade mais específica, a extração aquosa da etapa (ii) produz uma solução orgânica e uma solução aquosa; em que a solução aquosa compreende entre 0,01 e 27%, em peso, de ácido levulínico, e entre

0,01 e 13,5%, em peso, de ácido fórmico; com mais preferência, entre 0,1 e 10%, em peso, de ácido levulínico, e entre 0,05 e 4%, em peso, de ácido fórmico; com mais preferência ainda, entre 0,1 e 10%, em peso, de ácido levulínico, entre 0,05 e 4%, em peso, de ácido fórmico e entre 0,06 e 0,15%, em peso, de resíduos; de preferência, menos de 0,08%, em peso, de resíduos.

[0066] Em uma modalidade ainda mais específica, a extração aquosa da etapa (iii) produz uma solução orgânica e uma solução aquosa; em que a solução aquosa compreende adicionalmente menos de 0,1%, em peso, de resíduos; de preferência, entre 0,06 e 0,15% em peso; com mais preferência, menos de 0,08%, em peso, com mais preferência ainda, cerca de 0,06%, em peso, de resíduos.

[0067] Em uma modalidade ainda mais específica, a extração aquosa da etapa (iii) produz uma solução orgânica e uma solução aquosa; em que a solução aquosa compreende uma razão de ácido levulínico: resíduos de cerca de 1:0,1.

[0068] Em uma modalidade específica, a extração aquosa da etapa (iii) tem uma eficiência de extração entre 85% a 97% para o ácido levulínico e fórmico presente na solução orgânica da etapa (ii), de preferência, eficiência de 90% a 98%.

[0069] Os inventores constataram, surpreendentemente, que ao realizar uma extração dupla (uma extração orgânica seguida de uma extração aquosa), o processo da presente invenção reduz significativamente a presença de impurezas e aprimora o rendimento do ácido levulínico comparado a não ter extração dupla. Em particular, foi observado que durante a extração aquosa da maioria dos resíduos, particularmente huminas, é deixada na solução orgânica obtida. Dessa forma, um aprimoramento inesperado da pureza do ácido levulínico, em particular da solução aquosa que compreende ácido levulínico é obtido.

[0070] Em uma modalidade específica, a extração aquosa da etapa (iii) produz uma solução orgânica e uma solução aquosa; em que a solução aquosa não tem cor, de preferência, é transparente.

[0071] No contexto da presente invenção, o termo “transparente” é entendido como o oposto de opaco. Purificação adicional

[0072] Em uma modalidade específica, o processo conforme definido acima em qualquer uma de suas modalidades, compreende adicionalmente: v) submeter a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) ou (iv) a pelo menos uma etapa de purificação adicional para produzir uma solução aquosa que compreende ácido levulínico; de preferência, na etapa (iv).

[0073] Em uma modalidade mais específica, a pelo menos uma purificação adicional é selecionada dentre separação por membranas, filtração, evaporação, extração, destilação, recristalização e/ou uma combinação das mesmas. De preferência, a pelo menos uma purificação adicional compreende uma destilação; com mais preferência, compreende uma separação por membranas seguida de uma destilação. Em vista da composição da solução aquosa obtida na etapa (iii), o versado na técnica pode conceber um esquema de purificação adicional de modo que uma solução aquosa que compreende ácido levulínico seja obtida. Carvão ativado

[0074] Em uma modalidade específica, a pelo menos uma etapa de purificação adicional da etapa (iv) ou (v) compreende submeter a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii), (iv) ou (v) a uma filtração ou uma separação por membranas na presença de separação por membranas ou unidades de filtração que compreendem carvão ativado; de preferência, unidades de filtração que compreendem carvão ativado.

[0075] Em uma modalidade alternativa, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) é realizada na presença de carvão ativado em pó. O carvão ativado em pó pode ser diretamente agitado na solução que será tratada e a separação adicional de carvão ativado em pó (geralmente com diâmetros médios < 20 pm) pode ser realizada usando auxiliar de filtro e/ou por separação por membranas ou filtração em sistemas de filtro adequados conhecidos na técnica.

[0076] Em uma modalidade preferida, as modalidades da etapa de purificação de carvão ativado acima são aplicadas à etapa (iv) do processo para a purificação de ácido levulínico. Separação de membrana

[0077] O processo conforme definido acima em qualquer uma de suas modalidades, compreende adicionalmente uma etapa (iv) de iv) submeter a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) a uma separação por membranas para produzir uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um resíduo.

[0078] Em uma modalidade específica, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) é selecionada dentre ultrafiltração (UF), nanofiltração (NF) e osmose reversa (RO), de preferência, nanofiltração. O processo da presente invenção pode compreender uma, duas ou mais separações de membrana ou unidades de separação por membranas. Dependendo da composição da solução aquosa obtida na etapa (iii) ou (iv), o versado na técnica pode conceber um esquema de separação por membranas de modo que uma solução aquosa que compreende ácido levulínico seja obtida.

[0079] No contexto da presente invenção, a expressão “separação por membranas” envolve a separação de um ou mais componentes dissolvidos de um ou mais outros componentes dissolvidos. A expressão “separação por membranas” deve ser distinguida de “filtração”. Na presente invenção, o termo “filtração” é interpretado como uma forma de separação de sólido/líquido e envolve partículas com tamanhos maiores que 5 mícrons. A separação por membranas, por outro lado, se refere a partículas < 5 mícrons e partículas dissolvidas. De partículas suspensas de cerca de 5 mícrons até cerca de 0,1 mícron, o processo é denominado microfiltração, enquanto abaixo disso se aplica o termo ultrafiltração. A ultrafiltração abrange as partículas distintas mais finas (como 30 coloides), porém seus limites inferiores são geralmente definidos em termos de peso molecular, medido em Dáltons. Abaixo da ultrafiltração (UF) está a nanofiltração (NF) e osmose reversa (RO) [Filters and Filtration Handbook, Ken Sutherland, 2008, publicado por Elsevier, Amsterdam]. Em uma modalidade específica, a etapa de separação por membranas da presente invenção é realizada em uma solução aquosa. Em separação por membranas, a fração que passa através da membrana é chamada de “permeado” e a fração retida é chamada de “retentado”.

[0080] Em uma modalidade específica, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) é uma nanofiltração.

[0081] De acordo com esta modalidade específica da invenção, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) produz uma solução aquosa, que compreende ácido levulínico e um resíduo; em que a solução aquosa é o permeado e o resíduo é o retentado. Em uma modalidade mais específica, o resíduo ou retentado da etapa (iv) ou (v) é diluído e opcionalmente recirculado através da membrana.

[0082] Em uma modalidade específica, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) é realizada em uma pressão de transmembrana entre 5 a 60 bars, de preferência, entre 10 a 50 bars, com mais preferência, entre 20 a 40 bars. De preferência, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) é realizada a entre 10 e 100°C, com mais preferência, à temperatura ambiente.

[0083] Em uma modalidade específica, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) é realizada em um fluxo médio entre 10 e 100 l/m2.h, de preferência entre, 20 e 80 l/m2.h; com mais preferência, entre 40 e 60 l/m2.h.

[0084] Em uma modalidade específica, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) compreende usar uma membrana impermeável a moléculas orgânicas. De preferência, a membrana usada na separação por membranas da etapa (iv) ou (v) é impermeável a moléculas orgânicas que têm um peso molecular de 300 Da ou mais, e pode ser facilmente selecionada pelo versado na técnica com base peso molecular de corte (MWCO). Com mais preferência, a dita membrana é caracterizada por um peso molecular de corte aproximado entre 100 a 500 Dáltons para moléculas orgânicas não carregadas; com mais preferência, entre 150 a 300 Dáltons.

[0085] Em uma modalidade específica, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) remove parcial ou totalmente as huminas; de preferência, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) remove pelo menos 70%, em peso, de resíduos na solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) ou (iv) respectivamente; de preferência, a mesma remove todos os resíduos deixados.

[0086] O MWCO, Peso Molecular de Corte, descreve o desempenho de retenção de uma membrana. A expressão “corte” é definida como aquele peso molecular que é 90% rejeitado pela membrana.

[0087] No contexto da presente invenção, a porcentagem de retenção (R) é definida como R = (100(1- (Cpermeado/Cretentado))). Em que Cpermeado é a concentração de permeado e Cretentado é a concentração de retentado. Um manual adequado para separação por membranas é “Basic principles of membrane technology by Marcel Mulder, publicado em 1991 por Kluwer Academic em Dordrecht, Holanda.

[0088] Em uma modalidade específica, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) tem uma porcentagem de retenção (R) de ácido levulínico entre 10 e 40%, de preferência, entre 15 e 25%.

[0089] No contexto da presente invenção, a porcentagem de permeado (P) é definida como P = (100(Cpermeado/Cretentado))

[0090] Em uma modalidade específica, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) tem uma porcentagem de permeado (P) de ácido levulínico entre 60 e 90%, de preferência, entre 70 e 25%.

[0091] No contexto da invenção, a expressão “impermeável a moléculas com um peso molecular de 300 Da ou mais” não significa necessariamente que todas as moléculas com um peso molecular de 300 Da ou mais são retidas pela membrana. “Impermeável a moléculas com um peso molecular de X kDa ou mais” significa que pelo menos 90 %, em peso, de um soluto de X Da é retido pela membrana (em que "X" se refere ao peso molecular).

