ES2928768T3

ES2928768T3 - Purificación de ácido levulínico

Info

Publication number: ES2928768T3
Application number: ES19739626T
Authority: ES
Inventors: Fernandez Vicente Lopez; Martinez Lourdes Arribas; Tapia Maria Frades; Perez Alvaro Ruiz
Original assignee: Tecnicas Reunidas SA
Current assignee: Tecnicas Reunidas SA
Priority date: 2018-07-18
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2039-07-17
Also published as: EP3823952B1; EP3823952A1; US11535582B2; EP3597624A1; DK3823952T3; CA3106488A1; WO2020016290A1; US20210253508A1; PL3823952T3; AU2019307736B2; PT3823952T; BR112021000853A2; BR112021000853B1; AU2019307736A1

Abstract

La presente invención se refiere a un proceso para la purificación de ácido levulínico, una solución acuosa que comprende ácido levulínico y un proceso para la producción de ácido levulínico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Purificación de ácido levulínico

Campo de la invención

La presente invención se refiere al área de la purificación o extracción de ácido levulínico. Más específicamente, la presente invención se refiere a un procedimiento para la purificación de ácido levulínico, a una disolución acuosa que comprende ácido levulínico ya un procedimiento para la producción de ácido levulínico.

Antecedentes

El ácido levulínico es una molécula de partida para la síntesis de ésteres conocidos como aditivos para combustibles y se sabe que es útil como plastificante y disolvente. Además, el ácido levulínico puede usarse para sintetizar metiltetrahidrofurano (MTHF). Otras aplicaciones del ácido levulínico son, por ejemplo, la síntesis de ácido deltaaminolevulínico usado como herbicida y pesticida, ácido difenólico usado para sintetizar policarbonatos y ácido succínico usado para preparar poliésteres. El ácido levulínico también puede usarse para producir gammavalerolactona (5-metilbutirolactona), que a su vez puede usarse para la producción de ácido adípico (ácido 1,6-hexanodioico). Además, el ácido levulínico es un producto intermedio en la producción de combustibles líquidos a partir de biomasa.

La producción de ácido levulínico a partir de biomasa lignocelulósica se ha dado a conocer en numerosos documentos, tales como los documentos CN101875605A, US6054611A, WO2014087016A1, WO2014037560A1 y WO2015007602A1.

La lignocelulosa contiene polímeros celulósicos unidos juntos mediante lignina. Cuando se somete a un tratamiento con ácido, la lignocelulosa se divide en lignina y componentes celulósicos. Luego, estos componentes celulósicos pueden hidrolizarse para dar sus monómeros constituyentes, la pentosa y la hexosa. Los monómeros de pentosa, tras un tratamiento con ácido adicional, pueden degradarse para dar furfural, y los monómeros de hexosa pueden degradarse para dar hidroximetilfurfural (HMF) que puede degradarse adicionalmente en presencia de ácido para dar ácido levulínico (LEVA) y ácido fórmico (FA).

Es necesario un gran esfuerzo de purificación y separación con el fin de eliminar los componentes y productos secundarios no deseados, tales como el alquitrán o las huminas, a partir de la mezcla de reacción con el fin de obtener ácido levulínico. Por ejemplo, el documento US6054611A da a conocer la purificación de ácido levulínico a partir de un hidrolizado de biomasa acuoso mediante destilación seguido de destilación a vacío y, opcionalmente, recristalización. Además, varios documentos tales como los documentos WO2014087016A1, WO2014037560A1 y WO2015007602A1 describen métodos de purificación que implican una etapa de extracción con disolvente que produce una fase orgánica que comprende ácido levulínico que puede purificarse adicionalmente. Por ejemplo, la solicitud de patente n.° WO2014087016A1 sugiere la recuperación del ácido levulínico y/o ácido fórmico a partir de la fase orgánica mediante destilación. La solicitud de patente n.° WO2014037560A1 sugiere someter dicha fase orgánica a nanofiltración y, opcionalmente, a una etapa de destilación adicional. Además, la solicitud de patente n.° WO2015007602A1 describe un procedimiento para el aislamiento de ácido levulínico a partir de una disolución orgánica, que comprende una etapa de lavar dicha disolución orgánica con una corriente acuosa alcalina para producir una disolución orgánica lavada y someter dicha disolución orgánica lavada a una destilación.

