BR122020002797B1

BR122020002797B1 - Método para fabricação de um ácido carboxílico

Info

Publication number: BR122020002797B1
Application number: BR122020002797-5A
Authority: BR
Inventors: Johannes Jeichinus De Vries; Raymon Frediansyah; André Banier De Haan
Original assignee: Purac Biochem B.V.
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2022-01-25
Also published as: MY170781A; BR112015032682B1; KR20160027130A; CN107955821A; JP6568187B2; EP3016909A1; UA114672C2; CA2917037C; WO2015000956A1; ZA201600121B; AU2014286248C1; CA2917037A1; BR112015032682A2; EP3330225B1; CN107955821B; CN105358484A; AU2014286248B2; ES2757521T3; AU2014286248A1; US20160369302A1

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para processar soluções de MgCl2 que compreende as etapas de: fornecer uma solução aquosa que compreende 5 a 25% em peso de MgCl2 e contaminantes opcionalmente orgânicos para uma etapa de evaporação, em que a água e, onde presente, os componentes orgânicos são evaporados; retirar uma solução aquosa com uma concentração de MgCl2 de 25 a 35% em peso de uma etapa de evaporação e fornecer a mesma a um pré-concentrador onde a mesma entra em contato com uma corrente de gás que contém HCl com uma temperatura de pelo menos 300°C; fornecer uma solução aquosa com uma concentração de MgCl2 de 35 a 45% em peso que resulta do pré-concentrador para um reator de termo-hidrólise, sendo que o reator está a uma temperatura de pelo menos 300°C; retirar MgO do reator de termo-hidrólise na forma sólida e retirar uma corrente de gás que contém HCl do reator de termo-hidrólise, sendo que a dita corrente de gás que contém HCl tem uma temperatura de pelo menos 300°C; fornecer a corrente de gás que contém HCl com uma temperatura de pelo menos 300°C ao pré-concentrador; retirar uma corrente de gás que contém HCl (...).

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um método para processarsoluções de cloreto de magnésio, em particular, soluções de cloreto de magnésio derivadas da fabricação de compostos orgânicos através de processos de fermentação.

[0002] O documento WO00/17378 descreve um método para fabricar ácido láctico, em que, em um processo de fermentação, uma solução de lactato de magnésio é preparada. A solução de lactato de magnésio é acidificada com HCl para render uma solução que compreende ácido láctico em uma solução de cloreto de magnésio. O ácido láctico é recuperado a partir da solução. A solução de cloreto de magnésio resultante pode ser processada submetendo-se a mesma a uma etapa de termo-hidrólise a uma temperatura de pelo menos 500°C para reagir o cloreto de magnésio com água, para render pó de óxido de magnésio e ácido clorídrico. O calor exigido para a reação termo- hidrolítica é fornecida pela queima de combustível in situ. Os vestígios de matéria orgânica são incinerados.

[0003] O documento WO2013/025106 descreve um método parafabricar ácidos carboxílicos através de um processo que compreende as etapas de acidificar um sal de magnésio de um ácido carboxílico com HCl para formar um ácido e uma solução de cloreto de magnésio e isolar o ácido a partir da solução através de precipitação. É indicado que a solução de cloreto de magnésio possa ser processada através de decomposição térmica.

[0004] Verificou-se que há necessidade, na técnica, de um métodopara processar soluções de cloreto de magnésio que seja adequado para processar soluções derivadas de um processo de fermentação, enquanto obtém um processo integrado altamente estável e eficiente.

[0005] A presente invenção pertence a um método para processarsoluções de MgCl2 que compreende as etapas de- fornecer uma solução aquosa que compreende 5 a 25% em peso de MgCl2 e contaminantes opcionalmente orgânicos para uma etapa de evaporação, em que a água e, onde presente, os componentes orgânicos são evaporados,- retirar uma solução aquosa com uma concentração de MgCl2 de 25 a 35% em peso de uma etapa de evaporação e fornecer a mesma a um pré-concentrador onde a mesma entra em contato com uma corrente de gás que contém HCl com uma temperatura de pelo menos 300°C,- fornecer uma solução aquosa com uma concentração de MgCl2 de 35 a 45% em peso que resulta do pré-concentrador para um reator de termo-hidrólise, sendo que o reator está a uma temperatura de pelo menos 300°C,- retirar MgO do reator de termo-hidrólise na forma sólida e retirar uma corrente de gás que contém HCl do reator de termo- hidrólise, sendo que a dita corrente de gás que contém HCl tem uma temperatura de pelo menos 300°C,- fornecer a corrente de gás que contém HCl com uma temperatura de pelo menos 300°C ao pré-concentrador,- retirar uma corrente de gás que contém HCl com uma temperatura de, no máximo, 150°C do pré-concentrador.

[0006] Verificou-se que o processo, de acordo com a invenção,pode ser integrado em um processo de fermentação de tal modo que um processo estável e eficiente seja obtido.

[0007] A presente invenção será discutida em mais detalhes abaixo.

[0008] A presente invenção se inicia com a etapa de fornecer umasolução aquosa que compreende de 5 a 25% em peso de MgCl2 e contaminantes opcionalmente orgânicos para uma etapa de evapora- ção, em que a água e, onde presente, os componentes orgânicos são evaporados.

[0009] A solução de partida que compreende de 5 a 25% em pesode MgCl2 e contaminantes opcionalmente orgânicos é geralmente derivada da fabricação de compostos orgânicos através de processos de fermentação. Dependendo da natureza do processo do qual a solução de cloreto de magnésio é derivada, sua concentração pode variar entre as faixas amplas indicadas acima. Em uma modalidade, a solução de cloreto de magnésio compreende de 10 a 25% em peso de MgCl2 ou 10 a 20% em peso de MgCl2.

