BRPI0715755A2 - processo para obter um sal orgÂnico ou Ácido orgÂnico a partir de uma corrente de aÇécar aquosa - Google Patents
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Abstract
PROCESSO PARA OBTER UM SAL ORGÂNICO OU ÁCIDO ORGÂNICO A PARTIR DE UMA CORRENTE DE AÇéCARAQUOSA. A presente invenção refere-se a um processo para obter um ou mais de um sal de um(ns) ácido(s) orgânico(s), ou ácido(s) orgânico(s), a partir de uma corrente de açúcar aquosa que compreende um ou mais de um ácido mineral e o(s) ácido(s) orgânico(s) é fornecido, O processo compreende introduzir a corrente de açúcar aquosa a um sistema de separação compreendendo um ou mais leitos de resina de troca aniônica e obter uma corrente desta compreendendo o açúcar. Um ou mais leitos de resina de troca aniônica é/são em seguida regerado(s) em um ou mais estágios para produzir pelo menos uma corrente de produto compreendendo o ácido orgânico, um saí do ácido orgânico, ou uma combinação destes, e uma corrente de saída separada compreendendo o ácido mineral, um sal do ácido mineral, ou uma combinação destes. A corrente de produto é em seguida recuperado. A separação pode ser conduzida com duas unidades de separação, ou utilizando uma única unidade de troca aniônica.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA OBTER UM SAL ORGÂNICO OU ÁCIDO ORGÂNICO A PARTIR DE UMA CORRENTE DE AÇÚCAR AQUOSA".
REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS Este pedido reivindica prioridade para, e o benefício do Pedido
de Patente Provisório U.S. N0 60/822.783, depositado em 18 de agosto de 2006 que está por este meio incorporado por referência em sua totalidade.
Antecedente da Invenção A presente invenção refere-se a um processo para obter um ou
mais de um sal orgânico ou ácido orgânico a partir de uma corrente de açú- car aquosa. Mais particularmente, a invenção se refere a um processo para obter um ou mais de um sal orgânico ou ácido orgânico a partir de uma cor- rente de açúcar aquosa que compreende um ou mais de um ácido mineral e um(ns) açúcar(es). Técnica Relacionada
Etanol combustível é produzido atualmente a partir de cargas de alimentação tal como amido de milho, cana-de-açúcar, e beterrabas açuca- reiras. Porém, o potencial para produção de etanol a partir destas fontes está limitado visto que a maioria da gleba cultivada que é adequada para a produção destas colheitas já está em uso como uma fonte de alimento para humanos. Além disso, a produção de etanol a partir destas cargas de ali- mentação tem um impacto no ambiente negativo porque os combustíveis fósseis utilizados no processo de conversão produzem o dióxido de carbono e outros subprodutos.
A produção de etanol a partir de cargas de alimentação conten- do celulose, tais como resíduos agrícolas, gramas, e resíduos de silvicultura, recebeu muita atenção nos recentes anos. As razões para isto são que estas cargas de alimentação estão extensamente disponíveis e baratos e seu uso para a produção de etanol fornece uma alternativa para materiais Iignocelu- lósicos de aterro sanitário ou queima. Além disso, um subproduto da conver- são de celulose, lignina, pode ser utilizado como um combustível para dar domínio ao processo em vez de combustíveis fósseis. Vários estudos concluíram que, quando a produção total e ciclo de consumo são levados em conta, o uso de etanol produzido a partir de celulose gera gases de estu- fa próximos a nulos.
Cargas de alimentação lignocelulósicas que são as mais promis-
soras para a produção de etanol incluem (1) resíduos agrícolas tais como stover do milho, palha de trigo, palha de cevada, palha de aveia, palha de arroz, palha de óleo de colza, e stover da soja; (2) gramas tais como "switch grass", miscanthus, grama de corda, e capim amarelo; e (3) resíduos de sil- vicultura tal como madeira de álamo tremedor e serragem.
Os três constituintes primários de cargas de alimentação ligno- celulósicas são celuloses que compreendem 30% a 50% da maioria das cargas de alimentação principais; hemicelulose que compreende 15% a 35% da maioria das cargas de alimentação e Iignina que compreende 15% a 30% da maioria das cargas de alimentação. Celulose e hemicelulose são com- preendidas principalmente de carboidratos e são a fonte de açúcares que podem ser fermentados potencialmente em etanol. Lignina é uma treliça de fenilpropano que não é convertida em etanol.
Celulose é um polímero de glicose com ligações de beta-1,4 e esta estrutura é comum entre as cargas de alimentação de interesse. Hemi- celulose tem uma estrutura mais complexa que varia entre as cargas de ali- mentação. Para as cargas de alimentação de interesse, a hemicelulose con- siste tipicamente em um polímero de esqueleto de xilose com ligações de beta-1,4, com cadeias laterais de 1 a 5 unidades de arabinose com ligações de alfa-1,3, ou porções de acetila, ou outras porções de ácido orgânico tais como grupos glicuronila.
A primeira etapa do processo para converter a carga de alimen- tação lignocelulósica em etanol envolve o rompimento do material fibroso. Os dois processos primários são hidrólise ácida que envolve a hidrólise da carga de alimentação que utiliza uma única etapa de tratamento ácido e hi- drólise enzimática que envolve um pré-tratamento ácido seguido por hidróli- se com enzimas de celulase. No processo de hidrólise ácida, a carga de alimentação é sub- metida ao vapor e um ácido mineral, tal como ácido sulfúrico, ácido clorídri- co, ou ácido fosfórico. A temperatura, concentração ácida e duração da hi- drólise são suficientes para hidrolisar a celulose e hemicelulose em seus componentes monoméricos que são glicose de celulose e xilose, galactose, manose, arabinose, ácido acético, ácido galacturônico, e ácido glicurônico de hemicelulose. Ácido sulfúrico é o ácido mineral mais comum para este processo. O ácido sulfúrico pode ser concentrado (25-80% em p/p) ou diluí- do (3-8% em p/p). A suspensão aquosa resultante contém fibra não hidroli- sada que é principalmente lignina, e uma solução aquosa de glicose, xilose, ácidos orgânicos, incluindo ácido acético principalmente, porém também á- cido glicurônico, ácido fórmico, ácido láctico e ácido galacturônico, e o ácido mineral. A solução aquosa é separada dos sólidos de fibra para produzir uma corrente de hidrolisado de açúcar. No processo de hidrólise enzimática, a temperatura de vapor,
ácido mineral (tipicamente ácido sulfúrico) concentração e tempo de trata- mento da etapa de pré-tratamento ácido são escolhidos para ser mais mode- rados que aqueles no processo de hidrólise ácida. Similar ao processo de hidrólise ácida, a hemicelulose é hidrolisada em xilose, galactose, manose, arabinose, ácido acético, ácido glicurônico, ácido fórmico e ácido galacturô- nico. Porém, o pré-tratamento mais moderado não hidrolisa uma porção grande da celulose, porém especialmente aumenta a área de superfície da celulose quando a carga de alimentação fibrosa é convertida em uma textura barrenta. A celulose pré-tratada é em seguida hidrolisada em glicose em uma etapa subsequente que utiliza enzimas de celulase. Antes da adição da enzima, o pH da carga de alimentação ácida é ajustado em um valor que é adequado para a reação de hidrólise enzimática. Tipicamente, isto envolve a adição de álcali em um pH dentre cerca de 4 e cerca de 6 que é a faixa ideal de pH para celulases, embora o pH possa ser mais alto se as celulases alca- Iofilicas forem utilizadas.
Em um tipo de processo de pré-tratamento, a pressão produzida pelo vapor é derrubada rapidamente com a descompressão explosiva que é conhecida como explosão de vapor. Foody1 (Patente U.S. N0 4.461.648) descreve o equipamento e condições utilizadas no pré-tratamento de explo- são de vapor. Explosão de vapor com ácido sulfúrico adicionado em um pH de 0,4 a 2,0 foi o processo de pré-tratamento padrão durante duas décadas.
Produz material pré-tratado que é uniforme e requer menos enzima de celu- Iase para hidrolisar celulose do que outros processos de pré-tratamento.
Independente de se a hidrólise ácida ou hidrólise enzimática é realizada, a corrente de hidrolisado aquosa resultante é provável conter gli- cose, xilose, arabinose, galactose, manose, e ácidos orgânicos, tais como ácido acético, ácido glicurônico, ácido fórmico e ácido galacturônico e o áci- do mineral, tal como ácido sulfúrico. Porém, será evidenciado que sais do ácido mineral e ácido orgânico podem estar presentes e que a fração destes ácidos na forma salgada aumentará com o pH crescente. A glicose nesta corrente pode ser fermentada facilmente em etanol por levedura convencio- nal ou em butanol por bactérias. Os açúcares de pentose podem ser fermen- tados em etanol por levedura recombinante (veja, Patente U.S. N0 5.789.210 (Ho e outros) e WO 03/095627 (Boles e Becker)) ou bactérias. Alternativa- mente, os açúcares de pentose podem ser utilizados como materiais de par- tida para a geração de outros produtos de valor alto que utilizam meios quí- micos, microbianos ou enzimáticos ou simplesmente recuperados. Por e- xemplo, xilitol pode ser produzido pela fermentação ou hidrogenação de xilo- se ou a xilose pode ser simplesmente recuperada.
A presença do ácido orgânico e ácido mineral, ou os sais cor- respondentes, em uma corrente de hidrolisado diminui a eficiência de pro- cessos para converter glicose ou outros açúcares em etanol ou outros pro- dutos valiosos. Em particular, durante qualquer neutralização conduzida an- tes da hidrólise enzimática ou fermentação (ambas das quais ocorrem em valores de pH moderado tais como os valores de pH de cerca de 4,0 a cerca de 6,0), estes compostos consumirão álcali, tal como hidróxido de sódio, hi- dróxido de amônio, ou hidróxido de potássio. Além disso, os ácidos minerais e ácidos orgânicos, e seus sais, podem ser inibidores para levedura, bacté- rias e, a uma extensão menor, enzimas de celulase. Qualquer tal inibição pode diminuir a eficiência da fermentação e operações de hidrólise enzimáti- ca prolongando o tempo requerido para realizar a fermentação ou hidrólise de enzima, aumentando a quantidade de levedura ou catalisador de enzima requerido e/ou diminuindo os rendimentos finais. Pode ser, portanto, desejá- vel remover estes compostos do hidrolisado para produzir uma corrente de açúcar limpa. Além disso, pode ser vantajoso remover estes compostos a partir de correntes de açúcar obtidas de outra maneira de hidrólise, depen- dendo das circunstâncias.
Pfeiffer (Patente U.S. N0 4.102.705) descobre a desacidificação de correntes de xilose pela remoção de ácido acético e os ácidos minerais de ácido sulfúrico, clorídrico, ou nítrico utilizando um processo de troca iôni- ca de dois estágios. Pfeiffer alimenta a corrente aquosa ao primeiro sistema de troca aniônica para ligar o ácido mineral e permitir xilose e ácido acético passarem. A resina é regenerada com hidróxido de sódio, desse modo pro- duzindo cloreto de sódio, sulfato de sódio, ou sal de nitrato de sódio. A cor- rente que contém xilose e ácido acético é evaporada para remover 90% do ácido acético. A corrente de xilose resultante com o ácido acético restante é alimentada a um segundo sistema de troca iônica que liga o ácido acético e permite a corrente de xilose desacidificada passar. A resina de troca iônica é regenerada com hidróxido de sódio para gerar o sal de acetato de sódio.
A evaporação ensinada por Pfevffer seria muito extensa para remover 90% do ácido acético da corrente aquosa. Ácido acético é menos volátil que a água, assim esta evaporação desidrataria a corrente quase até a secura. É muito difícil de realizar uma tal evaporação quando a presença de sólidos precipitados leva à deposição de escala e falta das superfícies de troca de calor.
Wooley e outros (In Lignocelullosics Biomass to Ethanol Process Design and Economics Utilizing Co-Current Dilute Acid Prehydrolysis and Enzyme Hydrolysis Current and Future Scenarios. (1999) Technical Report, National Renewable Energy Laboratory pp. 16-17), relata a remoção de 88% do ácido acético e 100% do ácido sulfúrico a partir de uma corrente de hidro- lisado de açúcar utilizando uma unidade de separações de troca iônica con- tínuas. Os meios de troca tônica são uma resina de troca aniônica de base fraca e a resina é regenerada com amônio. O ácido acético e ácido sulfúrico são descarregados a partir da unidade na mesma corrente e dispostos em uma unidade de tratamento de água residual.