[0092] A separação por membranas da etapa (iv) ou (v) é, de preferência, uma membrana de nanofiltração. As membranas de nanofiltração adequadas para a separação por membranas da presente invenção estão comercialmente disponíveis e bem descritas na nanofiltração: Principles and Applications by Anthony Gordon Fane et al . 2005, publicado por Elsevier, Oxford. Membranas de nanofiltração bem conhecidas para separação ácida em meio aquoso ou em solução aquosa são, por exemplo, membranas Koch MPS34 (pH 0-14), Nadir NP30 (pH 0- 14), GE-Osmonics KH e DL e DK Lenntech. Em uma modalidade específica, o processo da presente invenção pode incluir múltiplas etapas de separação por membranas. Isto pode aprimorar ainda mais a eficiência do processo.

[0093] Em uma modalidade específica, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) é, de preferência, conduzida como nanofiltração de fluxo cruzado.

[0094] Em uma modalidade específica, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) pode compreender diafiltração. Na diafiltração, o retentado obtido pela separação por membranas é lavado pela adição de um solvente e submetido a uma separação por membranas subsequente. Isto pode ser repetido várias vezes. A diafiltração pode resultar em rendimento mais alto.

[0095] Em uma modalidade específica, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) compreende uma etapa de adicionar um solvente como água ou uma solução aquosa.

[0096] Em uma modalidade específica, a separação por membranas da etapa (iv) ou (v) é opcionalmente repetida; de preferência, pelo menos duas vezes; com mais preferência, pelo menos três vezes. Em uma modalidade específica, a solução aquosa obtida na etapa (iv) ou (v) é clara; de preferência, transparente.

[0097] Em uma modalidade específica, a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) compreende pelo menos 0,1%, em peso, de ácido levulínico.

[0098] Em uma modalidade específica, a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida nas etapas (iii) ou (iv) ou (v) compreende pelo menos 0,1%, em peso, de ácido levulínico, de preferência, pelo menos 0,5%, em peso. Em uma modalidade mais específica, a solução aquosa obtida na etapa (iv) ou (v) compreende adicionalmente ácido fórmico; de preferência, pelo menos 0,01%, em peso, de ácido fórmico.

[0099] Em uma modalidade preferida, as modalidades de separação por membrana de carbono acima são aplicadas à etapa (iv) do processo para a purificação de ácido levulínico.

[00100] Os inventores constataram que trabalhar com a maior parte do processo em uma solução aquosa, materiais mais resistentes e mais econômicos podem ser usados para as membranas de separação por membranas da presente invenção do que trabalhar em uma solução orgânica. Além disso, foi observado que ao realizar a separação por membranas em um meio aquoso, a solução aquosa obtida após a dita separação por membranas compreende ácidos carboxílicos como ácidos fórmicos, além de ácido levulínico, o que aumenta o valor dos produtos finais.

[00101] Foi observado que a nanofiltração da solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) leva a uma solução aquosa (permeado) sem resíduos como huminas ou resíduos de lignina com baixo peso molecular. Isto aumenta ainda mais a eficiência do processo da invenção.. Destilação

[00102] Em uma modalidade específica, o processo conforme definido acima em qualquer uma de suas modalidades, compreende adicionalmente: submeter a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iv) ou na etapa (v) a uma destilação para produzir um destilado e uma solução de destilação que compreende ácido levulínico. Em uma modalidade, o composto principal na solução de destilação é ácido levulínico. Em uma modalidade, a etapa de destilação do processo da presente invenção é selecionada dentre destilação única, destilação a vapor de múltiplos estágios, destilação a vácuo, destilação em equilíbrio ou uma combinação das mesmas; com mais preferência, é uma destilação a vácuo.

[00103] Em uma modalidade mais específica, a destilação a vácuo da presente invenção é realizada à pressão reduzida, de preferência, a entre 20 e 500 mbar, com mais preferência, a entre 40 e 400 mbar, com mais preferência ainda, a entre 50 e 300 mbar.

[00104] Em uma modalidade mais específica, a destilação a vácuo da presente invenção é realizada a uma temperatura de fundo entre 10 e 100 °C, de preferência, entre 20 e 80°C, com mais preferência, entre 30 e 70°C.

[00105] No contexto da presente invenção, o termo “destilado” está relacionado ao fluxo de sobrecarga de uma unidade de destilação como entendido por um versado na técnica. Em uma modalidade específica, o destilado da destilação da presente invenção compreende ácido fórmico; de preferência, entre 0,01 e 0,5%, em peso, de ácido fórmico; com mais preferência, entre 0,1 e 0,4%, em peso, de ácido fórmico; com mais preferência ainda, cerca de 0,2%, em peso, de ácido fórmico.

[00106] Em uma modalidade mais específica,, o destilado da destilação da presente invenção compreende, água ácido fórmico e solvente, de preferência, compreende, 98,3% de água, 0,2%, em peso, de ácido fórmico e 1,5%, em peso, de solvente imiscível em água. No contexto da presente invenção, o termo “solução de destilação” está relacionado ao fluxo de fundo de uma unidade de destilação como entendido por um versado na técnica. Em uma modalidade específica, a solução de destilação da presente invenção compreende ácido levulínico. Em uma modalidade específica, a solução de destilação da presente invenção compreende pelo menos 90%, em peso, de ácido levulínico; de preferência, pelo menos 95%, em peso, de ácido levulínico. Em uma modalidade mais específica, a solução de destilação da presente invenção compreende entre 85 e 99%, em peso, de ácido levulínico; com mais preferência, compreende entre 90 e 98 %, em peso, de ácido levulínico. Com mais preferência, a solução de destilação da presente invenção compreende ácido levulínico, lactona e oligômeros de lactona; com mais preferência ainda, a solução de destilação da presente invenção compreende entre 90 e 97%, em peso, de ácido levulínico e lactona e oligômeros de lactona.

[00107] No contexto da presente invenção, o termo “destilação” pode compreender uma única etapa de destilação ou múltiplas etapas e/ou unidades de destilação. Um ácido levulínico purificado pode ser recuperado como um destilado e/ou como uma solução de destilação; de preferência, como solução de destilação no fluxo de fundo. A etapa de destilação pode compreender múltiplas unidades de destilação (como trem de destilação). Se o processo compreender múltiplas unidades de destilação, ácido levulínico pode ser recuperado como um destilado ou resíduo de uma unidade de destilação intermediária. Dessa forma, dependendo da composição da solução aquosa obtida nas etapas (iv) ou (v), o versado na técnica pode conceber um esquema de destilação de modo que o ácido levulínico seja adequadamente recuperado.

[00108] A presença de resíduos como huminas e alcatrão em processos de destilação apresenta um problema, pois esses componentes são difíceis de processar em termos de fluxo e bombeamento. Os inventores observaram que, ao submeter a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iv) ou (v) a uma destilação para produzir um destilado e uma solução de destilação que compreende ácido levulínico, surpreendentemente, nenhum resíduo escuro e viscoso é deixado na solução de destilação, facilitando assim a remoção do resíduo de destilação da unidade de destilação. Ademais, ao realizar uma extração dupla seguida de uma separação por membranas, condições moderadas como baixas temperaturas de destilação são suficientes para obter um ácido levulínico concentrado com alta pureza e com alguns ou nenhum composto de lactona relacionado à degradação de ácido levulínico deixado na solução de destilação. Evaporação

[00109] Em uma modalidade específica, o processo da presente invenção conforme definido acima em qualquer uma de suas modalidades compreende adicionalmente: submeter a uma etapa de evaporação parcial qualquer uma das seguintes soluções: a solução aquosa fornecida na etapa (i), ou obtida na etapa (iii) ou na etapa (iv) ou na etapa (v), a solução orgânica obtida na etapa (ii), ou qualquer combinação das mesmas. Em uma modalidade ainda mais específica, qualquer uma das soluções aquosa ou orgânica obtidas nas etapas do processo da presente invenção é submetida a uma etapa de evaporação parcial. Em uma modalidade ainda mais específica, qualquer uma das soluções aquosa ou orgânica obtidas nas etapas do processo da presente invenção pode ser submetida a uma etapa de recirculação. Em uma outra modalidade ainda mais específica, qualquer uma das soluções aquosa ou orgânica obtidas nas etapas (número da etapa n) do processo da presente invenção pode ser submetida a uma etapa de recirculação à etapa imediatamente antes (n-1) ou às anteriores (n-2).

[00110] Em uma modalidade específica, a etapa de evaporação do processo da presente invenção é realizada em uma unidade selecionada dentre evaporador de filme fino, evaporador de filme untado, evaporador de filme descendente, evaporador de circulação forçada, evaporador de superfície raspada e evaporador de filme fino com agitação, de preferência, um evaporador de filme fino. Em uma modalidade mais específica, a etapa de evaporação do processo da presente invenção é realizada a entre 20 e 160°C e a uma pressão entre 150 a 200 mbars.