[0010] A solução de partida pode ou não pode compreender con-taminantes orgânicos. Na verdade, dada a fonte do material de partida, é altamente provável que o material de partida conterá, na verdade, tais contaminantes orgânicos, e é um recurso particular do processo, de acordo com a invenção, que os materiais de partida que contêm contaminantes orgânicos, em particular, contaminantes orgânicos relativamente voláteis, possam ser processados, enquanto um processo de fermentação em que esse processo é integrado pode ser operado de modo estável e eficiente. A natureza dos contaminantes orgânicos pode variar dentro de faixas amplas. A solução de partida pode conter remanescentes dos compostos orgânicos fabricados através de fermentação. A solução de partida também pode conter remanescentes de agentes de extração ou solventes usados no isolamento do composto orgânico a partir da solução de cloreto de magnésio.

[0011] Em uma modalidade, a solução de cloreto de magnésio temuma concentração de compostos orgânicos voláteis expressa como VTOC (compostos orgânicos totais voláteis), de pelo menos 1.000 ppm (0,1% em peso). Os compostos orgânicos voláteis são definidos, no contexto deste relatório descritivo, como compostos que são mais voláteis do que água, sob as condições da primeira etapa de evapora- ção. A expressão “mais volátil” significa que a porcentagem de componente volátil que é evaporado na primeira etapa de evaporação é maior do que a porcentagem de água que é evaporada na primeira etapa de evaporação.

[0012] Dependendo da natureza do processo, o VTOC pode ser,por exemplo, pelo menos 0,2% em peso ou pelo menos 0,5% em peso, ou mesmo em 1,0% em peso. O valor máximo não é crítico para o processo, de acordo com a invenção. Geralmente será abaixo de 5% em peso, mais convencionalmente abaixo de 2,5% em peso.

[0013] Em uma modalidade, o cloreto de magnésio de partida queé fornecido para a etapa de evaporação tem uma concentração de composto orgânico total, expressa como TOC (compostos orgânicos totais), de pelo menos 1.000 ppm (0,1% em peso). Dependendo da natureza do processo, a concentração de composto orgânico pode ser, por exemplo, pelo menos 0,2% em peso ou pelo menos 0,5% em peso, ou mesmo em 1,0% em peso. O valor máximo não é crítico para o processo, de acordo com a invenção. Geralmente será abaixo de 5% em peso, mais convencionalmente abaixo de 2,5% em peso.

[0014] A solução de cloreto de magnésio também pode contercompostos orgânicos não voláteis, também indicados como NVTOC. A quantidade de NVTOC pode ser calculada subtraindo-se o VTOC do TOC. Pode ser preferencial, que a quantidade de compostos não voláteis, expressa como NVTOC, seja relativamente limitada, devido ao fato de que a sua presença na solução de cloreto de magnésio possa levar a render perda no processo geral. Em geral, o NVTOC é menor do que 2% em peso, preferencialmente menor do que 1% em peso, mais preferencialmente menor do que 0,5% em peso.

[0015] Na etapa de evaporação, a solução é concentrada evaporando-se água a partir da mesma. Se presente, os componentes orgânicos voláteis são removidos. Em uma modalidade, o processo é reali- zado de tal modo que o produto que resulta da etapa de evaporação tenha um VTOC que é, no máximo, 50% do VTOC da solução aquosa fornecida para a primeira etapa de evaporação, em particular no máximo 30%, mais particularmente, no máximo, 15%. Dependendo do VTOC da solução de partida, o produto que resulta da etapa de evaporação que é fornecida ao pré-concentrador preferencialmente tem um VTOC de, no máximo, 1.000 ppm (0,1% em peso), em particular no máximo 500 ppm, mais particularmente, no máximo, 200 ppm.

[0016] A quantidade de água que é removida depende das condições de processo aplicadas durante a etapa de evaporação, e será controlada pela concentração de cloreto de magnésio da solução de partida, que pode ser indicada como [MgCl2 início] e pela concentração de cloreto de magnésio desejada do produto a ser fornecida ao pré- concentrador, que pode ser indicada como [MgCl2 préc]

[0017] O aumento da concentração efetuado durante as etapas deevaporação, antes do pré-concentrador, é [MgCl2 préc]-[MgCl2 início], e geralmente é entre 30 e 5% em peso. Pode ser preferencial que [MgCl2 préc]-[MgCl2 início] seja entre 5 e 20% em peso, especificamente entre 5 e 15% em peso.

[0018] A etapa de evaporação do processo, de acordo com a invenção, pode ser uma etapa de evaporação de estágio único ou uma etapa de evaporação de multiestágio.

[0019] O uso de um estágio múltiplo de evaporação pode ser preferencial no caso em que o cloreto de magnésio contém uma quantidade substancial de compostos orgânicos, conforme descrito acima. Nesse caso, o uso de estágio múltiplo de evaporação permite a operação de um primeiro estágio dedicado à remoção de componentes orgânicos voláteis e a uma quantidade relativamente limitada de água, sendo que a quantidade de volume de água é removida nos estágios de evaporação posteriores. Isso contribui para a produção, no primeiro estágio, de um líquido aquoso que tem uma concentração relativamente alta de compostos orgânicos voláteis, conforme comparado ao efluente de uma evaporação de etapa única, e essa concentração mais alta contribui para um processamento mais eficiente do líquido aquoso que contém compostos orgânicos, em particular, voláteis.

[0020] Em uma modalidade, a etapa de evaporação no processo,de acordo com a invenção, é um estágio múltiplo de evaporação em que o produto concentrado que resulta do primeiro estágio de evaporação tem um VTOC que é no máximo 50% do VTOC da solução aquosa fornecida ao primeiro estágio de evaporação, em particular no máximo 30%, mais particularmente, no máximo, 15%. É preferencial que o produto concentrado, a partir do primeiro estágio de evaporação, tenha um VTOC de, no máximo, 1.000 ppm (0,1% em peso), em particular no máximo 500 ppm, mais particularmente, no máximo, 200 ppm. Pode ser preferencial, dentro dessa modalidade, que a evaporação seja realizada de tal modo que, do aumento da concentração efetuado durante a etapa de evaporação ([MgCl2 préc]-[MgCl2 início]), no máximo 50% seja efetuado durante o primeiro estágio de evaporação, sendo que o restante é obtido no estágio de evaporação posterior. Geralmente, do aumento da concentração durante a etapa de evaporação, pelo menos 10% é efetuado durante o primeiro estágio de evaporação.

