BRPI0611343A2 - processes for catalytic conversion of lignin to liquid biofuels - Google Patents

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BRPI0611343A2
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Wlodzimierz W Zmierczak
Jan D Miller
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Abstract

PROCESSOS PARA CONVERSãO CATALìTICA DE LIGNINA EM BIOCOMBUSTìVEIS LìQUIDOS Processos para conversao de lignina em produtos líquidos como biocombustíveis e aditivos de combustivel sao revelados e descritos (figura 1) . Um processo para conversao de um material de lignina em biocombustíveis pod incluir submeter o material de lígnina a uma reacao de despolimerizacao catalisada por base (estágio 1) para produzir uma ligfina parcialmente despolimerizada. A lignina parcialmente despolimerizada pode ser entóo submetida a uma reacao de hidrodesoxigenacóo parcial/estabilizacao (estágio II) para formar um produto parcialmente hidrodesoxigenado. Apos a hidrodesoxigenacao parcial, o produto hidrodesoxigenacóo parcialmente pode ser reagido em uma etapa de refinacao (estágio TS) para formar um biocombustivel. Cada uma dessas etapas de reacao pode ser executada em uma etapa ünica ou mültipla, dependendo do projeto do processo. A producao de um produto intermediário de hidrodesoxigenacao parcial e subseqüente reacao do mesmo pode significatívamente reduzir ou eliminar obstrucao de reator e coqueificacao do catalisador. Uma va- riedade de biocombustíveis üteis como combustíveis, aditivos de combustível, e similares pode ser facilmente produzida a partir de materiais de lignina, renováveis em um processo de conversao aperfeicoado.PROCEDURES FOR CATALYTIC CONVERSION OF LIGNIN IN LIQUID BIOFUELS Processes for converting lignin into liquid products such as biofuels and fuel additives are disclosed and described (Figure 1). A process for converting a lignin material to biofuels may include subjecting the lignin material to a base catalyzed (stage 1) depolymerization reaction to produce a partially depolymerized ligfine. Partially depolymerized lignin may then be subjected to a partial hydrodeoxygenation / stabilization reaction (stage II) to form a partially hydrodeoxygenated product. After partial deoxygenation, the partially deoxygenated product can be reacted in a refining step (TS stage) to form a biofuel. Each of these reaction steps can be performed in a single or multiple step, depending on the process design. The production of a partial hydrodeoxygen intermediate product and subsequent reaction thereof can significantly reduce or eliminate reactor blockage and catalyst coking. A variety of useful biofuels such as fuels, fuel additives, and the like can easily be produced from renewable lignin materials in an improved conversion process.

Description

"PROCESSOS PARA CONVERSÃO CATALÍTICA DE LIGNINA EMBIOCOMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS""PROCESSES FOR CATALYTIC CONVERSION OF LIQUID FUELS"

Campo da invençãoField of the invention

A presente invenção refere-se genericamente à con-versão de biomassa em combustíveis, aditivos de combustívele outros produtos comercialmente úteis. Mais particularmen-te, a presente invenção refere-se a um processo catalíticode múltiplas etapas para a produção de produtos de hidrocar-boneto a partir .de lignina.The present invention relates generally to the conversion of biomass into fuels, fuel additives and other commercially useful products. More particularly, the present invention relates to a multi-step catalytic process for producing hydrocarbon products from lignin.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

O mercado atual para condutores de energia e com-bustíveis, é amplamente acionado por preços elevados de pe-tróleo e gás natural resultando de esgotamento de depósitosfacilmente acessíveis, uma demanda crescente causada pelodesenvolvimento de novas economias de mercado emergentes, epreocupações ambientais de montagem. Conseqüentemente, essasdemandas de energia crescentes exigirão uma reestrutura sig-nificativa e/ou substituição de uma grande parte de combus-tíveis fósseis por tecnologias de energia renovável comotecnologias de energia baseadas em biomassa. Tecnologias ma-duras são disponíveis para a produção de uma variedade debiocomodities incluindo combustíveis de transporte e blocosde construção química a partir de madeira, culturas agríco-las, refugos sólidos municipais, gás de aterro, etc., quepermitirão que esse novo setor de energia se desenvolva. Es-se setor emergente serve como uma rede de bio-refinarias (a-nálogos de refinaria petroquímica) e representa um grupo deinstalações de processamento integrado, perfeito para o meioambiente. Nessas instalações componentes de biomassa são se-parados e convertidos em intermediários valiosos e produtosfinais, incluindo biocombustiveis, bio-energia, e outrosbio-produtos.The current market for power and fuel conductors is largely driven by high oil and natural gas prices resulting from depletion of easily accessible deposits, a growing demand caused by the development of new emerging market economies, and mounting environmental concerns. Consequently, these growing energy demands will require significant restructuring and / or replacement of a large part of fossil fuels with renewable energy technologies with biomass-based energy technologies. Mature technologies are available to produce a variety of commodities including transportation fuels and chemical building blocks from wood, agricultural crops, municipal solid waste, landfill gas, etc., which will allow this new energy sector to develop it. This emerging sector serves as a network of bio-refineries (a-petrochemical refinery dialogues) and represents a group of integrated processing facilities, perfect for the environment. In these facilities biomass components are separated and converted into valuable intermediates and end products, including biofuels, bioenergy, and other bio-products.

Celulose e lignina representam duas das fontes decarbono renováveis, mais proeminentes. Lignina, segunda emrelação à celulose como a fonte de carbono renovável maisabundante na Terra, é um biopolimero fenólico rico em ener-gia tridimensional, amorfo, que é depositado em todas asplantas vasculares e provê rigidez e resistência às suas pa-redes de' células. A estrutura polimérica de lignina é com-posta principalmente de três unidades de construção fenilpropanóide: p-hidróxi fenil propano (Estrutura I), guaiãcilpropano (Estrutura II) , e siringil propano (Estrutura III)interconectados por ligações etéricas e de carbono com car-bono. Genericamente, em ligninas não processadas, dois ter-ços ou mais dessas ligações são ligações de éter, enquantoas ligações restantes são ligações de carbono-carbono.Cellulose and lignin represent two of the most prominent renewable carbon sources. Lignin, second in relation to cellulose as the most abundant renewable carbon source on Earth, is a phenolic biopolymer rich in amorphous three-dimensional energy that is deposited on all vascular plants and provides rigidity and resistance to their cell walls. The polymeric structure of lignin is mainly composed of three phenylpropanoid building units: p-hydroxy phenyl propane (Structure I), guaiylpropane (Structure II), and syringyl propane (Structure III) interconnected by carbon and etheric bonds with carbon. good. Generally, in unprocessed lignins, two thirds or more of these bonds are ether bonds, while the remaining bonds are carbon-carbon bonds.

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Tipos diferentes de lignina diferem significativa-mente na razão entre esses monômeros. Inerente à sua nature-za molecular, o componente de biomassa de lignina pode serconvertido potencialmente diretamente em combustíveis líqui-dos, por exemplo, alquil benzeno com teor elevado de octanae/ou componentes de mistura de gasolina éter aromáticos.Different types of lignin differ significantly in the ratio of these monomers. Inherent in its molecular nature, the lignin biomass component can potentially be converted directly into liquid fuels, for example, high octane alkyl benzene / or aromatic ether gasoline blend components.

Atualmente, um fornecimento limitado de ligninaestá disponível como um subproduto da indústria de papel epolpa. Entretanto, no futuro próximo, grandes quantidades dematerial de resíduo de lignina serão disponíveis a partir deprocessos de biomassa-em-etanol e outras bio-refinarias eprocessos associados. Até o presente, em projetos típicos deprocesso de bio-refinaria, a lignina aparece como um materi-al residual com oportunidades limitadas para sua utilização.Currently, a limited supply of lignin is available as a byproduct of the pulp and paper industry. However, in the near future, large quantities of lignin waste material will be available from biomass-in-ethanol processes and other associated refineries and processes. To date, in typical bio-refinery process projects, lignin appears as a residual material with limited opportunities for use.

Outras fontes de material de lignina podem incluir produtosagrícolas e refugos, refugos municipais, e similares.Other sources of lignin material may include agricultural and waste products, municipal waste, and the like.

0 beneficiamento do resíduo de lignina por um pro-cesso de conversão catalítica em combustíveis de valor ele-vado e aditivos de combustível tem sido buscado para aumen-tar a competitividade de tecnologias de bio-refinaria. Inú-meros esforços sobre a conversão de lignina incluíram um nú-mero de métodos de processamento de estágio único incluindohidrocraqueamento, craqueamento, hidrogenação, hidrotrata-mento, liquefação em solventes de doador de hidrogênio, esimilares. Entretanto, até a presente data, essas abordagensobtiveram sucesso limitado por uma variedade de motivos.Beneficiation of lignin residue by a catalytic conversion process into high value fuels and fuel additives has been sought to increase the competitiveness of biofineries technologies. Numerous efforts on lignin conversion have included a number of single-stage processing methods including hydrocracking, cracking, hydrogenation, hydrotreating, liquefaction in hydrogen donor solvents, and similar ones. However, to date, these approaches have had limited success for a variety of reasons.

Durante os últimos anos vários estudos foram ini-ciados para desenvolver processos de dois estágios para fa-zer combustíveis líquidos e aditivos de combustível a partirde lignina. Esses estudos forneceram base inicial significa-tivo para identificar processos comercialmente úteis para aconversão de lignina em biocombustíveis com elevado teor deoctana valiosos. Dois métodos são de interesse especifico esão descritos nas patentes US números 5.959.167 e 6.172.272,cada uma das quais é incorporada aqui a titulo de referênciana integra.Over the past few years, several studies have been initiated to develop two-stage processes for making liquid fuels and fuel additives from lignin. These studies provided a significant initial basis for identifying commercially useful processes for converting lignin into valuable high deoctana biofuels. Two methods are of specific interest and are described in US Patent Nos. 5,959,167 and 6,172,272, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

Um desses métodos é descrito como um processo dedois estágios de lignina para gasolina (LTG). Uma primeiraetapa envolve despolimerização de catalisador de base (BC)de alimentação de lignina em um meio de reação como um álco-ol seguido por hidroprocessamento catalitico (HPR). No está-gio BCD do processo, lignina é parcialmente despolimerizada,principalmente por solvólise de ligações etéricas, em unida-des fenólicas mono-, bi- e triméricas solúveis em éter, ealguns hidrocarbonetos. No segundo estágio do procedimento,hidroprocessamento (HPR), o produto BCD é submetido à hidro-desoxigenação (HDO) e hidrocraqueamento (HCR) simultâneospara remoção total de oxigênio restante e quebrar as liga-ções C-C inter-aromáticos. O procedimento geral de BCD-HPRfornece um aditivo de gasolina de hidrocarboneto com elevadoteor de octana, baixo teor de enxofre consistindo em umamistura de alquil benzenos C7 - Cu, e alguns naftenos C6 -Cn mono-, di-, tri e polialquilados e parafinas C5 - Cn(principalmente multi-ramifiçadas).One such method is described as a two-stage lignin to gasoline (LTG) process. A first step involves depolymerization of lignin feed base catalyst (BC) into a reaction medium such as an alcohol followed by catalytic hydroprocessing (HPR). At the BCD stage of the process, lignin is partially depolymerized, mainly by solvolysis of etheric bonds, to ether-soluble mono-, bi- and trimeric phenolic moieties, and some hydrocarbons. In the second stage of the procedure, hydroprocessing (HPR), the BCD product undergoes simultaneous hydro-deoxygenation (HDO) and hydrocracking (HCR) to completely remove remaining oxygen and break inter-aromatic C-C bonds. The general procedure for BCD-HPR provides a low sulfur octane elevated hydrocarbon petrol additive consisting of a mixture of C7 -C1 alkyl benzene, and some C6 -Cn mono-, di-, tri and polyalkylated naphthenes and C5 paraffins - Cn (mostly multi-branched).

