ES2391216B1 - Method of obtaining 5 Hydroxy Methyl Furfural from glucose and fructusa and installation to perform said method. - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un procedimiento de conversión de azúcares en productos líquidos, mayoritariamente en 5 Hidroximetil furfural, mediante un tratamiento termoquímico en el cual se introduce el azúcar en un medio solvente y se somete a la acción de catalizadores seleccionados dentro del grupo compuesto por un catalizador básico, un catalizador ácido de Lewis y cualquier combinación de ellos, a una temperatura comprendida entre 100ºC y 250ºC incluidos ambos límites, y a una presión seleccionada entre 1 bar y 10 bar incluidos ambos límites, hasta producirse una fracción líquida que se retira y enfría en continuo, a la vez que se retira y condensa el vapor de agua que se forma en el transcurso de la reacción. Asimismo, otro objeto de la presente invención es la instalación de transformación de azúcares en una fase líquida de acuerdo con el método aquí descrito.The present invention relates to a process of converting sugars into liquid products, mostly in hydroxymethyl furfural, by means of a thermochemical treatment in which sugar is introduced into a solvent medium and subjected to the action of selected catalysts within the compound group by a basic catalyst, a Lewis acid catalyst and any combination thereof, at a temperature between 100 ° C and 250 ° C including both limits, and at a pressure selected between 1 bar and 10 bar including both limits, until a liquid fraction is produced that is removed and it cools continuously, while the water vapor that forms during the reaction is removed and condensed. Likewise, another object of the present invention is the installation of sugar transformation in a liquid phase according to the method described herein.
Description
Método de obtención de 5 hidroximetil furfural a partir de glucosa y fructosa e instalación para realizar dicho método Method of obtaining 5-hydroxymethyl furfural from glucose and fructose and installation to perform said method
La presente invención se enmarca en el campo de la Ingeniería Química, y se refiere a la conversión de azúcares en productos líquidos, que pueden ser usados como precursores de la industria del petróleo y del plástico. Concretamente, se trata de un método destinado a la conversión de azúcares en general (sacarosa, lactosa, glucosa, fructosa y otros), mayoritariamente en 5 Hidroximetil furfural (en adelante HMF5), mediante un tratamiento termoquímico en el cual se introduce el azúcar en un medio solvente y se somete a la acción de catalizadores y de la temperatura, en unas condiciones de reacción definidas. The present invention is framed in the field of Chemical Engineering, and refers to the conversion of sugars into liquid products, which can be used as precursors of the oil and plastic industry. Specifically, it is a method for the conversion of sugars in general (sucrose, lactose, glucose, fructose and others), mostly in 5 hydroxymethyl furfural (hereinafter HMF5), by means of a thermochemical treatment in which sugar is introduced into a solvent medium and is subjected to the action of catalysts and temperature, under defined reaction conditions.
El consumo continuado de combustibles fósiles llevará a su agotamiento paulatino, actualmente pasamos por una época de escasez que provoca un aumento continuado de precios, lo que está desencadenando un interés creciente por la búsqueda de combustibles alternativos. Dentro de estas inciativas, se enmarca el desarrollo de los denominados biocombustibles, en concreto el bioetanol y el biodiesel, obteniendo el primero de la caña de azúcar, la remolacha azucarera, de los cereales y de la biomasa. La presente invención expone un método alternativo al proceso de obtención del bioetanol, en el cual se produce un aprovechamiento integral de la cadena carbonada presente en los azúcares. The continued consumption of fossil fuels will lead to its gradual depletion, we are currently going through a time of scarcity that causes a continuous increase in prices, which is unleashing a growing interest in the search for alternative fuels. Within these initiatives, the development of so-called biofuels is framed, specifically bioethanol and biodiesel, obtaining the first from sugarcane, sugar beets, cereals and biomass. The present invention describes an alternative method to the process of obtaining bioethanol, in which there is an integral use of the carbon chain present in sugars.
