BRPI0902818A2 - processo de produção de propilenoglicol a partir de glicerina de biodiesel - Google Patents
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Abstract
PROCESSO DE PRODUçãO DE PROPILENOGLICOL A PARTIR DE GLICERINA DE BIODIESEL. A presente invenção descreve um processo para a produção de propilenoglicol a partir de glicerina gerada durante o processo de obtenção de biodiesel, sendo a transformação de glicerina purificada em propilenoglicol realizada por meio de uma reação de hidrogenólise em fase líquida, em duas etapas consecutivas, porém em um mesmo reator (1) de leito fixo sob condições determinadas de temperatura e pressão, cujo efluente do reator (1) de leito fixo é conduzido a etapas subsequentes de processo que compreendem separação e purificação.
Description
PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PROPILENOGLICOL A PARTIR DEGLICERINA DE BIODIESEL
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção encontra-se no campo dos processos paraprodução de propilenoglicol a partir de glicerina. Especificamente, ainvenção trata da produção de propilenoglicol a partir de glicerinaresultante do processo de obtenção de biodiesel.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Atualmente, observa-se um aumento significativo da oferta deglicerina no mercado, devido, em grande parte, à expansão mundial daprodução de biodiesel. Dentro do processo de produção de biodiesel, aglicerina é um subproduto gerado em uma proporção mássica de 10/1(biodiesel/glicerina).
No entanto, este excesso da oferta de glicerina implica diretamentena queda do seu valor comercial tornando viável outras aplicações.
Vários estudos foram iniciados com o propósito de aproveitar esteexcesso de glicerina transformando-a em novos produtos ou empregandoa glicerina como matéria-prima para a produção de novos produtos quetenham maior valor comercial.
As publicações técnicas sobre o assunto estão aumentando àmedida que são concebidas soluções para o aproveitamento desteexcesso de glicerina.
Um dos produtos de interesse em estudo é o propilenoglicol e suaprodução a partir de glicerina.
TÉCNICA RELACIONADA
Dentro do estado da técnica que vem se formando a respeito,podem ser destacados alguns documentos bem exemplares dodesenvolvimento de processos relacionados.
O documento WO 2008/051540 A2 (Archer-Daniels-MidlandCompany) apresenta um processo para a produção de propilenoglicol apartir de glicerina que utiliza um reator de leito fluidizado que opera emtemperaturas na faixa entre 178°C e 205°C, pressões na faixa entre1200 psi e 1600 psi, com razão molar hidrogênio/glicerina na faixa entre1:1 e 10:1 e uma velocidade espacial na faixa entre 0,5 h"1 e 10 h~1. Acarga do reator é uma solução, predominantemente aquosa, contendo nomínimo 30% em massa de glicerina em meio alcalino selecionado entrehidróxidos metálicos, alcóxidos, sais básicos e óxidos metálicos.
O documento WO 2007/053705 A2 (University of Missouri Board ofCurators) apresenta um processo para a produção de uma mistura deacetol e propilenoglicol em qualquer proporção a partir de glicerina emfase vapor. A pressão parcial de glicerina situa-se na faixa entre 0,01 bar e0,5 bar e a temperatura na faixa entre 80°C e 300°C. A pressão parcial dehidrogênio dentro do processo encontra-se na faixa entre 0,01 bar e25 bar. É utilizado um catalisador heterogêneo que possui, pelo menos,um elemento do grupo I ou Vlll da tabela periódica, rutênio, cobre, cromoou, ainda, uma combinação destes elementos.
Os documentos US 2005/0244312 e Pl 0507874-1 (Galen J.Suppes, William Rusty Sutterlin e Mohanprasad Dasari) apresentamprocessos para produção de acetol, propilenoglicol ou uma mistura deglicerina e propilenoglicol, com principal utilização como fluido anti-congelante, a partir de glicerina como matéria-prima. Para a produção depropilenoglicol, a ênfase recai em um processo conduzido em duasetapas, no qual a primeira etapa é de produção de acetol por destilaçãoreativa onde a glicerina é desidratada ao acetol com auxílio de umcatalisador, sendo o mesmo imediatamente destilado do meio reacionalcom auxílio de um catalisador. Nesta primeira etapa são empregadosreatores em batelada ou semi-batelada, temperatura em uma faixa entre170°C e 270°C, pressão na faixa entre 0,2 bar e 25 bar, a glicerina dacarga deve conter uma faixa entre 0% e 15% em massa de água, com umcatalisador heterogêneo que pode ter um elemento escolhido entrepaládio, níquel, ródio, cromo, cobre ou uma combinação destes,preferivelmente, um catalisador baseado em uma combinação de cobre ecromo. Em uma segunda etapa, o acetol produzido, ao ser misturado comhidrogênio, sofre hidrogenação a propilenoglicol com auxílio decatalisador. Nesta segunda etapa o tempo de reação encontra-se na faixaentre 0 e 24 horas, as temperaturas estão na faixa entre 50°C e 250°C,preferivelmente entre 150°C e 220°C, pressão entre 1 bar e 25 bar,preferivelmente entre 10 bar e 20 bar, a carga de acetol contém, nomáximo 50% em massa de água, preferivelmente entre 0% e 35%, comum catalisador que pode ser escolhido da mesma forma que o catalisadorescolhido para a primeira etapa, sendo preferencial um catalisadorbaseado em uma combinação de cobre e cromo.
