BRPI0808967A2 - Processo de vaporização de glicerol - Google Patents
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Description
PROCESSO DE VAPORIZAÇÃO PE GLICEROL
A presente invenção tem por objeto um processo de vaporização de soluções aquosas de glicerol em uma camada fluidizada, contendo um sólido inerte, permitindo eliminar
simultaneamente as impurezas presentes nessas soluções ou geradas quando da evaporação.
0 glicerol é um produto químico, o 1,2,3-propano triol, que pode ser obtido seja por síntese química, a partir de propileno, seja como co-produto formado quando da
metanólise dos óleos vegetais.
A metanólise dos óleos vegetais pode ocorrer segundo diferentes processos, notadamente utilizando uma catálise homogênea, tal como a soda ou o metilato de sódio em solução no metanol, ou utilizando uma catálise heterogênea.
Poder-se-á se reportar sobre esse assunto ao artigo de D.Ballerini et al. na atualidade química de novembro dezembro 2 0 02.
A metanólise dos óleos vegetais leva, por um lado, a ésteres metílicos, por outro lado, a glicerol. Os ésteres
2 0 metílicos são empregados notadamente como carburantes ou
combustíveis no óleo combustível e o óleo combustível doméstico. Com o desenvolvimento dos carburantes de origens renováveis, e notadamente ésteres metílicos de óleos vegetais (EMHV), a produção de glicerol, segundo essa via
de obtenção aumenta muito, o glicerol representando da ordem de 10 % do peso do óleo transformado.
0 glicerol oriundo dos óleos vegetais é um produto natural de origem renovável que está assim cada vez mais disponível. No âmbito atual de novo conceito de química
3 0 verde, e mais geralmente de desenvolvimento durável, tornase cada vez mais interessante valorizar esse produto.
Todavia, os processos de produção dos EMVH levam ao glicerol mais ou menos puro e mais ou menos diluído na água. Geralmente, são essas soluções aquosas de glicerol 5 mais ou menos puras que são denominadas glicerina, segundo a definição adotada por "The Soap and Detergent Association"(Soaps and Detergents: A theorical and Practical Review, Miami Beach Fia. Oct 12-14 1994, chapter
6 pp 172-206. Ed: L Spitz, AOCS Press, Champaign) . A
glicerina bruta tem, em geral, uma composição da ordem de 88 % de glicerol, 9-10 % de água e 2-3 % de impurezas. Notadamente, ela pode conter impurezas, tais como sais básicos (por exemplo, sódio ou potássio), compostos orgânicos não glicerinosos, metanol ou resíduos de óleos 15 vegetais. Em certas aplicações do glicerol, a presença dessas impurezas é particularmente prejudicial para as reações utilizadas ou para a qualidade dos produtos finitos. Por exemplo, no caso da produção de acroleína, a presença de sais de sódio ou de potássio é prejudicial; 20 para a reação catalítica de desidratação do glicerol em acroleína, pois esses sais são capazes de envenenar os locais ácidos dos catalisadores utilizados.
Por conseguinte, as soluções aquosas de glicerol brutas ou glicerina necessitam geralmente de um tratamento prévio, antes da utilização, ou um tratamento de purificação para considerar novas aplicações.
Além disso, é freqüentemente necessário não somente eliminar as impurezas indesejáveis para a aplicação considerada, mas também concentrar a solução aquosa, até 3 0 mesmo vaporizar a solução aquosa, certos processos industriais, utilizando o glicerol sob a forma vapor. Essas operações são delicadas, pois é conhecido que o glicerol pode se decompor, em particular em acroleína, ou levar a polímeros, tais como o poliglicerol.
Diferentes tecnologias de purificação do glicerol
foram descritas na literatura. Com efeito, trata-se de um produto que conhece mais de 1500 aplicações diferentes, necessitando todas as qualidades particulares, em particular existe um grau "Farmacopéia" que necessita de uma elevada pureza do glicerol.
Dentre os métodos utilizados ou estudados para a purificação e a evaporação do glicerol, serão citados notadamente aqueles descritos por G.B. D'Souza, em J. Am.
Oil Chemists' Soc. November 1979 (Vol 56) 812A, por 15 Steinberner U et al. , em Fat. Sei. Technol. (1987), 89 Jahrgang Nr.8, pp 297- 303, e por Anderson D.D. et al. em Soaps and Detergents: A theoretical and Practical Review, Miami Bech Fla., Oct 12-14 1994, chapter 6 pp 172 - 206. Ed: L Spitz, AOCS Press, Champaign.