WO 2006/007691 (Foody e Tolan) descreve o uso de cromato-
grafia de exclusão de íon em pH 5,0 a 10,0 para separar sais de acetato de amônio e sulfato de amônio das correntes de açúcar antes da fermentação do açúcar. Este método de separação confia no uso de uma resina de troca catiônica na forma de amônio. Wooley e outros., (Ind. Eng. Chem. Res., 1998, 37:3699-3709)
descreve o uso de cromatografia de exclusão de íon com resinas de troca catiônica na forma de hidrônio para separar ácido acético e ácido sulfúrico a partir de correntes de hidrolisado de açúcar. Neste processo, ácido sulfúrico é excluído da resina e passa pela resina primeiro enquanto os açúcares não tônicos movem-se mais lentamente através da resina. As correntes de ali- mentação estão em pH 3,0 e abaixo, e o processo resultante separa a cor- rente em correntes de ácido sulfúrico, açúcar, e ácido acético. Porém, con- trole e recuperação das três correntes de produto no processo seria difícil e caro.
Anderson e outros (Ind. Eng. Chem., 1955, 47:1620-1623) des-
creve o uso de resinas de troca aniônica de base forte como um meio de separar um ácido mineral forte a partir de material orgânico solúvel em água. Neste processo, a resina de troca aniônica de base forte é convertida primei- ro à forma de sulfato. O ácido mineral é retido pelo leito de resina e o mate- rial orgânico solúvel em água passa pelo leito de resina e não é ligado. O método é útil para ligar e recuperar ácidos fortes tais como ácidos sulfúrico e clorídrico e conta com a ausência de uma interação significante entre o ma- terial orgânico solúvel em água e o leito de resina. Contanto que a forma de sulfato da resina esteja disponível, o ácido mineral ligará a fita de teste ácida mineral à resina. Porém, o processo não resulta na separação de um ácido orgânico ou seu sal a partir de uma corrente de açúcar aquosa.
Barrier e outros (lntegrated Fuel Alcohol Production Systems for Agricultural Feedstock, Phase III, Quaterly Technical Report for the Period April-June 1995. Submitted por Tennessee Valley Authority Office of Agricul- tural and Chemical Development, TVA Contract N0 TV-540881, 1985) des- creve o uso de resinas de troca aniônica, incluindo resinas de troca aniônica de base fraca, para recuperar ácido sulfúrico a partir de uma corrente de hi- drolisado. O método é útil para a recuperação de ácido sulfúrico porém re- sulta em uma corrente de ácido orgânico-açúcar mista. A corrente de ácido orgânico-açúcar misturado é enviada diretamente a uma fermentação de levedura para produzir etanol. Cáustico é adicionado para ajustar o pH de fermentação e componentes de meios de levedura são adicionados. A solu- ção que contém etanol é subseqüentemente destilada para produzir um eta- nol combustível. Porém, não há descrição de recuperação do ácido orgânico que é entendido permanecer nas bases móveis depois da destilação de eta- nol e não é recuperado. Portanto, não há um processo satisfatório para recuperar ácidos
orgânicos, ou os seus sais correspondentes, a partir de correntes de açúcar aquosas. A capacidade de remover ácidos orgânicos, ou seus sais, a partir de correntes de açúcar permanece uma exigência crítica para melhorar a eficiência de converter açúcar em etanol ou outros valiosos produtos. Sumário da Invenção
A presente invenção fornece um processo para obter um ou mais de um sal orgânico ou ácido orgânico a partir de uma corrente de açú- car aquosa. Mais particularmente, a invenção se refere a um processo para obter um ou mais de um sal orgânico ou ácido orgânico a partir de uma cor- rente de açúcar aquosa que compreende um ou mais de um ácido mineral e um açúcar.
É um objetivo da presente invenção fornecer um método melho- rado de obter um ácido orgânico ou sal a partir de uma corrente de açúcar aquosa.
De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecido
um processo (A) para obter um sal orgânico ou ácido orgânico a partir de uma corrente de açúcar aquosa que compreende um ácido mineral, um áci- do orgânico, e um açúcar selecionado a partir do grupo que consiste em xi- Iose1 glicose, arabinose, galactose, manose e uma combinação destes, o referido processo compreendendo as etapas de:
(i) introduzir a corrente de açúcar aquosa a um sistema de sepa- ração compreendendo um ou mais leitos de resina de troca aniônica e obter
pelo menos uma corrente desta compreendendo o açúcar;
(ii) regenerar um ou mais leitos de resina de troca aniônica em um ou mais estágios, desse modo produzindo pelo menos uma corrente que compreende o ácido mineral, um sal do ácido mineral, ou uma combinação
destes, e pelo menos uma corrente de produto separado que compreende o ácido orgânico, um sal do ácido orgânico, ou uma combinação destes; e
(iii) recuperar a pelo menos uma corrente de produto.
De acordo com este aspecto da invenção, o sistema de separa- ção de troca aniônica pode compreender separar a primeira e segunda uni- dades de troca aniônica como descrito abaixo. Alternativamente, as etapas (i) - (iii) podem ser realizadas em uma única unidade de troca aniônica que compreende pelo menos um leito de resina. Quando a separação é realizada em uma única unidade de troca aniônica, o ácido mineral, ácido orgânico, e/ou ânions destes ácidos, ligam-se ao(s) leito(s) de resina da unidade e os leito(s) de resina é(são) subseqüentemente regenerado(s) para deslocar as espécies ligadas.
De acordo com um segundo aspecto da invenção, é fornecido um processo (B) para obter um ou mais de um sal orgânico ou ácido orgâni- co a partir de uma corrente de açúcar aquosa que compreende um ou mais de um ácido mineral, o um ou mais de um ácido orgânico, e um açúcar sele- cionado a partir do grupo consiste em xilose, glicose, arabinose, galactose, manose e uma combinação destes, o referido processo compreendendo:
(i) introduzir a corrente de açúcar aquosa a uma primeira unida- de de troca aniônica compreendendo um ou mais de um leito compreenden-
do uma resina de troca aniônica, em que o ácido mineral, um ânion do ácido mineral ou uma combinação destes liga-se à resina;
(ii) produzir uma corrente de efluente compreendendo o açúcar e o ácido orgânico a partir da primeira unidade de troca aniônica e regenerar a resina de troca aniônica com um ou mais regenerantes, desse modo produ- zindo uma ou mais correntes de saída compreendendo o ácido mineral, um sal do ácido mineral ou uma combinação dos mesmos;
(iii) alimentar a corrente de efluente compreendendo o açúcar e
o ácido orgânico a uma segunda unidade de troca aniônica compreendendo um ou mais de um leito compreendendo uma resina de troca aniônica, em que o ácido orgânico ou um ânion do ácido orgânico liga-se à resina;
(iv) obter uma corrente a partir da segunda unidade de troca ani- ônica compreendendo o açúcar , cuja corrente está substancialmente livre do ácido mineral e do ácido orgânico e regenerar a segunda unidade de tro- ca aniônica com um ou mais regenerantes, desse modo produzindo uma ou mais correntes de produto compreendendo um sal do ácido orgânico, o áci- do orgânico ou uma combinação destes; e (v) recuperar a uma ou mais correntes de produto.
A presente invenção da mesma forma pertence ao processo (B) definido acima, em que, na etapa de alimentação (etapa (iii)), pelo menos cerca de 70% do ácido orgânico presente na corrente aquosa são alimenta- dos à segunda unidade de troca aniônica. O leito de resina de troca aniônica na primeira unidade de troca
aniônica, a segunda unidade de troca aniônica ou tanto a primeira quanto a segunda unidades de troca aniônica podem compreender uma resina de tro- ca aniônica de base forte ou fraca. Preferivelmente, a resina de troca aniôni- ca é uma resina de base fraca. A presente invenção da mesma forma pertence aos processos
(A ou B) como definido acima que também compreende uma etapa de recu- perar o sal do ácido mineral, o ácido mineral ou uma combinação destes.
A presente invenção da mesma forma pertence aos processos (A ou B) como definido acima, em que o ácido mineral é selecionado a partir do grupo que consiste em ácido sulfúrico, ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido fosfórico e uma combinação destes. Preferivelmente, o ácido mineral é ácido sulfúrico. Além disso, a presente invenção se refere aos processos (A ou B) como definido acima, em que o ácido orgânico é selecionado a partir do grupo que consiste em ácido acético, ácido fórmico, ácido galacturônico, á- cido glicurônico e uma combinação destes. Preferivelmente, o ácido orgâni- co é ácido acético.
A presente invenção da mesma forma se refere aos processos (A ou B) como definido acima, em que o ácido acético é recuperado a partir de uma ou mais correntes de produto. Ácido acético pode ser recuperado a partir da corrente de produto por destilação, por extração de líquido-líquido ou extraindo-se com ar ou vapor. Em uma modalidade da invenção, a uma ou mais correntes de produto compreendem um sal de ácido acético e o pH da(s) corrente(s) de produto é/são ajustado para 4 ou mais baixo pela adição de ácido antes de recuperar o ácido acético.
A presente invenção da mesma forma se refere aos processos (A ou B) como definido acima, em que o(s) regenerante(s) é/são uma solu- ção aquosa selecionada a partir de uma solução ácida, uma solução de álca- Ii ou água. Preferivelmente, o regenerante é um álcali ou solução ácida. Se o regenerante for álcali, é preferivelmente uma solução de álcali selecionada a partir do grupo que consiste em amônia aquosa (da mesma referido como hidróxido de amônio), uma solução de hidróxido de sódio e uma solução de hidróxido de potássio. Preferivelmente, a base é amônia aquosa ou hidróxido de amônio.
A presente invenção da mesma forma se refere aos processos (A ou B) como definido acima, em que a troca aniônica é um Sistema de Lei- to Móvel Simulado (SMB) ou um Sistema de Leito Móvel Simulado Melhora- do (ISMB).
A presente invenção da mesma forma se refere aos processos (A ou B) como definido acima, em que a corrente de açúcar aquosa é obtida por pré-tratamento de uma carga de alimentação lignocelulósica em um pH de cerca de 0,4 a cerca de 5,0 adicionando um ou mais de um ácido à carga de alimentação lignocelulósica para hidrolisar pelo menos uma porção de hemicelulose na carga de alimentação. A presente invenção da mesma for- ma se refere aos processos (A ou B) como definido acima, em que a corren- te de açúcar aquosa está em um pH de 0,4 a cerca de 5,0. Alternativamente, a corrente de açúcar aquosa é uma corrente de hidrolisado que é o resultado da adição de um ácido a uma carga de alimentação lignocelulósica para hi- drolisar tanto hemicelulose quanto celulose presentes na referida carga de alimentação lignocelulósica aos seus respectivos monômeros de açúcar.
De acordo com outro aspecto da invenção, é fornecido um pro- cesso (C) para obter sal de acetato, ácido acético ou uma combinação des- tes, a partir de uma carga de alimentação lignocelulósica que compreende
as etapas de:
(i) obter uma corrente de açúcar aquosa resultante da hidrólise da carga de alimentação lignocelulósica, a referida hidrólise compreendendo um ou mais estágios de adição de ácido sulfúrico, a referida corrente de a- çúcar compreendendo ácido acético, sal de acetato, ou uma combinação
destes, ácido sulfúrico e um ou mais açúcares selecionados a partir de xilo- se, glicose, arabinose, galactose, manose ou uma combinação destes;
(ii) introduzir a corrente de açúcar aquosa a um sistema de sepa- ração de Leito Móvel Simulado compreendendo um ou mais leitos de resina de troca aniônica e obter pelo menos uma corrente de produto destes com-
preendendo um ou mais açúcares;
(iii) regenerar o um ou mais leitos de resina de troca aniônica com ácido sulfúrico, desse modo produzindo pelo menos uma corrente de produto ácido orgânico que compreende o ácido acético e depois disso, re- generar o um ou mais leitos de resina de troca aniônica com hidróxido de
amônio para produzir pelo menos uma corrente de saída separada que compreende sulfato de amônio; e
(iv) recuperar a corrente de produto.
A presente invenção da mesma forma se refere ao processo (C) como definido acima, em que a adição de ácido sulfúrico é conduzida para
pré-tratar a carga de alimentação lignocelulósica, desse modo hidrolisando pelo menos uma porção de hemicelulose presente na referida carga de ali- mentação lignocelulósica aos monômeros de açúcar. Alternativamente, a adição de ácido sulfúrico é administrada para hidrolisar tanto a hemicelulose quanto a celulose presentes na referida carga de alimentação lignocelulósica aos seus monômeros de açúcar respectivos.