O segundo método de dois estágios é um processo delignina-em-éteres aromáticos (LTE) e foi projetado princi-palmente para a produção de gasolina parcialmente oxigenadaou para a produção seletiva de metóxi benzenos C7 - Cn comoaditivos com elevado teor de octana. Esse processo utilizaum procedimento de dois estágios similar como o primeiroprocesso resumidamente descrito acima. No primeiro estágio,lignina é submetida a uma despolimerização de catalisador debase branco (BCD) em álcool supercritico como um meio de re-ação. Essa etapa é então seguida por hidrotratamento não de-soxigenativo/hidrocraqueamento brando (HT), e uma subseqüen-te eterificação (ETR) do produto fenólico intermediário parafornecer uma gasolina parcialmente oxigenada, reformulada. Agasolina resultante é tipicamente uma mistura de éteres demetil fenil (substituído) (número de octana de mistura, 124- 166; ponto de ebulição, 154 - 195°C) e éteres de metil ci-cloalquila, alquil benzenos C7 - Ci0, parafinas C5 - Cio(principalmente multi-ramifiçadas) , e cicloalcanos polial-quilados.The second two-stage method is a delignin-in-aromatic ethers (LTE) process and is designed primarily for the production of partially oxygenated gasoline or for the selective production of C7 - Cn methoxy benzene as high octane additives. This process utilizes a similar two-stage procedure as the first process briefly described above. In the first stage, lignin is subjected to a white base catalyst (BCD) depolymerization in supercritical alcohol as a reaction medium. This step is then followed by non-deoxygenating hydrotreating / mild hydrocracking (HT), and a subsequent etherification (ETR) of the intermediate phenolic product to provide a reformulated partially oxygenated gasoline. The resulting agasoline is typically a mixture of (substituted) phenyl methyl ethers (mixture octane number, 124-166; boiling point, 154-195 ° C) and methyl cycloalkyl ethers, C7 -C10 alkyl benzene, C5 paraffins - Cio (mainly multi-branched), and polyalkylated cycloalkanes.

Infelizmente, esses processos de dois estágios po-dem sofrer de coqueificação excessiva de catalisador e for-mação de sólidos poliméricos que tendem a obstruir os reato-res. Além disso, solventes à base de álcool tendem a alqui-Iar com os reagentes e oxidar em ácido acético o que reduzos rendimentos e torna mais difícil a eliminação de subpro-dutos.Unfortunately, these two-stage processes may suffer from excessive catalyst coking and formation of polymeric solids that tend to clog the reactors. In addition, alcohol-based solvents tend to alkylate with reagents and oxidize to acetic acid which reduces yields and makes elimination of by-products more difficult.

Por conseguinte, as pesquisas continuam para de-senvolver processos para conversão de lignina em produtosmais valiosos que sejam economicamente viáveis. Muitos desa-fios ainda permanecem para fornecer rendimentos de produtosúteis sem sacrificar a confiabilidade do processo.As a result, research continues to develop processes for converting lignin into more valuable products that are economically viable. Many challenges still remain to provide useful product yields without sacrificing process reliability.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

Foi reconhecido que seria vantajoso desenvolverprocessos os quais permitam a conversão de lignina em produ-tos mais valiosos como biocombustiveis e aditivos de combus-tível com rendimentos aperfeiçoamentos e condições de processamento aceitáveis.It has been recognized that it would be advantageous to develop processes which allow the conversion of lignin into more valuable products such as biofuels and fuel additives with improved yields and acceptable processing conditions.

De acordo com um aspecto da presente invenção, umprocesso para conversão de um material de lignina em biocom-bustiveis pode incluir submeter o material de lignina em umareação de despolimerização catalisada por base para produziruma lignina despolimerizada parcialmente. A lignina parcial-mente despolimerizada pode ser então submetida a uma reaçãode hidrodesoxigenação parcial/estabilização para formar umproduto hidrodesoxigenado parcialmente. Após hidrodesoxige-nação, o produto parcialmente hidrodesoxigenado pode ser re-agido em uma etapa de refinação para formar um biocombustí-vel. Cada uma dessas etapas de reação pode ser executada emetapas única ou múltiplas, dependendo do projeto do processo.According to one aspect of the present invention, a process for converting a lignin material to biofuels may include subjecting the lignin material to a base catalyzed depolymerization reaction to produce a partially depolymerized lignin. Partially depolymerized lignin may then be subjected to a partial hydrodeoxygenation / stabilization reaction to form a partially hydrodeoxygenated product. Following hydrodeoxygenation, the partially hydrodeoxygenated product may be reacted in a refining step to form a biofuel. Each of these reaction steps can be performed in single or multiple steps, depending on the process design.

Em um aspecto detalhado da presente invenção, areação de despolimerização catalisada por base pode incluirdissolver o material de lignina em um catalisador de baseaquosa na presença de um solvente polar. 0 material de lig-nina dissolvido pode ser então submetido a condições de rea-ção suficiente para parcialmente despolimerizar o materialde lignina. Os produtos de lignina fenólicos parcialmentedespolimerizados podem ser recuperados e opcionalmente sepa-rados a partir de outros produtos como parte da reação dedespolimerização catalisada por base.In a detailed aspect of the present invention, base-catalyzed depolymerization sandation may include dissolving the lignin material in a base-catalyst in the presence of a polar solvent. The dissolved ligatin material may then be subjected to sufficient reaction conditions to partially depolymerize the lignin material. Partially polymerized phenolic lignin products may be recovered and optionally separated from other products as part of the base catalysed polymerization reaction.

Em um aspecto mais detalhado, o catalisador de ba-se pode ser NaOH, KOH, Ca(OH)2/ Mg(OH)2, e misturas dos mes-mos, embora outros catalisadores de base possam ser utiliza-dos. Similarmente, diversos solventes polares podem ser uti-lizados; entretanto, água é atualmente preferido. Além dis-so, em um aspecto, a reação de despolimerização catalisadapor base pode ser realizada sob condições que são substanci-almente isentas de álcoois.In more detail, the base catalyst may be NaOH, KOH, Ca (OH) 2 / Mg (OH) 2, and mixtures thereof, although other base catalysts may be used. Similarly, several polar solvents may be used; however, water is currently preferred. In addition, in one aspect, the base catalyzed depolymerization reaction may be performed under conditions that are substantially free of alcohols.

Em outro aspecto detalhado, a reação de hidrodeso-xigenação parcial/estabilização pode incluir expor a ligninaparcialmente despolimerizada a um catalisador sólido em umatemperatura abaixo de aproximadamente 300°C, por exemplo, deaproximadamente 2000C a aproximadamente 300°C.In another detailed aspect, the partial hydrodexygenation / stabilization reaction may include exposing the partially depolymerized lignin to a solid catalyst at a temperature below about 300 ° C, for example about 2000 ° C to approximately 300 ° C.

Uma variedade de catalisadores sólidos pode serútil para a reação de hidrodesoxigenação parci-al/estabilização. Tipicamente, o catalisador sólido pode in-cluir um material de suporte e um material catalisador. Pre-ferivelmente, o material de suporte pode ser um material nãoacidico como carvão ativado, dióxido de silício, óxido dealumínio, ou combinações dos mesmos. A escolha do materialpara a porção de material catalisador do catalisador sólidotambém pode ser uma consideração importante. Exemplos nãolimitadores de material catalisador parcialmente adequadopodem incluir Co-Mo, Rh-Mo7 Ru-Mo, Pt-Mo7 Pd-Mo, e combina-ções, ligas ou compósitos dos mesmos.A variety of solid catalysts may be useful for the partial hydrodeoxygenation / stabilization reaction. Typically, the solid catalyst may include a support material and a catalyst material. Preferably, the support material may be a nonacidic material such as activated carbon, silicon dioxide, aluminum oxide, or combinations thereof. The choice of material for the catalyst material portion of the solid catalyst may also be an important consideration. Non-limiting examples of partially suitable catalyst material may include Co-Mo, Rh-Mo7 Ru-Mo, Pt-Mo7 Pd-Mo, and combinations, alloys or composites thereof.

Em outro aspecto detalhado da presente invenção, areação de hidrodesoxigenação parcial/estabilização pode o-correr em condições suficientes para converter mais de apro-ximadamente 95%, e preferivelmente mais do que aproximada-mente 98% de metóxi fenóis e benzenodióis em produtos à basede fenol tendo uma única fração de oxigênio.In another detailed aspect of the present invention, partial hydrodeoxygenation / stabilization may occur under conditions sufficient to convert more than about 95%, and preferably more than approximately 98% of methoxy phenols and benzenediols to base products. phenol having a single oxygen fraction.

Ainda outro aspecto da presente invenção incluiexecutar qualquer número de etapas de refinação projetadaspara obter um produto biocombustivel especifico. Por exem-pio, a etapa de refinação pode incluir uma reação de hidro-desoxigenação, uma reação de hidrocraqueamento branda, umareação de eterificação, uma reação de hidrogenação e/ou com-binações das mesmas.Still another aspect of the present invention includes performing any number of refining steps designed to obtain a specific biofuel product. For example, the refining step may include a hydro-deoxygenation reaction, a mild hydrocracking reaction, an etherification reaction, a hydrogenation reaction and / or combinations thereof.

A etapa de refinação pode ser uma reação de hidro-processamento que inclui uma etapa de hidrodesoxigenação euma etapa de hidrocraqueamento subseqüente. Embora condiçõesde processo possam variar, a reação de hidroprocessamentopode ocorrer em uma temperatura de aproximadamente 250°C aaproximadamente 400°C, e em alguns casos de aproximadamente320°C a aproximadamente 450°C.The refining step may be a hydro-processing reaction that includes a hydrodeoxygenation step and a subsequent hydrocracking step. Although process conditions may vary, the hydroprocessing reaction may occur at a temperature of approximately 250 ° C to approximately 400 ° C, and in some cases from approximately 320 ° C to approximately 450 ° C.

Alternativamente, a etapa de refinação pode inclu-ir uma reação de hidrocraqueamento branda seguida por umareação de eterificação.Alternatively, the refining step may include a mild hydrocracking reaction followed by an etherification reaction.

Ainda em outra modalidade alternativa, o produtoparcialmente hidrodesoxigenado pode ser fracionado em umaprimeira fração monomérica è uma segunda fração oligomérica(por exemplo, dimeros, trimeros, e anéis intensamente subs-tituídos) . A primeira fração de peso molecular baixo podeser tratada em uma reação de eterificação com metanol ou e-tanol para formar éteres aromáticos os quais são particular-mente úteis como aditivos de combustível. Similarmente, asegunda fração de alquil fenol com elevado peso molecularpode ser então tratada em uma reação de hidroprocessamento euma reação de hidrogenação opcional para formar biocombustí-veis como gasolinas aromáticas e/ou combustíveis de jato.In yet another alternative embodiment, the partially hydrodeoxygenated product may be fractionated into a first monomer fraction and a second oligomeric fraction (e.g., intensively substituted dimers, trimers, and rings). The first low molecular weight fraction may be treated in an etherification reaction with methanol or e-tanol to form aromatic ethers which are particularly useful as fuel additives. Similarly, the second high molecular weight alkyl phenol moiety can then be treated in a hydroprocessing reaction and an optional hydrogenation reaction to form biofuels such as aromatic gasolines and / or jet fuels.

Características e vantagens adicionais da invençãoserão evidentes a partir da descrição detalhada que ilustra,como exemplo, características da invenção.Additional features and advantages of the invention will be apparent from the detailed description illustrating, by way of example, features of the invention.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Aspectos da invenção podem ser mais bem compreen-didos com referência aos seguintes desenhos.Aspects of the invention may be better understood with reference to the following drawings.