[0021] Onde a etapa de evaporação é uma etapa de evaporaçãode multiestágio, pode ser preferencial que a mesma englobe 2 a 10 estágios de evaporação, em particular 2 a 6 estágios de evaporação.

[0022] A etapa de evaporação pode ser realizada de vários modos. Em uma modalidade, a etapa de evaporação é um estágio múltiplo de evaporação, em que o vapor é retirado da primeira etapa de evaporação e fornecido como líquido aquecedor a uma etapa de evaporação posterior. Dentro dessa modalidade, é preferencial que cada estágio de evaporação, exceto o primeiro a ser fornecido com vapor, a partir do estágio de evaporação precedente, como líquido aquecedor. Em uma modalidade, o estágio múltiplo de evaporação é realizado em um evaporador de efeito múltiplo. Um evaporador de efeito múltiplo compreende um conjunto de recipientes de evaporação, em que cada recipiente é operado a uma pressão que é abaixo da pressão do recipiente precedente. Devido ao fato de que a temperatura de ebulição da água diminui à medida que a pressão diminui, o vapor evaporado em um recipiente pode ser usado para aquecer o próximo, e, apenas o primeiro recipiente (na pressão mais alta) exige uma fonte externa de calor. Os evaporadores de efeito múltiplo são conhecidos na técnica e não exigem elucidação adicional aqui.

[0023] Em uma modalidade da presente invenção, a evaporaçãopor compressão de vapor é usada na etapa de evaporação no processo, de acordo com a invenção, ou em um ou mais estágios da mesma. Na evaporação por compressão de vapor, o vapor produzido durante a evaporação é comprimido, por exemplo, com uso de um soprador, compressor ou ejetor a jato, para aumentar a pressão. Visto que um aumento na pressão resulta em um aumento na temperatura condensação, o vapor pode ser reciclado como o meio de aquecimento para a solução que é concentrada, a partir da qual o vapor foi gerado para começar. Esse processo é indicado, algumas vezes, como destilação por compressão de vapor (VCD). Onde a compressão é realizada por meios mecânicos, o processo também é, algumas vezes, indicado como recompressão mecânica de vapor (MVR). A evaporação por compressão de vapor é conhecida na técnica e não exige elucidação adicional aqui.

[0024] Em uma modalidade da presente invenção, em que a solução de partida compreende componentes orgânicos, conforme descrito acima, a etapa de evaporação engloba dois estágios de evaporação, em que, no primeiro estágio, uma redução de TOC é obtida, conforme descrito acima, com um aumento de concentração de cloreto de magnésio de, no máximo, 50%, em particular no máximo 30%, mais particularmente, no máximo, 10%, calculado no aumento de concentração total ([MgCl2 préc]-[MgCl2 início]), e em que o segundo estágio de evaporação, que efetua mais de 50% do aumento de concentração total, em particular pelo menos 70%, mais particularmente pelo menos 90%, é uma evaporação por compressão de vapor.

[0025] A próxima etapa no método, de acordo com a invenção, éfornecer uma solução aquosa com uma concentração de MgCl2 de 25 a 35% em peso, a partir da etapa de evaporação até um pré-concentrador onde a mesma entra em contato com uma corrente de gás que contém HCl com uma temperatura de pelo menos 300°C. Colocando- se a solução aquosa em contato com o gás quente, um número de efeitos é obtido. Um primeiro efeito é que a temperatura do gás quente que contém HCl é diminuída de um valor acima de 300°C para um valor de, no máximo, 150°C. Um segundo efeito é que água é evaporada, resultando em um aumento adicional da concentração de cloreto de magnésio para um valor de 35 a 45% em peso. Um efeito adicional que pode ocorrer algumas vezes é que a temperatura da solução de cloreto de magnésio aumenta a um valor de, no máximo, 150°C.

[0026] A solução aquosa de cloreto de magnésio com uma concentração de MgCl2 de 35 a 45% em peso que resulta do pré-concentrador é fornecida a um reator de termo-hidrólise. No reator de termo- hidrólise, o cloreto de magnésio reage com a água para formar o óxido de magnésio e o HCl. Os aparelhos adequados para conduzir a termo- hidrólise, também indicada no presente documento como decomposição térmica, são conhecidos na técnica. Por exemplo, um torrador por aspersão (spray roaster) ou um torrador de leito fluidizado (fluid bed roaster) pode ser usado. Tais aparelhos podem, por exemplo, ser obtidos na SMS Siemag, Andritz. Tenova, CMI e Chemline. O uso de um torrador por aspersão é preferencial. Um torrador por aspersão tem custo de energia baixo (também comparado a um torrador de leito flui- dizado), devido ao fato de que o mesmo exige temperaturas relativamente baixas (conforme descrito abaixo). Verificou-se adicionalmente que um torrador por aspersão produz partículas reagentes de MgO, que são muito adequadas para uso como um agente neutralizante na fermentação. A decomposição térmica é conduzida a uma temperatura de pelo menos 300°C, que é a temperatura mínima em que o MgCh se decompõem. Preferencialmente, a decomposição térmica é conduzida a uma temperatura de pelo menos 350°C. Devido aos custos de energia, a temperatura é preferencialmente abaixo de 1.000°C, mais preferencialmente abaixo de 800°C, ainda mais preferencialmente abaixo de 600°C. Além disso, usar uma temperatura excessivamente alta para a etapa de decomposição térmica é indesejável, devido ao fato de que reduzirá a reatividade do MgO formado, de modo que o mesmo seja menos adequado para uso como um agente neutralizante na fermentação. Por exemplo, a temperatura em que a decomposição térmica é conduzida pode ser 350 a 600°C ou 400 a 500°C. A temperatura mencionada é a temperatura dos gases, visto que os mesmos são removidos da unidade.