O documento WO 2008/049470 A1 (Clariant International Ltd.)apresenta um processo em autoclave para produção de propilenoglicol apartir de glicerina, onde esta glicerina deve possuir pelo menos 95% depureza, sob pressão de hidrogênio na faixa entre 20 bar e 100 bar, emtemperatura na faixa entre 180°C e 240°C e em presença de umcatalisador que compreende de 20% a 0% de óxido de cobre, 30% a 70%de óxido de zinco e 1% a 10% de óxido de manganês.
O documento WO 2007/010299 (Davy Process Technology Ltd.)apresenta um processo de produção de propilenoglicol a partir deglicerina, realizado em fase vapor em presença de um catalisador a basede cobre. A temperatura do processo encontra-se na faixa entre 160°C e260°C e a pressão na faixa entre 10 bar e 30 bar. A relação entrehidrogênio e glicerina está na faixa entre 400:1 e 600:1 com velocidadeespacial entre 0,01 h"1 e 2,5 h"1.
O documento WO 2008/012244 (Davy Process Technology Ltd.)apresenta modificações no processo do documento acima mencionadoadicionando vários estágios ao processo dando ênfase à redução naquantidade de hidrogênio requerida pelo processo quando operado sobeste regime de estágios.
O documento WO 03/035582 (Battelle Memorial Institute & MichiganState (Jniversity) apresenta um processo de hidrogenólise de açúcares quecontenham seis átomos de carbono e polióis, incluindo glicerina, comutilização de um catalisador sólido multimetálico que contém rênio. Oprocesso é conduzido sob temperatura na faixa entre 120°C e 250°C, comum valor de pH da carga líquida na faixa entre 8 e 13 e uma pressão dehidrogênio durante a reação de hidrogenólise da glicerina na faixa entre600 psi e 1800 psi.
O documento WO 2008/133939 (Archer-Daniels-Midland Company)apresenta um processo hidrogenólise catalítica de glicerina onde avelocidade espacial da carga situa-se na faixa entre 0,5 h"1 e 2,5 h~1. Acarga é composta de uma solução que contém entre 25% e 40% deglicerina USP1 alcalinizada com hidróxido ou alcóxido de sódio ou potássiode forma que seja obtido um valor de pH situado na faixa entre 6 e 14. Apressão de hidrogênio situa-se na faixa entre 500 psi e 2000 psi, sob umatemperatura na faixa entre 150°C e 300°C e uma razão molarhidrogênio/glicerina na faixa entre 1:1 e 10:1. O documento destaca que,além de produzir propilenoglicol como composto majoritário, há a formaçãode butanodióis e uma proporção de outros dióis na faixa entre 0,04% e2,31%. A seção de purificação/separação de produtos proposta nesteprocesso compreende uma etapa de remoção do agente alcalinizante pormeio de uma resina de troca de íons e por etapas de destilação dosprodutos. Na primeira torre de destilação, água e álcoois leves sãoremovidos pelo topo e enviados a uma segunda torre de destilação paraque sejam separados. O efluente de fundo da primeira torre de destilaçãosegue para uma pluralidade de pequenas torres de destilação nas quais aágua residual e a glicerina não convertida são separadas. A correnteenriquecida em propilenoglicol é conduzida para uma torre de destilaçãopara separação de outros subprodutos, principalmente etilenoglicol.O documento WO 2008/057317 (Archer-Daniels-Midland Company)apresenta um processo de purificação de propilenoglicol e etilenoglicolproduzidos a partir de uma fonte renovável. O processo emprega umsolvente polar no auxílio da separação por destilação dos componentes.
Uma mistura de polióis produzida durante uma reação de hidrogenólise deuma matéria-prima renovável, dentre muitas, glicerina, é misturada a umsolvente polar, tal como água, metanol, etanol, n-propanol, n-butanol, i-butanol, álcool amílico, acetona, ácido butírico, ácido glucônico, ácidoacético, ácido lático, ácido sulfúrico e ácido clorídrico, de forma que nãoforme azeótropo com os componentes da mistura para então ser destilada.