A Figura 1 é um diagrama de fluxo de um processode três estágios para conversão de lignina em gasolina dealquil benzeno misturando componentes de acordo com uma mo-dalidade da presente invenção.Figure 1 is a flow diagram of a three stage process for converting lignin to dealkyl benzene gasoline mixing components according to one embodiment of the present invention.

A Figura 2 é um diagrama de fluxo de um processode quatro estágios para conversão de lignina em gasolina deéter aromático misturando componentes de acordo com uma mo-dalidade da presente invenção.Figure 2 is a flow diagram of a four stage process for converting lignin to aromatic ether gasoline mixing components according to one embodiment of the present invention.

A Figura 3 é um diagrama de fluxo de ura processointegrado para conversão de lignina em combustíveis detransporte de líquido de acordo com outra modalidade da pre-sente invenção.Figure 3 is a flow diagram of an integrated process for converting lignin into liquid-transporting fuels according to another embodiment of the present invention.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA(S) MODALIDADE(S)PREFERIDA (S)DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT (S)

Antes que modalidades específicas da presente in-venção sejam reveladas e descritas, deve ser entendido queessa invenção não é limitada ao processo específico e mate-riais revelados aqui visto que podem variar até um certograu. Deve ser também entendido que a terminologia utilizadaaqui é utilizada para fins de descrever modalidades especí-ficas somente e não pretende ser limitadora, visto que o âm-bito da presente invenção será definido somente pelas rei-vindicações apensas e equivalentes das mesmas.Before specific embodiments of the present invention are disclosed and described, it should be understood that this invention is not limited to the specific process and materials disclosed herein since they may vary to a certain extent. It is also to be understood that the terminology used herein is used for the purpose of describing specific embodiments only and is not intended to be limiting, since the scope of the present invention will be defined only by the appended and equivalent claims thereto.

Ao descrever e reivindicar a presente invenção, aseguinte terminologia será utilizada.In describing and claiming the present invention, the following terminology will be used.

As formas singulares "um", "uma", e "o, a" incluemreferentes plurais a menos que o contexto claramente deter-mine de outro modo. Desse modo, por exemplo, referência a"uma etapa" inclui referência a uma ou mais tais etapas.The singular forms "one", "one", and "o, a" include plural references unless the context clearly dictates otherwise. Thus, for example, reference to "one step" includes reference to one or more such steps.

Como utilizado aqui, "reação" pretender abrangerreações de etapa única e múltiplas etapas que podem ser rea-ção direta de reagentes em produtos ou podem incluir uma oumais espécies intermediárias que podem ser estáveis ou tran-sientes.As used herein, "reaction" is intended to encompass single and multi-step reactions which may be direct reaction of reactants in products or may include one or more intermediate species which may be stable or transient.

Como utilizado aqui, "biocombustiveis" se referema qualquer combustível, aditivo de combustível, composto a-romático e/ou alifático derivado de um material de partidade biomassa como lignina.As used herein, "biofuels" refers to any fuel, fuel additive, a-romantic and / or aliphatic compound derived from a biomass particulate material such as lignin.

Como utilizado aqui, "lignina" e "material de Iig-nina" são utilizados intercambiavelmeríte e se referem a ummaterial de biomassa que é um biopolímero fenólico rico emenergia tridimensional, amorfo. Lignina é tipicamente depo-sitado em quase todas as plantas vasculares e fornecem rigi-dez e resistência às paredes de suas células. Como menciona-do acima, a estrutura polimérica de lignina é composta prin-cipalmente de três unidades de construção de fenil propanói-de interconectadas por ligações etéricas e de carbono comcarbono. Exemplos não limitadores de material de lignina po-dem incluir lignina agrícola, lignina de madeira, ligninaderivado de refugo municipal, lignina Kraft, lignina organo-solve, e combinações das mesmas. Lignina de madeira é atual-mente um recurso renovável e amplamente disponível que podeser particularmente apropriado para uso na presente invenção.As used herein, "lignin" and "lignin material" are used interchangeably and refer to a biomass material that is a three-dimensional, amorphous phenolic-rich phenolic biopolymer. Lignin is typically deposited on almost all vascular plants and provides stiffness and resistance to the walls of their cells. As mentioned above, the lignin polymeric structure is composed primarily of three phenyl propanoid building units interconnected by etheric and carbon-carbon bonds. Non-limiting examples of lignin material may include agricultural lignin, wood lignin, municipal waste derived lignin, Kraft lignin, organo-solve lignin, and combinations thereof. Wood lignin is currently a renewable and widely available resource that may be particularly suitable for use in the present invention.

Como utilizado aqui, "fração de oxigênio" se refe-re a qualquer substituinte contendo oxigênio para um anelaromático ou outro grupo principal. Tipicamente, frações deoxigênio presentes nos compostos da presente invenção podemincluir grupos de hidroxila, entretanto outros grupos comometóxi, alcóxi, carbóxi, e similares também podem ser inclu-ídos. Compostos contendo uma única fração de oxigênio sãoestabilizados, ou em outras palavras, não são polimerizáveissob condições de processo identificadas, por exemplo, fenolou outros aromáticos contendo uma única fração de oxigênio.As used herein, "oxygen fraction" refers to any oxygen-containing substituent for an aromatic ring or other major group. Typically, deoxygen fractions present in the compounds of the present invention may include hydroxyl groups, however other groups such as methoxy, alkoxy, carboxy, and the like may also be included. Compounds containing a single oxygen fraction are stabilized, or in other words, are not polymerizable under identified process conditions, for example phenol or other aromatics containing a single oxygen fraction.

Ao contrário, compostos contendo duas ou mais frações de o-xigênio tendem a ser polimerizávéis para formar coqueifica-ção indesejável, por exemplo, metóxi fenol, benzenodiol, esimilares.In contrast, compounds containing two or more o-oxygen fractions tend to be polymerizable to form undesirable coking, for example, methoxy phenol, benzenediol, and the like.

Como utilizado aqui, "material de suporte não ací-dico" se refere a um suporte de catalisador sólido que é nãoacídico. Em termos de um sólido, os termos pH e pKa são ge-nericamente não úteis porque esses termos são medições decondições de fluido. Como tal, a acidez de um sólido podeser medida como uma função complexa expressa como um indica-dor Hammett. Valores de indicador Hammett efetivos para osmateriais de suporte de catalisador da presente invenção sãoatualmente desconhecidos. Entretanto, no contexto da presen-te invenção, materiais de suporte não acidicos para SPHDO(estabilização/hidrodesoxigenação parcial) são aqueles quesão substancialmente isentos de sítios acidicos suficientespara evitar envenenamento por coqueificação. Materiais desuporte de catalisador convencionais são mais freqüentementefornecidos como materiais de suporte acídico; entretanto,materiais de suporte não acidicos podem ser formados ou pre-parados pelo ajuste do método de preparação, tratamento sub-seqüente com bases ou outros métodos disponíveis para rerao-ver ou neutralizar quaisquer sítios acidicos. Por exemplo,materiais de suporte de alumina podem ser acidicos ou nãoacidicos dependendo do método de preparação ou tratamentossubseqüentes.As used herein, "non-acidic support material" refers to a solid catalyst support that is non-acidic. In terms of a solid, the terms pH and pKa are generally not useful because these terms are fluid condition measurements. As such, the acidity of a solid can be measured as a complex function expressed as a Hammett indicator. Effective Hammett indicator values for catalyst support materials of the present invention are currently unknown. However, in the context of the present invention, non-acidic support materials for SPHDO (partial stabilization / hydrodeoxygenation) are those which are substantially free of sufficient acidic sites to avoid coking poisoning. Conventional catalyst support materials are most often provided as acidic support materials; however, non-acidic support materials may be formed or prepared by adjusting the method of preparation, sub-sequential base treatment or other methods available for re-viewing or neutralizing any acidic sites. For example, alumina support materials may be acidic or nonacidic depending on the method of preparation or subsequent treatment.

Como utilizado aqui, "substancial" quando utiliza-do com referência a uma quantidade de um material, ou umacaracterística específica do mesmo, se refere a uma quanti-dade que é suficiente para fornecer um efeito que o materialou característica era destinado a fornecer. 0 grau exato dedesvio permissível pode em alguns casos depender do contextoespecífico. Similarmente, "substancialmente isento de" ousimilar se refere à falta de um elemento ou agente identifi-cado em uma composição. Particularmente, elementos que sãoidentificados como sendo "substancialmente isento de" sãototalmente ausentes da composição, ou são incluídos somenteem quantidades que são pequenas o bastante de modo a não ternenhum efeito mensurável sobre a composição.As used herein, "substantial" when used with reference to a quantity of a material, or a specific characteristic thereof, refers to an amount that is sufficient to provide an effect that the material or characteristic was intended to provide. The exact degree of allowable deviation may in some cases depend on the specific context. Similarly, "substantially free from" similarity refers to the lack of an identified element or agent in a composition. Particularly, elements that are identified as being "substantially free of" are entirely absent from the composition, or are included only in amounts that are small enough to have no measurable effect on the composition.

Como utilizado aqui, os termos "parcial" ou "par-cialmente" quando utilizados com relação à frase "estabili-zação/hidrodesoxigenação parcial" ou "SPHDO" se referem àpercentagem de frações de oxigênio eliminadas a partir dosprodutos finais da reação de despolimerização catalisada porbase (BCD) de lignina. A percentagem do oxigênio total remo-vido do produto final de BCD pode variar de 30% a 60%, epreferivelmente uma média em torno de 50%. Como tal, mais deaproximadamente 95% e preferivelmente mais do que aproxima-damente 99% de produtos finais~ de BCD polimerizáveis (istoé, produtos tendo frações de oxigênio múltiplas) podem serconvertidos em produtos estabilizados tendo frações de oxi-gênio únicas. A hidrodesoxigenação "parcial" ocorre quandoos grupos de metóxi e/ou hidroxila são removidos de compostode metóxi fenol ou benzenodiol para fornecer compostos fenó-licos contendo oxigênio único.As used herein, the terms "partially" or "partially" when used with respect to the phrase "partial stabilization / hydrodeoxygenation" or "SPHDO" refer to the percentage of oxygen fractions eliminated from the final products of the catalyzed depolymerization reaction lignin porbase (BCD). The percentage of total oxygen removed from the BCD end product may range from 30% to 60%, preferably an average around 50%. As such, approximately 95% and preferably more than approximately 99% of polymerizable BCD end products (i.e. products having multiple oxygen fractions) can be converted into stabilized products having single oxygen fractions. "Partial" hydrodeoxygenation occurs when the methoxy and / or hydroxyl groups are removed from the methoxy phenol or benzenediol compound to provide single oxygen-containing phenolic compounds.

Como utilizado aqui, "etapa(s) de refinação" serefere a qualquer reação única ou combinação de reações ouetapas de reação que processa os produtos parcialmente hi-drodesoxigenados da reação de SPHDO em um biocombustível. Osexemplos de etapas de refinação incluem porém não são limi-tados a reações de hidroprocessamento como reações de hidro-desoxigenação, reações de hidrocraqueamento branco, reaçõesde eterificação, reações de hidrogenação, e combinações dos mesmos.As used herein, "refining step (s)" refers to any single reaction or combination of reactions or reaction steps that processes the partially hydrogenated products of the SPHDO reaction into a biofuel. Examples of refining steps include but are not limited to hydroprocessing reactions such as hydro deoxygenation reactions, white hydrocracking reactions, etherification reactions, hydrogenation reactions, and combinations thereof.