[0027] A decomposição térmica, conforme aplicada na presenteinvenção, é preferencialmente conduzida a uma pressão de 0,010 a 1,00 MPa (0,1 a 10 bar). Entretanto, o uso de pressão elevada pode ser indesejável, devido ao fato de que de um risco elevado de corrosão, devido ao HCl não ter capacidade para condensar. Preferencialmente, a decomposição térmica é conduzida em pressão atmosférica, em particular, ao usar um torrador, para evitar custos de energia desnecessários e a necessidade de equipamento de alta pressão dispendioso. Uma pressão na faixa de 0,09 a 1,00 MPa (0,9 a 1 bar) pode ser preferencial para impedir a expulsão de HCl.

[0028] A partir da etapa de decomposição térmica, o MgO é retirado na forma sólida.

[0029] Uma corrente de gás que contém HCl com uma temperatura de pelo menos 300°C é retirada da etapa de decomposição térmica e reciclada para a etapa de pré-concentrador. A temperatura da corrente de gás que contém HCl fornecida ao pré-concentrador é na faixa especificada acima para a temperatura durante a etapa de termo- hidrólise. A concentração de HCl na corrente de gás é geralmente na faixa de 5 a 15% em peso, em particular 7 a 12% em peso. A corrente de gás que contém HCl geralmente compreende de 20 a 50% em peso de água, em particular 30 a 45% em peso. Dependendo da composição adicional, a corrente de gás que contém HCl compreende geral-mente pelo menos 25% em peso de gás inerte, em particular, de gás inerte selecionado a partir do grupo que consiste em N2, CO2 e misturas dos mesmos (tal como ar). Isso pode, por exemplo, resultar da termo-hidrólise que é conduzida na presença de gases inertes, por exemplo, na presença de ar. A concentração de gás inerte pode ser mais alta, por exemplo, pelo menos 50 em peso. Em uma modalidade, a alimentação de gás pode compreender de 40 a 80% em peso de gás nitrogênio. A alimentação de gás pode compreender até 95% em peso de gás inerte. Em uma modalidade, uma alimentação de gás obtida em termo-hidrólise de MgCl2 é usada, a qual compreende de 40 a 50% em peso de N2, 0 a 5% em peso de O2 e 5 a 15% em peso CO2.

[0030] O processo, de acordo com a invenção, é ilustrado em referência às Figuras a seguir, sem ser limitado às mesmas ou pelas mesmas.

[0031] A Figura 1 ilustra as etapas básicas do método, de acordocom a invenção. A solução de cloreto de magnésio é fornecida através da linha (1) à etapa de evaporação (2). O efluente gasoso que compreende água e opcionalmente compostos orgânicos é retirado através da linha (3). A solução de cloreto de magnésio concentrada é retirada através da linha (4) e fornecida ao pré-concentrador (5). No pré- concentrador (5) a solução de cloreto de magnésio entra em contato com uma corrente de gás quente que contém HCl fornecido através da linha (6). A corrente de gás que contém HCl é retirada da unidade de termo-hidrólise (7). Uma solução de cloreto de magnésio concentrada é retirada do pré-concentrador (5) através da linha (8) e fornecida à unidade de termo-hidrólise (7). Uma corrente de gás que contém HCl com uma temperatura diminuída é retirada do pré-concentrador (5) através da linha (9). O óxido de magnésio sólido é retirado da unidade de termo-hidrólise através da linha (10). A unidade de termo-hidrólise é fornecida com gás quente, por exemplo, gás de combustão, através da linha (11).

[0032] A Figura 2 é uma variação na Figura 1, que ilustra umapossível etapa de separação de multiestágio. Na Figura 2, a solução de cloreto de magnésio é fornecida através da linha (1) ao primeiro estágio de evaporação (21). Uma corrente (31) que contém água e, no caso ilustrado, componentes orgânicos, é retirada da primeira etapa de separação (21) e fornecida à etapa de separação (32), em que é separada para formar uma fração de água, retirada através da linha (33) e uma fração orgânica, retirada através da linha (34). A etapa de separação (32) pode ser realizada de modos conhecidos na técnica, por exemplo, através de condensação, separação de fase, por exemplo, através de decantação ou destilação. Um método de separação adequado dependerá da natureza e da quantidade de contaminantes orgânicos. Está dentro do escopo da pessoa versada selecionar um método de separação adequado. Uma solução de cloreto de magnésio concentrada é retirada do primeiro estágio de separação (21) e fornecida ao segundo estágio de separação (23). A água é evaporada e re-tirada através da linha (35). É observado que, visto que os compostos orgânicos são mais voláteis do que água, a maior parte, se não todos, dos compostos orgânicos é removida do sistema no primeiro evapora- dor. Então, a provisão de corrente (35) para um separador não será geralmente exigida. Na Figura 2, dois estágios de separação são mostrados. Conforme será evidente para a pessoa versada, pode haver um único segundo estágio de separação (23), visado na remoção de água, mas também é possível ter mais de um, por exemplo 2 a 6 desses estágios de remoção de água adicionais. Para mais informações de como a etapa de evaporação ou estágios pode ser realizada, é feita referência ao que é declarado acima.

[0033] Conforme indicado anteriormente, o processo, de acordocom a invenção, é particularmente adequado para incorporação em um método para fabricar componentes orgânicos, em particular ácidos carboxílicos, com uso de uma etapa de fermentação.