Os tratamentos de soluções brutas de glicerol
propostos visam à eliminação dos sais dissolvidos e das impurezas orgânicas oriundas dos corpos graxos, a eliminação da cor, um aumento do teor em glicerol, ou a vaporização do glicerol, segundo a aplicação final considerada.
Em particular, para atingir esses objetivos, podem ser realizados uma evaporação, uma destilação, um tratamento com cal (para neutralizar os ácidos graxos residuais) seguido de uma filtragem, um tratamento por troca iônica ou 3 0 por exclusão iônica, uma separação por osmose inversa ou uma eletrodiálise.
Evaporadores com múltiplos efeitos são, por exemplo, utilizados para concentrar soluções de glicerol diluídas. Com um evaporador com triplo efeito, é assim possível 5 evaporar 2,4 kg de água com 1 kg de vapor.
A destilação é uma das técnicas utilizadas para concentrar e purificar a glicerina. Como o glicerol começa a se decompor a cerca de 202 °C, seja bem aquém de seu ponto de ebulição (293 °C), é necessário destilar em várias 10 etapas a glicerina, utilizando uma pressão reduzida. Em certos casos, a destilação é feita por operações descontínuas até que os sais e os compostos não voláteis sejam acumulados suficientemente na capacidade. A operação é, então, parada e a capacidade descarregada das impurezas 15 antes de acionar de novo a destilação. A evaporação é feita sob vácuo, e a condensação parcial do glicerol (que vai condensar antes a água) na saída da unidade permite obter diretamente um glicerol concentrado. Tipicamente, pressões de 1,33 kPa são utilizadas, para uma temperatura de 160-165 20 °C, o que dá baixas pressões parciais em glicerol em fase vapor.
A glicerina destilada contém ainda compostos coloridos. Às vezes, é necessário descolorir a glicerina para aplicações farmacêuticas e alimentares. Tipicamente, carvão ativo é acrescentado à glicerina para descolori-Ia.
A purificação da glicerina por exclusão iônica foi também desenvolvida e utiliza resinas iônicas para separar os sais iônicos solúveis em solução aquosa dos compostos não iônicos como o glicerol. É uma técnica que evita o 3 0 consumo de calor e de regenerantes químicos, e que permite purificar fluxos muito contaminados como a glicerina bruta, utilizando somente a água como regenerante quimico.
As soluções aquosas de glicerol que são ligeiramente contaminadas por sais podem ser trocadas simplesmente sobre 5 resinas ácidas e básicas. As soluções de glicerol assim purificadas podem então ser concentradas por evaporação.
A técnica de osmose inversa, baseadas em uma separação sobre membrana semipermeável, aplicando uma pressão foi proposta para a concentração de fluxo particularmente diluído em glicerol.
Soluções de glicerina e de soda em metanol obtidas após transesterif icação do óleo de colza foram desmineralizadas por eletrodiálise membranária para produzir glicerina pura. Essa técnica é descrita na 15 referência: Schaffner, F. et al. Proc. - World Filtr. Congr. 7 th, volume 2, 629-633.
Nos métodos propostos para evaporar as soluções aquosas de glicerol, o controle da temperatura é muito critico, pois certas reações indesejáveis podem ocorrer,
2 0 tais como a formação de compostos nitrogenados por
degradação de matéria proteínica presente na glicerina, a formação de éster de glicerina volátil por reação com sabões de baixa massa molar, a formação de poli glicerol, a formação de acroleína que contribui para os odores do 25 produto final. Portanto, é importante limitar o tempo de permanência da glicerina à alta temperatura, assim como essa temperatura. Os processos de evaporação aplicados classicamente não permitem, portanto, ter pressões parciais elevadas de glicerol em fase vapor. Por outro lado, é
3 0 freqüentemente necessário combinar vários tratamentos para se obter o glicerol com uma pureza e a uma concentração adaptadas à aplicação considerada.
A Sociedade depositante descobriu, então, de forma surpreendente um processo em uma única etapa, permitindo 5 vaporizar uma solução aquosa de glicerol e de eliminar simultaneamente as impurezas presentes o8u geradas no decorrer da evaporação nessa solução.