No obstante, los métodos para producir, purificar, extraer, aislar o concentrar ácido levulínico que incluyen una etapa de extracción con disolvente para producir una fase orgánica que comprende ácido levulínico, tales como los dados a conocer anteriormente, presentan problemas relacionados con el coste asociado al elevado uso de disolventes orgánicos. Además, las huminas y otras impurezas presentes en la fase orgánica puede crear problemas en las etapas de purificación posteriores, particularmente si se requiere una destilación, y conducir a altas cantidades de impurezas y una menor concentración en los productos.

Por tanto, existe una clara necesidad de nuevos métodos para producir, purificar, extraer, aislar o concentrar ácido levulínico con alto rendimiento, bajo contenido en impurezas y alta concentración de los productos y coste reducido.

Breve descripción de la invención

Los autores de la presente invención han desarrollado un nuevo procedimiento para la purificación de ácido levulínico, una disolución acuosa que comprende ácido levulínico y un procedimiento para la producción de ácido levulínico.

Los inventores han observado que el rendimiento de ácido levulínico y su pureza son insuficientes cuando una corriente que contiene ácido levulínico se somete sólo a una extracción orgánica. En particular se ha hallado sorprendentemente que, al realizar una extracción doble (una extracción orgánica seguida de una extracción acuosa), el procedimiento de la presente invención mejora significativamente el rendimiento del ácido levulínico (pureza superior al 95%) en comparación con la ausencia de una extracción doble (pureza inferior al 85% en peso). Además, los productos obtenidos mediante una extracción doble son incoloros, a diferencia de los obtenidos después de una única extracción que tienen un color amarillento, rojizo o parduzco indicativo de la presencia de huminas u otros residuos. Por tanto, una extracción doble reduce significativamente la presencia de impurezas en los productos finales del procedimiento de la presente invención.

Si se realiza una purificación adicional en dicha disolución acuosa, las etapas de purificación adicionales se simplifican y, por ejemplo, no se generan residuos viscosos durante la destilación.

Además, puesto que el procedimiento de la presente invención es sencillo y rentable, puede aplicarse para la purificación y/o producción a gran escala de ácido levulínico.

Por tanto, un primer aspecto de la invención se refiere a un procedimiento para la purificación de ácido levulínico, que comprende:

i) proporcionar una disolución acuosa que comprende ácido levulínico;

ii) someter la disolución acuosa de la etapa (i) a una extracción orgánica para producir una disolución orgánica y una disolución acuosa;

iii) someter la disolución orgánica obtenida en la etapa previa a una extracción acuosa para producir una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y una disolución orgánica; y

iv) someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii) a una separación por membrana para producir una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y un residuo.

En una segunda divulgación, la presente invención se refiere a una disolución acuosa que comprende ácido levulínico que puede obtenerse mediante un procedimiento que comprende:

i) proporcionar una disolución acuosa que comprende ácido levulínico;

ii) someter la disolución acuosa de la etapa (i) a una extracción orgánica para producir una disolución orgánica y una disolución acuosa; y

iii) someter la disolución orgánica obtenida en la etapa previa a una extracción acuosa para producir una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y una disolución orgánica;

en el que dicha disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii) comprende:

- entre el 0,01 y el 27% en peso de ácido levulínico; y

- entre el 0,01 y el 13,5% en peso de ácido fórmico.

En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de ácido levulínico a partir de biomasa lignocelulósica triturada que comprende las siguientes etapas:

i. proporcionar una biomasa lignocelulósica triturada;

ii. opcionalmente, someter la biomasa lignocelulósica triturada de la etapa (i) a una hidrólisis previa para obtener una biomasa lignocelulósica triturada prehidrolizada;

iii. someter la biomasa lignocelulósica triturada proporcionada en la etapa (i) o la biomasa lignocelulósica triturada prehidrolizada obtenida en la etapa (ii) a una hidrólisis en presencia de un ácido y en condiciones de temperatura, tiempo y concentración de ácido para producir una suspensión acuosa que comprende ácido levulínico;

iv. someter la suspensión acuosa obtenida en la etapa (iii) que comprende ácido levulínico a una separación sólidolíquido dando lugar a una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y un sólido;

v. someter la disolución acuosa obtenida en la etapa (iv) a una extracción orgánica para producir una disolución orgánica y una disolución acuosa;

vi. someter la disolución orgánica obtenida en la etapa previa a una extracción acuosa para producir una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y una disolución orgánica;

vii. someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (vi) a una separación por membrana para producir una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y un residuo; y

viii. opcionalmente, someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa previa a al menos una purificación adicional para producir una disolución acuosa que comprende ácido levulínico.