[0034] Em uma modalidade, a presente invenção pertence, então,a um processo que compreende as etapas de- submeter uma fonte de carbono a uma etapa de fermentação para formar um ácido carboxílico, sendo que a etapa de fermentação do mesmo compreende as etapas de fermentar uma fonte de carbono por meio de um microrganismo, em uma solução de fermentação, para formar ácido carboxílico e neutralizar pelo menos parte do ácido carboxílico, adicionando-se uma base de magnésio selecionada a partir de óxido de magnésio e hidróxido de magnésio, obtendo, assim, um carboxilato de magnésio,- submeter o carboxilato de magnésio a uma etapa de acidi- ficação em que o carboxilato de magnésio entra em contato com HCl em um ambiente aquoso para formar uma mistura aquosa que compreende ácido carboxílico e cloreto de magnésio,- submeter a mistura aquosa que compreende ácido carbo- xílico e cloreto de magnésio a uma etapa de separação para formar um efluente que compreende ácido carboxílico e uma solução de cloreto de magnésio,- fornecer uma solução aquosa que compreende 5 a 25% em peso de MgCl2 e contaminantes opcionalmente orgânicos para uma etapa de evaporação, em que a água e, onde presente, os componentes orgânicos são evaporados,- retirar uma solução aquosa com uma concentração de MgCl2 de 25 a 35% em peso de uma etapa de evaporação e fornecer a mesma a um pré-concentrador onde a mesma entra em contato com uma corrente de gás que contém HCl com uma temperatura de pelo menos 300°C,- fornecer uma solução aquosa com uma concentração de MgCl2 de 35 a 45% em peso que resulta do pré-concentrador para um reator de termo-hidrólise, sendo que o reator está a uma temperatura de pelo menos 300°C,- retirar o MgO do reator de termo-hidrólise na forma sólida e retirar uma corrente de gás que contém HCl do reator de termo- hidrólise, sendo que a dita corrente de gás que contém HCl tem uma temperatura de pelo menos 300°C,- fornecer a corrente de gás que contém HCl com uma temperatura de pelo menos 300°C ao pré-concentrador,- retirar uma corrente de gás que contém HCl com uma temperatura de, no máximo, 150°C do pré-concentrador.

[0035] As modalidades específicas e as preferências descritasacima para o processo, de acordo com a invenção, também se aplicam ao processo integrado.

[0036] Em uma modalidade preferencial do processo integrado, oscomponentes orgânicos evaporados durante a etapa de evaporação são reciclados, pelo menos em parte, para a etapa de separação.

[0037] No processo integrado, os componentes orgânicos geral- mente compreendem ácido carboxílico ou carboxilato e/ou compostos orgânicos usados na etapa de separação, por exemplo, agentes de extração e/ou solventes. A reciclagem desses compostos para a etapa de separação tem a vantagem combinada de aumentar o rendimento do processo, onde relevante, a redução da quantidade de extratante adicional adicionada durante a etapa de separação e a redução da quantidade de orgânicos fornecidos para a etapa de decomposição térmica.

[0038] Em uma modalidade preferencial do processo integrado, oóxido de magnésio retirado do reator de termo-hidrólise é reciclado, pelo menos em parte, para a etapa de fermentação. Isso pode ser feito na forma de MgO ou após a conversão em hidróxido de magnésio, por exemplo, colocando-se em contato o óxido de magnésio com a água para obter uma pasta fluida de hidróxido de magnésio.

[0039] Em uma modalidade preferencial do processo integrado, acorrente de gás que contém HCl derivada do pré-concentrador é reciclada, pelo menos em parte, para a etapa de acidificação. Em uma modalidade, a corrente de gás que contém HCl é convertida em uma solução de HCl absorvendo-se a mesma em água, e a solução é reciclada para a etapa de acidificação. Em outra modalidade, a corrente de gás que contém HCl é fornecida à etapa de acidificação na forma gasosa.

[0040] É particularmente preferencial que o processo integrado, deacordo com a invenção, englobe uma combinação da reciclagem de MgO , a reciclagem de componente orgânico e a reciclagem de HCl descrita acima.

[0041] As várias etapas no processo integrado que são adicionaisao processamento da solução de cloreto de magnésio serão discutidas abaixo.

[0042] Na primeira etapa, uma fonte de carbono é submetida a uma etapa de fermentação para formar um ácido carboxílico, sendo que etapa de fermentação do mesmo compreende as etapas de fermentar uma fonte de carbono por meio de um microrganismo em uma solução de fermentação para formar ácido carboxílico e neutralizar pelo menos parte do ácido carboxílico, adicionando-se uma base de magnésio selecionada a partir de óxido de magnésio e hidróxido de magnésio, obtendo, assim, um carboxilato de magnésio.

[0043] Os processos de fermentação para a fabricação de ácidoscarboxílicos são conhecidos na técnica e não exigem elucidação adicional aqui. Está dentro escopo da pessoa versada selecionar, com uso de seu conhecimento geral comum, um processo de fermentação adequado, dependendo do ácido desejado a ser produzido, a fonte de carbono e o microrganismo disponível.

[0044] O produto do processo de fermentação é uma solução defermentação, que é um líquido aquoso que compreende carboxilato de magnésio, biomassa e opcionalmente componentes adicionais, tais como impurezas, como são açúcares, proteínas e sais.

[0045] Se desejado, a solução de fermentação pode ser submetidaa uma etapa de remoção de biomassa, por exemplo, uma etapa de filtração, antes do processamento adicional. Isso é geralmente preferencial para aprimorar a qualidade do produto. Dependendo do ácido carboxílico produzido, outra etapa intermediária pode ser a separação de produto sólido de reação, por exemplo, carboxilato de magnésio, da solução de fermentação, antes, após ou simultâneo à remoção de biomassa, e submeter opcionalmente o carboxilato de magnésio a uma etapa de lavagem.

[0046] Dependendo do ácido carboxílico produzido, outra etapaintermediária pode ser submeter a solução de fermentação a uma etapa de concentração para aumentar a concentração de carboxilato de magnésio na composição, antes da acidificação. Essa etapa pode ser realizada antes, após ou simultânea à remoção de biomassa.

[0047] Outras etapas intermediárias, por exemplo, etapas de purificação, podem ser realizadas conforme desejado, visto que será evidente para a pessoa versada.