Este tipo de destilação é conhecido como destilação extrativa e é utilizadoquando os componentes de uma mistura apresentam baixa volatilidaderelativa. O solvente polar interage de maneira diferente com oscomponentes da mistura provocando uma alteração na volatilidade relativadestes componentes e, desta forma, possibilita que a separação sejarealizada.
A empresa UOP vem divulgando um processo de transformação deglicerina a propilenoglicol em estágio único onde utiliza um catalisador cujacomposição não foi divulgada. A seletividade do processo informada é de90% em peso a propilenoglicol com um rendimento de 79% em peso. Osubproduto formado em maior teor é o etilenoglicol, em torno de 3% empeso no efluente do reator que posteriormente é separado do meio. Opropilenoglicol produzido tem uma pureza de 99,5% p/p. Pode ser utilizadacomo carga uma glicerina com 40% em peso de pureza, dispensando,dependendo da característica inicial da carga, a etapa de purificação. Taltecnologia encontra-se pronta para ser licenciada.
Como foi possível observar, os estudos progridem, embora seobserve dentre os processos citados acima muito pouca preocupação coma etapa de separação de produtos. A presente invenção apresenta umarota alternativa para a obtenção do propilenoglicol, com otimização doprocesso como um todo, assim como na recuperação, na separação etratamento final dos produtos obtidos.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
É objetivo da presente invenção, um processo para a produção depropilenoglicol a partir de glicerina, no qual as reações ocorrem em faselíquida e a glicerina é empregada como matéria prima é, especificamente,a gerada durante o processo de obtenção de biodiesel.
A glicerina de biodiesel ou glicerina loura é produzida com umapureza na faixa entre 40% e 85% e, para ser empregada como matéria-prima para a produção de propilenoglicol segundo a presente invenção,precisa ser purificada por intermédio de processos de purificaçãonormalmente empregados na técnica, originando uma glicerina com teorde pureza na faixa entre 90% e 99% em peso.
A transformação de glicerina purificada em propilenoglicol érealizada por meio de uma reação de hidrogenólise a qual e conduzida emfase líquida, onde as duas etapas de reação ocorrem simultaneamente eem um mesmo reator.
Na primeira etapa o glicerol por efeito de temperatura e catalisador étransformado em acetol e água. Na segunda etapa o acetol, por efeito decatalisador e gás hidrogênio é transformado em propilenoglicol.
O efluente do reator é conduzido a uma seção de separação epurificação após a qual, obtém-se um produto final com alta pureza e baixoteor de contaminantes.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
A Figura 1 é uma representação das equações químicasilustrativas da transformação da glicerina de biodiesel em propilenoglicol.
A Figura 2 é uma representação do fluxograma simplificado deprocesso da hidrogenólise de glicerina a propilenoglicol.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Trata a presente invenção de um processo para a produção depropilenoglicol a partir de glicerina, no qual as reações ocorrem em faselíquida e a glicerina é, especificamente, a gerada durante o processo deobtenção de biodiesel. A glicerina produzida ao longo do processo deprodução de biodiesel, e que é utilizada como matéria prima para oprocesso da presente invenção, possui inicialmente um teor de pureza nafaixa entre 40% a 85% devido à presença de inúmeros subprodutos dareação, como por exemplo:
- sais contendo sódio, cloro, enxofre e fósforo, as quais desativam ocatalisador de maneira irreversível;
- ácidos graxos, fosfolipídios, glicerídeos, sabões e resíduos debiodiesel, os quais desativam o catalisador por bloqueio de poros.A produção de propilenoglicol tem como matéria-prima estaglicerina, depois de purificada é transformada em propilenoglicol por meiode uma reação de hidrogenólise, a qual e conduzida em fase líquida, ondeas duas etapas da reação ocorrem simultaneamente e em um mesmoreator, ou seja, o glicerol por efeito de temperatura e catalisador étransformado em acetol e água e, em seguida, por efeito de catalisador egás hidrogênio é transformado em propilenoglicol. As reações químicasenvolvidas no processo encontram-se representadas na Figura 1.