A presente invenção supera as limitações da técnica anterior. O processo de troca iônica é adequado para correntes de hidrolisado ácidas, ao contrário de processos de exclusão de íon. Além disso, o processo de troca aniônica da invenção tipicamente não requer quantidades grandes de água de diluição de operações de exclusão de íon, porém especialmente os sais minerais e orgânicos ou seus ácidos podem ser obtidos em sua forma concentrada. O processo da invenção não depende do uso de evaporação para remover o ácido orgânico, e portanto pode evitar este custo. Além dis- so, o processo da invenção pode produzir sal mineral e sal orgânico, ou os seus ácidos respectivos, em correntes separadas em concentrações mais altas do que presentes na corrente de alimentação original. A natureza sepa- rada e concentrada do sal mineral e orgânico ou correntes de ácido facilita a recuperação e também o processo destes compostos.
A invenção, portanto, representa uma etapa significante avança- da no processo de cargas de alimentação lignocelulósicas para a produção de etanol ou outros produtos. Breve Descrição dos Desenhos
Estes e outros aspectos da invenção ficarão mais evidentes a partir da seguinte descrição na qual referência é feita aos desenhos anexos em que:
Figura 1 mostra os perfis de eluição de ácido sulfúrico, ácido acético e xilose a partir de uma coluna de troca aniônica de base fraca. A coluna foi alimentada com uma corrente de açúcar aquosa obtida a partir do pré-tratamento de palha de trigo.
Figura 2 mostra o perfil de regeneração da coluna de troca aniô- nica de base fraca subsequente à alimentação de 8,7 volumes de leito de uma corrente de açúcar aquosa obtidos a partir do pré-tratamento de palha de trigo. Amônia aquosa (5% em p/v) foi utilizada como o regenerante.
Figura 3 mostra os perfis de eluição de xilose e ácido acético a partir de uma coluna de troca aniônica de base fraca. A coluna foi alimenta- da com uma corrente que compreende xilose e ácido acético obtidos a partir do processamento da corrente de açúcar aquosa a partir do pré-tratamento de palha de trigo através de uma primeira coluna de troca aniônica de base fraca.
Figura 4 mostra o perfil de regeneração de uma coluna de troca aniônica de base fraca subsequente à alimentação de 12 volumes de leito de um alimento de açúcar aquoso obtidos a partir do pré-tratamento de palha de trigo que foi processada através de uma primeira coluna de troca aniônica de base fraca. Amônia aquosa (5% em p/v) foi utilizada como o regenerante.
Figura 5 mostra a condutividade, pH e perfis de eluição de ácido acético a partir de uma primeira coluna de troca aniônica de base fraca.
Figura 6 mostra o perfil de regeneração para a primeira e a se- gunda colunas de troca aniônica de base fraca subsequente à alimentação de 7,32 volumes de leito de alimento diretamente através de um sistema de troca aniônica de duas unidades. Os ácidos acético e sulfúrico ligados são recuperados como os sais orgânicos que utilizam amônia aquosa como um regenerante.
Figura 7 mostra o perfil de regeneração de uma coluna de troca aniônica de base fraca subsequente à alimentação de uma corrente aquosa que compreende ácido acético até ponto de ruptura de 1%. Ácido sulfúrico (11,5% em peso) foi utilizado como o regenerante.
Figuras 8A e 8B mostra a separação de ácido sulfúrico, ácido acético e xilose em uma única unidade de troca aniônica. Figura 8A mostra o perfil de eluição de xilose a partir de um leito de resina de troca aniônica de base fraca subsequente à alimentação de uma corrente aquosa que com- preende xilose, ácido sulfúrico e ácido acético. A corrente aquosa foi alimen- tada justamente antes da ruptura de 1% de ácido acético. Figura 8B mostra os perfis de regeneração de acetato, sulfato e amônio depois de dois está- gios de regeneração, em que cada um dos estágios de regeneração envol- veu a adição de amônia aquosa.
Figura 9 mostra o perfil de eluição para ácido acético e xilose a partir de uma coluna de troca aniônica de base forte.
Figura 10 mostra o perfil de regeneração de uma coluna de troca aniônica de base forte subsequente à alimentação de uma corrente aquosa que compreende ácido acético e xilose à ruptura de 1% de ácido acético.
Depois da alimentação da corrente aquoso, a coluna foi lavada primeiro com dois volumes de leito fracionais de água em seguida tratada com uma solu- ção de hidróxido de sódio a 8,3% em peso. Descrição Detalhada da Invenção
A presente invenção fornece um processo para obter um ou mais de um sal orgânico ou ácido orgânico a partir de uma corrente de açú- car aquosa. Mais particularmente, a invenção se refere a um processo para obter um ou mais de um sal orgânico ou ácido orgânico a partir de uma cor- rente de açúcar aquosa que compreende um ou mais de um ácido mineral e um monômero de açúcar, por exemplo, selecionado a partir de xilose, glico- se, arabinose, galactose, manose ou uma combinação destes.
A descrição seguinte é de uma modalidade preferida.
O processo da invenção envolve o uso de resinas de troca aniô- nica para obter a separação do ácido mineral e ácido orgânico a partir da corrente de açúcar aquosa. Isto compreende a troca de ânion na corrente aquosa com ânions na resina (troca aniônica de base forte) ou adsorção de ácido sobre a resina (troca aniônica de base fraca), seguido por uma etapa de regeneração subsequente para deslocar as espécies ligadas. Açúcares têm baixa afinidade para a resina e eluem da resina primária enquanto o á- cido mineral e ácido orgânico ou seus ânions são retidos. O processo da invenção é distinguido a partir de técnicas de separação cromatográfica de exclusão de íon que contam com um mecanismo diferente de separação. Exclusão de íon utiliza resinas de troca iônica em uma forma tal que os compostos iônicos alvos são excluídos a partir da resina devido à repulsão de carga. Os compostos excluídos eluem a partir da coluna rapidamente, enquanto os compostos não carregados absorvem na resina e eluem a partir da coluna mais lentamente.
A corrente aquosa pode originar-se do processo de uma carga de alimentação lignocelulósica. Cargas de alimentação lignocelulósicas re- presentativas são (1) resíduos agrícolas tais como stover do milho, palha de trigo, palha de cevada, palha de aveia, palha de arroz, palha de óleo de col- za, e stover da soja; (2) gramas tal como switch grass, miscanthus, grama de corda, e capim amarelo; e (3) resíduos de silvicultura tais como madeira de álamo tremedor e serragem. Estas cargas de alimentação contêm con- centrações altas de celulose e hemicelulose que são a fonte do açúcar, in- cluindo monômeros de açúcar, por exemplo, glicose e xilose, na corrente aquosa. Porém, a prática da invenção não está limitada pela carga de ali- mentação utilizada.
A corrente de açúcar aquosa utilizada na prática da invenção compreende ácido(s) mineral(ais), ácido(s) orgânico(s), e açúcar(es). Prefe- rivelmente, a corrente de açúcar aquosa é produzida submetendo-s a carga de alimentação à hidrólise ácida ou pré-tratamento, com o ácido utilizado sendo um ácido mineral. A processos de pré-tratamento ou hidrólise ácida podem ser qualquer que sejam familiarizados àqueles de experiência na técnica. Em uma modalidade da invenção, o pré-tratamento é administrado em pH 0,4 a 5,0 ou qualquer entre estes para hidrolisar hemicelulose pre- sente na carga de alimentação. Por exemplo, o pré-tratamento pode ser conduzido em um pH de 0,4, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5 ou 5,0 ou qualquer pH entre estes. Porém, a prática da invenção não está limitada ao uso de hidrólise ácida ou pré-tratamento, ou um processo específico para produzir a corrente de açúcar aquosa.
O açúcar pode incluir um monômero de açúcar, por exemplo, um monômero de açúcar selecionado a partir de xilose, glicose, arabinose, ga- lactose, manose ou uma combinação destes.
O ácido mineral surge preferivelmente a partir de uma hidrólise ácida ou processo de pré-tratamento, e é levado na corrente de açúcar a- quosa. Independente de sua fonte, o ácido mineral pode ser selecionado de, porém não está limitado a, ácido sulfúrico, ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ou ácido fosfórico. Preferivelmente, o ácido mineral é ácido sulfúrico. Embo- ra a corrente de açúcar para uso na invenção possa compreender ácido cio- rídrico, este ácido sofre a desvantagem que introduz íons de cloreto na solu- ção. Desse modo, para certas aplicações, pode ser preferido que a corrente de açúcar aquosa não compreenda ácido clorídrico, especialmente em ca- sos onde a metalurgia do sistema deve ser protegida do efeito corrosivo des- te ácido.
Os ácidos orgânicos podem incluir ácido acético, ácido galactu- rônico, ácido fórmico, ácido láctico, ácido glicurônico ou uma combinação destes. O grupo de ácidos orgânicos inclui preferivelmente ácido acético. Ácido acético pode ser gerado por hidrólise ácida ou pré-tratamento da car- ga de alimentação lignocelulósica. Muitas cargas de alimentação Iignocelu- lósicas contêm hemicelulose com grupos acetila ligados a xilano. Os proces- sos de pré-tratamento ou hidrólise ácida liberam o ácido acético a partir dos grupos acetila. Porém, a prática da invenção não está limitada ao uso de correntes de hidrolisado de açúcar que compreendem ácido acético formado pela hidrólise de grupos acetila.
A corrente de açúcar aquosa pode ser submetida à troca catiôni- ca antes de ser alimentada em um sistema de separação de troca aniônica. Troca catiônica pode ser empregada para remover potássio, cálcio, magné- sio, sódio, e outros cátions que estão presentes na corrente de açúcar. Re- moção dos cátions reduz a probabilidade de precipitação de compostos de baixa solubilidade, por exemplo, hidróxido de cálcio e sulfato de cálcio. Re- moção destes cátions pode da mesma forma beneficiar a troca aniônica subsequente.
A corrente de açúcar aquosa está preferivelmente substancial- mente livre de sólidos suspensos ou não dissolvidos. Isto pode ser obtido por filtração, centrifugação, ou outros processos para remover sólidos de fibra ou sólidos suspensos a partir de correntes aquosas que são familiariza- das àqueles versados na técnica. Opcionalmente, a corrente de açúcar a- quosa é concentrada, por exemplo, por evaporação ou com membranas, ou similares. É da mesma forma considerado que uma porção do ácido mineral é removida a partir da corrente de açúcar aquosa antes de alimentá-la ao sistema de separação de troca aniônica, por exemplo, por separação croma- tográfica ou outros meios.
O ácido mineral pode estar presente na corrente de açúcar a- quosa em uma concentração de cerca de 0,5 g/L a cerca de 100 g/L, ou qualquer faixa de concentração entre estas. Uma concentração de ácido mi- neral mais preferida é cerca de 1 g/L a cerca de 50 g/L, ou qualquer faixa de concentração entre estas.
A concentração de ácidos orgânicos na corrente de açúcar a- quosa pode ser cerca de 1 g/L a cerca de 60 g/L, ou qualquer faixa de con- centração entre estas. Em uma modalidade preferida, a concentração de ácidos orgânicos é cerca de 2 g/L a cerca de 50 g/L, ou qualquer faixa de concentração entre estas. Preferivelmente, a corrente de açúcar aquosa compreende ácido acético e ácido sulfúrico. A concentração de ácido acético pode ser menor que ou maior que o ácido sulfúrico. A relação da concentra- ção de ácido acético para a de ácido sulfúrico pode ser menor que cerca de 4,0:1,0.
A concentração combinada de açúcares na corrente de açúcar aquosa pode ser cerca de 10 g/L a cerca de 250 g/L, ou qualquer faixa de concentração entre estas. Em uma modalidade mais preferida, a concentra- ção combinada de açúcares é 25 g/L a 100 g/L, ou qualquer faixa de con- centração entre estas. Com respeito à glicose e xilose na corrente de açúcar aquosa, a relação em peso de glicose para xilose pode variar de 0:100 a 100:0, ou qualquer relação entre estas; por exemplo, a relação em peso de glicose para xilose pode ser de 0:100, 5:95, 10:90, 20:80, 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, 80:20, 90: 10 ou 100:0 ou qualquer relação entre estas. A concentração de solutos total na corrente de açúcar aquosa
pode ser tão baixa quanto cerca de 20 g/L e tão alta quanto cerca de 600 g/L, ou qualquer faixa de concentração entre estas. Por exemplo, a concen- tração de solutos total pode ser cerca de 30 g/L a cerca de 400 g/L, ou qual- quer faixa entre estas. Preferivelmente, a concentração de solutos total é de cerca de 40 g/L a cerca de 300 g/L, ou qualquer faixa entre estas.