[0048] A próxima etapa no processo integrado, de acordo com ainvenção, é submeter o carboxilato de magnésio a uma etapa de acidi- ficação, também indicada, algumas vezes, como etapa de acidulação, em que o carboxilato de magnésio entra em contato com o HCl em um ambiente aquoso para formar uma mistura aquosa que compreende ácido carboxílico e cloreto de magnésio. Há vários modos em que essa etapa pode ser efetuada. A etapa de acidulação é tipicamente conduzida colocando-se o sal de carboxilato em contato com uma solução ácida de HCl. Entretanto, em algumas modalidades, também pode ser possível colocar o sal de carboxilato em contato com o HCl gasoso. O sal de carboxilato pode ser na forma sólida e/ou dissolvida. Em uma modalidade, o sal de carboxilato é fornecido na forma sólida. Nesse caso, a etapa de acidulação é conduzida colocando-se o sal de carbo- xilato em contato com uma solução ácida. A vantagem de preparar a mistura aquosa a partir de sal de carboxilato na forma sólida é que a concentração de ácido carboxílico muito alta pode, então, ser obtida, tal como a concentração de pelo menos 15% em peso, em particular pelo menos 25%, até, por exemplo 50% em peso, ou por exemplo 40% em peso. O sal de carboxilato também pode ser na forma dissolvida, tipicamente como parte de uma solução aquosa. Nesse caso, a etapa de acidulação pode ser conduzida colocando-se o sal de carboxilato em contato com uma solução ácida ou um gás ácido. A etapa de aci- dulação também pode ser conduzida em uma mistura de ácido carbo- xílico e sal de carboxilato. Tal mistura pode, por exemplo, ser obtida em uma fermentação de pH baixo. A mistura pode, por exemplo, ser uma suspensão aquosa.

[0049] Quando a acidulação do sal de carboxilato é conduzida colocando-se a mesma em contato com uma solução ácida de HCl, a mesma tem, preferencialmente, uma concentração de ácido tão alta quanto possível. Tal alta concentração de ácido resultará em uma mistura aquosa com uma alta concentração de ácido carboxílico, que é desejável. A solução ácida compreende, então, pelo menos 5% em peso, mais preferencialmente pelo menos 10% em peso e ainda mais preferencialmente pelo menos 20% em peso de ácido, com base no peso total da solução ácida. A acidulação é tipicamente conduzida com uso de um excesso de ácido. O excesso é preferencialmente pequeno, de modo que a mistura aquosa obtida não seja altamente ácida, o que não pode ser desejável, em vista do processamento adicional de tal uma mistura. Por exemplo, o excesso de ácido usado pode ser de modo que a mistura aquosa resultante tenha um pH 2 ou inferior, preferencialmente um pH de 0 a 1. No caso em que o HCl gasoso é usado, o mesmo pode ser contatado colocando-se o mesmo em contato com uma solução de carboxilato ou suspensão. Em particular, o gás de HCl pode ser soprado através da solução ou da suspensão.

[0050] Preferencialmente, a acidulação é conduzida a uma temperatura de 75°C ou menos. Em temperaturas mais altas, torna-se dispendioso adaptar equipamento às condições duras de um ambiente ácido em altas temperaturas.

[0051] A etapa de acidificação resulta na formação de um líquidoaquoso que compreende ácido carboxílico e cloreto de magnésio. Esse líquido aquoso é submetido a uma etapa de separação, opcionalmente após as etapas intermediárias de processamento que foram realizadas, tal como uma etapa de concentração.

[0052] As etapas de separação adequadas são conhecidas natécnica. A natureza da etapa a ser usada depende da natureza e da propriedade dos ácidos.

[0053] Onde o ácido carboxílico está presente em sua totalidadeou em parte, como sólido, no líquido aquoso, a separação pode ocorrer com uso de métodos convencionais de separação de sólido-líquido, tal como filtração, centrifugação, etc.

[0054] Onde o ácido carboxílico está presente em sua totalidadeou em parte, como uma fase orgânica separada no líquido aquoso, a separação pode ocorrer com uso de métodos convencionais de separação de líquido-líquido, por exemplo, decantação, sedimentação, centrifugação, uso de separadores de placa, uso de separadores e uso de hidrociclones. Um extratante pode ser adicionado para aprimorar a eficiência de separação. A combinação de métodos e aparelho diferentes também pode ser usada.

[0055] Onde o ácido carboxílico está presente dissolvido no líquidoaquoso, a separação pode ocorrer com uso, por exemplo, de extração, com um extratante adequado.

[0056] O processo da presente invenção é particularmente atrativoem que a etapa de separação engloba o uso de um extratante. Verificou-se que, nessa modalidade, a solução de cloreto de magnésio derivada da etapa de separação pode conter quantidades relativamente grandes de componentes orgânicos, conforme ilustrado, por exemplo, por um VTOC de pelo menos 1.000 ppm (0,1% em peso). A provisão dessas quantidades grandes de componentes orgânicos à etapa de decomposição térmica levaria a uma qualidade de HCl indesejável, à formação de produtos indesejáveis durante a decomposição térmica e à perda de extratante do sistema. No processo, de acordo com a in-venção, esses problemas podem ser impedidos. O uso de uma etapa de separação de estágio múltiplo, conforme descrito acima, é particularmente preferencial nessa modalidade.

[0057] Onde um extratante está presente no processo, de acordocom a invenção, o extratante, que também pode ser indicado como agente de extração, não é substancialmente miscível com água. O uso de um extratante resulta na formação de um sistema bifásico durante a etapa de separação que compreende uma camada orgânica líquida que compreende o agente de extração e o ácido carboxílico e uma camada aquosa que compreende cloreto de cloreto de magnésio dissolvido.

[0058] Os exemplos de agentes de extração adequados são hidro-carbonetos alifáticos e aromáticos, tais como compostos alcanos e aromáticos, cetonas e éteres. As misturas de vários compostos também podem ser usadas.

[0059] Os exemplos de adequado alcanos alifáticos são C5-C10de cadeia linear, ramificada ou alcanos cíclicos, por exemplo, octano, hexano, ciclo-hexano, 2-etil-hexano e heptano.

[0060] Os exemplos de compostos aromáticos adequados são C6C10 compostos aromáticos por exemplo, tolueno, xilenos e etilbenzeno.