[00111] Em uma modalidade mais específica, a solução orgânica obtida na etapa (ii) é submetida a uma evaporação para produzir um vapor de solvente orgânico (ou solvente imiscível em água) e uma solução orgânica concentrada. Em uma modalidade específica, a solução orgânica concentrada é adicionalmente submetida à extração aquosa da etapa (iii). Em uma modalidade ainda mais específica, o dito vapor de solvente pode ser condensado e reutilizado na etapa de extração orgânica (ii) da presente invenção.

[00112] A evaporação opcional da solução orgânica obtida na etapa (ii) leva a uma redução da quantidade total de solvente orgânico usada no processo inteiro uma vez que os vapores produzidos durante a evaporação podem ser reciclados.

[00113] Em uma modalidade mais específica, a solução aquosa fornecida na etapa (i) ou obtida na etapa (iii) ou (iv) ou (v) é submetida a uma evaporação para produzir um vapor d'água e uma solução aquosa concentrada. Em uma modalidade específica, a solução aquosa concentrada é adicionalmente submetida à extração orgânica da etapa (ii). Em uma modalidade específica, a solução aquosa concentrada é adicionalmente submetida à separação por membranas da etapa (iv) . Em uma modalidade específica, a solução aquosa concentrada é adicionalmente submetida a uma destilação. Em uma modalidade ainda mais específica, o dito vapor d'água pode ser condensado e recirculado e reutilizado na etapa de extração aquosa (iii) da presente invenção.

[00114] Quando qualquer solução aquosa é submetida a uma etapa de evaporação, a quantidade de água total usada no processo inteiro é reduzida reciclando o vapor d'água, esta economia de água é especialmente relevante quando a evaporação é realizada para a solução aquosa obtida na etapa (iii) ou para o permeado obtido após uma etapa de separação por membranas. Adicionalmente, com o uso de uma etapa de evaporação, a eficiência global do processo é aumentada. Solução aquosa da etapa (i)

[00115] Em uma modalidade específica, o processo da presente invenção conforme definido acima em qualquer uma de suas modalidades compreende adicionalmente que a solução aquosa que compreende ácido levulínico da etapa (i) é obtida ao i. fornecer uma biomassa lignocelulósica despolpada; ii. submeter opcionalmente a biomassa lignocelulósica despolpada da etapa (i) a uma pré-hidrólise para obter uma biomassa lignocelulósica despolpada pré- hidrolisada; iii. Submeter a biomassa lignocelulósica despolpada fornecida na etapa (i) ou a biomassa lignocelulósica despolpada pré-hidrolisada obtida na etapa (ii) a uma hidrólise na presença de um ácido e sob condições de temperatura, tempo e concentração de ácido para produzir uma pasta fluida aquosa que compreende ácido levulínico; e iv. submeter a pasta fluida aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) a uma separação de sólido-líquido produzindo uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um sólido.

[00116] Em uma modalidade mais específica, o processo conforme definido acima em qualquer uma de suas modalidades compreende adicionalmente que a biomassa lignocelulósica despolpada é obtida ao: a) fornecer biomassa que compreende um material lignocelulósico; b) opcionalmente, submeter a dita biomassa a um tratamento mecânico; e c) dispersar a dita biomassa em um solvente para obter biomassa lignocelulósica despolpada. Biomassa

[00117] No contexto da presente invenção, o termo “biomassa” e em particular a expressão “biomassa que compreende um material lignocelulósico” se refere ao material biológico de plantas ou de materiais derivados de plantas vivos ou recentemente vivos.

Qualquer material lignocelulósico, como madeira dura ou macia, gramíneas, resíduos agrícolas, resíduos de comida, outros resíduos de material de origem vegetal, resíduos municipais, ou uma combinação de um ou mais materiais de biomassa pode ser usada como biomassa no processo da presente invenção.

Exemplos de madeira úteis no processo da invenção incluem pinheiro, eucalipto, oliveira, choupo, abeto, espruce, lariço, faia, carvalho e palmeiras e resíduos de palmeira.

O material pode incluir troncos de madeira, caules, galhos, raízes, cerne, aparas de madeira, casca de madeira, serragem, poda de madeira e resíduos florestais.

O material ou resíduo agrícola que pode ser usado no processo da invenção inclui, restolho de milho, sabugos de milho, grãos de milho, fibras de milho, palha, resíduos de plantação de banana, palha de arroz, casca de arroz, palha de aveia, casca de aveia, talo de algodão, gim de algodão, palha de trigo, bagaço de cana-de-açúcar, detrito de cana-de-açúcar, resíduos de sorgo resíduos de processamento de açúcar, resíduos de processamento de pão, palha de cevada, palha de cereais, semente de canola e restolho de soja, por exemplo.

Exemplos de resíduos alimentares incluem, entre outros, resíduos de pão, arroz, resíduos de fruta ou vegetais, como polpa de laranja ou casca de laranja.

As gramíneas podem incluir grama de crescimento rápido, capim-cordão, azevém, miscanthus, grama-bermudas, alpiste e alfafa.

Outros materiais vegetais podem incluir material vegetal lenhoso e não-lenhoso, incluindo caules, talos, arbustos, folhagens, cascas, raízes, vagens, frutas oleaginosas, cascas, fibras, vinhas e algas. Os resíduos municipais podem incluir resíduos residenciais como resíduos de papel e resíduos industriais de alimentos como resíduos de papel e papelão, lodo de fábrica de papel e outros resíduos celulósicos.

[00118] Em uma modalidade preferida, a biomassa da etapa a) é biomassa celulósica; com mais preferência, biomassa lignocelulósica.

[00119] Em uma modalidade mais preferida, a biomassa da etapa a) tem pelo menos 5%, em peso, de material celulósico, com mais preferência, pelo menos 10%, em peso, de material celulósico, com mais preferência ainda, pelo menos 25%, em peso, de material celulósico. Tratamento mecânico

[00120] Em uma modalidade específica, a biomassa que compreende um material lignocelulósico da etapa (a) é submetido a um tratamento mecânico.

[00121] A biomassa que compreende material lignocelulósico da etapa (a) pode ser introduzida em um sistema de preparação de armazenamento ou diretamente de trânsito. A mesma pode ser passada por corte de saco ou outro processo automatizado de desconteinerização, se necessário, e então para um processo de detecção e remoção de metal e/ou pressão ou outro processo de lavagem em que sujeira e pedras são removidas da biomassa.

[00122] A biomassa da etapa (a) pode, então, ser transportada e processada em um sistema de secagem, como um jato de ar ou outro sistema de secagem, para remover o excesso de água de superfície. A biomassa limpa pode, então, ser passada para um ou mais estágios de cominuição.

[00123] Em uma modalidade mais específica, a biomassa é submetida a um tratamento mecânico para obter a dota biomassa em forma de particulado.

[00124] Na modalidade preferida, o tratamento mecânico da etapa b) é cominuição. A biomassa da etapa b) pode sofrer cominuição, como criar lascas ou flocos para atingir um tamanho de partícula desejado. Isso pode ser feito, por exemplo, por uma máquina de descamação e peneiramento ou um moinho de lascas (knife ring flaker) com peneira vibratória.

[00125] O tamanho da partícula é escolhido para manter a biomassa em suspensão e permitir a transferência de calor através da biomassa dentro do sistema de reator em que a hidrólise ocorre subsequentemente, uma vez que a transferência de calor depende da densidade e do formato da biomassa, entre outros fatores similares. Em algumas modalidades, a biomassa está em uma forma particulada de cerca de 0,5 a 5 mm de espessura e cerca de 12 a 80 mm de largura e comprimento, com mais preferência, a cerca de 0,5 a 1,5 mm de espessura e cerca de 12 a 15 mm de largura e comprimento. Tamanhos de particulado de biomassa preferidos também podem ser expressos em termos de diâmetros equivalentes de partículas esféricas. Consequentemente, tamanhos preferidos podem ser cerca de 5 a 10 mm de diâmetro equivalente. Em algumas modalidades que têm seções cilíndricas, como matérias-primas do tipo gramínea, tamanhos preferidos podem ser cerca de 2 a 5 mm de diâmetro e 25 a 50 mm de comprimento. O tamanho da partícula é uma função da capacidade do sistema e, portanto, das dimensões, bem como da matéria-prima, de modo que algumas modalidades possam empregar outras faixas de tamanho.

[00126] Em algumas modalidades, a biomassa que compreende material lignocelulósico (material de partida) pode ser composta de muitos materiais diferentes, como casca, galhos e folhas. O processamento de tal material para reduzir seu tamanho também torna o material mais homogêneo e, portanto, mais adequado para o processamento. Na espessura desejada, como aquela descrita acima, a transferência de calor para o centro da biomassa é suficientemente rápida, tornando-a um tamanho útil para uso no reator de hidrólise descrito adicionalmente abaixo.

[00127] Em uma modalidade preferida da invenção, a biomassa que compreende material lignocelulósico é submetida a um tratamento mecânico para obter a biomassa em forma particulada com um tamanho de partícula desejado de acordo com a etapa (b) do processo da invenção.