A corrente aquosa está em um pH ácido para processo eficaz por troca aniônica. Em um exemplo não limitante, a corrente aquosa está em um pH de 0,4 a cerca de 5,0, ou qualquer faixa de pH entre estes, visto que alimentado ao sistema de separação de troca aniônica. Nesta faixa de pH, o pH é aproximadamente igual a, ou abaixo que, o pKa dos ácidos orgânicos presentes. Por exemplo, o pKa de ácido acético é de 4,75. Em uma modali- dade mais preferida, a corrente aquosa está em um pH de 0,4 a cerca de 4,0, ou qualquer faixa de pH entre estes. Em uma modalidade mais preferi- da, a corrente aquosa está em um pH de 0,4 a cerca de 3,0, ou qualquer faixa de pH entre estes. Por exemplo, o pH pode ser 0,4, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5 ou 5,0, ou qualquer faixa de pH entre estes. A corrente aquosa está preferivelmente em uma temperatura de
cerca de 20°C a cerca de 90°C, ou qualquer temperatura entre estas. Mais preferivelmente, a temperatura é de cerca de 45°C a cerca de 75°C, ou cer- ca de 55°C a cerca de 70°C, ou qualquer temperatura entre estas. Por e- xemplo, a temperatura pode ser 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85 ou 90°C, ou qualquer temperatura entre estas.
A corrente de açúcar aquosa pode compreender compostos dife- rentes de os ácidos minerais, ácidos orgânicos e açúcares. Por exemplo, a corrente de açúcar aquosa pode compreender outros compostos inorgâni- cos, incluindo, porém não limitados a, sulfato de potássio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio, ou sulfato de sódio. A corrente de açúcar aquosa pode da mesma forma conter outros compostos orgânicos, incluindo porém pode não limitados a, furfural, hidroximetil furfural, Iignina dissolvida, e similares. A concentração destes compostos pode ser de cerca de 0% a cerca de 75% dos solutos totais presentes na corrente aquosa, ou de cerca de 0% a cerca de 50% dos solutos totais presentes na corrente de açúcar aquosa.
A resina de troca aniônica pode ser uma resina de troca aniônica de base fraca. Por uma resina de troca aniônica de base fraca, é significado uma resina com uma estrutura polimérica que compreende um grupo funcio- nal de base fraca. Uma grupo funcional de base fraca comum encontrado em resinas de troca aniônica de base fraca é uma amina terciária. Aminas tais como trialquil aminas e piridina são geralmente encontradas em resinas de troca aniônica de base fraca, embora deveria ser evidenciado que outros grupos funcionais podem ser utilizados.
Alternativamente, a resina de troca aniônica é uma resinas» de troca aniônica de base forte. Por uma resina de troca aniônica de base f~«zi>rte, é significado uma resina com uma estrutura polimérica que compreenda- um grupo funcional de base forte. Um grupo funcional de base forte comurr» en- contrado em resinas de troca aniônica de base forte é uma amina quate w~riá- ria, embora deveria ser evidenciado que outros grupos funcionais poderr» ser utilizados. A resina de troca aniônica de base forte pode ser uma resins» de troca aniônica de base forte Tipo I ou Tipo Il (Dianion Manual of Ion Exch-· sn- ge Resins and Synthetic Adsorbent, Mitsubishi Chemical Corporation, 2a csdi- ção, 1995). Resinas de troca aniônica de base forte compreendem um gr·—jpo funcional de base mais forte que as resinas Tipo II. Tipicamente, uma re^s- í na Tipo Il compreende um grupo funcional de amônio quartenário onde um cios quatro substituintes de nitrogênio compreende um grupo aminoetanol. * **o- rém, qualquer grupo funcional que torna o grupo funcional de amônio q «—*a- ternário menos básico pode estar presente em resinas de troca aniônica «de base forte Tipo II.
Uma estrutura polimérica comum para uma resina de base fo w~te ou fraca é formada utilizando poliestireno reticulado de divinil benzenc* é formada; porém, qualquer polímero adequado ou agente de reticulação «ζξξco- nhecidos por aqueles versados na técnica pode ser utilizado. Por exemp» β o, resinas de troca aniônica podem da mesma forma ser formadas utilizar» «zzi o um suporte polimérico acrílico. Um esqueleto polimérico pode da mesi forma ser formado utilizando vários níveis de agente de reticulação para cc» trolar a porosidade da estrutura polimérica.
As resinas de troca aniônica de base forte ou base fraca pod^ ser macroporosas, isto é, contendo poros discretos, microporosos (resine em gel) ou podem conter elementos de ambas estas estruturas. Resinas troca aniônica de base fraca ou forte podem ser preparadas para conter urr-» faixa estreita de tamanho e forma de partícula ou uma ampla faixa de tam^= nhos e forma de partícula. A capacidade operacional total da resina de trocz=^ aniônica pode variar dependendo do processo utilizado para a resina. Aléi disso, resinas de troca aniônica podem variar dependendo da natureza da estrutura polimérica, fornecedor, lotes, métodos de síntese, parâmetros de processo, ou grupo funcional. Isto resulta em resinas que diferem-se em cer- tos parâmetros tal como queda de pressão, dilatação e encolhimento, capa- cidade de sustentação de umidade, diâmetro, porosidade, estabilidade tér- mica, estabilidade física, e similares. Porém, deve ser entendido que a in- venção não está limitada pelas propriedades físicas e químicas específicas da resina empregada.
Embora o uso de resinas de base fraca e forte incluam-se dentro do escopo da invenção, resinas de base fraca são mais preferidas que as resinas de base forte por várias razões. Uma resina de base fraca consome tipicamente quantidades mais baixas de álcali quando a regeneração é reali- zada comparada às resinas de base forte. Além disso, resinas de base fraca podem ser regeneradas utilizando uma base fraca, tal como hidróxido de amônio que pode ser vantajoso para recuperar os ácidos minerais e orgâni- cos a partir dos sais regenerados. Além disso, uma resina de base fraca não aumenta o pH das correntes de açúcar no leito de resina em valores alta- mente alcalinos. Tais condições altamente alcalinas podem causar a degra- dação de açúcares (por exemplo, xilose) e a ionização de açúcares que po- dem ligar-se às resinas de troca aniônica de base forte que reduzem os ren- dimentos.
Em uma modalidade da invenção, o processo compreende duas unidades de troca aniônica para obter a separação do ácido mineral e ácido orgânico a partir da corrente de açúcar aquosa. De acordo com esta modali- dade, a corrente de açúcar aquosa é alimentada à primeira unidade de troca aniônica compreendendo um leito de resina que liga o ácido mineral ou seu ânion. Uma corrente de efluente de baixa afinidade é obtida a partir da pri- meira unidade que compreende o(s) ácido(s) orgânico(s) e o(s) açúcar(es) que, por sua vez, é alimentada à segunda unidade de troca aniônica. A resi- na da primeira unidade de troca aniônica é em seguida regenerada por um regenerante aquoso que pode ser água para obter uma corrente de saída que compreende o ácido mineral, o sal mineral, ou uma combinação destes. A resina é regenerada preferivelmente por um álcali, incluindo, porém não limitada a, hidróxido de amônio, hidróxido de potássio, ou hidróxido de sódio para produzir um sal mineral. O sal mineral pode ser recuperado ou pode ser processado e recuperado como o ácido mineral.
A segunda unidade de troca aniônica utiliza uma resina de troca
aniônica para ligar o ácido orgânico ou um ânion do ácido orgânico. Preferi- velmente, mais que cerca de 70% do ácido orgânico na corrente de açúcar aquosa procedem para a segunda unidade. A corrente obtida a partir da se- gunda unidade de troca aniônica é em seguida uma corrente compreenden- do, porém não limitada a, um monômero de açúcar, por exemplo, xilose, gli- cose, ou uma combinação destes, que está essencialmente livre de ácido orgânico e ácido mineral. A resina é subseqüentemente regenerada com um regenerante aquoso que pode ser água para obter uma corrente de produto que compreende o ácido orgânico, o sal orgânico, ou uma combinação des- tes. Em uma modalidade, a resina é regenerada por um álcali, incluindo, po- rém não limitado a, hidróxido de amônio, hidróxido de potássio, ou hidróxido de sódio para produzir um sal orgânico. O sal orgânico pode em seguida ser recuperado ou ser processado e recuperado como o ácido orgânico.
A(s) resina(s) de troca aniônica é(são) tipicamente empacota- da(s) em colunas verticais, leitos horizontais, ou uma combinação destes, a primeira e/ou a segunda unidades de troca aniônica podem compreender lei- tos múltiplos que são organizados dentro paralelo, em série, ou podem incluir uma combinação de leitos organizada em série e em paralelo. Porém, a práti- ca da invenção não está limitada pela disposição de leitos. Visto que seria evidente para aquele versado na técnica, em qualquer caso, o volume do leito de resina é tipicamente escolhido com base na taxa de fluxo e na concentra- ção de ácidos ou ânions na corrente aquosa. A classificação do tamanho de leitos de resina pode ser realizada combinando-se os dados a partir de labo- ratório, ou outras experiências, na corrente de açúcar aquosa com princípios de projeto que são familiarizados àqueles versados na técnica.
O ácido mineral, ou seu ânion, liga-se à resina desde que tenha a afinidade mais alta pela resina dos compostos principais presentes. Sem desejar estar ligado por teoria, se uma resina de troca aniônica de base forte é utilizada, o ânion do ácido mineral ligará à resina e se uma resina de troca aniônica de base fraca é utilizada, o ácido mineral ligará à resina. Os açúca- res e a maioria dos outros compostos inorgânicos e orgânicos têm afinidade limitada pela resina e passam pelo leito de resina. Os ácidos orgânicos têm um nível intermediário de afinidade para a resina e ligam-se inicialmente à resina, porém são deslocados pelo ácido mineral e dessorvem. A corrente de efluente do leito de resina da primeira unidade de troca aniônica compre- endendo o açúcar e ácidos orgânicos pode ser alimentada diretamente à segunda unidade de troca aniônica, ou pode ser coletada e agrupada, e subseqüentemente alimentada à segunda unidade de troca aniônica.
Preferivelmente, o alimento aquoso continua até que os ácidos minerais sejam detectados na corrente de efluente. Este é o ponto no qual, se o alimento foi continuado, uma concentração significante de ácido mineral encerraria o leito de resina. A quantidade de alimento que pode ser adicio- nado antes do vazamento de ácido mineral pode ser determinada por expe- riências de sobrecarga de leito familiares àqueles versados na técnica e mostrada nos Exemplos 1 e 2. Em um exemplo não limitante, a corrente de açúcar aquosa é alimentada em uma ou mais de um leito de resina na pri- meira unidade de troca aniônica até que os ácidos minerais sejam detecta- dos primeiro no efluente. A detecção pode ser realizada por uma medida direta da quantidade de ácido mineral no efluente ou outros indicadores co- nhecidos por aqueles versados na técnica, por exemplo, condutividade, pH ou outros meios. Logo que os ácidos minerais são detectados, o alimento é interrompido. Porém, deveria ser evidenciado que se os leitos são organiza- das em série, os ácidos vazados seriam, na prática, detectados a partir do leito final nas séries. O líquido mantido no leito é opcionalmente removido enxaguando-se, drenando-se ou soprando-se. 0(s) leito(s) de resina é(são) em seguida regenerado(s) com um regenerante adequado, incluindo, porém não limitado(s) a, um regenerante aquoso, incluindo, porém não limitado a um álcali, por exemplo, hidróxido de amônio, hidróxido de sódio, ou hidróxido de potássio. A alimentação do regenerante com álcali produz sais dos ácidos minerais e qualquer dos ácidos orgânicos restantes. Por exemplo, se o ácici sulfúrico está presente na corrente aquosa, um sal de sulfato de amôni sódio, ou potássio é produzido depois da adição de hidróxido de amôni hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio, respectivamente. Se um sal d sulfato é produzido, pode ser coletado e pode ser recuperado, por exempl para uso como fertilizante. Alternativamente, o sal de sulfato pode ser pro cessado, por exemplo, por troca catiônica, para produzir o ácido sulfúrico.
A presente invenção não está limitada pela quantidade ou núme- ro de regenerantes aplicados à primeira unidade de troca aniônica. Será en- tendido por aqueles de experiência na técnica que a resina pode ser regene-
rada com um ou mais regenerantes introduzidos em uma ou mais etapas=- separadas e que pode ser vantajoso utilizar a quantidade mínima de regene— rante necessária para deslocar uma quantidade desejada de ânion ou ácido ligado. Consequentemente, é preferido utilizar soluções aquosas que com— preendem ácidos ou álcali como os regenerantes desde que eles produzam correntes mais concentradas que resultam da regeneração.
A concentração do regenerante é de cerca de 2 g/L a cerca de 250 g/L, ou qualquer faixa de concentração entre estas. No caso de ácido sulfúrico ligado, quando o regenerante for álcali, uma concentração de rege- nerante alta produz sais de sulfato concentrados. Desse modo, a escolha de condições operacionais pode ser selecionada para evitar a precipitação de sais de sulfato. Mais preferivelmente, a concentração de regenerante é de cerca de 10 g/L a cerca de 150 g/L, ou qualquer faixa de concentração entre estas.