Como utilizado aqui, uma pluralidade de itens, e-lementos estruturais, elementos de composições, e/ou materi-ais pode ser apresentada em uma lista comum para conveniên-cia. Entretanto, essas listas devem ser interpretadas comose cada membro da lista fosse individualmente identificadacomo um elemento separado e exclusivo. Desse modo, nenhumelemento individual dessa lista deve ser interpretado comoum equivalente de facto de qualquer outro elemento da mesmalista exclusivamente com base em sua apresentação em um gru-po comum sem indicações ao contrário.As used herein, a plurality of items, structural elements, composition elements, and / or materials may be presented in a common list for convenience. However, these lists must be interpreted as each member of the list being individually identified as a separate and unique element. Thus, no individual element of this list should be interpreted as a de facto equivalent of any other element of the list solely on the basis of its presentation in a common group without any indication to the contrary.

Concentrações, quantidades e outros dados numéri-cos podem ser apresentados aqui em um formato de faixa. Deveser, entendido que tal formato de faixa é utilizado simples-mente por conveniência e brevidade e deve ser interpretadoflexivelmente como incluindo não somente os valores numéri-cos explicitamente mencionados como os limites da faixa, po-rém também incluindo todos os valores numéricos individuaisou sub-faixas abrangidas naquela faixa como se cada valornumérico e sub-faixa fosse explicitamente citado. Por exem-plo, uma faixa de peso de aproximadamente 1% a aproximada-mente 20% deve ser interpretada como incluindo não somenteos limites de concentração explicitamente citados de 1% aaproximadamente 20%, como também incluindo concentrações in-dividuais como 2%, 3%, 4%, e -sub-faixas como 5% a 15%, 10% a 20%, etc.Concentrations, quantities and other numerical data can be presented here in a strip format. It should be understood that such a range format is used simply for convenience and brevity and should be interpreted flexibly as including not only the numerical values explicitly referred to as the range boundaries, but also including all individual or sub-numeric values. ranges covered in that range as if each valornumeric and subband were explicitly quoted. For example, a weight range from approximately 1% to approximately 20% should be interpreted as including not only explicitly cited concentration limits of approximately 1% to approximately 20%, but also including individual concentrations such as 2%, 3 %, 4%, and -sub-ranges like 5% to 15%, 10% to 20%, etc.

De acordo com a presente invenção, biocombustíveispodem ser produzidos utilizando um processo de três etapasincluindo despolimerização catalisada por base, hidrodesoxi-genação parcial/estabilização, e uma etapa de refinação. Emabordagens anteriores, etapas subseqüentes de ambos, os pro-cessos LTG (patente US no. 5.959.167) bem como LTE (patenteUS no. 6.172.272), o produto de BCD foi tratado em etapas dehidroprocessamento (HPR) e hidrocraqueamento seletivo (HC) ,respectivamente com catalisadores acidicos em temperaturasacima de 350°C. Essa abordagem pode ser útil em algumas cir-cunstâncias; entretanto, as temperaturas elevadas exigidaspodem resultar em uma redução em confiabilidade durante au-mento em escala e cursos de produção estendidos. Esse pedidoé relacionado ao pedido de patente provisional US número desérie 60/677.662, depositado em 2 de maio de 2005, que é a-qui incorporado a titulo de referência.In accordance with the present invention, biofuels can be produced using a three step process including base catalyzed depolymerization, partial hydrodeoxygenation / stabilization, and a refining step. Earlier approaches, subsequent steps of both LTG processes (US Patent No. 5,959,167) as well as LTE (US Patent No. 6,172,272), the BCD product was treated in steps of hydroprocessing (HPR) and selective hydrocracking ( HC), respectively with acidic catalysts at temperatures above 350 ° C. This approach may be useful in some circumstances; however, the high temperatures required may result in a reduction in reliability during scaling and extended production strokes. This application is related to US provisional patent application serial number 60 / 677,662, filed May 2, 2005, which is hereby incorporated by reference.

Tipicamente, produtos de BCD de lignina são prin-cipalmente compostos fenólicos incluindo fenóis mono-, di- epolialquilados, metóxi fenóis, benzenodióis, e alguns benze-nos polialquilados (por exemplo, 2-10%) e compostos não fe-nólicos aromáticos diméricos e triméricos. Tal produto, seutilizado no processo LTG, requer beneficiamento adicional,por exemplo, remoção de oxigênio através de um processo dehidrodesoxigenação e um hidrocraqueamento simultâneo (utili-zando um catalisador híbrido) ou consecutivo, que resulta emuma estabilidade química mais elevada e aumenta razão deH/C, valor de aquecimento, etc. O processo BCD tende a pro-duzir um teor relativamente elevado de benzenodióis e metóxifenóis muito reativos, termicamente instáveis. Esses fenóisinstáveis tendem a ser submetidos à policondensação rápidaque resulta em tampões sólidos nos reatores de HDO duranteprocesso de HDO de temperatura elevada (> 300°C) . Além dis-so, uma interação relativamente forte desses compostos comsítios de ácido de suporte de catalisador de HDO típicos (emalumina e outros suportes acidicos), resulta em coqueifica-ção de catalisador significativa. Adicionalmente, a presençade um componente co-catalisador de hidrocraqueamento forte-mente acídico (HCR) resulta em coqueificação rápida de cata-lisador e desativação subseqüente do catalisador de HCR.Condições similares foram observadas na etapa de MH do processo LTE.Typically, lignin BCD products are mainly phenolic compounds including mono-, dipolyalkylated phenols, methoxy phenols, benzenediols, and some polyalkylated benzenes (e.g., 2-10%) and dimeric aromatic non-phenolic compounds. and trimeric. Such a product, if used in the LTG process, requires additional beneficiation, for example oxygen removal through a deoxygenation process and simultaneous (using a hybrid catalyst) or consecutive hydrocracking, which results in higher chemical stability and increased H / H ratio. C, heating value, etc. The BCD process tends to produce a relatively high content of very reactive, thermally unstable benzenediols and methoxyphenols. These unstable phenols tend to undergo rapid polycondensation which results in solid buffers in HDO reactors during high temperature (> 300 ° C) HDO process. In addition, a relatively strong interaction of such typical HDO catalyst support acid composites (emalumin and other acidic supports) results in significant catalyst coking. Additionally, the presence of a strongly acidic hydrocracking (HCR) cocatalyst component results in rapid catalyst coking and subsequent deactivation of the HCR catalyst. Similar conditions were observed in the MH step of the LTE process.

De acordo com a presente invenção, um tratamentode estabilização/hidrodesoxigenação parcial em baixa tempe-ratura (SPHDO) pode ser considerado precedente ao processoHPR para aliviar o problema de desativação de catalisador erepolimerização. Tipicamente, o tratamento de SPHDO pode serexecutado em uma faixa de baixa temperatura (por exemplo,200°C - 400°C, e freqüentemente menor do que aproximadamente300°C, dependendo do catalisador); entretanto, outras faixasde temperatura podem ser apropriadas dependendo catalisadore cinética de reação associada. 0 processo de tratamento deSPHDO pode resultar em conversão de metóxi fenóis em benze-nodióis e metano, e a seguir eliminar subseqüentemente umgrupo OH a partir de benzenodióis para produzir fenóis. Alémdisso, a eliminação e/ou redução de sítios de ácido em su-perfícies de um suporte de catalisador de SPHDO pode evitaracúmulo indesejável de coque. Como ilustração na Equação I,um esquema de reação para estabilização/hidrodesoxigenaçãoparcial de guaiacol (2-metóxi fenol) é mostrado.In accordance with the present invention, a low temperature partial stabilization / hydrodeoxygenation (SPHDO) treatment may be considered prior to the HPR process for alleviating the catalyst deactivation and polymerization problem. Typically, the treatment of SPHDO may be performed in a low temperature range (e.g., 200 ° C - 400 ° C, and often less than approximately 300 ° C, depending on the catalyst); however, other temperature ranges may be appropriate depending on the associated reaction kinetic catalyst. The process of treating SPDO may result in the conversion of methoxy phenols to benzene nodiols and methane, and then subsequently eliminating an OH group from benzene diols to produce phenols. In addition, the elimination and / or reduction of surface acid sites from an SPHDO catalyst support can prevent undesirable coke buildup. As an illustration in Equation I, a reaction scheme for partial stabilization / hydrodesoxygenation of guaiacol (2-methoxy phenol) is shown.

<formula>formula see original document page 17</formula><formula> formula see original document page 17 </formula>

(Equação 1)(Equation 1)

A energia de dissociação de ligação do átomo deoxigênio ligado a carbonos aromáticos em fenóis e éteres éaproximadamente 8 4 kJ/mol maior do que aquela de um átomo deoxigênio fixado em carbonos alifáticos. Isso pode pelo menosparcialmente explicar por que a remoção de um grupo de meti-la a partir de um grupo de metóxi é mais fácil de que a re-moção dos grupos inteiros de metóxi. A produção de metano ébem baixa e é dominantemente CO2, com um pouco de H2 e hi-drocarbonetos. Esse produto pode ser útil como uma fonte decombustível e pode ser queimado no local como uma fonte deaquecimento adicional. As reações de estabiliza-ção/hidrodesoxigenação parcial da presente invenção podematuar para remover frações polimerizáveis a fim de reduzirou evitar a formação de produtos de policondensação indese-jáveis.The bond dissociation energy of the aromatic carbons-deoxygen atom in phenols and ethers is approximately 84.4 kJ / mol greater than that of an aliphatic carbons-deoxygen atom. This may at least partially explain why removing a methylate group from a methoxy group is easier than removing whole methoxy groups. Methane production is very low and is predominantly CO2, with some H2 and hydrocarbons. This product can be useful as a fuel source and can be burned on site as an additional heating source. The partial stabilization / hydrodeoxygenation reactions of the present invention may proceed to remove polymerizable fractions in order to reduce or prevent the formation of undesirable polycondensation products.

Os produtos fenólicos de SPHDO resultantes podemser então submetidos a uma variedade de etapas de refinaçãocomo hidroprocessamento (HPR) sem formação de produtos depolicondensação substanciais. Desse modo, a etapa de SPHDOpode permitir a coqueificação reduzida de catalisador, tem-peraturas reduzidas de reação e custos reduzidos, bem comopermitir hidroprocessamento em temperatura elevada (>300°C)subseqüente (HPR), isto é hidrodesoxigenação substancialmen-te completa (HDO) e hidrocraqueamento (HCR) para quebrar li-gações C-C interaromáticas. As reações HDO e HRC podem serrealizadas separadamente ou em uma etapa de processamentoúnico. A seleção cuidadosa de catalisadores de HCR e HDO econdições de processo é desejável para conversão seletiva deproduto BCD-SPHDO para um produto monomérico, principalmentearomático. Como um assunto geral, os catalisadores de HDOpodem ser escolhidos com base em atividade baixa de hidroge-nação e os catalisadores de HCR com base em otimização deacidez e baixa atividade de hidrogenação. Hidrogenação deanel aromático durante essas reações deve ser minimizada pelaescolha cuidadosa do catalisador e temperaturas associadas.The resulting phenolic SPHDO products can then be subjected to a variety of hydroprocessing (HPR) refining steps without formation of substantial condensation products. Thus, the SPHDO step can allow for reduced catalyst coking, reduced reaction temperatures and reduced costs, as well as allowing subsequent high temperature (> 300 ° C) hydroprocessing (HPR), ie substantially complete hydrodesoxygenation (HDO). ) and hydrocracking (HCR) to break interaromatic DC connections. HDO and HRC reactions can be performed separately or in a single processing step. Careful selection of HCR and HDO catalysts and process conditions is desirable for selective conversion of BCD-SPHDO product to a mainly aromatic monomer product. As a general matter, HDO catalysts can be chosen based on low hydrogenation activity and HCR catalysts based on low acidity optimization and low hydrogenation activity. Aromatic hydrogenation during these reactions should be minimized by careful choice of catalyst and associated temperatures.