Los azúcares derivados de las hexosas se pueden transformar en etanol, de acuerdo con la siguiente fórmula: C6H12O6 -> 2 CH3-CH2OH + 2 CO2 Como se puede observar, en la conversión de glucosa a etanol sólo se aprovechan el 67% de los carbonos presentes inicialmente, ya que se generan 2 moles de CO2. Una alternativa que no se ha desarrollado convenientemente hasta el momento es la conversión de la glucosa en HMF5, mediante un proceso de deshidratación, de acuerdo con la fórmula: C6H12O6 -> C6H6O3 + 3 H2O The sugars derived from hexoses can be transformed into ethanol, according to the following formula: C6H12O6 -> 2 CH3-CH2OH + 2 CO2 As can be seen, in the conversion of glucose to ethanol only 67% of the carbons are used. initially present, since 2 moles of CO2 are generated. An alternative that has not been conveniently developed so far is the conversion of glucose into HMF5, by a dehydration process, according to the formula: C6H12O6 -> C6H6O3 + 3 H2O
Actualmente, existe un interés creciente en esta transformación. Podemos destacar las siguientes publicaciones sobre la materia: Glucose reactions with acid and base catalysts in hot compressed water at 473 K. Masaru Watanabe et all. Currently, there is a growing interest in this transformation. We can highlight the following publications on the subject: Glucose reactions with acid and base catalysts in hot compressed water at 473 K. Masaru Watanabe et all.
Carbohydrate Research 340 (2005) 1925–1930. Bicker, M.; Hirth, J.; Vogel, H. Green Chem. 2003, 5, 280–284. Ramayya, S.; Brittain, A.; DeAlmeida, C.; Mok, W.; Antal, M. J., Jr. Fuel 1987, 66, 1364–1371. Tomita, K.; Koda, S.; Oshima, Y. Ind. Eng. Chem. Res. 2002, 41, 3341–3344. Watanabe, M.; Osada, M.; Inomata, H.; Arai, K.; Kruse, A. Appl. Catal. A 2003, 245, 333–341. Watanabe, M.; Iida, T.; Aizawa, Y.; Ura, H.; Inomata, H.; Arai, K. Green Chem. 2003, 5, 539–544. Watanabe, M.; Aizawa, Y.; Iida, T.; Levy, C.; Aida, T. M.; Inomata, H. Carbohydr. Res. 2005, 340, in this issue, please Carbohydrate Research 340 (2005) 1925–1930. Bicker, M .; Hirth, J .; Vogel, H. Green Chem. 2003, 5, 280-284. Ramayya, S .; Brittain, A .; DeAlmeida, C .; Mok, W .; Antal, M. J., Jr. Fuel 1987, 66, 1364-1371. Tomita, K .; Koda, S .; Oshima, Y. Ind. Eng. Chem. Res. 2002, 41, 3341–3344. Watanabe, M .; Osada, M .; Inomata, H .; Arai, K .; Kruse, A. Appl. Catal. A 2003, 245, 333–341. Watanabe, M .; Iida, T .; Aizawa, Y .; Ura, H .; Inomata, H .; Arai, K. Green Chem. 2003, 5, 539-544. Watanabe, M .; Aizawa, Y .; Iida, T .; Levy, C .; Aida, T. M .; Inomata, H. Carbohydr. Res. 2005, 340, in this issue, please
see doi:10.1016/j.carres.2005.05.019. Watanabe, M.; Inomata, H.; Arai, K. Biomass Bioenergy 2002, 22, 405–410. Moreau, C.; Durand, R.; Roux, A.; Tichit, D. Appl. Catal. A Gen. 2000, 193, 257–264. Antal, M. J., Jr.; Mok, W. S. L.; Richard, G. N. Carbohydr. Res. 1990, 199, 91–109. Kuster, B. F. M.; van der Baan, H. S. Carbohydr. Res. 1977, 54, 165–176. Busca, G. Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 723–736. Tomishige, K.; Sakaihori, T.; Ikeda, Y.; Fujimoto, K.Catal. Lett. 1999, 58, 225–229. see doi: 10.1016 / j.carres. 2005.05.019. Watanabe, M .; Inomata, H .; Arai, K. Biomass Bioenergy 2002, 22, 405-410. Moreau, C .; Durand, R .; Roux, A .; Tichit, D. Appl. Catal. A Gen. 2000, 193, 257-264. Antal, M. J., Jr .; Mok, W. S. L .; Richard, G. N. Carbohydr. Res. 1990, 199, 91-109. Kuster, B. F. M .; van der Baan, H. S. Carbohydr. Res. 1977, 54, 165-176. Search, G. Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 723–736. Tomishige, K .; Sakaihori, T .; Ikeda, Y .; Fujimoto, K. Catal. Lett. 1999, 58, 225-229.
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La mayoría tienen en común, una poco eficaz conversión o unas condiciones de reacción en el laboratorio que no son trasladables a nivel industrial, como puede ser la elevada presión de trabajo. Most have in common, a little effective conversion or reaction conditions in the laboratory that are not transferable at the industrial level, such as high working pressure.