Preferivelmente, o regenerante é alimentado até que o ácido mi-
neral seja completamente dessorvido do leito de resina. O regenerante pode ser alimentado até mais que cerca de 80%, ou, preferivelmente, mais que cer- ca de 90% do ácido mineral são dessorvidos a partir do leito de resina.
O regenerante pode ser alimentado à(s) coluna(s) na mesma direção como o alimento aquoso, conhecido como uma regeneração de co- corrente. Alternativamente, o regenerante pode ser alimentado contra- corrente, isto é, na direção oposta ao alimento aquoso. Seguindo a regene- ração, a(s) coluna(s) é(são) enxaguada(s) opcionalmente com água ou ou- tras correntes aquosas antes de retomar o alimento da corrente aquoso.
A corrente com a afinidade mais baixa para a resina, ou corrente de efluente, compreendendo açúcar e os ácidos orgânicos é alimentada à segunda unidade de troca aniônica. Esta corrente pode opcionalmente ser concentrada por outros meios antes de alimentar à segunda unidade. Se a evaporação é empregada, em seguida deve ser realizada de forma que uma porção significativa dos ácidos orgânicos seja conduzida adiante. Por exem- plo, é preferido que pelo menos cerca de 70% dos ácidos orgânicos, e mais preferivelmente mais que 70% do ácido acético, presentes na corrente a- quosa alimentada ao primeiro estágio estejam presentes no alimento de se- gundo estágio. Preferivelmente, pelo menos cerca de 90% dos ácidos orgâ- nicos são alimentados à segunda unidade. Mais preferivelmente, pelo menos cerca de 95% dos ácidos orgânicos são alimentados à segunda unidade. Embora a evaporação do efluente a partir da primeira unidade
da troca aniônica se inclua no escopo da invenção, é preferido que uma tal etapa de evaporação não seja realizada.
Preferivelmente, pelo menos cerca de 90% dos açúcares no ali- mento para a primeira unidade passam para a segunda unidade. Mais prefe- rivelmente pelo menos cerca de 95%, ou ainda mais preferivelmente cerca de 98%, do açúcar passa para a segunda unidade.
Como a primeira unidade de troca aniônica, a segunda unidade de troca aniônica compreende um leito de resina com uma resina de troca aniônica. A primeira e a segunda unidades de troca aniônica podem empregar uma resina de troca aniônica de base fraca ou uma de base forte. Por exem- plo, ambas as unidades de troca aniônica podem compreender resinas de troca aniônica fortes ou resinas de troca aniônica de base fraca ou qualquer uma das duas unidades podem empregar uma resina de troca aniônica de base forte com a outra utilizando uma resina de troca aniônica de base fraca. Quando a corrente de efluente da primeira unidade é alimentada
para a segunda unidade de troca aniônica, os ácidos orgânicos ligam-se à resina enquanto os açúcares e outros orgânicos que têm uma baixa afinida- de para a resina passam pelo leito de resina. Sem desejar estar ligado por teoria, se uma resina de troca aniônica de base forte é utilizada, o ânion do ácido orgânico liga-se à resina e se uma resina de troca aniônica de base fraca é utilizada, o ácido orgânico liga-se à resina. A corrente de açúcar a partir da segunda unidade de troca aniônica pode ser alimentada para fer- mentação ou outro processo. Esta corrente pode ser concentrada opcional- mente por filtração de membrana ou outros métodos conhecidos por aqueles versados na técnica antes da fermentação ou para outro processo.
Preferivelmente, a corrente de efluente da primeira unidade de troca aniônica é alimentada à segunda unidade de troca aniônica até que os ácidos orgânicos sejam detectados na corrente de efluente a partir da se- gunda unidade. A detecção pode ser realizada por uma medida direta da quantidade de ácido orgânico no efluente ou por outros indicadores conheci- dos por aqueles versados na técnica, por exemplo, condutividade, pH ou outros meios. A quantidade de alimento que pode ser adicionada antes do vazamento de ácido orgânico é determinada por experiências de sobrecarga de leito familiares àqueles versados na técnica e mostrada nos Exemplos 1 e 2. Preferivelmente, logo que os ácidos orgânicos são detectados, a alimen- tação é interrompida. Entretanto, deve ser evidenciado que se os leitos são organizados em série, os ácidos vazados seriam, na prática, detectados a partir do leito final nas séries. Se os leitos são organizados em paralelo, os ácidos vazados são tipicamente detectados no efluente de cada coluna. O líquido mantido no leito é opcionalmente removido enxaguando-se, dre- nando-se ou soprando-se. O leito de resina é em seguida regenerado com um ou mais re-
generantes adequados, os quais podem ser qualquer regenerante aquoso, que pode ser água para obter uma corrente que compreende o ácido orgâni- co, o sal orgânico, ou uma combinação destes. Se o regenerante for álcali, é preferivelmente hidróxido de amônio, hidróxido de sódio, ou hidróxido de potássio. No caso de ácido acético, se hidróxido de amônio, hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio forem utilizados como regenerantes, seus sais de acetato respectivos são produzidos, isto é, acetato de amônio, aceta- to de sódio, ou acetato de potássio. O sal de acetato é em seguida recupe- rado. A concentração de regenerante pode ser cerca de 2 g/L a cerca de 250 g/L, ou qualquer faixa de concentração entre estas. Mais preferivelmente, a concentração de regenerante é cerca de 10 g/L a cerca de 150 g/L, ou qual- quer faixa de concentração entre estas.
Similar à primeira unidade de troca aniônica, a segunda unidade de troca aniônica pode ser regenerada utilizando mais de um regenerante em etapas separadas. Embora qualquer regenerante possa ser utilizado, pode ser vantajoso utilizar uma solução aquosa que compreende ácido ou álcali para minimizar a quantidade de regenerante necessária para deslocar uma quantidade desejada de ânion ou ácido ligado.
Em um exemplo não limitando, o regenerante é alimentado até que o ácido orgânico seja completamente ou substancialmente dessorvido a partir do leito de resina. O regenerante pode ser alimentado até que mais que cerca de 80% do ácido orgânico sejam dessorvidos do leito de resina, ou, preferivelmente, mais que cerca de 90% do ácido orgânico sejam des- sorvidos do leito de resina.
Se um sal de acetato é produzido durante a regeneração, este sal pode ser recuperado ou também processado. O sal pode da mesma forma ser recuperado como ácido acético. O ácido acético pode ser recuperado a partir do sal de acetato destilando-se o sal de acetato, preferivelmente depois do ajuste do pH para abaixo de cerca de 4,0 com um ácido não volátil tal como ácido sulfúrico. Em uma modalidade, o pH é ajustado para abaixo de cerca de 3,5, 3,0, 2,5, 2,0 ou 1,5 com um ácido não volátil. Alternativamente, o ácido acético pode ser recuperado a partir da solução de sal de acetato por extra- ção de líquido-líquido ou extraindo-se o ácido acético com ar ou vapor.
O processo da invenção pode ser realizado utilizando-se um Sis- tema de Leito Móvel Simulado (SMB). Pelo termo "sistema de SMB", é signi- ficado qualquer técnica cromatográfica contínua que simula um fluxo de uma fase móvel líquida que move-se contra-corrente para um fluxo de uma fase estacionária sólida, isto é, o sistema SMB simula o movimento do leito de resina em uma direção oposta àquela da corrente líquida. Tipicamente, um sistema SMB compreende um conjunto de leitos fixos conectados em um circuito fechado com duas ou mais entradas e duas ou mais correntes de saída. O movimento simulado pode ser realizado trocando-se periodicamen- te quatro ou mais locais de fluxo por alguma fração do leito total. Uma des- crição da operação de um sistema SMB é fornecida em WO 2006/007691 (Foody e Tolan), em que o leitor é direcionado para referência e que está aqui incorporado por referência. Sistemas SMB melhorados ("ISMB") (dispo- níveis por exemplo de Eurodia Industrie S.A., Wissous, France; Applexion S.A., Epone, França; ou Amalgamated Research Inc., Twin Falls, Idaho) po- de da mesma forma ser utilizados na prática da invenção.
Embora o uso de um sistema de separação de troca aniônica de duas unidades tenha sido descrito, o processo da invenção pode alternati- vamente compreender a realização da separação em uma única unidade de troca aniônica. Similar à utilização de um sistema de duas unidades, esta modalidade conta com a afinidade diferencial do(s) açúcar(es), do(s) áci- do(s) orgânico(s) e do(s) ácido(s) mineral(ais) para a resina de troca aniôni- ca. O alimento aquoso é passado através do leito de resina e dos açúcares e a maioria dos outros compostos inorgânicos e orgânicos passam pelo leito de resina. V isto que os ácidos orgânicos ou os ânions dos ácidos orgânicos têm um nível intermediário de afinidade para a resina, eles ligam-se à resina inicialmente. O ácido mineral ou o ânion do ácido mineral que tem a afinida- de mais alta pela resina dos compostos principais presentes, ligam-se à re- sina, deslocando os ácidos orgânicos que subseqüentemente ligam-se a outra região do leito de resina. Preferivelmente, o alimento é passado atra- vés da única unidade de troca aniônica até que os ácidos orgânicos são de- tectados primeiro na corrente de produto. Este é o ponto no qual, se a ali- mentação fosse continuada, uma concentração significante de ácido orgâni- co encerraria o leito de resina. A quantidade de alimento que pode ser adi- cionado antes do vazamento de ácido orgânico pode ser determinada por experiências de sobrecarga de leito familiares àqueles versados na técnica e como mencionado nos exemplos. O líquido mantido no leito é opcionalmente removido enxaguando-se, drenando-se ou soprando-se. Depois que o leito de resina é carregado tanto com o ácido or- gânico quanto com o ácido mineral (ou ânions destes ácidos), ele é regene- rado. Similar ao processo que emprega unidades de troca de dois ânions, ao usar uma única unidade de troca aniônica, a regeneração é conduzida para produzir duas correntes de saída separadas, uma compreendendo o ácido orgânico ou sais destes, e uma compreendendo o ácido mineral, ou sais des- tes. Porém, nesta modalidade, ambas surgem a partir da mesma unidade de troca aniônica em vez de unidades separadas como previamente descrito.
A corrente de produto que compreende o ácido orgânico ou seus sais podem ser obtidos regenerando-se o(s) leito(s) de resina com um rege- nerante aquoso, que pode ser água. O regenerante aquoso preferencialmen- te dessorve os ácidos orgânicos ou ânions dos ácidos orgânicos. O líquido mantido no leito é em seguida removido opcionalmente enxaguando-se, dre- nando-se ou soprando-se. O(s) leito(s) de resina da unidade de troca aniôni- ca que compreende o ânion ou ácido mineral ligado do ácido mineral é(são) subseqüentemente regenerado(s) com regenerante aquoso adicional, que pode ser água, para obter uma corrente de saída que compreende o ácido mineral ou o sal mineral.
O equipamento de processo e condições preferidas empregados para a separação em uma única unidade de troca aniônica são como descri- tos com relação ao sistema de troca aniônica que utiliza duas unidades se- paradas. Similar ao processo de duas unidades, é preferido que o(s) regene- rante(s) seja(m) selecionado(s) a partir de ácido ou álcali para minimizar a quantidade de regenerante necessária para deslocar uma quantidade dese- jada do ânion ou ácido ligado. Além disso, deve ser evidenciado que um re- generante diferente pode ser utilizado em cada estágio de regeneração. Por exemplo, a resina pode ser regenerada com ácido, seguido pela adição de álcali. Alternativamente, o mesmo regenerante é utilizado para obter tanto a(s) corrente(s) de produto contendo o ácido orgânico, ou um sal deste, quanto a(s) corrente(s) de saída compreendendo o ácido mineral, ou um sal deste. O leito de resina é tipicamente uma coluna vertical, leito horizontal, ou uma combinação destes, preenchido com resina de troca aniônica. Embora o processo envolva a obtenção tanto do produto quanto das correntes de saída a partir de uma única unidade de troca aniônica, o sistema pode também compreender unidades múltiplas organizadas em pa- ralelo, com cada unidade sendo carregada com o ácido orgânico e ácido mineral (ou seus ânions) e cada subseqüentemente regenerada para obter o produto separado e correntes de saída. A invenção pode da mesma forma ser praticada com uma única unidade que compreende mais de um leito de resina em série.
A presente invenção será também ilustrada nos exemplos se-
guintes. Exemplos
Exemplo 1: Separação de ácido sulfúrico a partir de uma corrente de xilose que utiliza a primeira unidade de um sistema de troca aniônica de duas uni- dades.