A presente invenção tem, portanto, por objeto um processo de vaporização de soluções aquosas de glicerol (ou glicerina) em uma camada fluidizada contendo um sólido inerte.
De acordo com o processo da invenção, a solução aquosa é injetada diretamente em uma camada fluidizada contendo um sólido inerte mantido a uma temperatura suficiente para permitir a vaporização instantânea do glicerol e água.
Como sólidos inertes, podem-se utilizar, por exemplo, areia, o pó de vidro ou de quartzo, carbeto de silício ou sólidos de pequena superfície específica, os sólidos de pequena superfície específica sendo por natureza reputados 20 como inertes, eles podem ser compostos de alumina, sílica ou sílica-alumina. Não se sairia do âmbito da invenção, utilizando como sólido inerte um sal mineral, tal como cloreto de sódio (NaCl), cloreto de potássio (KCl), sulfato de sódio (Na2SO4) ou sulfato de potássio K2SO4) . De 25 preferência, escolhe-se o sólido inerte dentre a areia, a sílica, o quartzo, o carbeto de silício.
A fluidização pode ser assegurada pela vaporização da solução de glicerol, e/ou por uma corrente de gás inerte (nitrogênio, CO2, gás de recicle...) ou de ar, de oxigênio,
3 0 ou de uma mistura de gás. A temperatura da camada fluidizada está geralmente compreendida entre 220 e 350 °C, de preferência 260 a 320 °C.
Outras características e vantagens da invenção sobressairão melhor com a leitura da descrição que se segue e com referência à figura única anexada.
O processo, de acordo com a invenção, leva a pressões parciais elevadas de glicerol em fase vapor, o que apresenta a vantagem de vaporizar o glicerol com uma produtividade nitidamente mais elevada que aquela obtida com uma destilação sob vácuo.
No processo, de acordo com a invenção, as impurezas presentes na solução aquosa são eliminadas simultaneamente, pois a técnica da camada fluidizada permite estirar em 15 contínuo uma parte do sólido para regenerá-lo ex-situ. Assim, os compostos orgânicos presentes na solução de glicerol, mas também os produtos oriundos da decomposição do glicerol, quando dessa etapa de evaporação podem levar à formação de coque que se deposita sobre o sólido inerte.
2 0 Quando a solução aquosa de glicerol contém sais (por
exemplo, cloreto de sódio, ou sulfato de sódio), esses sais se depositam também sobre o sólido inerte no decorrer da evaporação da solução aquosa de glicerol. O sólido inerte que comporta o coque e/ou os sais minerais pode, então, ser 25 es tirado em contínuo para ser regenerado em um outro reator, antes de ser enviado na camada fluidizada. A eliminação dos sais minerais pode ser efetuada por simples lavagem com água do sólido, ou qualquer outra técnica apropriada. A regeneração do sólido consiste em uma
3 0 combustão dos depósitos sólidos, ela é geralmente efetuada com ar em um reator que pode, por exemplo, ser uma outra camada fluidizada operada em continuo, uma camada fixa, ou qualquer outro reator que podem ser conveniente. De preferência, utilizar-se-á uma camada fluidizada operada em 5 contínuo. A combustão dos depósitos carbonados sobre o sólido inerte permite não somente regenerá-lo, mas também aquecê-lo, antes de retorná-lo nessa camada fluidizada de evaporação do glicerol. Essa combustão pode ser feita em presença de um combustível, por exemplo, o metano, o que 10 contribui para levar o sólido inerte à temperatura necessária à evaporação da solução aquosa de glicerol.
Por outro lado, em uma camada fluidizada, as partículas estão em movimento, umas em relação às outras, o que provoca um atrito do sólido. Nas camadas fluidizadas 15 convencionais, procura-se limitar esse atrito que consome sólido e produto das finas partículas. No processo, de acordo com a invenção, o atrito permite eliminar uma parte dos depósitos que se formam sobre o sólido inerte. As finas partículas assim formadas por atrito são eliminadas a
2 0 jusante, por exemplo, por separação em um ciclone ou por
filtragem.