El método que se propone, obtiene una conversión cercana a la totalidad y presenta además, la gran ventaja de realizarse a presión atmosférica dentro de un medio solvente, lo que la hace idónea para su producción a gran escala. The proposed method, obtains a conversion close to the whole and also has the great advantage of being carried out at atmospheric pressure within a solvent medium, which makes it ideal for large-scale production.
Descripción general General description
En ámbitos industriales se usa la palabra azúcar o azúcares para designar los diferentes monosacáridos y disacáridos, que generalmente tienen sabor dulce, aunque por extensión se refiere a todos los hidratos de carbono. In industrial fields the word sugar or sugars is used to designate the different monosaccharides and disaccharides, which generally have a sweet taste, although by extension it refers to all carbohydrates.
Entre los monosacáridos más importantes destacan la glucosa, la fructosa y la galactosa. Su fórmula general es C6H12O6 y su principal función es producir energía, ya que 1 gramo de cualquier hexosa produce unas 4 kilocalorías de energía. Los disacáridos o azúcares dobles y triples son un tipo de hidratos de carbono, o carbohidratos, formados por la unión de dos monosacáridos iguales o distintos. Los disacáridos más comunes son: Among the most important monosaccharides are glucose, fructose and galactose. Its general formula is C6H12O6 and its main function is to produce energy, since 1 gram of any hexose produces about 4 kilocalories of energy. Double and triple disaccharides or sugars are a type of carbohydrates, or carbohydrates, formed by the union of two same or different monosaccharides. The most common disaccharides are:
Sacarosa: Formada por una glucosa y una fructosa, se le llama también azúcar común. Sucrose: Formed by a glucose and a fructose, it is also called common sugar.
Lactosa: Formada por la unión de una glucosa y una galactosa, es el azúcar de la leche. Lactose: Formed by the union of a glucose and a galactose, it is the milk sugar.
Maltosa, Isomaltosa, Trehalosa, Celobiosa: Formadas todas por la unión de dos glucosas, son diferentes dependiendo de la unión entre las glucosas. Maltose, Isomalt, Trehalose, Cellobiose: All formed by the union of two glucoses, are different depending on the union between the glucoses.
El objeto principal de la presente invención es proponer un método de transformación de azúcares en HMF5, caracterizado por comprender las siguientes etapas: The main object of the present invention is to propose a method of transforming sugars into HMF5, characterized by comprising the following steps:
1ª Diluir los azúcares, molidos a un tamaño igual o inferior a 0,5 mm., en una solución que incluye al menos los siguientes componentes: 1st Dilute the sugars, ground to a size equal to or less than 0.5 mm., In a solution that includes at least the following components:
· al menos un líquido solvente, y · At least one solvent liquid, and
· al menos un catalizador, bien uno básico de Lowry, bien uno ácido de Lewis, o cualquier combinación de ellos; · At least one catalyst, either a basic Lowry, a Lewis acid, or any combination thereof;
2ª Someter la disolución a una temperatura comprendida entre 100ºC y 250ºC, incluidos ambos límites, y a una presión seleccionada entre 1 bar y 10 bar, incluidos ambos límites, hasta producirse una fracción líquida compuesta por el medio original y el HMF5; y 2nd To submit the solution at a temperature between 100ºC and 250ºC, including both limits, and at a pressure selected between 1 bar and 10 bar, including both limits, until a liquid fraction consisting of the original medium and HMF5 is produced; Y
3ª Aplicación de ultrasonidos para acelerar la reacción y producir una mayor mezcla entre los distintos componentes que interaccionan entre sí, el medio, los azúcares y los catalizadores. 3rd Application of ultrasound to accelerate the reaction and produce a greater mixture between the different components that interact with each other, the medium, the sugars and the catalysts.
4ª Retirar y enfriar la fracción líquida. 4th Remove and cool the liquid fraction.
En definitiva, el tratamiento de los azúcares mezclados con los componentes indicados, consiste en provocar su disolución, en al menos un medio solvente a la temperatura y presión de trabajo especificadas, siendo la reacción catalizada por al menos un catalizador o una combinación de ellos. De esta manera, se obtiene la transformación de los azúcares en una variedad de productos líquidos, pero siendo muy mayoritario el HMF5. Durante el proceso de conversión de los azúcares se produce una deshidratación de los mismos por formación de H2O, de forma que el líquido obtenido tiene un poder calorífico superior al del azúcar original. In short, the treatment of sugars mixed with the indicated components consists in causing their dissolution, in at least one solvent medium at the specified working temperature and pressure, the reaction being catalyzed by at least one catalyst or a combination of them. In this way, the transformation of sugars into a variety of liquid products is obtained, but the HMF5 is very majority. During the process of conversion of sugars, dehydration of the same occurs by the formation of H2O, so that the liquid obtained has a calorific value greater than that of the original sugar.