O processo para produção de propilenoglicol a partir de glicerinaproveniente de biodiesel, segundo a presente invenção, pode seracompanhado com o auxílio da Figura 2 e, basicamente, compreende osseguintes passos:
a) submeter a glicerina proveniente de uma produção de biodiesel(G) e com impurezas por uma etapa de purificação (P) pararetirada das impurezas (R) por um processo de purificaçãoexistente no estado da técnica, desde que esse processo forneçauma glicerina loura com teor de pureza na faixa entre 90% e99,9% peso;
b)em um reator (1) adiabático de leito fixo que opera em regime defluxo descendente, em fase líquida, proceder a reação dehidrogenólise, onde as duas etapas da reação ocorremsimultaneamente da seguinte forma:
■ ativar um catalisador a base de cromito de cobre por meio dapassagem de hidrogênio;
■ pressurizar o reator (1) de leito fixo a uma pressão que podese situar em uma faixa entre 5 e 40 bar, preferencialmenteentre 15 e 30 bar;
■ elevar a temperatura do leito catalítico a uma temperatura deoperação que se situa em uma faixa entre 180°C e 260°C;
■ iniciar a admissão de glicerina purificada com certo teor deágua por uma linha de carga (12) e iniciar a admissão dehidrogênio por uma linha de gás (13), com uma proporçãomolar entre glicerina e hidrogênio na faixa entre 1/3 e 1/50 euma velocidade espacial na faixa entre 0,1 h"1 e 4,0 h"1 emrelação ao reagente Iimitante (glicerina);
c)resfriar e retirar o efluente preferencialmente pelo fundo destereator e conduzir por uma linha de reagido (11);
d) o efluente proveniente do reator (1) de leito fixo por meio da linhade reagido (11) é resfriado e entra em um vaso separador de flash(2) para remoção de uma corrente contendo hidrogênio ecompostos leves não condensáveis por uma primeira corrente detopo (21) e, remoção de efluente líquido por uma primeira correntede fundo (22);
e) a primeira corrente de topo (21) proveniente do vaso separador deflash (2) entra em um compressor de reciclo (3), que comprime oconteúdo desta corrente onde, parte é conduzida por umaprimeira linha de reciclo (31) ao reator (1) de leito fixo, enquantooutra parte é conduzida por uma primeira linha de purgadestinada a queima (32) por incineração;f) o efluente líquido da primeira corrente de fundo (22) provenientedo vaso separador de flash (2) entra em uma torre defracionamento primário (4), que descarrega por uma segundacorrente de topo (41) água e compostos leves polares comometanol, etanol, n-propanol e isopropanol, enquanto o efluente defundo é conduzido por uma segunda corrente de fundo (42);
g) o efluente de fundo da segunda corrente de fundo (42)proveniente da torre de fracionamento primário (4) entra em umatorre de remoção de pesados (5), que remove glicerina nãoreagida e outros produtos pesados formados durante a reação dehidrogenólise, os quais são conduzidos por uma terceira correntede fundo (52) para destinos que podem ser escolhidos entre: umasegunda linha de queima (53) para incineração e geração deenergia e uma segunda linha de reciclo (54) onde glicerina éretornada para o reator (1) de leito fixo enquanto, pela terceiracorrente de topo (51) é conduzido propilenoglicol com impurezas;
h) o efluente da terceira corrente de topo (51) proveniente da torrede remoção de pesados (5) entra em uma torre de purificação (6),que remove impurezas como etilenoglicol, 1,3-propilenoglicol eum pequeno teor de compostos pesados, as quais sãoconduzidas por uma quarta corrente de fundo (62) até a junçãocom a segunda linha de queima (53) para incineração e geraçãode energia, enquanto propilenoglicol com alto grau de pureza éobtido por meio da quarta corrente de topo (61).
Devido à exotermicidade das reações envolvidas, o reator (1) deleito fixo pode conter mais de um leito catalítico e apresentar sistema deresfriamento entre os leitos. O propilenoglicol produzido segundo apresente invenção apresenta um grau de pureza estimado acima de 99%com baixo teor de contaminantes.
A seguir será abordado um exemplo meramente ilustrativo daaplicação do processo objeto da presente invenção.
Após a ativação in situ do catalisador por intermédio da passagemde hidrogênio, o sistema foi pressurizado a aproximadamente 20 bar comhidrogênio e a temperatura de operação ajustada para 220°C. Passou-se àadmissão de glicerina purificada contendo certo teor de água e hidrogênioem uma proporção molar glicerina/hidrogênio de 1/35 com uma velocidadeespacial de 1 h~1 em relação ao reagente Iimitante (glicerina). O reator (1)de leito fixo operou isotermicamente. O efluente do reator (1) após seranalisado apresentou uma conversão de glicerina maior que 99% e aseletividade para o propilenoglicol foi de 88,6%.