De acordo com a presente invenção, pode-se dar a-tenção especifica à preparação de catalisadores de SPHDO e-ficazes que possuem alta atividade e resistência aos efeitosde desativação. Em um aspecto, um catalisador de SPHDO podeser preparado pela alteração de catalisadores de HDO típi-cos. Por exemplo, um suporte de aIumina acídico pode sersubstituído com suportes não acídicos alternativos como alu-mina não acídica (neutralizada com NaOH, K0H, etc.), carbonoativo, sílica, e compósitos dos mesmos. Alternativamente, oualém do acima, metais nobres podem ser incorporados na faseativa do catalisador. Ainda em uma alternativa, catalisado-res de SPHDO como nitretos e carbetos de metal de transiçãosuportado ou não suportado podem ser úteis. Exemplos não Ii-mitadores de catalisadores de SPHDO apropriados podem inclu-ir porém não são limitados a nitretos de metal de transiçãosuportado ou não suportado, carbetos de metal de transiçãosuportado ou não suportado, ou combinações dos mesmos. Osexemplos de nitretos de metal de transição incluem porém nãosão limitados a VN; Mo2N, TiN, e combinações dos mesmos. Osexemplos de carbetos de metal de transição incluem porém nãosão limitados a WC, Mo2C, VC, e combinações dos mesmos. Comocatalisador para a etapa SPHDO, a acidez pode ser um fatorimportante na determinação de eficácia. Em particular, osmateriais de suporte de catalisador de SPHDO podem ser nãoacidicos de tal modo que a cinética de reação das reações deestabilização catalitica estão controlando em relação a rea-ções de coqueificação e repolimerização não catalitica. Àmedida que as temperaturas aumentam, as reações de coqueifi-cação não catalitica tendem a se tornar controladores. Porexemplo, catalisadores não acidicos de SPHDO de CoMoMl2O3têm tipicamente uma temperatura operacional máxima de apro-ximadamente 300°C antes que as reações de coqueificação nãocataliticas se tornem controladoras, o que leva ao envenena-mento do catalisador. Outros catalisadores de SPHDO e condi-ções de temperatura podem variar.In accordance with the present invention, specific attention may be given to the preparation of e-fused SPHDO catalysts which have high activity and resistance to deactivating effects. In one aspect, an SPHDO catalyst may be prepared by altering typical HDO catalysts. For example, an acidic alumina support may be substituted with alternative nonacidic supports such as nonacidic alumina (neutralized with NaOH, KOH, etc.), carbonative, silica, and composites thereof. Alternatively, or in addition to the above, noble metals may be incorporated into the catalyst step. In yet another alternative, SPHDO catalysts such as supported or unsupported transition metal carbides may be useful. Non-mitigating examples of suitable SPHDO catalysts may include but are not limited to supported or unsupported transition metal nitrides, supported or unsupported transition metal carbides, or combinations thereof. Examples of transition metal nitrides include, but are not limited to, NV; Mo2N, TiN, and combinations thereof. Examples of transition metal carbides include but are not limited to WC, Mo2C, VC, and combinations thereof. As a catalyst for the SPHDO step, acidity can be an important factor in determining efficacy. In particular, SPHDO catalyst support materials may be nonacidic such that the reaction kinetics of catalytic stabilization reactions are controlling for non-catalytic coking and repolymerization reactions. As temperatures rise, non-catalytic coking reactions tend to become controlling. For example, CoMoM2O3 non-acidic SPHDO catalysts typically have a maximum operating temperature of approximately 300 ° C before non-catalytic coking reactions become controlling, which leads to catalyst poisoning. Other SPHDO catalysts and temperature conditions may vary.

Entretanto, pelo menos algumas reações de repolimerização menores podem ser desejá-veis visto que tais espécies em quantidades menores podematuar como promotores catalíticos para as reações de elimi-nação de grupo de oxigênio SPHDO desejáveis.However, at least some minor repolymerization reactions may be desirable since such species in smaller amounts may act as catalytic promoters for desirable SPHDO oxygen group elimination reactions.

Catalisadores contendo metal nobre são generica-mente mais ativos e seletivos para SPHDO do que catalisado-res de HDO padrão. Outra vantagem importante desses catali-sadores é sua capacidade em executar eliminação direta sele-tiva de grupos de metóxi inteiros resultando em compostoscontendo somente um átomo de oxigênio (fenóis) como um pro-duto principal. Além disso, tais catalisadores podem ser me-nos ativos para reações indesejáveis, por exemplo, coqueifi-cação e hidrogenação de anel aromático. Catalisadores maisaltamente ativos podem executar aceitavelmente bem em umafaixa de temperatura mais baixa onde reações de coqueifica-ção prosseguem mais lentamente. Além disso, a aplicação decarvão ativo ou SiO2 como um suporte de catalisador de SPHDOpode fornecer coqueificação reduzida. Como diretriz geral, ocatalisador de SPHDO e material de suporte podem ser não a-cidicos e sendo substancialmente isentos de sitios acidicossuficientes para evitar envenenamento por coqueificação nastemperaturas operacionais especificadas.Noble metal containing catalysts are generally more active and selective for SPHDO than standard HDO catalysts. Another important advantage of these catalysts is their ability to perform selective direct elimination of entire methoxy groups resulting in only one oxygen atom (phenols) as a major product. In addition, such catalysts may be less active for undesirable reactions, for example, coking and aromatic ring hydrogenation. Higher active catalysts can perform acceptably well at a lower temperature range where coking reactions proceed more slowly. In addition, application of active carbon or SiO2 as a SPHDO catalyst support can provide reduced coking. As a general guideline, the SPHDO catalyst and support material may be non-acidic and substantially free of sufficient acidic sites to avoid coking poisoning at specified operating temperatures.

Vários exemplos de aplicações especificas da pre-sente invenção são descritos em detalhe abaixo com relação aum processo de conversão de lignina catalitica aumentado co-mo um processo de lignina para gasolina (ELTG) aumentado; umprocesso de lignina para éteres aromáticos, aumentado(ELTE); e um processo de lignina para combustíveis líquidos,integrado (ILTF). Cada um desses processos inclui os mesmosestágios de conversão de lignina básicos, por exemplo, BCD eSPHDO. Condições operacionais específicas e estágios adicio-nais como etapas de refinação podem depender do produto de-sejado.Several examples of specific applications of the present invention are described in detail below with respect to an increased catalytic lignin conversion process as an increased lignin to gasoline (ELTG) process; an increased aromatic ether lignin process (ELTE); and an integrated liquid fuel lignin process (ILTF). Each of these processes includes the same basic lignin conversion stages, for example, BCD andSPHDO. Specific operating conditions and additional stages as refining steps may depend on the desired product.

Processo de lignina para gasolina (ELTG) aumentadoIncreased Gasoline Lignin (ELTG) Process

Um diagrama de fluxo do processo de conversão delignina aumentado para produção de aditivos de gasolina egasolina aromática, em um procedimento de três estágios éapresentado na figura 1. No primeiro estágio do processo,uma alimentação de lignina é submetida à despolimerizaçãocatalisada por base (BCD) de um produto parcialmente despo-limerizado. No segundo estágio, o produto de BCD parcialmen-te despolimerizado pode ser submetido a um processo de esta-bilização/hidrodesoxigenação parcial (SPHDO) de baixa tempe-ratura. Durante o terceiro estágio do processo, o produto deSPHDO pode ser hidroprocessado para obter um produto de bio-combustivel incluindo gasolina rica em aromático e uma fra-ção de peso molecular mais elevado. A composição de produtobiocombustível especifica pode depender intensamente dascondições de processamento de HPR. A fração mencionada porúltimo pode ser submetida opcionalmente à hidrogenação e-xaustiva de anel aromático para obter querosene naftênicovalioso (NK) . Cada uma dessas três etapas é discutida emmais detalhe abaixo.A flow diagram of the increased delignin conversion process for producing aromatic egasoline gasoline additives in a three stage procedure is shown in Figure 1. In the first stage of the process, a lignin feed is subjected to base catalyzed depolymerization (BCD) of a partially stripped product. In the second stage, the partially depolymerized BCD product may be subjected to a low temperature partial stabilization / hydrodeoxygenation (SPHDO) process. During the third stage of the process, the SPHDO product may be hydroprocessed to obtain a biofuel product including aromatic rich gasoline and a higher molecular weight fraction. The specific fuel biofuel composition may depend heavily on the HPR processing conditions. The last mentioned fraction may optionally be subjected to aromatic ring e-exhaustive hydrogenation to obtain valuable naphthenic kerosene (NK). Each of these three steps is discussed in more detail below.

No primeiro estágio do processo um material delignina pode ser dissolvido em uma solução de catalisador debase aquosa. Embora condições de processo especificas possamvariar, temperaturas típicas de reação podem variar de apro-ximadamente 230°C a aproximadamente 350°C. Similarmente, apressão autogênica de aproximadamente 1000 a aproximadamente161,71 kgf/cm2 pode ser útil. A reação de BCD pode ser gene-ricamente operada em uma taxa de alimentação de material delignina em velocidade espacial horária líquida (LHSV) de a-proximadamente 0,5 a aproximadamente 6,0 h"1. Hidróxidos demetal alcalino e metal alcalino terroso podem ser utilizadoscomo catalisadores de base. Exemplos não limitadores de ca-talisadores de base apropriados podem incluir NaOH, KOH pu-ro, Ca(OH)2/ Mg(OH)2, e misturas dos mesmos. Em um aspecto,o meio líquido preferido é água; entretanto, metanol e/ouetanol também pode ser utilizado, bem como combinações deágua, metanol, e/ou etanol.In the first stage of the process a delignin material can be dissolved in an aqueous base catalyst solution. Although specific process conditions may vary, typical reaction temperatures may range from about 230 ° C to about 350 ° C. Similarly, autogenic pressure from approximately 1000 to approximately 161.71 kgf / cm2 may be useful. The BCD reaction can be generically operated at a feed rate of delignin material at net hourly space velocity (LHSV) from about -0.5 to about 6.0 h-1. Alkali metal and alkaline earth metal hydroxides can Non-limiting examples of suitable base catalysts may include NaOH, pure KOH, Ca (OH) 2 / Mg (OH) 2, and mixtures thereof In one aspect, the preferred liquid medium is: It is water, however methanol and / or ethanol may also be used as well as combinations of water, methanol, and / or ethanol.

Preferivelmente, um reator de tanque agitado con-tínuo (CSTR) pode ser utilizado com relação ao processo BCD.Entretanto, qualquer reator que reduz ou elimina acúmulo deprecipitados pode ser utilizado, por exemplo, qualquer rea-tor agitado, e similar. Precipitados podem aparecer com re-lação à redução na concentração de catalisador de base du-rante o processo BCD e podem causar também obstrução do reator.Preferably, a continuous stirred tank reactor (CSTR) may be used with respect to the BCD process. However, any reactor that reduces or eliminates precipitated buildup may be used, for example, any stirred reactor, and the like. Precipitates may appear with respect to the reduction in base catalyst concentration during the BCD process and may also cause reactor clogging.