Gracias al diseño del reactor (batch) donde se produce la reacción, se puede trabajar de forma continua, sin necesidad de parar la reacción ni de efectuar ciclos de calentamiento-enfriamiento de la instalación. Thanks to the design of the reactor (batch) where the reaction occurs, you can work continuously, without stopping the reaction or performing heating-cooling cycles of the installation.
Descripción detallada Detailed description
El azúcar, una vez que se ha licuado acorde al proceso de disolución aquí definido, se compone fundamentalmente de 5 Hidroximetil furfural, pero puede venir acompañado de otras sustancias como el 1,6 anhidroglucosa. El HMF5 también se denomina 5-Hidroximetil 2-furaldehído, con número de CAS 67-47-0, y se trata de un derivado del furano, que contiene al mismo tiempo un grupo aldehído y un grupo alcohol, y puede ser convertido posteriormente en 2,5 dimetilfurano, un aditivo de las gasolinas con características superiores al propio etanol. Sugar, once it has been liquefied according to the dissolution process defined here, is mainly composed of 5 hydroxymethyl furfural, but it can be accompanied by other substances such as 1.6 anhydroglucose. HMF5 is also called 5-Hydroxymethyl 2-furaldehyde, with CAS number 67-47-0, and it is a derivative of furan, which contains at the same time an aldehyde group and an alcohol group, and can be subsequently converted into 2.5 dimethylfuran, a gasoline additive with characteristics superior to ethanol itself.
Durante el proceso de conversión, se busca que se produzca la tautomerización de glucosa en fructosa, ya que During the conversion process, the tautomerization of glucose into fructose is sought, since
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ésta, mediante la ulterior deshidratación, se convierte en HMF5. Para que esto ocurra, se añadirá al baño un catalizador básico que al mismo tiempo promueva la deshidratación. Este catalizador básico se escoge de entre el grupo formado por el NaOH (hidróxido sódico), KOH (hidróxido potásico) y CaO (óxido cálcico). This, through further dehydration, becomes HMF5. For this to happen, a basic catalyst will be added to the bath that at the same time promotes dehydration. This basic catalyst is chosen from the group consisting of NaOH (sodium hydroxide), KOH (potassium hydroxide) and CaO (calcium oxide).
Preferiblemente, la concentración inicial de azúcar en el medio solvente será nula y se va añadiendo en el interior del reactor a medida que se alcanza la temperatura seleccionada. En cuanto al catalizador básico de Lowry utilizado, su concentración en peso con respecto al azúcar añadido deberá estar comprendida entre 3% y 10% incluidos ambos límites, y preferiblemente para la mejora de la reacción, entre el 5% y 7%, ambos limites incluidos.. Preferably, the initial concentration of sugar in the solvent medium will be zero and it will be added inside the reactor as the selected temperature is reached. As for the Lowry basic catalyst used, its concentration by weight with respect to the added sugar should be between 3% and 10% including both limits, and preferably for the improvement of the reaction, between 5% and 7%, both limits included ..
A este primer catalizador básico descrito, es necesario añadirle, para reforzar el proceso de la deshidratación, un ácido de Lewis, seleccionado de entre el TiO2 grado anatasa (ya que la forma denominada rutilo no es activa) y el FeSO4. To this first described basic catalyst, it is necessary to add, to reinforce the dehydration process, a Lewis acid, selected from the TiO2 anatase grade (since the form called rutile is not active) and the FeSO4.