[00128] Em uma modalidade mais específica, o tratamento mecânico da etapa (b) é trituração. Por exemplo, a biomassa pode ser picada em pequenos pedaços usando um atritor ou moedor para reduzir o sólido a um pó fino. Com mais preferência,, a biomassa ou material lignocelulósico é submetido a um processo de moagem para obter um material particulado em forma de pó com tamanhos de partícula que variam de 200 a 500 pm. Em uma modalidade mais preferida, o tamanho de partícula varia de 200 a 300 pm. Esse processo de moagem pode ser realizado usando um moinho de anéis concêntricos.

[00129] Em uma modalidade mais específica, o tratamento mecânico da etapa b) compreende uma etapa de remoção de ar. Em algumas modalidades, a biomassa pode ser adicionalmente processada para remover ar da mesma. Isto pode ser obtido aplicando vácuo à biomassa e/ou deslocando ar na biomassa com um gás inerte como CO2 ou nitrogênio. Em algumas modalidades, o material de biomassa é colocado sob vácuo ou vácuo parcial e um gás inerte é arrastado para o interior do material, deslocando o ar e removendo oxigênio do material. A remoção de oxigênio do material é desejável para reduzir o nível de degradação oxidativa e outros mecanismos de reação indesejados, o que pode ocorrer cada vez mais a temperaturas e pressões elevadas e na presença de catalisadores ácidos, como no caso do processo da invenção. O rendimento de açúcares e outros produtos preferidos pode ser reduzido por degradação oxidativa, levando assim a rendimentos reduzidos de combustível e outros produtos secundários.

[00130] O fornecimento da biomassa ou material lignocelulósico pode incluir opcionalmente a remoção e coleta de componentes voláteis e outros componentes não lignocelulósicos, como óleos essenciais, terpenos, aminoácidos, etc. Os componentes voláteis, como gases residuais, orgânicos de baixo peso molecular e alguns óleos e lipídeos, podem ser removidos da biomassa por destilação a vapor de um único ou múltiplos estágios ou volatilização instantânea. Outros componentes não lignocelulósicos podem ser removidos por processos já conhecidos por um versado na técnica, como através de uma ou mais etapas de extração usando um ou mais solventes.

[00131] Em algumas modalidades, a biomassa sólida é desidratada para remover água de superfície solta, conforme pode ser necessário para processamento adicional. Por exemplo, a água pode ser removida usando uma prensa de alta pressão ou um reator de vapor superaquecido. Em algumas modalidades, a biomassa sólida tem um teor de água de mais de cerca de 60% antes da desidratação. Após a desidratação, o teor de água da biomassa pode ser reduzido para menos de cerca de 60%, como cerca de 50%.

[00132] A biomassa lignocelulósica despolpada da presente invenção é obtida por um processo que compreende uma etapa (c) de dispersar biomassa em um solvente para obter biomassa lignocelulósica despolpada.

[00133] Em uma modalidade preferida, o solvente da etapa (c) é água ou uma solução aquosa. Em uma outro modalidade preferida a biomassa e o solvente da etapa (c) são pré-misturados em um tanque separado que pode ser equipado com um agitador. Como resultado, uma pasta fluida aquosa contendo biomassa lignocelulósica despolpada é obtida.

[00134] Em uma modalidade específica, a biomassa lignocelulósica despolpada fornecida de acordo com os processos descritos no presente documento acima, compreende biomassa sólida e água ou uma solução aquosa; de preferência, a razão de biomassa sólida : água/solução aquosa é 10:1. Em uma modalidade preferida, a dita biomassa sólida compreende celulose, hemicelulose e lignina. Em algumas modalidades, em uma base seca, a biomassa sólida tem cerca de 40 a 50%, em peso, de celulose, cerca de 25 a 35%, em peso, de hemicelulose e cerca de 15 a 20%, em peso,

de lignina, com pequenas quantidades de insolúveis, como sais inorgânicos. Pré-hidrólise

[00135] Em uma modalidade específica, o processo da presente invenção conforme definido acima em qualquer uma de suas modalidades compreende adicionalmente que a solução aquosa que compreende ácido levulínico da etapa (i) é obtida por um processo que compreende i. fornecer uma biomassa lignocelulósica despolpada; e ii. submeter opcionalmente a biomassa lignocelulósica despolpada da etapa (i) a uma pré- hidrólise.

[00136] Em uma modalidade específica, a dita biomassa lignocelulósica despolpada é submetida a uma pré- hidrólise, de preferência, em um reator.

[00137] Em uma modalidade mais específica, a dita pré-hidrólise está na presença de um ácido ou como auto-hidrólise; de preferência, a dita pré-hidrólise está na presença de um ácido sob condições de temperatura, tempo e concentração de ácido.

[00138] Em uma modalidade mais específica, a dita pré-hidrólise ácida é realizada na presença de ácido sulfúrico a uma temperatura entre 100 e 150°C, uma pressão entre 1 e 5 barg e durante um período de tempo entre 0,5 e 4 horas.

[00139] Em uma modalidade específica, a dita pré-hidrólise é realizada como uma auto-hidrólise in na ausência de um catalisador ácido externo. Em uma modalidade mais específica, a dita auto-hidrólise ácida é realizada a uma temperatura entre 150 e 200°C, uma pressão entre 2 e 6 barg e durante um período de tempo entre 4 e 8 horas.

[00140] Em uma modalidade mais específica, a dita pré-hidrólise remove ou remove parcialmente a fração de hemicelulose da biomassa lignocelulósica despolpada.

[00141] Em uma modalidade ainda mais específica, o processo da presente invenção conforme definido acima em qualquer uma de suas modalidades compreende adicionalmente que a solução aquosa que compreende ácido levulínico da etapa (ii) é submetida a uma separação de sólido-líquido produzindo uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um sólido.

[00142] Os autores da presente invenção observaram que quando a biomassa lignocelulósica despolpada é submetida a uma etapa de pré-hidrólise, o rendimento de ácido levulínico, sua pureza e a eficiência do processo geral é aumentado. Também, as etapas de purificação adicionais como as etapas de extração são aprimoradas e simplificadas uma vez que, por exemplo, menos resíduos de furano são gerados durante as etapas de pré-hidrólise e hidrólise. Hidrólise

[00143] Em uma modalidade específica, o processo da presente invenção conforme definido acima em qualquer uma de suas modalidades compreende adicionalmente que a solução aquosa que compreende ácido levulínico da etapa (i) é obtida por um processo que compreende uma etapa (iii) de submeter a biomassa lignocelulósica despolpada fornecida na etapa (i) ou (ii) a uma hidrólise ácida na presença de um ácido e sob condições de temperatura, tempo e concentração de ácido para produzir uma pasta fluida aquosa que compreende ácido levulínico.

[00144] Em uma outro modalidade preferida, a hidrólise da etapa (iii) é realizada na presença de um catalisador ácido; de preferência, o dito ácido é, de preferência, selecionado dentre ácido fórmico, poliácidos, ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido paratoluenossulfônico e ácido bromídrico; com mais preferência, é selecionado dentre ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido paratoluenossulfônico e ácido bromídrico; com mais preferência ainda, é ácido sulfúrico.

[00145] Em uma modalidade mais preferida, o ácido da pré-hidrólise da etapa (ii) ou da hidrólise da etapa (iii) está em uma porcentagem em peso que varia entre 1 e 10% em relação ao peso total da mistura, com mais preferência, entre 1 e 5%, com mais preferência ainda, entre 2 e 4%.

[00146] Em uma modalidade preferida, a biomassa lignocelulósica despolpada da pré-hidrólise da etapa (ii) ou da hidrólise da etapa (iii) está presente em uma porcentagem em peso que varia entre 5 e 50% em relação ao peso total da mistura, com mais preferência, entre 5 e 25%, com mais preferência ainda, entre 5 e 15%.

[00147] Em uma outra modalidade preferida, a pré-hidrólise da etapa (ii) ou a hidrólise da etapa (iii) é realizada na presença de um catalisador adicional; de preferência, um catalisador adicional selecionado dentre ácidos, zeólitos, ácidos sólidos e sais de cloreto; com mais preferência, sais de cloreto. Com mais preferência, o catalisador está em uma porcentagem em peso que varia entre 1 e 15% em relação ao peso total da mistura, com mais preferência, entre 2 e 11%, com mais preferência ainda, em cerca de 2%.

[00148] Em uma modalidade mais específica, a porcentagem restante da mistura da pré-hidrólise da etapa (ii) ou da hidrólise da etapa (iii) é água.

[00149] Em uma modalidade específica, a hidrólise da etapa (iii) é realizada a uma temperatura entre 150° e 200°C, com mais preferência, a entre 165 e 190°C, com mais preferência ainda, a cerca de 180°C. De preferência, é realizada em um reator de hidrólise hermético, com mais preferência, em um reator tipo tanque que também pode ser equipado com um agitador para aprimorar adicionalmente a mistura dos componentes. Se a temperatura estiver muito alta, pode ocorrer decomposição substancial e indesejada dos componentes da mistura e a pressão do reator pode ser muito alta. Se a temperatura estiver muito baixa, a conversão de hidróximetilfurfural em ácido levulínico pode ser muito lenta.