A porção de sólido/liquido primária do produto dereação BCD pode ser precipitada por acidificação com CO2e/ou outra espécie acidica como, porém não limitado a, ácidoclorídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, e similar. Co-mo benefício adicional, a lavagem com ácido fosfórico poderesultar também em um subproduto fertilizante. 0 produto BCDprecipitado pode ser então lavado e seco. 0 produto solúvelem água BCD não precipitado restante (principalmente benzenopolióis como benzenodiol) pode ser extraído da solução deágua com éter dietílico e adicionado à porção primária inso-lúvel em água precipitada por ácido do produto. Alternativa-mente, o produto BCD solúvel em água extraído pode ser uti-lizado como fonte de bioquímicos valiosos como se encontra.0 produto BCD seco pode ser diluído em uma fixa de tempera-tura de aproximadamente IOO0C a aproximadamente 150°C comqualquer número de veículos líquidos como frações seleciona-das auto-produzidas, de produtos SPHDO e/ou HPR. Componentesde alto peso molecular insolúveis podem ser separados porfiltração ou centrifugação e dessalinizados. Esses componen-tes insolúveis podem ser utilizados como alimentação no pro-cesso SPHDO. Um tratamento de dessalinização adequado simi-lar àqueles aplicados em tratamento de óleo bruto pode serútil para evitar corrosão e efeitos de envenenamento de ca-talisador por sais de sódio e cálcio absorvidos no produtoBCD sólido. Ainda em uma alternativa, fração com baixo pesomolecular extraída com éter diluído do produto BCD pode serutilizada como alimentação no processo SPHDO.The primary solid / liquid portion of the BCD derivation product may be precipitated by acidification with CO2e and / or other acidic species such as, but not limited to, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, and the like. As an added benefit, phosphoric acid washing may also result in a fertilizer byproduct. The precipitated BCD product can then be washed and dried. The remaining non-precipitated BCD water-soluble product (mainly benzenopolyols such as benzenediol) can be extracted from the water solution with diethyl ether and added to the acid-precipitated primary water-insoluble portion of the product. Alternatively, the extracted water-soluble BCD product can be used as a source of valuable biochemicals as it is. The dry BCD product can be diluted in a temperature fixed from about 100 ° C to about 150 ° C with any number of liquid vehicles as selected self-produced fractions of SPHDO and / or HPR products. Insoluble high molecular weight components may be separated by filtration or centrifugation and desalted. These insoluble components can be used as feed in the SPHDO process. A suitable desalination treatment similar to those applied in crude oil treatment may be useful to prevent corrosion and poisoning effects of sodium and calcium salts absorbed in the solid BCD product. In still an alternative, low-weight-fraction fraction extracted with diluted ether from the BCD product may be used as feed in the SPHDO process.

Durante o período inicial dos estudos anterioresda despolimerização catalisada por base parcial (BCD) delignina o catalisador examinado no processo era NaOH (KOH eCsOH foram também testados), ao passo que metanol ou etanolsupercrítico foram utilizados como solventes e meios de rea-ção. Experimentos em reator de batelada com solventes alcoó-licos mostraram um grau elevado de despolimerização de lig-nina (até 98% em peso de um produto solúvel em éter). Entre-tanto, durante o processo BCD, metilação de anel extensa (e-tilação), e conversão parcial de metanol e etanol em ácidosfórmico e acético, respectivamente, ocorreram. Essas reaçõesresultaram em formação de fenóis com peso molecular mais e-levado (>C9) indesejáveis, e perda de um solvente alcoólicodevido á neutralização do catalisador de base com os ácidosemergentes. Isso resultou em razão relativamente elevada decatalisador/lignina para obter um nível elevado de despoli-merização de lignina. Para eliminar esses problemas e melho-rar a economia do processo, solventes alcoólicos foram subs-tituídos com água como um solvente inerte, de não alquila-ção, e mais barato.During the early period of the previous studies of delignin partial base catalyzed depolymerization (BCD) the catalyst examined in the process was NaOH (KOH eCsOH were also tested), while methanol or supercritical ethanols were used as solvents and reaction media. Batch reactor experiments with alcoholic solvents showed a high degree of ligin depolymerization (up to 98% by weight of an ether soluble product). However, during the BCD process, extensive ring methylation (e-tylation), and partial conversion of methanol and ethanol to formic and acetic acids, respectively, occurred. These reactions resulted in the formation of undesirable (> C9) higher molecular weight phenols, and loss of an alcoholic solvent due to neutralization of the base catalyst with the emergent acids. This resulted in a relatively high decatalyst / lignin ratio to obtain a high level of lignin depolymerization. To eliminate these problems and improve process economics, alcoholic solvents were replaced with water as an inert, non-alkylating, and cheaper solvent.

Utilizando um sistema de reator de fluxo acondi-cionado, água como solvente, e NaOH como catalisador, ligni-na pode ser convertida até 60 - 80% em peso de produto solú-vel em éter em temperatura moderada e tempos de reação cur-tos. Experimentos utilizando um sistema de NaOH-Ca(OH)2(baixa concentração de NaOH) em um micro-reator de bateladamostraram resistência significativa à neutralização de cata-lisador de NaOH. Além disso, Ca(OH)2 contribui principalmen-te na reação BCD como CO2 e expurgador de ácido orgânicofraco.Using a packaged flow reactor system, water as solvent, and NaOH as catalyst, lignin can be converted up to 60 - 80% by weight of ether soluble product at moderate temperature and short reaction times. . Experiments using a NaOH-Ca (OH) 2 (low NaOH) system in a batch micro-reactor showed significant resistance to NaOH catalyst neutralization. In addition, Ca (OH) 2 contributes mainly to the BCD reaction as CO2 and weak organic acid purifier.

A hidrólise de ligações etéricas na estrutura delignina no processo BCD resulta na formação de quantidadessignificativas de fenóis monoméricos e benzenodióis e alcóxifenóis que são também co-produtos químicos valiosos.Hydrolysis of etheric bonds in the delignin structure in the BCD process results in the formation of significant amounts of monomeric phenols and benzenediols and alkoxyphenols which are also valuable co-chemicals.

0 produto de BCD de lignina parcialmente despoli-merizado ou seu estrato de éter, após ser diluído com umaparte da fração do produto fenólico auto-produzido e/ou al-quil aromático com elevado ponto de ebulição, pode ser sub-metido a um processo de estabilização/hidrodesoxigenaçãoparcial (SPHDO) em baixa temperatura. Esse processo pode in-cluir a conversão de metóxi fenóis e benzenodióis instáveisem um produto fenólico estável nos catalisadores como aque-les discutidos aqui como catalisadores de CoMo suportados emalumina e carbono ativo. Esses catalisadores podem ser tam-bém utilizados na forma básica, bem como aqueles modificadospor neutralização da acidez de superfície de suporte (alumi-na) e/ou introdução de promotores de metal nobre adicionaiscomo Pt, Pd, Ru e Rh.The partially depolymerized lignin BCD product or its ether layer, after being diluted with a part of the fraction of the self-produced phenolic product and / or high boiling aromatic alkyl, may be subjected to a process. stabilization / hydrodesoxygenation (SPHDO) at low temperature. Such a process may include the conversion of unstable methoxy phenols and benzenediols to a stable phenolic product in the catalysts as discussed herein as catalytic CoMo supported catalysts and active carbon. Such catalysts may also be used in the basic form as well as those modified by neutralizing support surface acidity (alumina) and / or introducing additional noble metal promoters such as Pt, Pd, Ru and Rh.

Catalisadores atualmente preferidos desse tipo sãosistemas MMo/C promovidos por metal nobre, sulfetado, onde M- Rh, Ru e Pt. Sulfetação de catalisadores pode ser realiza-da por tratamento com uma mistura de hidrogênio e sulfeto dehidrogênio. Esses catalisadores contendo metal nobre demons-tram elevada atividade de HDO e seletividade superior a fe-nóis. Um elemento importante de catalisador suportado porcarbono é o baixo custo do suporte de carbono e a capacidadede recuperar os metais preciosos a partir de catalisadoresusados simplesmente pela queima do carbono, em vez de pro-cessos de recuperação ou refinação mais caros.Currently preferred catalysts of this type are sulfur-based noble metal promoted MMo / C systems, where M-Rh, Ru and Pt. Sulfation of catalysts can be accomplished by treatment with a mixture of hydrogen and hydrogen sulfide. These noble metal-containing catalysts demonstrate high HDO activity and higher selectivity than phenols. An important element of carbon-supported catalyst is the low cost of carbon support and the ability to recover precious metals from catalysts simply by burning carbon rather than more expensive recovery or refining processes.

As condições de processamento atualmente preferi-das para a reação de SPHDO são uma temperatura de aproxima-damente 200°C a aproximadamente 300°C, um tempo de permanên-cia de aproximadamente 5 a aproximadamente 15 minutos, epressão H2 de aproximadamente 500 a aproximadamente 140,62kgf/cm2. Embora não exigido, o volume inteiro do produtoSPHDO é tipicamente submetido à etapa de refinação de hidro-processamento (HPR).Currently preferred processing conditions for the SPHDO reaction are a temperature of approximately 200 ° C to approximately 300 ° C, a residence time of approximately 5 to approximately 15 minutes, H2 pressure of approximately 500 to approximately 140.62kgf / cm2. Although not required, the entire volume of the SPHDO product is typically subjected to the hydroprocessing (HPR) refining step.

Os cursos de reação HPR com o produto BCD-SPHDOcomo alimentação podem ser realizados em um procedimento deetapa única, ou como uma seqüência de reações HDO e HCR se-paradas para obter um produto rico em aromático, consistindoprincipalmente de alquil benzeno C7 - Cn. Catalisadores deHDO (C0M0/AI2O3) e HCR (CoMo/Al203-Si02 que pode ser amorfoou cristalizado, isto é, zeólito) são preferidos devido àsua elevada atividade e seletividade em termos de obter pro-duto HPR final livre de oxigênio, na maior parte monoméricoaromático, desejável. Outros catalisadores úteis podem in-cluir porém não são certamente limitados a, ΜΜο/γ-Α1203 (HDO)e MMo/Al203-Si02 (HCR) onde M = Ru, Re, Cr, ou Fe (e combina-ções com Co), bem como carbetos e nitretos dos mesmos. Esseprocesso requer uma seleção cuidadosa de condições de reaçãoótimas e catalisadores para minimizar reações de hidrogena-ção de anel aromático a fim de maximizar compostos aromáti-cos monoméricos que são desejáveis como um produto de bio-combustivel final do processo da presente invenção. O graude hidrogenação de anel indesejável de alquil benzenos C7 -Cio em naftenos correspondentes é facilmente controlável porcondições de processamento e pode ser minimizado ou mesmosubstancialmente eliminado.HPR reaction courses with BCD-SPHDO as a feed may be performed in a single step procedure, or as a sequence of HDO and HCR reactions separated to obtain an aromatic rich product consisting mainly of C7 - Cn alkyl benzene. HDO (C0M0 / AI2O3) and HCR (CoMo / Al203-Si02 which can be amorphous or crystallized, ie, zeolite) catalysts are preferred because of their high activity and selectivity in terms of obtaining oxygen-free final HPR product. monomeric, desirable. Other useful catalysts may include but are certainly not limited to, ΜΜο / γ-Α1203 (HDO) and MMo / Al203-Si02 (HCR) where M = Ru, Re, Cr, or Fe (and combinations with Co) as well as carbides and nitrides thereof. This process requires careful selection of optimal reaction conditions and catalysts to minimize aromatic ring hydrogenation reactions in order to maximize monomeric aromatic compounds that are desirable as a final biofuel product of the process of the present invention. The undesirable ring hydrogenation of C7 -C10 alkyl benzene in corresponding naphthenes is easily controllable by processing conditions and can be minimized or even substantially eliminated.

A seleção cuidadosa de catalisadores de HDO e HCRe condições de processo é desejável para conversão seletivade produto BCD-SPHDO em um produto principalmente aromático,monomérico. Como um assunto geral, catalisadores HDO podemser escolhidos com base em baixa atividade de hidrogenação ecatalisadores HCR baseados em otimização de acidez e baixaatividade de hidrogenação.Careful selection of HDO and HCR catalysts and process conditions is desirable for selectively converting BCD-SPHDO product to a primarily aromatic, monomeric product. As a general matter, HDO catalysts may be chosen based on low hydrogenation activity and HCR catalysts based on acidity optimization and low hydrogenation activity.