El medio solvente se selecciona de entre la familia de los éteres de glicol, entre ellos principalmente los siguientes productos: The solvent medium is selected from the family of glycol ethers, among them mainly the following products:
Etilén glicol (CAS 107-21-1) Ethylene glycol (CAS 107-21-1)
Dietilén glicol (CAS 111-46-6) Diethylene Glycol (CAS 111-46-6)
Trietilén glicol (CAS 112-27-6) Triethylene Glycol (CAS 112-27-6)
Propilén glicol (CAS 57-55-6) Propylene glycol (CAS 57-55-6)
Dipropilén glicol (CAS 110-98-5) Dipropylene glycol (CAS 110-98-5)
Tripropilén glicol (CAS 24800-44-0) Tripropylene glycol (CAS 24800-44-0)
Butil glicol (CAS 111-76-2) Butyl glycol (CAS 111-76-2)
La mezcla de cualquiera de los componentes utilizados, es conveniente que sea homogeneizada mediante agitación, para favorecer la dilución de los azúcares y su posterior deshidratación. A tal fin, es preferible que la agitación sea conseguida mediante la aplicación de ultrasonidos. The mixture of any of the components used, it is convenient that it be homogenized by stirring, to favor the dilution of the sugars and their subsequent dehydration. To this end, it is preferable that agitation is achieved by the application of ultrasound.
El intervalo de temperaturas definido para llevar a cabo la reacción, deberá estar comprendido preferiblemente entre 100ºC y 250ºC, incluidos ambos límites. En cuanto a la presión, también de manera preferente, debe estar comprendida entre 1 y 10 bar, incluidos ambos límites. The temperature range defined to carry out the reaction should preferably be between 100 ° C and 250 ° C, including both limits. As for the pressure, also preferably, it must be between 1 and 10 bar, including both limits.
Una cuestión muy importante en la presente invención, es el control exhaustivo de la acidez del baño donde se produce la reacción. La acidez no puede bajar de un pH=5,5 y por lo tanto se debe disponer de medios de medida en continuo del pH. En el caso de que descienda por debajo del valor de consigna pH=5,5 se debe añadir NaOH para compensar la acidez hasta pH=8. A very important issue in the present invention is the thorough control of the acidity of the bath where the reaction occurs. The acidity cannot fall below a pH = 5.5 and therefore pH measurement means must be available continuously. If it drops below the setpoint pH = 5.5, NaOH should be added to compensate for acidity until pH = 8.
En una realización preferida del método, tras calentar la mezcla del medio y del catalizador de Lewis (agitándola), hasta la temperatura adecuada para realizar la reacción, se procede a añadir el azúcar junto con el catalizador básico, desde la parte superior del batch.. También desde la parte superior del batch se retira el agua que se va formando y desde un nivel intermedio se extrae por gravedad el líquido que se va generando. El propio HMF5 formado puede reutilizarse como medio solvente en la propia reacción de deshidratación. In a preferred embodiment of the method, after heating the mixture of the medium and the Lewis catalyst (by stirring it), to the appropriate temperature to carry out the reaction, the sugar is added together with the basic catalyst, from the top of the batch. Also, from the top of the batch the water that is formed is removed and from an intermediate level the liquid that is generated is removed by gravity. The HMF5 itself formed can be reused as a solvent medium in the dehydration reaction itself.
Como resultado de la reacción, el agua que se genera y que se retira por la parte superior del batch, se enfría y se depura antes de ser vertida. As a result of the reaction, the water that is generated and removed by the top of the batch is cooled and purified before being poured.
En lo que respecta al reactor o batch donde se realiza la reacción, éste será metálico y preferiblemente de acero inoxidable, para favorecer la transmisión del calor producido por los gases calientes que generan los medios de calentamiento a través de sus paredes. En su forma ideal, el reactor de disolución se diseñará de forma cilíndrica y con un espesor de pared adecuado para que soporte una presión máxima de 10 bar a 250ºC. De forma preferente, el diámetro mínimo del reactor alcanzará los 0,3 metros y un máximo de 2 metros, siendo su longitud mínima de 0,5 metros y la máxima de 6 metros, en los dos casos incluyendo ambos límites. De forma genérica y sin que suponga un aspecto limitativo del reactor, se dispondrá de las medidas de seguridad convencionales, además de un medidor de temperatura y presión, válvula de regulación de la presión, disco de ruptura, válvula de seguridad adicional, u otros componentes convencionales. As regards the reactor or batch where the reaction is carried out, it will be metallic and preferably stainless steel, to favor the transmission of heat produced by the hot gases generated by the heating means through its walls. Ideally, the dissolution reactor shall be designed in a cylindrical manner and with a suitable wall thickness to support a maximum pressure of 10 bar at 250 ° C. Preferably, the minimum diameter of the reactor will reach 0.3 meters and a maximum of 2 meters, with a minimum length of 0.5 meters and a maximum of 6 meters, in both cases including both limits. In a generic way and without involving a limiting aspect of the reactor, conventional safety measures will be available, in addition to a temperature and pressure meter, pressure regulating valve, rupture disc, additional safety valve, or other components conventional.