[00150] Em uma modalidade específica, a hidrólise da etapa (iii) é realizada a uma pressão entre 5 e 15 bargs, de preferência, entre 7 e 10 bargs. Mais particularmente, a dita pressão é atingida autogenamente. No contexto da presente invenção, o termo “barg” se refere a pressões manométricas como entendido por um versado na técnica, por exemplo, 7 barg significa uma pressão manométrica de 7 bar.

[00151] Em uma modalidade específica, a hidrólise da etapa (iii) é realizada durante entre 0,5 e 4 h, de preferência, entre 1 e 3 horas, com mais preferência, entre 1 e 3 horas. Se o tempo médio de permanência for muito curto, a degradação dos produtos desejados pode não ser completa e ao contrário, se o tempo médio de permanência for muito longo, a eficiência do sistema pode diminuir por aparição de substâncias de humina. Durante a hidrólise, a celulose contida na biomassa é degradada pelo ácido em uma primeira etapa em monômeros e oligômeros de hexose, enquanto hemicelulose se degrada em monômeros e oligômeros de hexose e de pentose. Os monômeros e oligômeros de pentose são adicionalmente degradados em furfural e os monômeros de hexose são adicionalmente degradados em hidróximetilfurfural. Em uma segunda etapa, parte do furfural é convertido em ácido fórmico, enquanto o hidróximetilfurfural é convertido em ácido levulínico. Durante a hidrólise e/ou pré-hidrólise, resíduos podem ser gerados.

[00152] Em uma modalidade específica, a pasta fluida aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) é deixada resfriar à temperatura ambiente.

[00153] Em uma modalidade específica, a pasta fluida aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) compreende 2,6%, em peso, de ácido levulínico.

[00154] Em uma modalidade específica, a pasta fluida aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) compreende adicionalmente resíduos. Separação de sólido-líquido

[00155] Em uma modalidade específica, o processo da presente invenção conforme definido acima conforme definido acima em qualquer uma de suas modalidades compreende adicionalmente que a solução aquosa que compreende ácido levulínico da etapa (i) é obtida por um processo que compreende uma etapa (iv) de submeter a pasta fluida aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) a uma separação de sólido-líquido produzindo uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um sólido. Em uma modalidade específica, o sólido da etapa (iv) é submetido a uma etapa de lavagem com água ou com uma solução aquosa produzindo uma solução aquosa que compreende ácido levulínico. Em uma modalidade, a dita solução aquosa que compreende ácido levulínico pode ser opcionalmente adicionada à solução aquosa obtida na separação de sólido- líquido. Em uma modalidade, a etapa de lavagem compreende múltiplas etapas de lavagem.

[00156] Em uma modalidade específica, a separação de sólido-líquido da etapa (iv) é realizada por filtração, sedimentação, centrifugação e/ou uma combinação das mesmas; de preferência, por filtração.

[00157] Em uma modalidade específica, a solução aquosa obtida na etapa (iii) ou na etapa (iv) compreende entre 0,5 e 3%, em peso, de ácido levulínico, de preferência, entre 1 e 2,5%, em peso, de ácido levulínico, com mais preferência, entre 1,5 e 2,5%, em peso, de ácido levulínico.

[00158] Em uma modalidade específica, a solução aquosa obtida na etapa (iii) ou na etapa (iv) compreende adicionalmente entre 0,5 e 3%, em peso, de ácido fórmico, com mais preferência, entre 0,75 e 1%, em peso, de ácido fórmico.

[00159] Em uma modalidade específica, a solução aquosa obtida na etapa (iii) ou na etapa (iv) compreende adicionalmente resíduos.

[00160] Em uma modalidade específica, a solução aquosa obtida na etapa (iii) compreende entre 1,5 e 2,5%, em peso, de ácido levulínico e entre 0,75 e 1%, em peso, de ácido fórmico. Solução aquosa

[00161] Em uma segunda revelação, a presente invenção é direcionada a uma solução aquosa que compreende ácido levulínico obtenível por um processo que compreende: i) fornecer uma solução aquosa que compreende ácido levulínico; ii) submeter a solução aquosa a uma extração orgânica para produzir uma solução orgânica e uma solução aquosa; e iii) submeter a solução orgânica obtida na etapa anterior a uma extração aquosa para produzir uma solução aquosa, que compreende ácido levulínico, e uma solução orgânica; em que a dita solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) compreende: - entre 0,01 e 27%, em peso, de ácido levulínico; e entre 0,01 e 13,5%, em peso, de ácido fórmico.

[00162] Em uma modalidade específica, a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) compreende: - entre 0,1 e 10%, em peso, de ácido levulínico; - entre 0,05 e 4 %, em peso, de ácido fórmico; e - entre 0,06 e 0,15 %, em peso, de resíduos.

Produção de ácido levulínico

[00163] Em um segundo aspecto, a presente invenção é direcionada a processo para a produção de ácido levulínico a partir de uma biomassa lignocelulósica despolpada que compreende as seguintes etapas: i) fornecer biomassa lignocelulósica despolpada; ii) submeter opcionalmente a biomassa lignocelulósica despolpada da etapa (i) a uma pré-hidrólise para obter uma biomassa lignocelulósica despolpada pré- hidrolisada; iii) submeter a biomassa lignocelulósica despolpada fornecida na etapa (i) ou a biomassa lignocelulósica despolpada pré-hidrolisada obtida na etapa (ii) a uma hidrólise na presença de um ácido e sob condições de temperatura, tempo e concentração de ácido para produzir uma pasta fluida aquosa que compreende ácido levulínico; iv) submeter a pasta fluida aquosa obtida na etapa (iii) que compreende ácido levulínico a uma separação de sólido-líquido produzindo uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um sólido; v) submeter a solução aquosa obtida na etapa (iv) a uma extração orgânica para produzir uma solução orgânica e uma solução aquosa; vi) submeter a solução orgânica obtida na etapa anterior a uma extração aquosa para produzir uma solução aquosa, que compreende ácido levulínico, e uma solução orgânica; vii) submeter a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (vi) a uma separação por membranas para produzir uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um resíduo; e viii) submeter opcionalmente a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa anterior a pelo menos uma purificação adicional para produzir uma solução aquosa que compreende ácido levulínico.

[00164] Em uma modalidade específica, a purificação adicional da etapa (viii) é uma destilação; de preferência, uma destilação a vácuo.

[00165] Em uma modalidade específica, a purificação adicional da etapa (viii) é uma evaporação. Em uma modalidade preferida, a purificação adicional da etapa (viii) é uma separação por membranas seguida de uma destilação; de preferência, uma separação por membranas seguida de uma destilação a vácuo. Em uma modalidade específica, a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (vi) compreende pelo menos 0,1%, em peso, de ácido levulínico.

[00166] Em uma modalidade preferida, a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (vi) ou na etapa (vii) ou na etapa (viii) compreende pelo menos 0,1%, em peso, de ácido levulínico. Em uma modalidade mais preferida, a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (vi) ou na etapa (vii) ou na etapa (viii) compreende entre 0,01 e 27%, em peso, de ácido levulínico; com mais preferência, entre 0,01 e 27%, em peso, de ácido levulínico e entre 0,01 e 13,5%, em peso, de ácido fórmico; com mais preferência ainda, entre 0,1 e 10%, em peso, de ácido levulínico, entre 0,05 e 4%, em peso, de ácido fórmico e entre 0,06 e 0,15%, em peso, de resíduos. Em uma modalidade preferida, a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (vii) ou na etapa (viii) compreende entre 85 e 99%, em peso, de ácido levulínico; com mais preferência, compreende entre 90 e 98%, em peso, de ácido levulínico. Em uma modalidade, a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (vii) ou na etapa (viii) pode ter ácido levulínico como um composto principal, ácido fórmico e resíduos.

[00167] Em uma modalidade mais específica, a purificação adicional da etapa (viii) é uma destilação para produzir um destilado e uma solução de destilação que compreende ácido levulínico; em que a solução de destilação compreende pelo menos 90%, em peso, de ácido levulínico.

[00168] Em uma modalidade mais específica, a solução aquosa obtida nas etapas (iv), (vi) ou (viii), a solução orgânica obtida na etapa (v), ou qualquer combinação das mesmas, são submetidas a uma etapa de evaporação parcial. Em uma modalidade ainda mais específica, qualquer uma das soluções aquosa ou orgânica obtidas nas etapas do processo da presente invenção é submetida a uma etapa de evaporação parcial. Em uma modalidade ainda mais específica, qualquer uma das soluções aquosa ou orgânica obtidas nas etapas do processo da presente invenção pode ser submetida a uma etapa de recirculação. Em uma modalidade específica, a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida nas etapas (vii) ou (viii) é submetida a uma destilação para produzir um destilado e uma solução de destilação que compreende ácido levulínico; de preferência, em que a solução de destilação compreende pelo menos 90%, em peso, de ácido levulínico.

[00169] Em uma modalidade ainda mais específica, a purificação adicional da etapa (viii) é uma separação por membranas seguida de uma destilação para produzir um destilado e uma solução de destilação que compreende ácido levulínico; em que a solução de destilação compreende pelo menos 95%, em peso, de ácido levulínico.