Figuras

La figura 1 muestra un esquema de los productos comerciales obtenidos a partir del ácido levulínico.

La figura 2 muestra un diagrama que ilustra una realización preferida de esta invención. Se hace referencia a la misma en la siguiente descripción.

Descripción detallada de la invención

A menos que se definan de otro modo, todos los términos técnicos y científicos usados en el presente documento tienen el mismo significado que entiende habitualmente un experto habitual en la técnica a la que pertenece esta divulgación. Tal como se usan en el presente documento, las formas en singular “un/o”, “una” y “el/la” incluyen la referencia en plural, a menos que el contexto dicte claramente lo contrario.

Procedimiento para la purificación de ácido levulínico.

Tal como se definió anteriormente, en un primer aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la purificación de ácido levulínico, que comprende:

i) proporcionar una disolución acuosa que comprende ácido levulínico;

En el contexto de la presente invención, el término “purificación” se refiere a la separación, el aislamiento o la separación parcial de una sustancia química de interés en la presente invención tal como el ácido levulínico; particularmente a partir de una disolución acuosa generada en la hidrólisis de biomasa, particularmente en la hidrólisis de biomasa lignocelulósica.

En una realización particular, la disolución acuosa que comprende ácido levulínico de la etapa (i) del procedimiento de la presente invención comprende además ácido fórmico y residuos; en otra realización, comprende además ácido fórmico y residuos de lignina.

En el contexto de la presente invención, la expresión “disolución acuosa” se refiere a una disolución que comprende agua; en la que o bien el agua o bien el ácido levulínico es el compuesto predominante (a diferencia de una disolución orgánica en la que habitualmente un disolvente orgánico es el compuesto principal). La expresión “disolución acuosa” puede referirse a la corriente principal que comprende ácido levulínico tal como las proporcionadas en la etapa (i) y obtenida en la etapa (iii) y opcionalmente en la etapa (iv) del procedimiento para la purificación de ácido levulínico o las obtenidas en las etapas (iv), (vi) y opcionalmente (vii) del procedimiento para la producción de ácido levulínico de la presente invención. La disolución acuosa puede comprender residuos, tales como residuos sólidos dispersos que pueden variar dependiendo del tipo de biomasa usada, y otros compuestos. Un ejemplo no limitativo de una disolución acuosa en la que el ácido levulínico es el compuesto predominante y el agua es un compuesto minoritario es la disolución de destilación obtenida después de una destilación.

En el contexto de la presente invención, la expresión “residuos” se refiere a compuestos solubles o insolubles presentes en una disolución acuosa que comprende ácido levulínico a partir de la cual es necesario separar, extraer o purificar el ácido levulínico. Los ejemplos no limitativos de residuos son alquitrán, carbón y/o huminas, lignina, hidratos de carbono, ácidos carboxílicos y/o catalizador. El alquitrán y el carbón representan un material orgánico oscuro e insoluble en agua que tiende a volverse viscoso y prácticamente negro cuando se concentra. En el contexto de la presente invención, el término “alquitrán” se refiere a un residuo orgánico que puede formarse durante el calentamiento de un material orgánico, por ejemplo, mediante pirólisis, y también cuando los hidratos de carbono se someten a hidrólisis ácida, particularmente cuando se realiza a altas temperaturas. El término “alquitrán” se refiere habitualmente a un líquido viscoso, por ejemplo, derivado de la destilación destructiva de materia orgánica. En el contexto de la presente invención, el término “carbón” se refiere a un material sólido tal como el resto de la biomasa sólida que se ha hidrolizado de manera incompleta. En el contexto de la presente invención, el término “huminas” se refiere a un material orgánico insoluble en agua producido mediante la hidrólisis ácida de hidratos de carbono y la fracción de lignina. En el contexto de la presente invención, el término “huminas” comprende los términos “alquitrán” y “carbón”. La presencia de residuos en una disolución puede indicarse mediante un color oscuro tal como un color amarillento, parduzco o rojizo.