[0061] Os exemplos de cetonas adequadas são C5+ cetonas, maisparticularmente C5-C8 cetonas na presente invenção. C5+ representa as cetonas com pelo menos 5 átomos de carbono. Verificou-se que o uso de C9+ cetonas é menos preferencial, o uso de metil-isobutil- cetona (MIBK) é particularmente atrativo.

[0062] Os exemplos de éteres adequados são C3-C6 éteres, porexemplo, éter terc-butil metílico (MTBE) e dietil éter (DEE). O extratan- te geralmente se qualifica como VTOC no contexto do presente relatório descritivo.

[0063] A natureza do ácido carboxílico fabricado não é crítica parao processo integrado, de acordo com a invenção.

[0064] Em uma modalidade o ácido carboxílico é um mono-, di- outri-ácido carboxílico que compreende pelo menos 2, mas não mais do que 6 átomos de carbono (C2-6 ácido carboxílico). Em uma modalidade, o ácido carboxílico é selecionado a partir do grupo que consiste em ácido láctico, ácido succínico, ácido propiônico, ácido 3- hidroxipropiônico, ácido 2-, 3- e 4-hidroxibutírico, ácido cítrico, ácido fumárico, ácido itacônico, ácido adípico, ácido acrílico, ácido levulínico, ácido maleico, ácido 2,5-furandicarboxílico, ácido mandélico, ácido málico e ácido tartárico. Preferencialmente, o ácido carboxílico é selecionado a partir do grupo que consiste em ácido láctico, ácido succíni- co, ácido propiônico, ácido 3-hidroxipropiônico, ácido 2-, 3-, e 4-hidroxibutírico e ácido cítrico.

[0065] Em uma modalidade, o ácido carboxílico é selecionado apartir dos ácidos monocarboxílicos, com 2-6 átomos de carbono. Em uma modalidade, o ácido monocarboxílico com 2-6 átomos de carbono não contém grupos hidroxilas. Dentro desse grupo, os exemplos de ácidos adequados são ácido propiônico, ácido acrílico, ácido butírico e ácido valérico.

[0066] Em outra modalidade, o ácido monocarboxílico contém pelomenos um grupo hidroxila. Dentro desse grupo, em uma modalidade, pode ser preferencial selecionar o ácido a partir do grupo de ácido láctico, ácido glicólico, ácido 3-hidroxipropiônico, ácido 2-, 3-, e 4-hidroxibutírico. Em outra modalidade, dentro desse grupo, pode ser preferencial selecionar o ácido a partir do grupo de ácido glicólico, ácido 3-hidroxipropiônico e ácido 2-, 3- e 4-hidroxibutírico. Em uma modalidade adicional, pode ser preferencial que o ácido seja ácido láctico.

[0067] Em outra modalidade, o ácido carboxílico é um ácido poli-carboxílico, mais particularmente, um ácido di- ou tri-carboxílico que compreende pelo menos 2, mas não mais do que 6 átomos de carbono (C2-6 ácido carboxílico). Em uma modalidade, o ácido policarboxí- lico é selecionado a partir do grupo que consiste em ácido succínico, ácido cítrico, ácido fumárico, ácido itacônico, ácido adípico, ácido ma- leico, ácido 2,5-furandicarboxílico, ácido mandélico, ácido málico e ácido tartárico. Preferencialmente, o ácido policarboxílico é seleciona- do a partir do grupo que consiste em ácido succínico, ácido cítrico, ácido fumárico, ácido itacônico, ácido adípico e ácido 2,5- furandicarboxílico. O ácido policarboxílico pode, em particular, ser selecionado a partir de ácido succínico, ácido fumárico, ácido itacônico, e ácido 2,5-furandicarboxílico.

[0068] A Figura 3 ilustra uma modalidade do processo integrado,de acordo com a invenção. Na Figura 3, uma etapa de fermentação é realizada no reator de fermentação (101), que é fornecida com uma fonte de carbono e opcionalmente com componentes adicionais, tais como nutrientes, através de linhas não mostradas. Na etapa de fermentação, uma fonte de carbono é fermentada por meio de um microrganismo, em uma solução de fermentação para formar ácido car- boxílico e neutralizar pelo menos parte do ácido carboxílico, adicionando-se uma base de magnésio, obtendo, assim, um carboxilato de magnésio. A base de magnésio é adicionada através da linha (10). A base de magnésio é derivada de MgO gerado na etapa de decomposição térmica. O MgO pode ser fornecido como tal, ou após ter sido suspenso em um líquido aquoso ou convertido em hidróxido de magnésio em etapas não mostradas.

[0069] A solução de fermentação que compreende um sal de car-boxilato de magnésio é fornecida a uma etapa de acidificação (103) através da linha (102). As etapas intermediárias, tal como remoção ou concentração de biomassa, pode ser realizada, mas são não mostradas. Na etapa de acidificação (103), o carboxilato de magnésio entra em contato com HCl em um ambiente aquoso para formar uma mistura aquosa que compreende ácido carboxílico e cloreto de magnésio. O HCl é fornecido através da linha (9) e é derivado do pré-concentrador (5). O mesmo pode ser fornecido na forma de uma corrente de gás que contém HCl diretamente derivada de pré-concentrador (5). O mesmo também pode ser fornecido na forma de uma solução aquosa obtida absorvendo-se a corrente de gás que contém HCl em um líquido aquoso (por exemplo, água). Isso ocorreria em uma etapa de absorção (não mostrada).

[0070] A mistura aquosa que compreende ácido carboxílico e cloreto de magnésio é fornecida a uma etapa de separação (105), através da linha (104). A etapa de separação pode ser realizada conforme descrito acima. Os compostos orgânicos obtidos na etapa de separação (32) são fornecidos à etapa de separação (105) através da linha (34). Onde a etapa de separação (105) faz uso de uma extratante, esse é fornecido através de linhas não mostradas. A etapa de separação (105) resulta em um efluente que compreende ácido carboxílico e uma solução de cloreto de magnésio. O produto ácido carboxílico é retirado através da linha (106). A solução de cloreto de magnésio é retirada através da linha (1), e processada posteriormente, conforme descrito acima, no contexto da Figura (2).