[00170] Em uma modalidade específica, a biomassa lignocelulósica despolpada do processo para a produção de ácido levulínico conforme descrito acima em qualquer uma de suas modalidades é obtida ao: a) fornecer biomassa que compreende um material lignocelulósico; b) opcionalmente, submeter a dita biomassa a um tratamento mecânico; e c) dispersar a dita biomassa em um solvente para obter biomassa lignocelulósica despolpada.

[00171] Todas as modalidades específicas descritas acima quanto ao processo para a purificação de ácido levulínico relativa às etapas de pré-hidrólise, hidrólise, separação de sólido-líquido, extração orgânica, extração aquosa, separação por membranas e/ou purificação adicional, também se aplicam ao para a produção de ácido levulínico com a renumeração correspondente dos números de etapas. Aplicação de ácido levulínico

[00172] Dessa forma, o ácido levulínico preparado pode ser usado para produzir combustíveis líquidos bem como aditivos para combustível. Em particular, o ácido levulínico pode ser submetido a um processo de hidrogenação na presença de um catalisador metálico para obter valerolactona que é um precursor de combustíveis líquidos como gasolina, 2-metiltetraidrofurano e misturadores a diesel. Além disso, o ácido levulínico também pode ser submetido à esterificação para obter ésteres de levulinato, como levulinato de etila ou levulinato de butila, que são precursores de aditivos para combustível.

[00173] A Figura 1 mostra um esquema de produtos comercialmente interessantes obtidos a partir de ácido levulínico.

[00174] A solução aquosa que compreende ácido levulínico e o processo para a produção de ácido levulínico a partir de uma biomassa lignocelulósica despolpada apresentam todas as vantagens e características conforme definido acima para o processo para a purificação de ácido levulínico da presente invenção em qualquer uma de suas modalidades.

[00175] Em particular, as etapas de processo do processo para a produção de ácido levulínico a partir de uma biomassa lignocelulósica despolpada apresentam todas as vantagens e características conforme definido acima para o processo para a purificação de ácido levulínico da presente invenção em qualquer uma de suas modalidades. Modalidade da invenção

[00176] A Figura em anexo 2 é um diagrama que ilustra uma modalidade preferencial desta invenção. É feita referência às mesmas na descrição a seguir. Etapa 1. Pré-tratamento mecânico e formação de pasta fluida

[00177] A biomassa ou um material lignocelulósico contendo pelo menos 25%, em peso, de celulose é submetido a um pré-tratamento mecânico introduzindo-se a biomassa em um atritor ou moinho (1). Esse pré-tratamento mecânico reduz o material de partida a um pó fino. De preferência, esse pré-tratamento consiste em um processo de moagem que permite obter um material particulado em forma de pó em um curto período de tempo, com tamanhos de partícula que variam de 200 a 500 pm. Em uma modalidade mais preferida, o tamanho de partícula varia de 200 a 300 pm. A biomassa pré-tratada é alimentada em um tanque de mistura (2) que é dotado de um agitador (3) . Uma solução aquosa também é descarregada no tanque de mistura (2) resultando em uma pasta fluida aquosa contendo a biomassa pré-tratada. Etapa 2. Hidrólise ácida

[00178] Um ácido é descarregado no tanque de mistura (2) que compreende a pasta fluida de biomassa. O dito ácido é, de preferência, selecionado dentre ácido fórmico, poliácidos, ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido paratoluenossulfônico e ácido bromídrico; com mais preferência, é ácido sulfúrico. Em uma modalidade preferida, a biomassa pré-tratada é adicionada em uma porcentagem em peso que varia entre 5 e 50% em relação ao peso total da pasta fluida, com mais preferência, entre 5 e 25%, com mais preferência ainda, entre 5 e 15%. Em uma outro modalidade preferida, um catalisador é adicionado em uma porcentagem em peso que varia entre 1 e 15% em relação ao peso total da pasta fluida, com mais preferência, entre 2 e 11%, com mais preferência ainda, em cerca de 2%. Em uma outro modalidade preferida, um ácido é adicionado em uma porcentagem em peso que varia entre 1 e 10% em relação ao peso total da pasta fluida, com mais preferência, entre 2 e 4%, com mais preferência ainda, em cerca de 4%. A porcentagem restante corresponde a água.

[00179] Todos os componentes da pasta fluida são agitados no tanque de mistura (2) à temperatura ambiente. Como resultado, a pasta fluida aquosa contendo a biomassa pré-tratada, o ácido e um catalisador obtida é alimentada no reator de hidrólise (4) que também é equipado com um agitador (5) para aprimorar ainda mais a mistura dos componentes.

[00180] Para a hidrólise ácida começar, é fornecido calor ao reator de hidrólise (4). A reação é exotérmica e, uma vez iniciada, produz calor suficiente durante a reação. A reação de hidrólise é realizada a uma temperatura que varia de 170° e 200°C, com mais preferência, a entre 165 a 180°C sob pressão autógena entre 10 a 12 barg; de preferência, entre 7 a 10 barg.

[00181] O tempo de permanência que a mistura passa no reator durante a hidrólise ácida varia de 0,5 a 4 horas, de preferência, cerca de 60 a 180 minutos.

[00182] Após o término da reação, a temperatura da massa reagida é reduzida para a temperatura ambiente de maneira controlada. Essa etapa de resfriamento é realizada gradualmente durante pelo menos 50 minutos. A mistura reagida inclui principalmente ácido levulínico, ácido fórmico, ácido, resíduos sólidos e água, bem como uma pequena quantidade de furfural.

[00183] Essa pasta fluida aquosa que compreende ácido levulínico (massa reagida) é, então, descarregada do reator de hidrólise em uma zona de baixa pressão para remover alguns dos componentes indesejáveis da pasta fluida aquosa que compreende ácido levulínico, como vapores não condensáveis. Etapa 3. Filtração e lavagem

[00184] A pasta fluida aquosa que compreende ácido levulínico é, então, alimentada em uma zona de filtração (6) para separar o resíduo sólido e descarregar o licor de hidrolisado resultante, ou seja, a mistura líquida resultante da separação do resíduo sólido (solução aquosa que compreende ácido levulínico), no vaso de extração de solvente (7). O resíduo sólido é lavado com água à temperatura ambiente, e o licor lavado resultante, que contém uma porção do ácido levulínico e ácido fórmico, é reciclado e também alimentado no vaso de extração (7) que será adicionado à mistura líquida resultante da separação do resíduo sólido. Etapa 4. Extração de solvente

[00185] A mistura aquosa líquida alimentada no vaso de extração (7) (solução aquosa que compreende ácido levulínico) é submetida a uma etapa de extração de solvente na presença de um solvente imiscível em água para recuperar seletivamente uma fase orgânica que compreende ácido levulínico (e ácido fórmico) e obter uma solução aquosa. A dita solução aquosa pode ser usada para reciclar o catalisador ácido.

[00186] Os Exemplos de solventes imiscíveis em água adequados como solvente de extração são cetonas, éteres ou acetatos de baixo peso molecular, como aqueles contendo mais de cinco átomos de carbono, por exemplo, solventes derivados de furano. Em uma modalidade preferida, o solvente imiscível em água é selecionado dentre metil isobutil cetona (MIBK) e 2-metiltetraidrofurano (MTHF). Em uma modalidade preferida, a razão de solvente imiscível em água/solução aquosa é entre 0,25:1 e 1:5, de preferência, é 2:1.

[00187] Em uma outro modalidade preferida, a extração de solvente compreende pelo menos duas etapas de contato, em que a fase orgânica e a fase aquosa estão em contato durante pelo menos 60 minutos.

[00188] Os compostos no vaso de extração são extraídos em (i) uma fase orgânica (extrato) contendo ácido levulínico, ácido fórmico, uma pequena quantidade de furfural e o solvente de extração imiscível em água; e (ii) uma fase aquosa (rafinado) contendo catalisador ácido e uma pequena quantidade do solvente imiscível em água. Etapa 5. Extração aquosa

[00189] A fase orgânica (extrato) alimentada no vaso de extração (8) é submetida a uma etapa de extração aquosa na presença de água ou de um solvente de solução aquosa para recuperar seletivamente uma fase aquosa que compreende ácido levulínico (e ácido fórmico).

[00190] Em uma modalidade preferida, a razão de solvente imiscível em água/solução aquosa é entre 0,25:1 e 1:3, de preferência, é 1:1.

[00191] Em uma outro modalidade preferida, a extração aquosa compreende pelo menos duas etapas de contato, em que a fase orgânica e a fase aquosa estão em contato durante pelo menos 5 minutos.

[00192] Os compostos no vaso de extração são extraídos em (i) uma fase aquosa que compreende ácido levulínico, ácido fórmico e o solvente de extração imiscível em água; e uma fase orgânica (rafinado orgânico) que compreende resíduos, em particular huminas.

[00193] Adicionalmente, a fase aquosa que compreende ácido levulínico acima pode sofrer opcionalmente uma etapa de nanofiltração (9) e uma etapa de destilação (10) para obter uma fase aquosa que compreende ácido levulínico purificado.

[00194] A presente invenção será descrita agora a título de exemplos que servem para ilustrar a construção e teste de modalidades ilustrativas. Entretanto, será entendido que a presente invenção não se limita de forma alguma aos exemplos apresentados abaixo.