Extracción orgánica

El procedimiento para la purificación de ácido levulínico comprende una etapa (ii) de someter la disolución acuosa de la etapa (i) a una extracción orgánica para producir una disolución orgánica y una disolución acuosa.

En el contexto de la presente invención, la expresión “extracción orgánica” se refiere a someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico de la etapa (i) (fase acuosa líquida) a una etapa de extracción líquido-líquido con disolventes con un disolvente inmiscible en agua con el fin de producir una fase orgánica que comprende ácido levulínico que se recupera y una fase acuosa en la que permanecen parte de los residuos. En el contexto de la presente invención, la expresión “fase orgánica” en relación con una etapa de extracción se refiere a la disolución orgánica. De manera similar, la expresión “fase acuosa” en relación con una etapa de extracción se refiere a la disolución acuosa. Generalmente la disolución acuosa y la disolución orgánica son inmiscible entre ellas; por tanto, la expresión “fases inmiscibles” se refiere a la fase orgánica y acuosa.

En una realización particular, la extracción orgánica de la etapa (ii) se realiza usando al menos un disolvente inmiscible en agua; preferiblemente poniendo en contacto la disolución acuosa proporcionada en la etapa (i) con un disolvente inmiscible en agua o una disolución orgánica; preferiblemente un disolvente inmiscible en agua.

En el contexto de la presente invención, la expresión “disolvente inmiscible en agua” se refiere a lo que entendería un experto en la técnica.

Ejemplos de disolventes inmiscibles en agua adecuados como disolventes de extracción son cetonas, éteres o acetatos de bajo peso molecular, tales como los que contienen más de cinco átomos de carbono, por ejemplo, disolventes derivados de furanos. En una realización preferida, el disolvente inmiscible en agua se selecciona de diclorometano (DCM), dicloroeteno (DCE), 1,2-dicloroetano, tolueno, benceno, 2-heptanona, acetato de butilo, metil isobutil cetona (MIBK), diclorometano, etil-5-propionato, 2-pentanona, dietil éter, alcohol t-amílico, butanol, ciclohexanona, acetato de etilo, piridina, tetrahidrofurano (THF), metiltetrahidrofurano (MTHF), 2-metiltetrahidrofurano (2-ME-THF), 2-butanona, acetona, dioxano, acetonitrilo, formamida, N,N-dimetilformamida, dimetilsulfóxido, etilenglicol, metil terc-butil éter (MTBE), ciclopentil metil éter (CPMe), heptano, dimetilformamida (DMF), N-metilpirrolidona (NMP), 2-sec-butilfenol (SBP), 4-n-pentilfenol (NPP), 4-n-hexilfenol (NHP) y dimetil éter de dietilenglicol (DEGDME), furfural, (hidroximetil)furfural, levulinato de alcohol, derivados de lactona, gammavalerolactona (GVL), y combinaciones de los mismos; preferiblemente se selecciona de furfural, (hidroximetil)furfural, levulinato de alcohol, derivados de lactona, gamma-valerolactona (GVL) metil isobutil cetona (MIBK), metiltetrahidrofurano (MTHF), y combinaciones de los mismos; más preferiblemente se selecciona de metil isobutil cetona (MIBK), metiltetrahidrofurano (MTHF), y combinaciones de los mismos; incluso más preferiblemente es metil isobutil cetona (MIBK).

En una realización particular, la extracción orgánica de la etapa (ii) se realiza a una temperatura entre 20 y 100 °C, preferiblemente a temperatura ambiente.

En una realización preferida, la razón disolvente inmiscible en agua/disolución acuosa de la extracción orgánica de la etapa (ii) oscila entre 0,25:1 y 5:1, más preferiblemente entre 1:1 y 4:1, incluso más preferiblemente entre 2:1 y 3,5:1.