El reactor (6) comprenderá además: The reactor (6) will also comprise:
1. unos primeros medios de salida (10) que dirigen el vapor de agua producido en la reacción a una torre de condensación (11), conectada a su vez a un primer depósito de almacenamiento de agua (12), de donde se 1. first outlet means (10) that direct the water vapor produced in the reaction to a condensation tower (11), in turn connected to a first water storage tank (12), from which
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dirige a su depuración y vertido, directs its purification and discharge,
- 2. 2.
- Un sistema de alimentación de los azúcares en continuo (1), un sistema de alimentación del medio solvente (2), un sistema de alimentación del catalizador básico (3) y un sistema de alimentación del catalizador ácido de Lewis (4), así como un sistema de calentamiento externo (5) del reactor y un sistema de aplicación de los ultrasonidos (7), A continuous sugar feed system (1), a solvent medium feed system (2), a basic catalyst feed system (3) and a Lewis acid catalyst feed system (4), as well as an external heating system (5) of the reactor and an ultrasonic application system (7),
- 3. 3.
- unos segundos medios de salida (8) de la fracción líquida del interior del reactor (6), conectadas a un segundo depósito de almacenamiento (9). second outlet means (8) of the liquid fraction inside the reactor (6), connected to a second storage tank (9).
Esta instalación, por su configuración y diseño, resulta idónea para llevar a cabo el método de deshidratación de azúcares objeto de protección, en cualquiera de sus variantes, de tal manera que trabajando en modo continuo se obtiene la deshidratación deseada de los azúcares sin necesidad de parar el sistema, ni de efectuar ciclos de calentamientoenfriamiento de la instalación, como ocurre usualmente en los sistemas tipo batch. This installation, due to its configuration and design, is ideal for carrying out the method of dehydration of sugars subject to protection, in any of its variants, in such a way that by working continuously, the desired dehydration of the sugars is obtained without the need for stop the system, or carry out heating cycles cooling the installation, as usually happens in batch systems.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS DESCRIPTION OF THE FIGURES
- (1) (one)
- Un sistema de alimentación de los azúcares en continuo; A continuous sugar feeding system;
- (2)(2)
- un sistema de alimentación del medio solvente; a solvent feed system;
- (3)(3)
- un sistema de alimentación del catalizador básico; a basic catalyst feed system;
- (4)(4)
- un sistema de alimentación del catalizador ácido de Lewis; a Lewis acid catalyst feed system;
- (5) (5)
- un sistema de calentamiento externo del reactor; an external reactor heating system;
- (6) (6)
- un reactor donde se produce la reacción; a reactor where the reaction occurs;
- (7)(7)
- un sistema de aplicación de los ultrasonidos; an ultrasound application system;
- (8) (8)
- unos medios de salida de la fracción líquida generada en el interior del reactor; outlet means of the liquid fraction generated inside the reactor;
- (9) (9)
- medios de almacenamiento de la fracción líquida obtenida en el reactor; storage means of the liquid fraction obtained in the reactor;
- (10) (10)
- unos medios de salida que dirigen el vapor de agua producido en la reacción; outlet means that direct the water vapor produced in the reaction;
- (11) (eleven)
- una torre de condensación donde se enfría el vapor de agua; a condensation tower where water vapor cools;
- (12) (12)
- unos medios de almacenamiento del agua condensada en la torre; means for storing condensed water in the tower;
A continuación se describe, a modo de ejemplo y con carácter no limitante, una realización preferida de la invención, en la que se muestra el método de deshidratación de azúcares para la obtención de HMF5. A preferred embodiment of the invention, in which the method of sugar dehydration for obtaining HMF5 is shown, is described below by way of example and on a non-limiting basis.