Uma corrente aquosa compreendendo xilose, ácido sulfúrico e
ácido acético foi preparada a partir de palha de trigo utilizando um pré- tratamento com ácido sulfúrico e vapor como descrito por Foody (Patente U.S. N0 4.461.648 que está aqui incorporada por referência). A palha de trigo pré-tratada foi lavada com água e a corrente de açúcar resultante compre- endeu os componentes mostrados na Tabela 1. O corrente teve um pH de 1,2. A corrente de açúcar da mesma forma compreendeu outros ácidos or- gânicos, hexoses e outros açúcares de pentose. Concentração de ácido acé- tico e sulfúrico foi medida utilizando uma HPLC Dionex ICS-2500 equipada com software Chromeleon® (versão 6.6), uma coluna lonPac®AS11-HC co- Iuna (4 χ 250 mm), uma coluna de guarda AG11-HC (4 χ 50 mm), um detec- tar de condutividade e um sistema ultra-ll de supressão de auto- regeneradora de ânion (ASRS-ultra II). O método utilizou uma fase móvel de 1 mM de NaOH isocrática de 1 a 15 minutos, uma fase móvel de gradiente de 1 a 60 mM de NaOH de 15 a 21 minutos e finalmente uma fase móvel de 60 mM de NaOH isocrática de 25 a 30 minutos. Xilose foi medida utilizando o sistema de HPLC anterior utilizando uma coluna CarboPac® PA1 (4 χ 250 mm) e coluna de guarda (4 χ 50 mm) com detecção amperométrica pulsada. O método utilizou uma fase móvel isocrática de 10 mM de NaOH durante quatorze minutos, uma fase móvel de 250 mM de NaOH, isocrática de 14,1 a
16.7 minutos seguidos por uma fase móvel de 10 mM de NaOH isocrática de
16.8 a 20 minutos.
Tabela 1: Alimento de corrente aquosa para primeira unidade de um sistema de troca aniônica de duas unidades
Componente Concentração (g/L) Ácido sulfúrico 12,5 Ácido acético 4,82 Xilose 33,8
Esta corrente aquosa foi alimentada à primeira unidade de um sistema de troca aniônica. Esta primeira unidade compreendeu uma resina de troca aniônica de base fraca, DOWEX MARATHON WBA, que compre- endeu um grupo funcional de amina terciária e uma matriz macroporosa de estireno-divinilbenzeno. O tamanho de partícula médio desta resina é de 525 mícrons. A resina foi preparada primeiro embebendo-se em metanol a 85% durante 15 minutos e em seguida enxaguando-se com água. Este procedi- mento de umectação não é necessário depois que a resina é utilizada pela primeira vez e não é requerido para todas as resinas de troca aniônica de base fraca. Cem mililitros (100 ml_) de resina preparada foram utilizados em uma coluna de vidro de d = 1,2 cm. A corrente foi alimentada em uma taxa de 5,0 mL/minuto através da coluna e amostras de 23 ml_ foram coletadas na saída de coluna. A coluna de troca aniônica de base fraca de primeiro estágio foi conduzida em temperatura ambiente.
Os perfis de eluição de xilose, ácido acético e ácido sulfúrico a partir da coluna são mostrados na Figura 1. A xilose eluiu do leito quase i- mediatamente depois que o volume nulo encerrou a coluna. O volume nulo líquido (38 mL) está presente na coluna ao começo da experiência e é pres- sionado pelo alimento. O ácido acético ligado à resina até um volume de a- Iimento que corresponde a quase quatro vezes o volume do leito de resina passou pela coluna. Além deste ponto, ácido acético foi detectado no efluen- te em concentrações até 1,4 vez a concentração de alimento. Ácido sulfúrico tem a afinidade mais alta pela resina e não foi detectado no efluente até que 5,9 volumes de cama tivessem sido alimenta- dos. A capacidade de ruptura de 1% (ponto no qual o efluente tem 1% da concentração original de ácido sulfúrico na corrente de alimento) da resina para ácido sulfúrico foi calculada ser de 0,75 equivalente de ácido suIfúrico/L de resina (Equação 1). Alimentação continuou em 8,7 volumes de leito para obter um perfil de eluição suficiente para o ácido sulfúrico. No processo da invenção, em que o efluente é alimentado em uma segunda unidade, a ali- mentação interromperia quando o ácido sulfúrico fosse detectado. O ponto no qual a alimentação é interrompida pode ser maior que ou menor que o ponto de ruptura de 1%. A capacidade teórica para a resina MARATHONA WBA utilizada é de 1,3 equivalente/L de resina.
Equação V. (5,9 volumes de leito) (0,1 L de volume de leito)(12,5 g/L de áci- do sulfúrico)/(98 g/equivalente)(0,1 L de resina) = 0,75 equivalente/Litro. Depois da alimentação de 8,7 volumes de leito da corrente de
alimento, a coluna foi lavada com um volume de leito de água. A resina foi em seguida regenerada com 5 % em p/v de amônia aquosa, que foi alimen- tada em uma taxa de 5 mL/min. A quantidade de base utilizada foi de 1,2 equivalente relativo à quantidade de equivalentes de ácido sulfúrico ligado à coluna. Depois de alimentar a base, água foi utilizada para lavar o sal mine- ral fora da coluna. Figura 2 mostra a quantidade de sulfato obtida em g/L como uma função do volume de leito fracional de líquido combinado alimen- tado à coluna. O sulfato ligado foi substancialmente removido da coluna de- pois que 1,83 volume de leito da solução de amônia aquosa e água de Iava- gem foi alimentado. Tabela 2 indica a concentração e rendimento de sulfato ligado alcançável quando subporções de correntes de saída são agrupadas. Os pools são compostas do volume total coletado entre o volume de leito fracional da corrente de saída indicado, inicial (de fbv) e final (para fbv). As correntes de saída continham sulfato (como sulfato de amônio) em concen- trações mais altas do que presentes (como ácido sulfúrico) nas correntes originais. Tabela 2: Concentração e rendimento de sulfato na corrente de saída
De fbv Para fbv % de Recuperação Concentração (g/L) 1,4 1,5 32 50,2 0,66 1,5 91 26,4 0,66 1,83 97 20,2
Exemplo 2: Separação de ácido acético a partir de xilose na segunda unida- de de um sistema de troca aniônica de duas unidades
Uma corrente aquosa que compreende xilose, ácido sulfúrico e ácido acético foi produzida a partir de palha de trigo utilizando um pré- tratamento com ácido sulfúrico e vapor como descrito por Foody em Patente U.S. N0 4.461.648 e a palha de trigo pré-tratada foi lavada com água para produzir uma corrente de açúcar que foi em seguida alimentado em uma primeira unidade de um sistema de separação de troca aniônica de duas unidades como descrito no Exemplo 1. A corrente de açúcar aquosa resul- tante obtida a partir de um efluente agrupado da primeira unidade compre- endeu os componentes relatados na Tabela 3 abaixo. A corrente de açúcar da mesma forma compreendeu outros ácidos orgânicos, hexoses e outros açúcares de pentose. O pH desta corrente foi de 3,5. Esta corrente de açú- car foi alimentada à segunda unidade do sistema de duas unidades que con- tém a mesma resina como no Exemplo 1. Esta coluna teve um volume de leito de 50 ml_ e um diâmetro de 1,2 centímetro. A segunda coluna de troca aniônica de base fraca foi conduzida em temperatura ambiente. Tabela 3: Alimento para a segunda unidade de um sistema de troca aniônica de duas unidades
Componente Concentração (g/L) Ácido sulfúrico 0,23 Ácido acético* 6,57 Xilose 33,8
* Concentração é relatada como ácido acético e corresponde à concentra- ção total de ácido acético e acetato no alimento.
O perfil de eluição da segunda unidade do sistema de troca aniôni- ca é mostrado na Figura 3. O ácido acético ligado à coluna e a ruptura de 1% para o ácido acético foi alcançada quando cerca de 5,9 volumes de leito da cor- rente de açúcar foram alimentados. O efluente a partir da coluna até 5,9 volume de leito compreendeu xilose e estava substancialmente livre de ácido acético. A capacidade de ruptura de 1% da resina para ácido acético foi calculada para ser 0,65 equivalente de ácido acético por litro de resina (Equação 2). Tipica- mente no processo da invenção, se a corrente de produto a partir da segunda unidade compreendendo açúcares estivesse sendo coletada ou também pro- cessada, a alimentação à coluna interromperia na primeira detecção de ácido acético na corrente de efluente. O ponto ao qual a alimentação é interrompida pode ser maior que ou menor que o ponto de ruptura de 1%. A capacidade teó- rica para a resina Marathon WBA utilizada é 1,3 equivalente/L de resina. Equação 2: (6,57 g/L ácido acético)(5,9 volumes de leito)(0,05 L/volume de leito)/(60 g/equivalente)(0,05 L de volume de leito) = 0,65 equiv./L de resina. A resina foi regenerada com 5% em p/v de amônia aquosa que
foram adicionados em uma taxa de 5 mL/min. A quantidade de base utilizada foi 1,2 equivalente relativo à quantidade de equivalentes de ácido acético ligados à coluna. Depois de alimentar a base, água foi utilizada para lavar o sal da coluna. Figura 4 mostra a quantidade de acetato obtido em g/L como uma função do volume de leito fracional de líquido combinado alimentado à coluna. O acetato foi substancialmente removido da coluna depois que 1,9 volume de leito de solução de hidróxido de amônio e água de lavagem foram alimentados. Tabela 4 indica a concentração e rendimentos de acetato al- cançável quando subporções da corrente de saída são agrupadas. As cor- rentes de regeneração continham acetato (como acetato de amônio) em concentrações mais altas que a concentração combinada de ácido acético e acetato nas correntes originais.
Tabela 4: Concentração e rendimento de acetato na corrente de saída
De fbv Para fbv % de Recuperação Concentração (g/L) 0,7 1,0 46,6 45,9 0,4 1,4 91,7 29,1 0,4 1,7 96,9 23,1 Exemplo 3: Separação de ácido sulfúrico e ácido acético a partir de xilose em um sistema de troca aniônica de duas unidades.
Uma corrente de açúcar aquosa que compreende xilose, ácido sulfúrico e ácido acético foi feita a partir de palha de trigo utilizando um pré- tratamento com ácido sulfúrico e vapor como descrito por Foody (Patente U.S. N0 4.461.648 que está aqui incorporada por referência). A palha de trigo pré-tratada foi lavada com água e a corrente de açúcar resultante compre- endeu os componentes mostrados na Tabela 5. A corrente de açúcar da mesma forma compreendeu outros ácidos orgânicos, hexoses e outros açú- cares de pentose. A corrente teve um pH de 1,2.
Tabela 5: Alimento para um sistema de troca aniônica de duas unidades
Componente Concentração (g/L) Ácido sulfúrico 18,62 Ácido acético 9,81 Xilose 50,25
A corrente foi alimentada à primeira unidade de um sistema de troca aniônica de duas unidades preparadas como descrito no Exemplo 1. O efluente da primeira unidade foi permitido alimentar-se diretamente na se- gunda unidade sem coletar primeiro em frações ou agrupar o efluente a par- tir da primeira unidade. A segunda unidade foi preparada como descrito no Exemplo 2. A corrente foi alimentada em uma taxa de 5,0 mL/minuto através das colunas e amostras de 10-13 ml_ foram coletadas na saída da segunda coluna. Alíquotas pequenas foram removidas a partir do primeiro efluente de coluna para monitorar a condutividade e pH e medir a xilose, ácido acético e sulfúrico. Os resultados do monitoramento do efluente da primeira coluna são mostrados na Figura 5. A condutividade subiu em torno de 1000 quando ácido acético entrou na corrente de efluente em seguida subiu novamente quando ácido sulfúrico começou a entrar na corrente de efluente. O pH diminuiu quando o ácido acético entrou na corrente de efluente e em seguida diminuiu também quando ácido sulfúrico começou a entrar na corren- te de efluente. A alimentação continuou até que o segundo aumento de con- dutividade foi detectado. Isto ocorreu depois que 3,28 volumes de leito de ali- mento passaram pela primeira coluna. Depois do sistema de troca aniônica de duas unidades, a corrente de açúcar ficou substancialmente livre de ácido sulfúrico e acético. As frações coletadas a partir do efluente da segunda colu- na compreenderam xilose, acético e ácido sulfúrico como fornecido na Tabela 6. Onde indicado, (< 0,05) os ácidos não puderam ser detectados acima do limite de detecção utilizando o procedimento de HPLC descrito acima. Tabela 6: Composição de frações a partir da segunda coluna_
Volume de leito fracional (L de alimento/L de leito de resina)
Xilose (g/L)
Acido acético
(m_
Acido sulfúrico
0Zü_
2,17 3,93 5,44
50,54 51,53 51,60
< 0,05 <0,05 0,01
< 0,05
< 0,05
< 0,05
Depois da alimentação de 3,28 volumes de leito da corrente de alimento (com base na primeira coluna), as colunas foram separadas e lava- das com um volume de leito de água. Cada coluna foi em seguida regenera- da com 7% em p/v de amônia aquosa, que foi alimentada em uma taxa de 5 mL/min. Figura 6 mostra que a maioria (> 97%) do ácido acético ligado pode ser recuperado a partir da segunda coluna como acetato de amônio quando 2,6 equivalentes em excesso de amônia aquosa forem utilizados (equivalen- tes em excesso são calculados dividindo-se o número de equivalentes de amônia aquosa utilizada pela capacidade teórica da resina (capacidade = 1,3 equivalentes/L de resina para MARATHON WBA)). A maioria (> 97%) de ácido sulfúrico ligado pode ser recuperada a partir da primeira coluna como sulfato de amônio quando 3,0 equivalentes em excesso de amônia aquosa forem utilizados.