Em um modo de realização do processo, de acordo com a invenção, representado na figura única, uma solução aquosa de glicerol ou a glicerina (4) é introduzida em um reator 25 (1), contendo uma camada fluidizada de um sólido inerte. A fluidização pode eventualmente ser assegurada por uma corrente de gás inerte (nitrogênio, CO2, gás de recicle...) ou de ar, de oxigênio, ou de uma mistura de gás que podem ser escolhidas, de maneira que a composição em 8
3 0 corresponda ao máximo à alimentação dos processos a jusante. A camada fluidizada é aquecida por intermédio do trocador de calor (3). Os vapores de glicerol e de água são extraídos do reator em (8) e uma unidade (7) permite recuperar as finas partículas da instalação. Uma unidade 5 (6) permite lavar o sólido utilizado na camada fluidizada, para eliminar os sais minerais depositados. 0 reator (2) é um regenerador do sólido inerte no qual o sólido estirado de (1) é submetido a uma combustão em presença de gás de regeneração (5) que contém o oxigênio molecular e/ou 10 combustíveis, o sólido regenerado sendo enviado no reator (1) . Os gases oriundos da unidade de regeneração são evacuados em (9).
Os vapores de glicerol, obtidos segundo esse processo, são, então, diretamente utilizáveis em um processo a 15 jusante, utilizando glicerol sob a forma de gás, tal como, por exemplo, os processos de produção de acroleína ou de ácido acrílico descritos nos documentos WO 06/087083, WO 06/087084, WO 06/114506, WO 07/090990 e WO 07/090991, ou um processo de produção de acrilonitrila, tal como descrito no 20 pedido FR07.53293. Eles podem também ser condensados, permitindo produzir soluções aquosas de glicerol concentradas e purificadas.
A invenção se refere também à utilização de uma camada fluidizada, contendo um sólido inerte para vaporizar e purificar soluções aquosas de glicerol.
A presente invenção vai ser descrita, então, nos exemplos a seguir, esses exemplos sendo dados com a finalidade unicamente ilustrativa e evidentemente não limitativa.
3 0 EXEMPLOS Foram colocados 150 g de sílica de granulometria 100 μιη em uma camada fluidizada. A camada fluidizada consiste em um tubo de aço inoxidável de 41 mm de diâmetro e de uma altura total de 790 mm. A camada fluidizada é imersa em um banho de areia fluidizada, aquecida por elementos elétricos instalados no interior do banho. Três termopares registraram o gradiente de temperatura ao longo da tubulação. Alimentou-se com ar a uma vazão de 500 ml/min (condições normais), abaixo de uma placa metálica porosa que distribui o gás através do diâmetro do reator. A mistura solução a testar/nitrogênio é alimentada por uma tubulação metálica de 0,6 mm que vai até o fundo da camada com uma vazão mássica de 0,5 g/min, mantendo a vazão de nitrogênio a 1000 ml/min. A pressão total na camada fluidizada é de 120 kPa e a temperatura é mantida a 310 °C.
A experiência foi realizada com uma solução aquosa contendo 18 % em peso de glicerol puro (99,5 %, Laboratoire MAT) e 2 % em peso de sal NaCl durante 60 minutos, o que corresponde a uma massa total de 0,6 g de sal alimentada à entrada dessa camada fluidizada.
Os produtos são coletados na saída de camada fluidizada e condensados para serem analisados por condutividade.
A medida de condutividade é realizada sobre uma aparelhagem de tipo pH metro/ conductímetro Accumet Research AR-20. Os resultados estão reunidos na tabela a seguir.
Solução Condutividade microS/cm Glicerol puro 9 Água destilada 5 Solução aquosa a 18 % de 4650 glicerol puro e 2 % de sal Solução coletada no condensador 15 na saída da camada fluidizada A massa total de sal recuperada no condensador é
0,0004 g, o que corresponde a uma eficácia de 99,9 % para a separação do sal sobre a camada fluidizada, traduzida pela baixa condutividade da solução coletada no condensador.
Claims (4)
1. Processo de vaporização de soluções aquosas de glicerol em uma camada fluidizada, caracterizado pelo fato de conter um sólido inerte mantido a uma temperatura compreendida entre 220 e 350 °C.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sólido inerte ser a areia, o pó de vidro ou de quartzo, o carbeto de silício, ou um sólido de pequena superfície específica.
3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o sólido ser regenerado em uma segunda camada fluidizada operada em contínuo.
4. Utilização de uma camada fluidizada contendo um sólido inerte caracterizada por ser para vaporizar e purificar soluções aquosas de glicerol.
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| B11D | Dismissal acc. art. 38, par 2 of ipl - failure to pay fee after grant in time |