Ejemplo 1. Método de obtención de HMF5 a partir de azúcares mediante reacción de disolución catalizada de acuerdo con la presente invención Example 1. Method of obtaining HMF5 from sugars by reaction of catalyzed solution according to the present invention
De los parámetros indicados, se seleccionan los siguientes como ejemplo de realización preferida: From the indicated parameters, the following are selected as a preferred embodiment example:
El medio seleccionado para la mezcla es el Tripropilenglicol (TPG). Los azúcares están compuestos por glucosa o sacarosa. El catalizador seleccionado es el hidróxido de sodio (Na(OH)), en una concentración 5% en peso de lactosa. En cuanto a los parámetros de disolución, la temperatura de la reacción es de 220ºC, la presión de reacción máxima es la atmosférica (1 bar), y el catalizador ácido de Lewis es el TiO2 grado anatasa, en una concentración del 10% respecto a la lactosa. The medium selected for the mixture is Tripropylene Glycol (TPG). Sugars are composed of glucose or sucrose. The selected catalyst is sodium hydroxide (Na (OH)), in a concentration 5% by weight of lactose. As for the dissolution parameters, the reaction temperature is 220 ° C, the maximum reaction pressure is atmospheric (1 bar), and the Lewis acid catalyst is anatase grade TiO2, at a concentration of 10% with respect to lactose
Los componentes indicados se mezclan en el reactor (6) y se agitan mediante los ultrasonidos (7), calentando el reactor externamente mediante (5). Posteriormente, una vez llevada a cabo la reacción dentro del reactor bajo las especificaciones antes indicadas, se ha retirado el agua mediante la salida superior (10) hasta la torre (11) y el depósito conectado (12), de donde se lleva a depuración y vertido. Por la parte (8) se extraen los productos líquidos formados durante la reacción a medida que se van formando. The indicated components are mixed in the reactor (6) and stirred by ultrasound (7), heating the reactor externally by (5). Subsequently, once the reaction has been carried out inside the reactor under the specifications indicated above, the water has been removed through the upper outlet (10) to the tower (11) and the connected tank (12), from where it is carried out for purification. and pouring. On the part (8) the liquid products formed during the reaction are extracted as they are formed.
ES 2 391 216 A1 ES 2 391 216 A1
El diámetro del reactor es de 1.500 mm, su longitud de 6 metros, y se calienta externamente mediante los medios de calentamiento (5). El reactor (6) es de acero inoxidable, por lo que el calor se transmite desde los medios de calentamiento (5) hasta el interior del reactor (6) a través de sus paredes. The diameter of the reactor is 1,500 mm, its length of 6 meters, and it is heated externally by means of heating (5). The reactor (6) is made of stainless steel, whereby heat is transmitted from the heating means (5) to the interior of the reactor (6) through its walls.
ES 2 391 216 A1 ES 2 391 216 A1
Claims (13)
- --
- mezclar los azúcares en una solución que comprende: · al menos un líquido solvente, y · al menos un catalizador, seleccionado dentro del grupo compuesto por un catalizador básico, un catalizador mixing the sugars in a solution comprising: · at least one solvent liquid, and · at least one catalyst, selected from the group consisting of a basic catalyst, a catalyst
- 2.2.
- Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el azúcar está molido en un tamaño comprendido entre 0,5 y 1 mm, incluidos ambos límites. Method according to claim 1, characterized in that the sugar is ground in a size between 0.5 and 1 mm, including both limits.
- 3.3.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que los azúcares están seleccionados dentro del grupo compuesto por glucosa, fructosa, sacarosa, lactosa o cualquier combinación de los mismos. Method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the sugars are selected from the group consisting of glucose, fructose, sucrose, lactose or any combination thereof.
- 4. Four.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que los azúcares se añaden en continuo desde la parte superior del reactor una vez que se ha alcanzado la temperatura de proceso, así como los catalizadores que intervienen. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the sugars are added continuously from the top of the reactor once the process temperature has been reached, as well as the catalysts involved.
- 5.5.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que al menos un medio solvente es seleccionado dentro del grupo compuesto por: Etilén glicol, CAS 107-21-1; Dietilén glicol, CAS 111-46-6; Trietilén glicol, CAS 112-27-6; Propilén glicol, CAS 57-55-6; Dipropilén glicol, CAS 110-98-5; Tripropilén glicol, CAS 24800-44-0; Butil glicol y cualquier combinación de los mismos. Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that at least one solvent medium is selected from the group consisting of: Ethylene glycol, CAS 107-21-1; Diethylene Glycol, CAS 111-46-6; Triethylene Glycol, CAS 112-27-6; Propylene glycol, CAS 57-55-6; Dipropylene glycol, CAS 110-98-5; Tripropylene glycol, CAS 24800-44-0; Butyl glycol and any combination thereof.
- 6. 6.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el catalizador básico es seleccionado dentro del grupo compuesto por: hidróxido sódico, hidróxido potásico y óxido de calcio. Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the basic catalyst is selected from the group consisting of: sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium oxide.