A hidrogenação de anel aromáticodurante essas reações deve ser minimizada por escolha cuida-dosa do catalisador e temperaturas associadas. Por exemplo,a utilização de Ni em um catalisador HDO é altamente ativaporém também tende a resultar em rendimentos elevados de ci-cloexano e outros produtos hidrogenados. Genericamente, ca-talisadores HDO podem ser neutros, levemente acidicos oumesmo levemente básicos com substancialmente neutro sendopreferido. Especificamente, os catalisadores HDO podem serescolhidos para permitir hidrodesoxigenação exaustiva semenvenenamento por coqueificação. Ao contrário, materiais desuporte de catalisadores HCR (ou MH) são genericamente ací-dicos ou fortemente acidicos suficiente para fornecer cra-queamento sem causar também coqueificação excessiva.Aromatic ring hydrogenation during these reactions should be minimized by careful choice of catalyst and associated temperatures. For example, the use of Ni in an HDO catalyst is highly active but also tends to result in high yields of cyclohexane and other hydrogenated products. Generally, HDO caps can be neutral, slightly acidic or even slightly basic with substantially neutral send preference. Specifically, HDO catalysts may be chosen to allow for exhaustive hydrodeoxygenation without coking poisoning. In contrast, materials supporting HCR (or MH) catalysts are generally acidic or strongly acidic enough to provide cracking without also causing excessive coking.

Componentes de fração com peso molecular mais ele-vado como naftalenos alquilados, tetralinas alquiladas, in-danos alquilados, bifenilas alquiladas e benzenos polialqui-lados do produto BCD-SPHDO-HPR (ponto de ebulição : 205°C)podem ser submetidos opcionalmente à hidrogenação exaustiva,fornecendo querosene naftênico de valor elevado como mostra-do no Estágio III da figura 1.Higher molecular weight fraction components such as alkylated naphthalenes, alkylated tetralines, alkylated damages, alkylated biphenyls and polyalkylated benzenes of the BCD-SPHDO-HPR product (boiling point: 205 ° C) may optionally be subjected to exhaustive hydrogenation, providing high value naphthenic kerosene as shown in Stage III of Figure 1.

Processo Aumentado de Lignina em éteres aromáticos(ELTE)Enhanced Lignin Process in Aromatic Ethers (ELTE)

Com referência agora à figura 2, os estágios BCD eSPGDO do processo ELTE podem ser quase iguais ao apresentadopara o processo ELTG da figura 1. O produto BC-SPHDO podeser submetido a hidrocraqueamento brando subseqüente e ete-rificação com metanol.Referring now to Figure 2, the BCD eSPGDO stages of the ELTE process may be almost the same as that presented for the ELTG process of Figure 1. The BC-SPHDO product may be subjected to subsequent mild hydrocracking and methanol etherification.

Como anteriormente observado, o BCD-SPHDO de Iig-nina resulta em um rendimento elevado porém despolimerizaçãoincompleta da estrutura polimérica da alimentação. Por exem-plo, além do produto principal consistindo de fenóis monocí-clicos, há quantidades significativas de oligômeros fenóli-cos intermediários. Para aumentar a quantidade do produtomonomérico, um procedimento de hidrocraqueamento brando parao produto BCD bruto (designado como um procedimento de ΜΗ),na presença de catalisadores superácidos sólidos é mostradona figura 2 como Estágio III. Esse tratamento de MH suple-mentar pode despolimerizar eficazmente a lignina por cliva-gem C-C seletiva de oligômeros intermediários residuaispara produzir os fenóis monoméricos desejáveis. Embora ascondições de processamento para o tratamento de MH possamvariar, as condições de processamento atualmente preferidassão uma temperatura de reação de aproximadamente 200°C a a-proximadamente 400°C, um tempo de permanência de aproximada-mente 5 a aproximadamente 30 minutos, e uma pressão (H2) deaproximadamente 70,31 a aproximadamente 126,55 kgf/cm2. E-xemplos não limitadores de catalisadores fortemente acídicosapropriados para etapa de tratamento de MH podem incluirPt/WO42VZrO2, heteropoliácidos e seus sais (suportado e nãosuportado), FeCl3 . 6H20, e similares.As previously noted, the Iiginine BCD-SPHDO results in a high yield but incomplete depolymerization of the polymeric structure of the feed. For example, in addition to the main product consisting of monocyclic phenols, there are significant amounts of intermediate phenolic oligomers. To increase the amount of the monomer product, a mild hydrocracking procedure for the crude BCD product (designated as a ΜΗ procedure) in the presence of solid superacid catalysts is shown in Figure 2 as Stage III. Such an additional MH treatment can effectively depolymerize lignin by selective C-C cleavage of residual intermediate oligomers to produce the desired monomeric phenols. Although processing conditions for the treatment of MH may vary, currently preferred processing conditions are a reaction temperature of from about 200 ° C to about 400 ° C, a residence time of about 5 to about 30 minutes, and a pressure (H2) from approximately 70.31 to approximately 126.55 kgf / cm2. Non-limiting examples of strongly acidic catalysts suitable for MH treatment step may include Pt / WO42 VZrO2, heteropoly acids and their salts (supported and unsupported), FeCl3. 6H20, and the like.

Como mostrado na figura 2 no Estágio IV, uma mis-tura de fenóis monoméricos leves no produto BCD-SPHDO podeser submetida à eterificação com metanol. Preferivelmente, areação de eterificação pode ser executada em uma temperaturade reator de aproximadamente 200°C a aproximadamente 400°C euma pressão autógena de aproximadamente 100 a aproximadamen-te 140,62 kgf/cm2.As shown in Figure 2 in Stage IV, a mixture of light monomeric phenols in the BCD-SPHDO product may be etherified with methanol. Preferably, etherification aeration may be performed at a reactor temperature of from about 200 ° C to about 400 ° C and an autogenous pressure of from about 100 to about 140.62 kgf / cm2.

Qualquer catalisador apropriado pode ser utilizadona reação de eterificação. Catalisadores apropriados podemincluir, porém não são limitados a, heteropoliácidos supor-tados ou seus sais, benzoato de potássio, Cs-P/Si02, SO42"/MnOxMl2O3, SO42VMoOxMl2O3, SO42VWOxMl2O3, SO42VCrOxMl2O3,SO42VCeOxMl2O3 e similares. Tipicamente, metanol pode serutilizado como o agente de eterificação. Qualquer sistema dereator de fluxo que permita secagem continua da mistura dereação reciclada pode ser utilizado.O processo ELTG da presente invenção provê diver-sos benefícios em relação aos processos anteriormente dispo-níveis. A maior porção de oxigênio presente no produto BCD-SPHDO pode ser preservada que elimina a necessidade de eta-pas de hidrodesoxigenação adicionais, caras. Adicionalmente,oxigênio permanece incorporado em uma maior porção dos com-ponentes de gasolina de alcóxi benzeno, com elevado teor deoctana, finais. Portanto, não há substancialmente necessida-de de aditivos contendo oxigênio, externos, como recomendadopela emenda da Lei de Ar Limpo. Além disso, espera-se que oproduto ELTG total final, incluindo hidrocarbonetos, tenhanúmeros de octana de aproximadamente 130. Como resultado,esses produtos podem ser convenientemente utilizados como umaditivo de mistura (por exemplo, em gasolinas derivadas depetróleo tendo números de octana mais baixos) para gerar ga-solinas reformuladas Premium que possuem características decombustão aperfeiçoadas.Any suitable catalyst may be used in the etherification reaction. Suitable catalysts podemincluir, but are not limited to, heteropolyacids assumed tados or salts thereof, potassium benzoate, Cs-P / Si02, SO42 "/ MnOxMl2O3, SO42VMoOxMl2O3, SO42VWOxMl2O3, SO42VCrOxMl2O3, SO42VCeOxMl2O3 and the like. Typically methanol can will be used as the Any flow-reactor system that allows for continuous drying of the recycled spillage mixture can be used.The ELTG process of the present invention provides several benefits over the previously available processes.The largest portion of oxygen present in the BCD product. -SPHDO can be preserved which eliminates the need for expensive, additional dehydrogenation steps.Also, oxygen remains incorporated into a larger portion of the final high octane benzene alkoxy gasoline components, so there is substantially no external oxygen-containing additives as recommended by the Clean Air In addition, the final total ELTG product, including hydrocarbons, is expected to have octane numbers of approximately 130. As a result, these products can be conveniently used as a blending additive (for example, in oil-derived gasolines having lower octane numbers. ) to generate Premium reformulated gas-solines that have improved combustion characteristics.

Processo de combustíveis integrados de Lignina pa-ra líquido (ILTF)Liquid Lignin Integrated Fuel Process (ILTF)

Em outro aspecto da presente invenção, os proces-sos ELTG e ELTE podem ser integrados em um único processo.Os produtos ILTF finais derivados de um tal processo inte-grado podem incluir os produtos de cada um dos processosELTG e ELTE como gasolina de alquil benzeno, aditivos de ga-solina de éter aromático e querosene naftênico.In another aspect of the present invention, the ELTG and ELTE processes may be integrated into a single process. The final ILTF products derived from such an integrated process may include the products of each of the ELTG and ELTE processes as alkyl benzene gasoline. , naphthenic kerosene and aromatic ether gasoline additives.

Como discutido acima com relação às figuras 1 e 2,uma reação de despolimerização catalisada de base pode serutilizada para produzir um produto de lignina parcialmentedespolimerizado. Preferivelmente, a reação de despolimeriza-ção catalisada de base pode ser executada substancialmentesomente com água como o solvente e meio de reação. Após areação BCD, um processo de estabilização/hidrodesoxigenaçãode baixa temperatura (SPHDO) e fracionamento (opcional) dealquil fenóis C6 - C9 a partir do produto SPHDO pode ser e-xecutado. Reações de hidroprocessamento de temperatura ele-vada (HPR) do produto SPHDO podem fornecer gasolina rica emaromático como um produto primário. Além disso, hidrogenaçãoexaustiva de fração com peso molecular mais elevado do pro-duto HPR, contendo naftalenos alquilados, tetralinas alqui-ladas, indanos alquilados, bifenilas alquiladas e benzenospolialquilados, fornecendo querosene naftênico de alto va-lor. Eterificação de alquil fenóis Cg - Cg a partir do pro-duto SPHDO pode ser realizada para produzir éteres aromáti-cos (alcóxi benzenos alquilados). Cada uma dessas etapas foianteriormente discutida com relação às figuras 1 e/ou 2.As discussed above with reference to Figures 1 and 2, a base catalyzed depolymerization reaction may be used to produce a partially demerged lignin product. Preferably, the base catalyzed depolymerization reaction may be carried out substantially only with water as the solvent and reaction medium. After BCD sandblasting, a low temperature stabilization / hydrodeoxygenation (SPHDO) and fractionation (optional) process of C6 - C9 alkyl phenols from the SPHDO product can be performed. High temperature hydroprocessing (HPR) reactions of the SPHDO product can provide rich emaromatic gasoline as a primary product. In addition, exhaustive hydrogenation of the higher molecular weight fraction of the HPR product containing alkylated naphthalenes, alkylated tetralines, alkylated indans, alkylated and benzenospolyalkylated biphenyls, providing high value naphthenic kerosene. Etherification of Cg - Cg alkyl phenols from the SPHDO product may be carried out to produce aromatic ethers (alkylated benzoyl alkoxy). Each of these steps was previously discussed with respect to figures 1 and / or 2.