Exemplo 4: Regeneração de ácido acético ligado com regenerantes aquosos Uma corrente aquosa que compreende ácido acético foi prepa- rada diluindo-se ácido acético glacial em água desionizada. A corrente a- quosa compreendeu 11,64 g/L de ácido acético. A corrente aquosa foi ali- mentada a um leito de resina que compreende a resina de troca aniônica de base fraca, Purolite® A103S. Purolite® A103S compreende um grupo funcio- nal de amina terciária e uma matriz de polímero macroporosa de estireno- divinilbenzeno. O tamanho de partícula típico desta resina é de 650-900 mí- crons. Cem mililitros (100 mL) de resina preparada foram utilizados em uma coluna de vidro de d = 1,2 cm. A resina foi preparada primeiro embebendo- se em 85% de metanol durante 15 minutos, enxaguando com água, condi- cionando com três volumes de leito de uma amônia aquosa a 7% em p/v seguido por um enxágue com água. Pré-enxágue com amônia ou uma base mais forte tal como hidróxido de sódio garante que todos os grupos Οποίο- ι 0 nais de amina terciária em uma resina de base fraca estão disponíveis para ligar ácidos e remover a proporção pequena de ânions que podem estar li- gados às resinas de troca aniônica de base fraca em grupos funcionais dife- rentes da funcionalidade de grupo amina terciária principal.
A corrente aquosa que compreende ácido acético foi alimentada em uma taxa de 5,0 mL/minuto até justamente antes da ruptura de 1% de acético (1,21 eq/L de resina). A capacidade de ruptura de 1% desta resina para ácido acético foi previamente medida para ser de cerca de 1,24 eq/L. O líquido mantido no leito de resina foi removido enxaguando-se com água desionizada. Neste exemplo, um volume de leito de água de lavagem foi uti- lizado. Seguindo o enxágue, uma solução de ácido sulfúrico a 11,5 % em peso foi utilizada para dessorver o ácido acético ligado a partir do leito de resina. A corrente de produto que compreende ácido acético foi coletada em frações para análise. Figura 7 mostra a quantidade de ácido acético obtido em g/L como uma função do volume de leito fracional de líquido de regene- ração combinado alimentado à coluna. Tabela 7 indica a concentração e rendimentos de ácido acético ligado alcançáveis quando subporções da cor- rente de saída são agrupadas. O corrente de produto continha ácido acético em concentrações mais altas que na corrente de alimento original. O ácido mineral ligado à resina pode ser deslocado utilizando um regenerante aquo- so adicional tal como, por exemplo, amônia aquosa como esboçado no Exemplo 1 e 3. De fbv Para fbv Volume (ml_) % de Recuperação Concentração (g/L) 0,86 2,11 124,3 79,9 81,9 0,51 2,11 160,1 91,0 93,3 0,0 2,11 210,8 32,7 97,1
Exemplo 5: Separação de ácido sulfúrico e ácido acético em uma única uni- dade de troca aniônica
Uma corrente aquosa que compreende xilose, ácido sulfúrico, e ácido acético foi feita de químicas puras dissolvendo-se as químicas em á- gua desionizada.
Tabela 8: Alimento em uma única unidade de troca aniônica
Componente Concentração (g/L) Ácido sulfúrico 7,56 Acido acético 8,27 Xilose 47,7
A corrente aquosa foi alimentada em um leito de resina que compreende a resina de troca aniônica de base fraca Dowex Marathon WBA. Cem mililitros (100 ml_) de resina preparada foram utilizados em uma coluna de vidro de d = 1,2 cm. A resina foi preparada primeiro por tratamento com 5-10 volumes de leito de amônia aquosa a 7% em p/v seguido por en- xágue com água.
A corrente aquosa foi alimentado em uma taxa de 6-7 mL/minuto até justamente antes da ruptura de 1% de acético (1,03 eq/L de resina). O líquido mantido no leito de resina foi removido enxaguando-se com água desionizada. Neste exemplo, um volume de leito de água de lavagem foi uti- lizado. Seguindo o enxágue, um pulso de 9,1 ml_ separado de amônia aquo- sa a 7% foi adicionado ao topo do leito seguido por uma "pressão de água" que foi seguida por um volume de leito de lavagem de água através da colu- na. Esta quantidade de amônia aquosa foi suficiente para liberar completa- mente ácido acético e insuficiente para liberação completa de ácido sulfúri- co. Um volume de leito adicional de água foi adicionado depois disto para garantir que todo o líquido mantido no leito durante a etapa de regeneração tenha eluído. Finalmente, uma segunda etapa de regeneração foi realizada utilizando um volume de leito completo de amônia aquosa a 7%. Esta quan- tidade em excesso de amônia aquosa foi suficiente para liberação completa de ácido sulfúrico. O efluente de resina durante todas as etapas de alimen- tação, lavagem, e regeneração foi coletado em frações para análise. Estas frações foram analisadas quanto ao teor de sulfato, amônio, acetato e/ou xilose.
O perfil de eluição para xilose é mostrado na Figura 8 A. A xilose
eluída do leito quase imediatamente depois que o volume nulo encerrou a coluna e elui em torno de sua concentração de alimento entre cerca de 2 e 5 volumes de leito fracionais. Logo depois que a alimentação é interrompida, qualquer xilose residual é completamente removida do leito com a primeira lavagem de água.
Os perfis de regeneração para ácido acético e ácido sulfúrico são mostrados na Figura 8B. Logo depois que a primeira alíquota de amônia é alimentada à coluna, acetato e amônio eluem da coluna ao mesmo tempo, começando em cerca de 6,5 volumes de leito. Isto indica a formação de ace- tato de amônio, que pode ser coletado em frações discretas. Todo o acetato de amônio é coletado durante a pressão de água. O amônio e acetato eluem em cerca de uma relação molar de 1: 1 que confirma a formação de acetato de amônio. Muito pouco ácido sulfúrico é removido da coluna durante a pri- meira etapa de regeneração. Logo depois que o leito é regenerado uma segunda vez com
amônia aquosa, sulfato e amônio eluem da coluna ao mesmo tempo, come- çando em cerca de 8,5 volumes de leito. Isto indica a formação de sulfato de amônio que pode ser coletado em frações discretas. Todo o sulfato pode ser coletado durante esta segunda etapa de regeneração como sulfato de amô- nio. O amônio e sulfato eluem em cerca de uma relação de molar de 2:1, que confirma a formação de sulfato de amônio. Exemplo 6: Separação de ácido acético a partir de xilose na segunda unida- de de um sistema de troca aniônica de duas unidades que compreende uma resina de troca aniônica de base forte.
Uma corrente aquosa que compreende xilose e ácido acético foi preparada a partir de químicas puras dissolvendo-se químicas em água de- sionizada (Tabela 9).
Tabela 9: Alimentação à segunda unidade de um sistema de troca aniônica de duas unidades
Componente Concentração (g/L) Ácido acético 6,6 Xilose 49,48
A corrente aquosa foi alimentada à segunda unidade de um sis- tema de troca aniônica que compreende a resina de troca aniônica de base forte LEWATIT MonoPIus® MP500. Esta resina compreende um grupo fun- cional de amina quaternária e uma matriz macroporosa de estireno- divinilbenzeno. O tamanho de partícula médio da resina é de 600 mícrons. Cem mililitros (100 ml_) de resina preparada foram utilizados em uma coluna de vidro de d = 1,2 cm. A resina foi preparada primeiro enxaguando-se com água e condicionando-se com 2L de um hidróxido de sódio a 8,3% em peso em 5 mL/min para garantir que todos os grupos funcionais de amina quarter- nária estivessem na forma de hidróxido. A resina é fornecida do fabricante na forma de Cl".
A corrente aquosa foi alimentado em uma taxa de 5 mL/min até
que a coluna fosse completamente saturada com íon de acetato. Isto ocorreu em 0,99 eq/L de resina. Figura 9 mostra que o perfil de eluição para xilose e ácido acético. A ruptura de 1% de xilose ocorre depois de apenas 2 volumes de leito fracionais e xilose elui em aproximadamente concentração de alimen- tação depois de apenas 3 volumes de leito fracionais. Entre 3 e 8,33 volumes de leito fracionais, xilose elui enquanto o íon de acetato é mantido novamente pela resina. A ruptura de 1% de ácido acético ocorre depois de 8,33 volumes de leito fracionais (0,89 eq/L de resina) da corrente aquosa foi alimentada. Uma segunda coluna compreendendo 100 mL de resina LEWA- TIT MonoPIus® MP500 foi preparada como descrito acima no exemplo 6. A corrente de alimentação aquosa descrita acima na Tabela 9 foi alimentada à coluna até o ponto de ruptura de ácido acético a 1%. O líquido mantido no leito de resina foi removido enxaguando-se com água desionizada. Neste exemplo, dois volumes de leito de água foram utilizados. Seguindo o enxágue, uma solução de hidróxido de sódio a 8,3% em peso separada foi utilizada pa- ra recuperar o acetato ligado a partir da coluna. A corrente de saída que com- preende acetato foi coletada em frações para análise. Figura 10 mostra a quantidade de xilose e acetato obtida em g/L como uma função do volume de leito fracional de enxágue combinado e líquido de regeneração alimentado à coluna. No enxágue de água inicial, o líquido nulo (primeiro ~ 38 mL ou 0,38 fbv) contém alguma xilose que não está retida. Uma quantidade pequena 14%) de xilose ligada muito fraca elui com o primeiro 1,2 fbv de enxágue água que é alimentado através da coluna. Tabela 10 indica a concentração e rendimentos de acetato ligado alcançáveis quando subporções da corrente de saída são agrupadas. A corrente de saída continha acetato em concentrações mais altas do que na corrente de alimentação original.
Tabela 10: Concentração e rendimento de acetato na corrente de saída a partir da unidade 2 de um sistema de troca aniônica compreendendo uma
De fbv Para fbv Volume (mL) % de Recuperação Concentração (Q/L) 2,08 4,33 225 99,9 24,62 2,25 4,15 190 97,2 28,8 2,25 3,61 136 90,4 36,9
Todas as citações estão por este meio incorporadas por referência. A presente invenção foi descrita com respeito a uma ou mais modalidades. Porém, ficará evidente para pessoas versadas na técnica que várias variações e modificações podem ser feitas sem afastar-se do escopo da invenção como definido nas reivindicações.