EXEMPLOS

[00195] A invenção é ilustrada por meio dos seguintes exemplos que que em nenhum caso limitam o escopo da invenção.

[00196] Abaixo, há vários exemplos do processo desenvolvido para purificar ácido levulínico a partir de uma fase aquosa que compreende ácido levulínico (LEVA) obtido a partir da hidrólise de biomassa. A metodologia e as condições experimentais aplicadas em cada exemplo até a obtenção de uma fase aquosa que compreende LEVA foram as mesmas para todos os experimentos descritos, sendo as seguintes. Exemplo 1. Produção de uma fase aquosa enriquecida em ácido levulínico.

[00197] Uma pasta fluida de biomassa formada por polpa lignocelulósica alvejada em água foi obtida por esmagamento, trituração, alvejamento e dispersão de biomassa de lignocelulose em uma solução para criar uma pasta fluida. A porcentagem em peso de celulose presente na dita pasta fluida de biomassa era entre 2,5%, em peso, e 9%, em peso, em relação ao peso total da pasta fluida. A dita pasta fluida de biomassa, com uma razão de líquido- sólido de 3,5 a 10, foi aquecida até entre 165 a 180°C a uma pressão de 7 a 10 barg em um reator de hidrólise durante entre 0,5 e 4 h sob agitação. Ao atingir os ditos valores de temperatura e pressão, o ácido sulfúrico foi injetado até atingir uma concentração de ácido sulfúrico de 2 a 4%, em peso, em relação ao peso total da mistura de reação. Então, a mistura foi descarregada e resfriada até a temperatura ambiente. Os sólidos foram removidos por filtração resultando em um hidrolisado de biomassa líquida (ou licor) que compreende aproximadamente 1,5 a 2%, em peso, de ácido levulínico (LEVA), 0,75 a 1%, em peso, de ácido fórmico, e resíduos em água.

[00198] Portanto, os rendimentos de ácido levulínico e ácido fórmico eram de 30% a 45% para ácido levulínico, e de 15% a 22,5% para ácido fórmico em relação à fração celulósica presente na biomassa. Exemplo 1A: Procedimento de purificação A de ácido levulínico por uma extração dupla seguido de uma destilação.

[00199] Uma primeira extração líquido-líquido de LEVA da solução aquosa (hidrolisado ou licor de biomassa líquida) foi realizada em uma coluna de extração resultando em uma solução orgânica que compreende ácido levulínico e uma solução aquosa. Metil isobutil cetona (MIBK) foi usada como solvente orgânico em uma razão entre 0,25:1 e 1:5 MIBK: licor. O solvente e o licor foram alimentados na coluna de extração à temperatura ambiente. Após estágios de extração 12-2 com tempos de contato de 1 a 20 min, uma fase orgânica enriquecida em LEVA foi coletada. A eficiência dessa etapa de extração era entre 90% a 98% para o ácido levulínico e 90% a 98% no caso de ácido fórmico. Portanto, houve 0,3 a 7,5%, em peso, de ácido levulínico, 0,15 a 4%, em peso, de ácido fórmico na fase orgânica obtida e entre 0,15 e 0,5%, em peso, de resíduos. Dessa forma, a razão de ácido levulínico: resíduo era 1:0,6 na dita fase orgânica.

[00200] A fase orgânica enriquecida em ácido levulínico foi, então, submetida a uma extração aquosa líquido-líquido pela adição de uma solução aquosa (ou água fresca) a um pH neutro a um equipamento misturador- decantador. A razão de fase orgânica : aquosa foi entre 0,25:1 e 1:3 em que as fases foram misturadas sob agitação (100 a 300 rpm) à temperatura ambiente (entre 20 e 30°C) e, então, submetidas a um estágio de decantação durante 1 a 20 min., o que permite que as fases sejam separadas por gravidade resultando em uma fase aquosa acidificada que compreende ácidos levulínico, fórmico e acético, entre outros.

[00201] A presença de huminas e alcatrão dissolvido foi indicada pela cor marrom escuro forte da fase orgânica residual (rafinado orgânico) que continha cerca de 80% ou os resíduos de lignina e huminas coloridas iniciais. A eficiência dessa etapa de extração aquosa foi de 95% a 98% para o ácido levulínico e 95% a 98% no caso de ácido fórmico. Portanto, a quantidade de ácido levulínico na solução aquosa obtida após a etapa de extração foi de 0,1 a 10%, em peso, a quantidade de ácido fórmico foi de 0,05 a 4%, em peso, e a quantidade de resíduos foi de cerca de 0,06%, em peso.

[00202] Dessa forma, o fluxo que compreende ácido levulínico obtido após uma extração dupla (extração de solvente e extração aquosa) tinha uma razão de ácido levulínico: resíduos de cerca de 1:0,1, enquanto o fluxo que compreende ácido levulínico após apenas uma extração de solvente tinha uma razão de ácido levulínico: resíduo de cerca de 1:0,6. Portanto, ao realizar uma extração aquosa, foi observada uma redução significativa de resíduos (uma redução de cerca de 83 % de resíduos) no fluxo que compreende ácido levulínico.

[00203] Subsequentemente, a fase aquosa que compreende ácido levulínico foi submetida a uma destilação sob vácuo. A destilação foi realizada a uma pressão de 50 a 300 mbar com uma temperatura de fundo de 30 a 70°C. Ácido levulínico com uma concentração entre 90 a 95%, em peso, foi recuperado na solução de destilação restante no fundo da destilação. Durante a destilação, água e voláteis foram coletados no destilado e foram opcionalmente recirculados na etapa de extração aquosa líquido-líquido. Adicionalmente, nenhum resíduo viscoso de cor escura foi gerado durante a etapa de destilação. Exemplo 1B: Procedimento de purificação B de ácido levulínico por uma extração dupla seguido de uma nanofiltração e uma destilação.

[00204] A solução aquosa (hidrolisado ou licor de biomassa líquido) obtida no Exemplo 1 seguiu o mesmo procedimento explicado no exemplo 1D para a purificação de ácido levulínico, porém incluindo uma etapa adicional de uma nanofiltração (separação por membranas) após a etapa de extração aquosa líquido-líquido.

[00205] A solução aquosa obtida após a etapa de extração aquosa é separada (nanofiltrada) em uma unidade de membrana. A pressão transmembranar é definida em 20 a 40 bars e a temperatura mantida à T°C ambiente. A membrana é um DL Lenntech de 150 a 300 Da. O permeado produzido tinha uma cor amarela clara. O fluxo em média é entre 40 a 60 l/m2.h. O retentado obtido é diluído e opcionalmente recirculado através da membrana. A porcentagem de retenção calculada (R), R= (100(1-(CPermeado/Cretentado))) para ácido levulínico é cerca de 15 a 25%. E a porcentagem de permeado (P), P= (100 (Cpermeado/Cretentado)) de ácido levulínico é 75 a 85%. Foi observada uma retenção total das huminas e alcatrão dissolvido deixados na solução aquosa.

[00206] Subsequentemente, a fase aquosa obtida que compreende ácido levulínico como permeado foi submetida a uma destilação sob vácuo conforme descrito no exemplo 1A anterior. O ácido levulínico com uma concentração entre 95 a 99% em peso, foi recuperado na solução restante do fundo da destilação. Exemplo 2: Exemplo comparativo: procedimento de purificação de ácido levulínico por uma única extração (extração de solvente) seguida de uma destilação.

[00207] A solução aquosa obtida no exemplo 1 que compreende aproximadamente 1,5 a 2%, em peso, de ácido levulínico (LEVA), 0,75 a 1%, em peso, de ácido fórmico,

foi purificada da seguinte forma.

[00208] Uma extração líquido-líquido de LEVA da solução aquosa (hidrolisado ou licor de biomassa líquida) foi realizada em uma coluna de extração resultando em uma solução orgânica que compreende ácido levulínico e uma solução aquosa. Metil isobutil cetona (MIBK) foi usada como solvente orgânico em uma razão de 0,25:1 e 1:5 MIBK: licor. O solvente e o licor foram alimentados na coluna de extração à temperatura ambiente. Após estágios de extração 12-2 com tempos de contato de 1 a 20 min, uma fase orgânica enriquecida em LEVA foi coletada. A eficiência dessa etapa de extração era entre 90% a 98% para o ácido levulínico e 90% a 98% no caso de ácido fórmico. Portanto, houve 0,3 a 7,5%, em peso, de ácido levulínico, 0,15 a 4%, em peso, de ácido fórmico na fase orgânica obtida.

[00209] Subsequentemente, a fase orgânica que compreende ácido levulínico foi submetida a uma destilação. A destilação foi realizada a uma pressão de 1 at. com uma temperatura de fundo de 240 a 280°C. Ácido levulínico com uma concentração entre 45 a 60%, em peso, foi recuperado na solução de destilação restante no fundo juntamente com huminas e resíduos de alcatrão entre outros. Durante a destilação, parte do solvente foi coletado no destilado e foi opcionalmente recirculado na etapa de extração líquido- líquido.