Claims

1. Método para fabricação de um ácido carboxílico, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:- submeter uma fonte de carbono a uma etapa de fermentação (101) para formar um ácido carboxílico, sendo que etapa de fermentação (101) compreende as etapas de fermentar uma fonte de carbono por meio de um microrganismo em uma solução de fermentação para formar ácido carboxílico e neutralizar pelo menos parte do ácido carboxílico, adicionando uma base de magnésio selecionada a partir de óxido de magnésio e hidróxido de magnésio, obtendo assim um carboxilato de magnésio,- submeter o carboxilato de magnésio a uma etapa de acidi- ficação (103) em que o carboxilato de magnésio é contatado com HCl em um ambiente aquoso para formar uma mistura aquosa que compreende ácido carboxílico e cloreto de magnésio,- submeter a mistura aquosa que compreende ácido carbo- xílico e cloreto de magnésio a uma etapa de separação (105), para formar um efluente que compreende ácido carboxílico e uma solução de cloreto de magnésio,- fornecer uma solução aquosa que compreende 5 a 25% em peso de MgCl2 e opcionalmente contaminantes orgânicos a uma etapa de evaporação (2), em que a água e, quando presente, os componentes orgânicos são evaporados,- retirar uma solução aquosa com uma concentração de MgCl2 de 25 a 35% em peso de uma etapa de evaporação (2) e fornecer a mesma a um pré-concentrador (5), onde é contatada com uma corrente de gás que contém HCl a uma temperatura de pelo menos 300°C,- fornecer uma solução aquosa com uma concentração de MgCl2 de 35 a 45% em peso resultante do pré-concentrador (5) a um reator de termo-hidrólise (7), sendo que o reator está uma temperatura de pelo menos 300°C,- retirar MgO do reator de termo-hidrólise (7) na forma sólida e retirada de uma corrente de gás que contém HCl do reator de termo-hidrólise (7), sendo que a referida corrente de gás que contém HCl apresenta uma temperatura de pelo menos 300°C,- fornecer à corrente de gás que contém HCl uma temperatura de pelo menos 300°C ao pré-concentrador (5),- retirar uma corrente de gás que contém HCl a uma temperatura máxima de 150°C do pré-concentrador (5).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os componentes orgânicos evaporados na etapa de evaporação (2) são reciclados na etapa de separação (105).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o óxido de magnésio retirado da etapa de termo- hidrólise (7) é reciclado pelo menos em parte para a etapa de fermentação (101), na forma de MgO ou após conversão em hidróxido de magnésio.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a corrente de gás que contém HCl derivada do pré-concentrador (5) é reciclada pelo menos em parte para a etapa de acidificação (103), na forma gasosa ou após conversão em uma solução de HCl que absorve a mesma em água.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que é realizada uma etapa de remoção de biomassa entre a etapa de fermentação (101) e a etapa de aci- dificação (103).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que uma etapa de separação do car- boxilato de magnésio sólido da solução de fermentação e lavagem op- cional do carboxilato de magnésio sólido é realizada entre a etapa de fermentação (101) e a etapa de acidificação (103).

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que é realizada uma etapa de concentração entre a etapa de fermentação (101) e a etapa de acidifica- ção (103) para aumentar a concentração de carboxilato de magnésio na composição antes da acidificação.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o ácido carboxílico está presente pelo menos parcialmente na forma sólida na mistura aquosa que compreende ácido carboxílico e cloreto de magnésio, e a etapa de separação (105) é uma separação sólido-líquido.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o ácido carboxílico está presente pelo menos parcialmente como fase orgânica separada na mistura aquosa que compreende ácido carboxílico e cloreto de magnésio, e a etapa de separação (105) é uma etapa de separação líquido-líquido.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o ácido carboxílico está presente pelo menos parcialmente na forma dissolvida na mistura aquosa que compreende ácido carboxílico e cloreto de magnésio, e a etapa de separação (105) é uma etapa de extração.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o extrator é selecionado do grupo de hidrocarbone- tos alifáticos e aromáticos.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o ácido carboxílico é um ácido mono-, di ou tri-carboxílico que compreende pelo menos 2, mas não mais que 6 átomos de carbono (ácido carboxílico C2-6).

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a solução aquosa que compreende cloreto de magnésio apresenta um teor total de compo-nentes orgânicos (TOC) de pelo menos 1.000 ppm.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o produto que resulta da etapa de evaporação (2) apresenta um TOC que é, no máximo, 50% do TOC da solução aquosa fornecida à primeira etapa de evaporação (2).

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o produto que resulta da etapa de evaporação (2) que é fornecido ao pré-concentrador (5) apresenta um TOC de, no máximo, 1.000.

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o aumento da concentração efetuado durante a etapa de evaporação (2), antes do pré-concentrador (5), definida como [MgCl2 préc]-[MgCl2 início], é entre 30 e 5% em peso.

17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que a etapa de evaporação (2) é uma etapa de evaporação de estágio único.

18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que a etapa de evaporação (2) é uma etapa de evaporação de multiestágio.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que, no primeiro estágio (21) de uma etapa de evaporação (2) de multiestágio, os componentes orgânicos voláteis são removidos, de modo que o produto concentrado a partir do primeiro estágio (21) de evaporação tenha um VTOC que é no máximo 50% do VTOC da solução aquosa fornecida ao primeiro estágio de evaporação (21).

20. Método, de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado pelo fato de que o vapor é retirado da primeira etapa de eva- poração (21) e fornecido como líquido aquecedor para uma etapa de evaporação posterior.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o estágio múltiplo de evaporação é realizado em um evaporador de efeito múltiplo.

22. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizado pelo fato de que a evaporação por compressão de vapor é usada na etapa de evaporação (2) ou em um ou mais estágios da mesma.