Um diagrama de fluxo do processo de conversão delignina integrado (ILTF) para a produção de gasolina aromá-tica, propulsor de jato/foguete e éteres aromáticos em umprocedimento de múltiplos estágios é apresentado na figura3. No primeiro estágio do processo, material de lignina podeser submetido à despolimerização catalisada por base (BCD)com água, opcionalmente metanol ou etanol, como solvente emeio de reação. 0 produto de lignina parcialmente despolime-rizado total ou seu extrato de éter, após ser diluído comuma parte do produto SPHDO e/ou a fração de ebulição elevadado produto alquil aromático, pode ser submetido a um proces-so de estabilizaçâo/hidrodesoxigenação parcial (SPHDO) debaixa temperatura. Esse processo SPHDO envolve a conversãode metóxi fenóis e benzenodióis instáveis em um produto fe-nólico mais estável. Durante um terceiro estágio do proces-so, o produto SPHDO parcialmente hidrodesoxigenado pode sersubmetido a reações de hidroprocessamento (HPR) para obtergasolina rica em aromático. Compostos com peso molecularmais elevado, por exemplo, naftalenos alquilados, tetralinasalquiladas, indanos alquilados, bifenilas alquiladas e ben-zenos polialquilados são produzidos como um produto de hi-droprocessamento. Os rendimentos e tipos de produtos podemser controlados até um certo ponto pelo processo HPR.A flow diagram of the integrated delignin conversion process (ILTF) for the production of aromatic gasoline, jet / rocket propellant and aromatic ethers in a multistage procedure is shown in Figure 3. In the first stage of the process, lignin material may be subjected to base catalyzed depolymerization (BCD) with water, optionally methanol or ethanol, as a solvent and reaction medium. The total partially depolymerized lignin product or its ether extract, after being diluted with part of the SPHDO product and / or the elevated boiling fraction of the alkyl aromatic product, may be subjected to a partial stabilization / hydrodeoxygenation process (SPHDO). ) low temperature. This SPHDO process involves converting unstable methoxy phenols and benzenediols into a more stable phenolic product. During a third stage of the process, the partially hydrodeoxygenated SPHDO product may be subjected to hydroprocessing (HPR) reactions to obtain aromatic rich gasoline. Higher molecular weight compounds, for example alkylated naphthalenes, alkylated tetralines, alkylated indanes, alkylated biphenyls and polyalkylated benzenes are produced as a hydroprocessing product. Yields and product types can be controlled to some extent by the HPR process.

Os produtos de hidroprocessamento podem ser entãoopcionalmente submetidos à hidrogenação catalitica exausti-va. Essa etapa de hidrogenação pode fornecer querosene naf-tênico contendo uma mistura de decalinas alquiladas, bici-cloexilas alquiladas, hidrindanos alquilados, e cicloexanospolialquilados. Em uma abordagem de processamento separado,opcional, alquil fenóis C6 - C9 fracionados a partir do pro-duto SPHDO podem ser utilizados como alimentação para o pro-cesso de eterificação com metanol levando a alcóxi fenóis.The hydroprocessing products may then optionally be subjected to exhaustive catalytic hydrogenation. This hydrogenation step may provide naphthenic kerosene containing a mixture of alkylated decalines, alkylated bicyclohexyls, alkylated hydrindanes, and cyclohexanospolyalkylated. In an optional separate processing approach, C6 -C9 alkyl phenols fractionated from the SPHDO product may be used as feedstock for the methanol etherification process leading to alkoxy phenols.

0 processo ILTF integrado pode levar à produção depelo menos três produtos de combustível valiosos, provê umaoportunidade para executar o processo geral de conversão delignina em um modo exeqüível, e pode melhorar a economia ge-ral do processo bem como economia geral das bio-refinariasprojetadas.The integrated ILTF process can lead to the production of at least three valuable fuel products, provides the opportunity to perform the overall delignin conversion process in a feasible manner, and can improve the overall process economics as well as the overall economics of engineered biorefineries.

Deve ser entendido que os arranjos acima menciona-dos são ilustrativos da aplicação para os princípios da pre-sente invenção. Inúmeras modificações e arranjos alternati-vos podem ser idealizados sem se afastar do espírito e âmbi-to da invenção enquanto a presente invenção foi mostrada nosdesenhos e descrita acima com relação às modalidades exem-plares da invenção. Será evidente para aqueles com conheci-mentos comuns na técnica que inúmeras modificações podem serfeitas sem se afastar dos princípios e conceitos da invençãocomo exposto nas reivindicações.It should be understood that the above arrangements are illustrative of application to the principles of the present invention. Numerous alternative modifications and arrangements can be envisioned without departing from the spirit and scope of the invention while the present invention has been shown in the drawings and described above with respect to exemplary embodiments of the invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art that numerous modifications may be made without departing from the principles and concepts of the invention as set forth in the claims.

Claims (20)

1. Processo para conversão de um material de Iig-nina em biocombustíveis, CARACTERIZADO por compreender:a) submeter o material de lignina a uma reação dedespolimerização catalisada por base para produzir uma lig-nina parcialmente despolimerizada;b) submeter a lignina parcialmente despolimerizadaa uma reação de hidrodesoxigenação parcial/estabilização pa-ra formar um produto parcialmente hidrodesoxigenado; ec) reagir o produto parcialmente hidrodesoxigenadoem uma etapa de refinação para formar um biocombustivel.A process for converting a lignin material into biofuels, characterized in that it comprises: a) subjecting the lignin material to a base catalyzed de-polymerization reaction to produce a partially depolymerized liginine; partial hydrodeoxygenation / stabilization reaction to form a partially hydrodeoxygenated product; and c) reacting the partially hydrodeoxygenated product in a refining step to form a biofuel. 2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a reação de despolimerizaçãocatalisada por base inclui dissolver o material de ligninaem um catalisador de base aquosa na presença de um solventepolar, submeter material de lignina dissolvido a condiçõesde reação suficientes para despolimerizar parcialmente o ma-terial de lignina, e recuperar a lignina parcialmente despo-limerizada.Process according to Claim 1, characterized in that the base catalyzed depolymerization reaction includes dissolving the lignin material in an aqueous-based catalyst in the presence of a polar solvent, subjecting dissolved lignin material to sufficient reaction conditions to depolymerize. partially lignin material, and recover partially de-limerized lignin. 3. Processo, de acordo com a reivindicação 2,CARACTERIZADO pelo fato de que o catalisador de base é umelemento selecionado do grupo que consiste em NaOH, KOH,Ca(OH)2, Mg(OH)2 e misturas dos mesmos.Process according to Claim 2, characterized in that the base catalyst is an element selected from the group consisting of NaOH, KOH, Ca (OH) 2, Mg (OH) 2 and mixtures thereof. 4. Processo, de acordo com a reivindicação 2,CARACTERIZADO pelo fato de que o solvente polar é água.Process according to Claim 2, characterized in that the polar solvent is water. 5. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a reação de despolimerizaçãocatalisada por base ocorre de aproximadamente 230°C a apro-ximadamente 350°C.Process according to Claim 1, characterized in that the base catalyzed depolymerisation reaction takes place from approximately 230 ° C to approximately 350 ° C. 6. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a reação de hidrodesoxigena-ção parcial/ estabilização ocorre de aproximadamente 200°C a 300°C.Process according to Claim 1, characterized in that the partial hydrodeoxygenation / stabilization reaction takes place from approximately 200 ° C to 300 ° C. 7. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a reação de hidrodesoxigena-ção parcial/estabilização ocorre em uma pressão de 35,15kgf/cm2 a aproximadamente 140,62 kgf/cm2.Process according to Claim 1, characterized in that the partial hydrodeoxygenation / stabilization reaction takes place at a pressure of 35.15kgf / cm2 to approximately 140.62kgf / cm2. 8. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a reação de hidrodesoxigena-ção parcial/estabilização inclui expor a lignina parcialmen-te despolimerizada a um catalisador sólido em uma temperatu-ra abaixo de aproximadamente 300°C.Process according to Claim 1, characterized in that the partial hydrodeoxygenation / stabilization reaction includes exposing the partially depolymerized lignin to a solid catalyst at a temperature below approximately 300 ° C. 9. Processo, de acordo com a reivindicação 8,CARACTERIZADO pelo fato de que o catalisador sólido incluium material de suporte não acidico e um material de catali-sador.Process according to Claim 8, characterized in that the solid catalyst includes non-acidic support material and a catalyst material. 10. Processo, de acordo com a reivindicação 9,CARACTERIZADO pelo fato de que o material de suporte não a-cidico é selecionado do grupo que consiste em um carbono a-tivado, dióxido de silício, óxido de alumínio, ou combina-ções dos mesmos.Process according to Claim 9, characterized in that the non-acidic support material is selected from the group consisting of an activated carbon, silicon dioxide, aluminum oxide, or combinations of the same. same. 11. Processo, de acordo com a reivindicação 8,CARACTERIZADO pelo fato de que o material catalisador é se-lecionado do grupo que consiste em Co-Mo, Rh-Mo, Ru-Mo, Pt-Mo, Pd-Mo e combinações dos mesmos.Process according to Claim 8, characterized in that the catalyst material is selected from the group consisting of Co-Mo, Rh-Mo, Ru-Mo, Pt-Mo, Pd-Mo and combinations of the same. same. 12. Processo, de acordo com a reivindicação 8,CARACTERIZADO pelo fato de que o catalisador são nitretos demetal de transição suportado ou não suportado ou carbetos demétal de transição.Process according to claim 8, characterized in that the catalyst is either supported or unsupported transition metal nitrides or transition demetal carbides. 13. Processo, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de que o nitreto de metal de transi-ção suportado ou não suportado é selecionado do grupo queconsiste em VN, Mo2N, TiN, e combinações dos mesmos.Process according to claim 12, characterized in that the supported or unsupported transition metal nitride is selected from the group consisting of VN, Mo2N, TiN, and combinations thereof. 14. Processo, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de que o carbeto de metal de transi-ção suportado ou não suportado é selecionado do grupo queconsiste em WC, MoC, VC e combinações dos mesmos.Process according to claim 12, characterized in that the supported or unsupported transition metal carbide is selected from the group consisting of WC, MoC, VC and combinations thereof. 15. Processo, de acordo com a reivindicação 8,CARACTERIZADO pelo fato de que a reação de hidrodesoxigena-ção parcial/estabilização ocorre em condições suficientespara converter mais de aproximadamente 95% de metóxi fenóise benzeno dióis em produtos à base de fenol tendo uma únicafração de oxigênio.A process according to claim 8, characterized in that the partial hydrodeoxygenation / stabilization reaction takes place under conditions sufficient to convert more than approximately 95% of methoxy phenolysis benzene diols into phenol-based products having a single fraction of oxygen. 16. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de refinação incluiuma reação selecionada do grupo que consiste em reação dehidrodesoxigenação, uma reação de hidrocraqueamento brando,uma reação de eterificação, uma reação de hidrogenação ecombinações dos mesmos.A process according to claim 1, characterized in that the refining step includes a reaction selected from the group consisting of a dehydrogenation reaction, a mild hydrocracking reaction, an etherification reaction, a hydrogenation reaction and a combination thereof. 17. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de refinação é umareação de hidroprocessamento incluindo uma etapa de hidrode-soxigenação e uma etapa de hidrocraqueamento subseqüente.Process according to Claim 1, characterized in that the refining step is a hydroprocessing reaction including a hydrodesoxygenation step and a subsequent hydrocracking step. 18. Processo, de acordo com a reivindicação 17,CARACTERIZADO pelo fato de que a reação de hidroprocessamen-to ocorre em uma temperatura de aproximadamente 3200C a a-proximadamente 450°C.Process according to claim 17, characterized in that the hydroprocessing reaction takes place at a temperature of from about 3200 ° C to about 450 ° C. 19. Processo, de acordo com a reivindicação 16,CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de refinação é umareação de hidrocraqueamento brando, seguida por uma reaçãode eterificação.Process according to Claim 16, characterized in that the refining step is a mild hydrocracking reaction, followed by an etherification reaction. 20. Processo, de acordo com a reivindicação 16,CARACTERIZADO por compreender ainda fracionar o produto hi-drodesoxigenado parcialmente em uma primeira fração monomé-rica e uma segunda fração oligomérica.Process according to claim 16, characterized in that it further comprises fractionating the partially dehydrated oxygen product into a first monomeric fraction and a second oligomeric fraction.
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