[00210] Subsequentemente, a solução de destilação de fundo que compreende ácido levulínico foi submetida a uma destilação sob vácuo. A destilação foi realizada a uma pressão de 10 a 15 mbar com uma temperatura de fundo de 140 a 160°C. Ácido levulínico com uma concentração entre 70 a 80%, em peso, foi obtido no destilado, o restante do destilado compreende resíduos, em grande parte, lactonas (entre 10 e 20% em peso) e resíduos de lignina (entre 5%, em peso, e 10%, em peso). A solução de destilação restante no fundo era um líquido escuro viscoso que compreende a maior parte dos resíduos de lignina, huminas e alcatrão difíceis de extrair e manipular. Comparando a composição dos produtos obtidos nos exemplos 1D e 1B com os resultados obtidos no produto do exemplo 2, observou-se que o rendimento de ácido levulínico obtido por uma dupla extração seguida de uma destilação (exemplo 1D) foi superior ao obtido por uma única extração seguida de uma destilação. Exemplo 3: Exemplo comparativo: procedimento de purificação de ácido levulínico a partir de uma solução orgânica por lavagem com uma solução aquosa básica (processo 3A) ou realizando uma extração aquosa (processo 3B).

[00211] Dois processos (denominados 3D e 3B) para purificar ácido levulínico a partir de uma solução orgânica foram comparados. A solução orgânica inicial compreende: - 0,5%, em peso, de ácido levulínico; - 0,25%, em peso, de ácido fórmico; - 0,3%, em peso, de resíduos de lignina coloridos; - 0,08%, em peso, de outros resíduos em metil isobutil cetona (MIBK).

[00212] A razão de ácido levulínico: resíduo no fluxo final que compreende ácido levulínico foi comparada com 3D e 3B. É importante notar que alcatrão, resíduos de lignina colorida, carvão e outros (huminas) foram considerados resíduos. Processo 3A: Lavar a solução orgânica com uma solução aquosa básica.

[00213] A solução orgânica descrita acima foi submetida a uma etapa de lavagem com uma solução aquosa básica (pH 13,4 com NaOH) durante 30 min. sob agitação a 60°C. A razão de fase orgânica : aquosa usada foi de 11:1. Após um estágio de decantação durante 1 a 20 min., uma fase orgânica foi recuperada compreendendo uma razão de ácido levulínico: resíduo de lignina colorida de cerca de 6:1. Processo 3B: Extrair a solução orgânica com uma solução aquosa.

[00214] A solução orgânica foi submetida a uma extração aquosa líquido-líquido pela adição de uma solução aquosa (ou água fresca) a um pH neutro em um equipamento misturador-decantador. A razão de fase orgânica : aquosa foi de 1:1. As fases foram misturadas sob agitação (100 a 300 rpm) à temperatura ambiente (entre 20 e 30°C) durante 5 min. e, então, submetidas a um estágio de decantação durante 1 a 20 min. o que permite que as fases sejam separadas por gravidade. Uma fase aquosa acidificada foi obtida compreendendo uma razão de ácido levulínico: resíduos de lignina colorida de cerca de 10:1. A extração aquosa também foi repetida com soluções básicas e ácidas obtendo resultados similares às soluções neutras.

[00215] Então, a razão de resíduo de ácido levulínico obtida em 3D e em 3B mostrou que a purificação por extração aquosa foi mais eficaz do que apenas lavar o fluxo orgânico inicial com uma solução aquosa básica.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para a purificação de ácido levulínico que compreende: i) fornecer uma solução aquosa que compreende ácido levulínico; ii) submeter a solução aquosa da etapa (i) a uma extração orgânica para produzir uma solução orgânica e uma solução aquosa; iii) submeter a solução orgânica obtida na etapa anterior a uma extração aquosa para produzir uma solução aquosa, que compreende ácido levulínico, e uma solução orgânica; e iv) submeter a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) a uma separação por membranas para produzir uma solução aquosa que compreende ácido levulínico, e um resíduo.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, que compreende adicionalmente: v) submeter a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iv) a pelo menos uma etapa de purificação adicional para produzir uma solução aquosa que compreende ácido levulínico.

3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, que compreende adicionalmente submeter a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida nas etapas (iv) ou (v) a uma destilação para produzir um destilado e uma solução de destilação que compreende ácido levulínico.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que a solução aquosa fornecida na etapa (i) ou obtida nas etapas (iii), (iv) ou (v), a solução orgânica obtida na etapa (ii), ou qualquer combinação das mesmas, são submetidas a uma etapa de evaporação parcial.

5. Processo, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, em que a solução aquosa que compreende ácido levulínico da etapa (i) é obtida ao i. fornecer uma biomassa lignocelulósica despolpada; ii. submeter opcionalmente a biomassa lignocelulósica despolpada da etapa (i) a uma pré-hidrólise para obter uma biomassa lignocelulósica despolpada pré- hidrolisada; iii. Submeter a biomassa lignocelulósica despolpada fornecida na etapa (i) ou a biomassa lignocelulósica despolpada pré-hidrolisada obtida na etapa (ii) a uma hidrólise na presença de um ácido e sob condições de temperatura, tempo e concentração de ácido para produzir uma pasta fluida aquosa que compreende ácido levulínico; e iv. submeter a pasta fluida aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (iii) a uma separação de sólido-líquido produzindo uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um sólido.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a extração orgânica da etapa (ii) é realizada usando um solvente imiscível em água selecionado dentre dicolorometano (DCM), dicloroeteno (DCE), 1,2-dicloroetano, tolueno, benzeno, 2- heptanona, butilacetato, metilisobutilcetona (MIBK), diclorometano,

propionato 5 de etila, 2-pentanona, éter dietílico, álcool t-amílico, butanol, cicloexanona, acetato de etila, piridina, tetraidrofurano (THF), metiltetraidrofurano (MTHF), 2-metiltetraidrofurano (2-ME-THF), 2-Butanona, acetona, dioxano, acetonitrila, formamida, N,N- dimetilformamida, sulfóxido de dimetila, etilenoglicol, metil-ter-butiléter (MTBE), éter ciclopentilmetílico (CPMe), heptano, dimetilformamida (DMF), N-metilpirrolidona (NMP), 2-sec-butilfenol (SBP), 4-npentilfenol (NPP), 4-n- hexilfenol (NHP) e ©dietilenoglicol (DEGDME) e combinações dos mesmos; em que a razão solvente imiscível : solução aquosa é entre 0,25:1 e 4:1.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a extração orgânica da etapa (ii) ou a extração aquosa da etapa (iii) é realizada usando meios capazes de extração, de preferência, uma coluna de extração ou um dispositivo misturador-decantador.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a extração orgânica da etapa (ii) ou a extração aquosa da etapa (iii) é realizada à temperatura ambiente.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida nas etapas (iii), (iv) ou (v) compreende pelo menos 0,1%, em peso, de ácido levulínico.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 9, em que a solução de destilação compreende pelo menos 90%, em peso, de ácido levulínico.

11. Processo para a produção de ácido levulínico a partir de biomassa lignocelulósica despolpada que compreende as seguintes etapas: i. fornecer biomassa lignocelulósica despolpada; ii. submeter opcionalmente a biomassa lignocelulósica despolpada da etapa (i) a uma pré-hidrólise para obter uma biomassa lignocelulósica despolpada pré- hidrolisada; iii.

Submeter a biomassa lignocelulósica despolpada fornecida na etapa (i) ou a biomassa lignocelulósica despolpada pré-hidrolisada obtida na etapa (ii) a uma hidrólise na presença de um ácido e sob condições de temperatura, tempo e concentração de ácido para produzir uma pasta fluida aquosa que compreende ácido levulínico; iv. submeter a pasta fluida aquosa obtida na etapa (iii) que compreende ácido levulínico a uma separação de sólido-líquido produzindo uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um sólido; v. submeter a solução aquosa obtida na etapa (iv) a uma extração orgânica para produzir uma solução orgânica e uma solução aquosa; vi. submeter a solução orgânica obtida na etapa anterior a uma extração aquosa para produzir uma solução aquosa, que compreende ácido levulínico, e uma solução orgânica; vii. submeter a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa (vi) a uma separação por membranas para produzir uma solução aquosa que compreende ácido levulínico e um resíduo; e viii. submeter opcionalmente a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida na etapa anterior a pelo menos uma purificação adicional para produzir uma solução aquosa que compreende ácido levulínico.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, em que a biomassa lignocelulósica despolpada da etapa (i) é obtida ao: a) fornecer biomassa que compreende um material lignocelulósico; b) opcionalmente, submeter a dita biomassa a um tratamento mecânico; e c) dispersar a dita biomassa em um solvente para obter biomassa lignocelulósica despolpada.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 ou 12, em que a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida nas etapas (vi), (vii) ou (viii) compreende pelo menos 0,1%, em peso, de ácido levulínico.

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, em que a solução aquosa obtida nas etapas (iv), (vi) ou (viii), a solução orgânica obtida na etapa (v), ou qualquer combinação das mesmas, são submetidas a uma etapa de evaporação parcial.

15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, que compreende adicionalmente submeter a solução aquosa que compreende ácido levulínico obtida nas etapas (vii) ou (viii) a uma destilação para produzir um destilado e uma solução de destilação que compreende ácido levulínico; em que a solução de destilação compreende pelo menos 90%, em peso, de ácido levulínico.