A composição completa do efluente do reator deste exemploencontra-se listado na tabela 1 a seguir:
TABELA 1
<table>table see original document page 11</column></row><table>
Embora a presente invenção tenha sido descrita em sua forma derealização preferida, o conceito principal que norteia a presente invençãoque é um processo para produção de propilenoglicol a partir de glicerina,particularmente, a partir de glicerina de biodiesel, se mantém preservadoquanto ao seu caráter inovador, onde aqueles usualmente versados natécnica poderão vislumbrar e praticar variações, modificações, alterações,adaptações e equivalentes, cabíveis e compatíveis ao meio de trabalho emquestão, sem, contudo se afastar da abrangência do espírito e escopo dapresente invenção, que estão representados pelas reivindicações que seseguem.
Claims (4)
1. - PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PROPILENOGLICOL A PARTIR DEGLICERINA DE BIODIESEL, caracterizado por a glicerina empregadacomo matéria prima ser proveniente, especificamente, de um processode produção de biodiesel, cujo teor de pureza esta na faixa de 90% a-99,9% em peso e compreender os seguintes passos a seremcumpridos:a) em um reator (1) adiabático de leito fixo que opera em regime defluxo descendente, em fase líquida, proceder à reação dehidrogenólise, onde as duas etapas da reação ocorremsimultaneamente;b) retirar o efluente pelo fundo deste reator (1) e conduzir por umalinha de reagido (11);c) o efluente proveniente do reator (1) de leito fixo por meio da linhade reagido (11) ser resfriado e entrar em um vaso separador deflash (2) para remoção de uma corrente contendo hidrogênio ecompostos leves não condensáveis por uma primeira corrente detopo (21) e, remoção de efluente líquido por uma primeira correntede fundo (22);d) a primeira corrente de topo (21) proveniente do vaso separador deflash (2) entrar em um compressor de reciclo (3), que comprime oconteúdo desta corrente onde, parte é conduzida por umaprimeira linha de reciclo (31) ao reator (1) de leito fixo, enquantooutra parte é conduzida por uma primeira linha de purgadestinada a queima (32) por incineração;e) o efluente líquido da primeira corrente de fundo (22) provenientedo vaso separador de flash (2) entrar em uma torre defracionamento primário (4), que descarrega por uma segundacorrente de topo (41) água e compostos leves polares comometanol, etanol, n-propanol e isopropanol, enquanto o efluente defundo é conduzido por uma segunda corrente de fundo (42);f) o efluente de fundo da segunda corrente de fundo (42)proveniente da torre de fracionamento primário (4) entrar em umatorre de remoção de pesados (5), que remove glicerina nãoreagida e outros produtos pesados formados durante a reação dehidrogenólise, os quais são conduzidos por uma terceira correntede fundo (52) para destinos que podem ser escolhidos entre: umasegunda linha de queima (53) para incineração e geração deenergia e uma segunda linha de reciclo (54) onde glicerina éretornada para o reator (1) de leito fixo enquanto, pela terceiracorrente de topo (51) é conduzido propilenoglicol com impurezas;g) o efluente da terceira corrente de topo (51) proveniente da torrede remoção de pesados (5) entrar em uma torre de purificação(6), que remove impurezas como etilenoglicol, 1,3-propilenoglicole um pequeno teor de compostos pesados, as quais sãoconduzidas por uma quarta corrente de fundo (62) até a junçãocom a segunda linha de queima (53) para incineração e geraçãode energia, enquanto propilenoglicol com alto grau de pureza éobtido por meio da quarta corrente de topo (61).
2. - PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PROPILENOGLICOL A PARTIR DEGLICERINA DE BIODIESEL, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por, o reator (1) de leito fixo poder conter mais de umleito catalítico e apresentar sistema de resfriamento entre os leitosdevido á exotermicidade das reações envolvidas.
3.
- PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PROPILENOGLICOL A PARTIR DEGLICERINA DE BIODIESEL, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por, a reação de hidrogenólise ser conduzida empresença de um catalisador de cromito de cobre, sob pressão dehidrogênio na faixa de 15 bar a 30 bar, temperatura na faixa de 180°Ce 260°C, com uma proporção molar entre glicerina e hidrogênio nafaixa entre 1/3 e 1/50 e uma velocidade espacial na faixa entre 0,1 h"1 e-4,0 h"1 em relação ao reagente Iimitante (glicerina).
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| Date | Code | Title | Description |
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| B03A | Publication of an application: publication of a patent application or of a certificate of addition of invention | ||
| B07A | Technical examination (opinion): publication of technical examination (opinion) | ||
| B09B | Decision: refusal | ||
| B09B | Decision: refusal |
Free format text: MANTIDO O INDEFERIMENTO UMA VEZ QUE NAO FOI APRESENTADO RECURSO DENTRO DO PRAZO LEGAL |