Claims (47)
1. Processo para obter um ou mais de um sal orgânico ou ácido orgânico a partir de uma corrente de açúcar aquosa que compreende um ou mais de um ácido mineral, um ou mais de um ácido orgânico, e um açúcar selecionado a partir do grupo que consiste em xilose, glicose, arabinose, galactose, manose e uma combinação destes, o referido processo compre- endendo: (i) introduzir a corrente de açúcar aquosa em uma primeira uni- dade de troca aniônica compreendendo um ou mais de um leito que com- preende uma resina de troca aniônica, em que o ácido mineral, um ânion do ácido mineral, ou uma combinação destes, liga-se à resina; (ii) produzir uma corrente de efluente compreendendo o açúcar e o ácido orgânico a partir da primeira unidade de troca aniônica e regenerar a resina de troca aniônica com um ou mais regenerantes, desse modo pro- duzindo uma ou mais correntes de saída compreendendo o ácido mineral, um sal do ácido mineral ou uma combinação destes; (iii) alimentar a corrente de efluente compreendendo o açúcar e o ácido orgânico em uma segunda unidade de troca aniônica compreenden- do um ou mais de um leito compreendendo uma resina de troca aniônica, em que o ácido orgânico ou um ânion do ácido orgânico liga-se à resina; (iv) obter uma corrente a partir da segunda unidade de troca aniônica compreendendo o açúcar, cuja corrente está substancialmente livre do ácido mineral e o ácido orgânico e regenerar a segunda unidade de troca aniônica com um ou mais regenerantes, desse modo produzindo uma ou mais correntes de produto compreendendo um sal do ácido orgânico, o áci- do orgânico ou uma combinação destes; e (v) recuperar a uma ou mais correntes de produto, em que o ácido orgânico é selecionado a partir do grupo que consiste em ácido acéti- co, ácido fórmico, ácido glicurônico, ácido galacturônico e uma combinação destes e o ácido mineral é selecionado a partir do grupo que consiste em ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico e uma combi- nação destes.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, também compre- endendo uma etapa de recuperar o ácido mineral, o sal do ácido mineral ou uma combinação destes.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que, na etapa de alimentar (etapa (iii)), pelo menos cerca de 70% do ácido orgânico pre- sente na corrente de açúcar aquosa são alimentados à segunda unidade de troca aniônica.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que a resina de troca aniônica na primeira unidade de troca aniônica, na segunda unidade de troca aniônica ou tanto na primeira e quanto na segunda unidade de troca aniônica compreende uma resina de troca aniônica de base fraca.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, em que a resina de troca aniônica na primeira e na segunda unidade de troca aniônica com- preende uma resina de troca aniônica de base fraca.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que a resina de troca aniônica na primeira unidade de troca aniônica, na segunda unidade de troca aniônica ou tanto na primeira quanto na segunda unidade de troca aniônica compreende uma resina de troca aniônica de base forte.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que o ácido mineral é ácido sulfúrico.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que o ácido orgânico é ácido acético.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que o um ou mais regenerantes na etapa (ii), etapa (iv) ou ambas as etapas (ii) e etapa (iv) é uma solução de álcali selecionada a partir do grupo que consiste em uma solução de hidróxido de amônio, uma solução de hidróxido de sódio e uma solução de hidróxido de potássio.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, em que a solu- ção de álcali é uma solução de hidróxido de amônio.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que a pri- meira unidade de troca aniônica, a segunda unidade de troca aniônica ou tanto a primeira unidade de troca aniônica quanto a segunda unidade de tro- ca aniônica é um Sistema de Leito Móvel Simulado (SMB) ou um Sistema de Leito Móvel Simulado Melhorado (ISMB).
12. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que o ácido orgânico é ácido acético e também compreendendo recuperar o ácido acéti- co a partir da uma ou mais correntes de produto por destilação.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que o ácido orgânico é ácido acético e também compreendendo recuperar o ácido acéti- co a partir da uma ou mais correntes de produto por extração de líquido- líquido.
14. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que o ácido orgânico é ácido acético e também compreendendo recuperar o ácido acéti- co a partir da uma ou mais correntes de produto extraindo-se o ácido acético com ar ou vapor.
15. Processo, de acordo com a reivindicação 12, 13 ou 14, em que a uma ou mais correntes de produto compreendem um sal de ácido acé- tico e também compreendendo ajustar o pH da uma ou mais correntes de produto em cerca de 4 ou mais baixo pela adição de um segundo ácido an- tes de recuperar o ácido acético.
16. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que a cor- rente de açúcar aquosa está em um pH de cerca de 0,4 a cerca de 5,0.
17. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que a cor- rente de açúcar aquosa é obtida pré-tratando-se uma carga de alimentação lignocelulósica em um pH de cerca de 0,4 a cerca de 5,0 adicionando-se um ou mais de um ácido à carga de alimentação lignocelulósica para hidrolisar pelo menos uma porção de hemicelulose na carga de alimentação.
18. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que a cor- rente de açúcar aquosa é uma corrente de hidrolisado obtida a partir da adi- ção de um ou mais de um ácido em uma carga de alimentação lignocelulósi- ca para hidrolisar tanto a hemicelulose quanto a celulose presentes na refe- rida carga de alimentação lignocelulósica em seus respectivos monômeros de açúcar.
19. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que um ou mais regenerantes na etapa (ii), (iv) ou ambas as etapas (ii) e (iv) é uma so- lução aquosa selecionada a partir de uma solução de álcali, uma solução ácida ou água.
20. Processo, de acordo com a reivindicação 19, em que um ou mais regenerantes na etapa (ii), (iv) ou ambas as etapas (i) e (iv) é uma so- lução aquosa selecionada a partir de uma solução de álcali ou uma solução ácida.
21. Processo para obter um sal orgânico ou ácido orgânico a partir de uma corrente de açúcar aquosa que compreende um ácido mineral, um ácido orgânico, e um açúcar selecionado a partir do grupo que consiste em xilose, glicose, arabinose, galactose, manose e uma combinação destes, o referido processo compreendendo as etapas de: (i) introduzir a corrente de açúcar aquosa a um sistema de sepa- ração compreendendo um ou mais leitos de resina de troca aniônica e ob- tendo pelo menos uma corrente desta compreendendo o açúcar; (ii) regenerar o um ou mais leitos de resina de troca aniônica em um ou mais estágios, desse modo produzindo pelo menos uma corrente que compreende o ácido mineral, um sal do ácido mineral, ou uma combinação destes, e pelo menos uma corrente de produto separado que compreende o ácido orgânico, um sal do ácido orgânico, ou uma combinação destes; e (iii) recuperar a pelo menos uma corrente de produto, em que o ácido orgânico é selecionado a partir do grupo que consiste em ácido acéti- co, ácido fórmico, ácido glicurônico, ácido galacturônico e uma combinação destes e o ácido mineral é selecionado a partir do grupo que consiste em ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico e uma combi- nação destes.
22. Processo, de acordo com a reivindicação 21, em que o sis- tema de troca aniônica compreende uma primeira e uma segunda unidade de troca aniônica.
23. Processo, de acordo com a reivindicação 22, em que a referida etapa de introduzir compreende alimentar a corrente de açúcar aquosa à primeira unidade de troca aniônica, em que o ácido mi- neral, um ânion do ácido mineral, ou uma combinação destes, liga-se à resi- na da primeira unidade de troca aniônica; o referido processo também compreendendo obter uma corrente de efluente que compreende o açúcar e o á- cido orgânico, um sal do ácido orgânico, ou uma combinação destes, a partir da referida primeira unidade de troca aniônica e em seguida alimentar a cor- rente de efluente à segunda unidade de troca aniônica e o referido ácido or- gânico, um ânion do ácido orgânico, ou uma combinação destes, liga-se à resina da segunda unidade de troca aniônica; e em que a referida etapa de regenerar compreende adicionar pelo menos um regenerante à primeira unidade de troca aniônica para produzir a pelo menos uma corrente que compreende o ácido mineral, um sal do ácido mi- neral, ou uma combinação destes, e adicionar pelo menos um regenerante à segunda unidade de troca aniônica para produzir o pelo menos uma corrente de produto que compreende o ácido orgânico, um sal do ácido orgânico, ou uma combinação destes.
24. Processo, de acordo com a reivindicação 23, em que pelo menos cerca de 70% do ácido orgânico presente na corrente de açúcar a- quosa são alimentados à segunda unidade de troca aniônica.
25. Processo, de acordo com a reivindicação 21, em que as eta- pas (i) - (iii) são realizadas em uma única unidade de troca aniônica.
26. Processo, de acordo com a reivindicação 23, em que, na re- ferida etapa de introduzir, o ácido mineral, ácido orgânico, ou ânions destes, liga-se à resina.
27. Processo, de acordo com a reivindicação 21, também com- preendendo uma etapa de recuperar o ácido mineral, um sal do ácido mine- ral, ou uma combinação destes.
28. Processo, de acordo com a reivindicação 21, em que o sis- tema de separação compreende uma resina de troca aniônica de base fraca.
29. Processo, de acordo com a reivindicação 21, em que o sis- tema de separação compreende uma resina de troca aniônica de base forte.
30. Processo, de acordo com a reivindicação 21, em que o ácido mineral é ácido sulfúrico.
31. Processo, de acordo com a reivindicação 21, em que o ácido orgânico é ácido acético.
32. Processo, de acordo com a reivindicação 23, em que o ácido orgânico é ácido acético.
33. Processo, de acordo com a reivindicação 21, em que a re- generação compreende adicionar um ou mais regenerantes ao um ou mais leito de resina para regenerar a resina de troca aniônica, um ou mais rege- nerantes é uma solução aquosa selecionada a partir de uma solução de ál- cali, uma solução ácida, água, ou uma combinação destes.
34. Processo, de acordo com a reivindicação 33, em que um ou mais regenerantes é uma solução aquosa selecionada a partir de uma solu- ção de álcali, uma solução ácida ou uma combinação destes.
35. Processo, de acordo com a reivindicação 34, em que a solu- ção de álcali é selecionada a partir do grupo que consiste em uma solução de hidróxido de amônio, uma solução de hidróxido de sódio, uma solução de hidróxido de potássio, e uma combinação destes.
36. Processo, de acordo com a reivindicação 35, em que a solu- ção de álcali é uma solução de hidróxido de amônio.
37. Processo, de acordo com a reivindicação 21, em que o sis- tema de separação é um Sistema de Leito Móvel Simulado (SMB) ou um Sistema de Leito Móvel Simulado Melhorado (ISMB).
38. Processo, de acordo com a reivindicação 31, também com- preendendo recuperar o ácido acético a partir da pelo menos uma corrente de produto por destilação.
39. Processo, de acordo com a reivindicação 31, também com- preendendo recuperar o ácido acético a partir da pelo menos uma corrente de produto por extração de líquido-líquido.
40. Processo, de acordo com a reivindicação 31, também com- preendendo recuperar o ácido acético a partir da pelo menos uma corrente de produto extraindo-se o ácido acético com ar ou vapor.
41. Processo, de acordo com a reivindicação 38, 39 ou 40, em que a pelo menos uma corrente de produto compreende um sal de ácido acético e também compreendendo ajustar o pH da pelo menos uma corrente de produto em cerca de 4 ou mais baixo pela adição de um ácido antes de recuperar o ácido acético.
42. Processo, de acordo com a reivindicação 21, em que a cor- rente de açúcar aquosa está em um pH de cerca de 0,4 a cerca de 5,0.
43. Processo, de acordo com a reivindicação 21, em que a cor- rente de açúcar aquosa é uma corrente de hidrolisado resultante do pré- tratamento de uma carga de alimentação lignocelulósica em um pH de cerca de 0,4 a cerca de 5,0, para hidrolisar pelo menos uma porção de hemicelulo- se presente na carga de alimentação.
44. Processo, de acordo com a reivindicação 21, em que a cor- rente de açúcar aquosa é uma corrente de hidrolisado resultante da adição de um ácido em uma carga de alimentação lignocelulósica, para hidrolisar tanto a hemicelulose quanto a celulose presentes na referida carga de ali- mentação lignocelulósica em seus respectivos monômeros de açúcar.
45. Processo para obter sal de acetato, ácido acético ou uma combinação destes, a partir de uma carga de alimentação lignocelulósica que compreende as etapas de: (i) obter uma corrente de açúcar aquosa resultante da hidrólise da carga de alimentação lignocelulósica, a referida hidrólise compreendendo um ou mais estágios de adição de ácido sulfúrico, a referida corrente de a- çúcar compreendendo ácido acético, sal de acetato, ou uma combinação destes, ácido sulfúrico e um ou mais açúcares selecionados a partir de xilo- se, glicose, arabinose, galactose, manose e uma combinação destes; (ii) introduzir a corrente de açúcar aquosa a um sistema de se- paração de Leito Móvel Simulado compreendendo um ou mais leitos de resi- na de troca aniônica e obtendo pelo menos uma corrente desta compreen- dendo o um ou mais açúcares; (iii) regenerar o um ou mais leitos de resina de troca aniônica com ácido sulfúrico, desse modo produzindo pelo menos uma corrente de produto ácido orgânico compreendendo o ácido acético e, depois disso, re- generar o um ou mais leitos de resina de troca aniônica com hidróxido de amônio para produzir pelo menos uma corrente de saída separada compre- endendo sulfato de amônio; e (iv) recuperar a pelo menos uma corrente de produto.
46. Processo, de acordo com a reivindicação 45, em que a adi- ção de ácido sulfúrico é conduzida para pré-tratar a carga de alimentação lignocelulósica, desse modo hidrolisando pelo menos uma porção de hemi- celulose presente na referida carga de alimentação lignocelulósica aos mo- nômeros de açúcar.
47. Processo, de acordo com a reivindicação 45, em que a adi- ção de ácido sulfúrico é conduzida para hidrolisar tanto a hemicelulose quan- to a celulose presentes na referida carga de alimentação lignocelulósica em seus respectivos monômeros de açúcar.
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