- 7.7.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el catalizador ácido de Lewis se selecciona dentro del grupo compuesto por: óxido de titanio TiO2, grado anatasa, y sulfato ferroso FeSO4. Method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the Lewis acid catalyst is selected from the group consisting of: TiO2 titanium oxide, anatase grade, and FeSO4 ferrous sulfate.
- 8. 8.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la temperatura está comprendida entre 100ºC y 250ºC, incluidos ambos límites. Method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the temperature is between 100 ° C and 250 ° C, including both limits.
- 9. 9.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la acidez del baño debe ser controlada de forma continua y esta no debe bajar de pH=5,5, añadiéndose más catalizador básico si baja de este valor. Method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the acidity of the bath must be controlled continuously and it must not lower pH = 5.5, adding more basic catalyst if it falls below this value.
- 10. 10.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que la reacción se lleva a cabo a una presión comprendida entre 1 y 10 bares, incluidos ambos límites. Method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the reaction is carried out at a pressure between 1 and 10 bar, including both limits.
- 11. eleven.
- Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que parte o la totalidad de la fracción líquida obtenida en la reacción de transformación se reutiliza como medio solvente. Method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that part or all of the liquid fraction obtained in the transformation reaction is reused as a solvent medium.
- 12. 12.
- Instalación de transformación de azúcares en una fase líquida de acuerdo con el método descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende: Installation of sugar transformation in a liquid phase according to the method described in any one of claims 1 to 11, comprising:
- --
- un sistema de alimentación de los azúcares en continuo; a system of feeding of the sugars in continuous;
- --
- un sistema de alimentación del medio solvente; -un sistema de alimentación del catalizador básico; -un sistema de alimentación del catalizador ácido de Lewis; a solvent feed system; -a basic catalyst feed system; -a Lewis acid catalyst feed system;
- --
- un sistema de calentamiento externo del reactor; an external reactor heating system;
- - -
- unos medios de salida que dirigen el vapor de agua producido en la reacción; outlet means that direct the water vapor produced in the reaction;
- - -
- una torre de condensación donde se enfría el vapor de agua; a condensation tower where water vapor cools;
- - -
- unos medios de almacenamiento del agua condensada en la torre; means for storing condensed water in the tower;
- Categoría Category
- 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas 56 Documents cited Claims Affected
- ATO
- MCNEFF C.V. et al “Continuous production of 5-hydroxymethylfurfural from simple and complex carbohydrates”, Applied Catalysis A: General 384 (2010) 65-69, puntos 1 y 2 1-12 MCNEFF C.V. et al "Continuous production of 5-hydroxymethylfurfural from simple and complex carbohydrates", Applied Catalysis A: General 384 (2010) 65-69, points 1 and 2 1-12
- A TO
- WATANABE M., et al “Glucose reactions with acid and base catalysts in hot compressed water at 473 K”, Carbohydrate Research 340 (2005) 1925-1 930, puntos 1 y 2 1-12 WATANABE M., et al “Glucose reactions with acid and base catalysts in hot compressed water at 473 K”, Carbohydrate Research 340 (2005) 1925-1 930, points 1 and 2 1-12
- A TO
- WO 2011003300 A1 (USTC UNIV SCIENCE TECH CN ET AL.) 13.01.2011, resumen [en linea], recuperado de [EPODOC/EPO]. 1-12 WO 2011003300 A1 (USTC UNIV SCIENCE TECH CN ET AL.) 13.01.2011, summary [online], retrieved from [EPODOC / EPO]. 1-12
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- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-12 SI NO Claims Claims 1-12 IF NOT
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-12 SI NO Claims Claims 1-12 IF NOT
- Documento Document
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date
- D01 D01
- MCNEFF C.V. et al “Continuous production of 5hydroxymethylfurfural from simple and complex carbohydrates”, Applied Catalysis A: General 384 (2010) 65-69, puntos 1 y 2 11.06.2010 MCNEFF C.V. et al "Continuous production of 5hydroxymethylfurfural from simple and complex carbohydrates", Applied Catalysis A: General 384 (2010) 65-69, points 1 and 2 06.11.2010
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- WATANABE M., et al “Glucose reactions with acid and base catalysts in hot compressed water at 473 K”, Carbohydrate Research 340 (2005) 1925-1 930, puntos 1 y 2 14.07.2005 WATANABE M., et al “Glucose reactions with acid and base catalysts in hot compressed water at 473 K”, Carbohydrate Research 340 (2005) 1925-1 930, points 1 and 2 07/14/2005
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