En una realización particular, la extracción orgánica de la etapa (ii) se realiza usando un disolvente inmiscible en agua seleccionado de diclorometano (DCM), dicloroeteno (DCE), 1,2-dicloroetano, tolueno, heptano, benceno, 2-heptanona, 2-butanona, acetona, dioxano, acetonitrilo, acetato de butilo, metil isobutil cetona (MlBK), diclorometano, etil-5-propionato, 2-pentanona, dietil éter, alcohol t-amílico, butanol, ciclohexanona, acetato de etilo, piridina, tetrahidrofurano (t Hf), metiltetrahidrofurano (MTHF), 2-metiltetrahidrofurano (2-ME-THF), formamida, N,N-dimetilformamida, dimetilsulfóxido, etilenglicol, metil terc-butil éter (MTBE), ciclopentil metil éter (CPMe), dimetilformamida (DMF), N-metilpirrolidona (NMP), 2-sec-butilfenol (SBP), 4-n-pentilfenol (NPP), 4-n-hexilfenol (NHP) y dimetil éter de dietilenglicol (DEGDME), furfural, (hidroximetil)furfural, levulinato de alcohol, derivados de lactona, gamma-valerolactona (GVL), y combinaciones de los mismos; en la que la razón disolvente inmiscible:disolución acuosa está entre 0,25:1 y 4:1.

En una realización preferida, la extracción orgánica de la etapa (ii) se realiza usando medios aptos para la extracción, preferiblemente columnas de extracción, extractores centrífugos, extractores de capa fina o un dispositivo mezclador-sedimentador; más preferiblemente columnas de extracción o dispositivos mezcladoressedimentadores.

En una realización más preferida, la extracción orgánica de la etapa (ii) se realiza en un dispositivo mezcladorsedimentador; preferiblemente mezclando la disolución acuosa que comprende ácido levulínico de la etapa (i) con un disolvente inmiscible en agua o con una disolución orgánica mediante agitación a entre 100 y 300 rpm para obtener una mezcla que posteriormente se sedimenta durante entre 1 y 20 min para obtener dos fases inmiscibles; más preferiblemente un disolvente inmiscible en agua.

En una realización más preferida, la extracción orgánica de la etapa (ii) se realiza en una columna de extracción; preferiblemente una columna de extracción que comprende entre 2 y 12 etapas de extracción. En una realización incluso más preferida, la extracción orgánica de la etapa (ii) se realiza en una columna de extracción que comprende entre 2 y 12 etapas de extracción; en la que la disolución acuosa de la etapa (i) y la disolución orgánica se mezclan en las etapas de extracción durante tiempos de contacto de 1-20 min.

En otra realización preferida, la extracción orgánica de la etapa (ii) comprende al menos una etapa de contacto; preferiblemente al menos dos etapas de contacto, en la que, en cada una de las etapas, la fase orgánica y la fase acuosa están en contacto durante al menos 1 minuto; preferiblemente durante al menos 10 minutos; más preferiblemente durante al menos 20 minutos.

En otra realización preferida, la extracción orgánica de la etapa (ii) se repite al menos una vez; preferiblemente al menos dos veces; más preferiblemente al menos tres veces. En una realización particular, el procedimiento de la presente invención puede incluir múltiples etapas de extracción orgánica. Esto puede mejorar la eficiencia del procedimiento incluso más. En cada etapa, la fase orgánica y la fase acuosa pueden estar en contacto durante al menos 1 minuto; preferiblemente durante al menos 10 minutos; más preferiblemente durante al menos 20 minutos. En una realización particular, el ácido levulínico o parte del ácido levulínico comprendido en la disolución acuosa de la etapa (i) se extrae en una disolución orgánica (fase o extracto orgánico) durante la etapa (ii) de someter la disolución acuosa a una extracción orgánica.

En una realización particular, parte de los residuos comprendidos en la disolución acuosa de la etapa (i), tales como alquitrán, ligninas, hidratos de carbono, ácidos carboxílicos y/o catalizador, permanecen en la disolución acuosa obtenida en la extracción orgánica de la etapa (ii).

En una realización particular, la extracción orgánica de la etapa (ii) produce una disolución orgánica y una disolución acuosa; en la que la disolución orgánica obtenida comprende ácido levulínico, ácido fórmico y el disolvente inmiscible en agua de extracción; y en la que la disolución acuosa obtenida comprende residuos y/o una pequeña cantidad del disolvente inmiscible en agua; preferiblemente la disolución acuosa obtenida comprende además ácidos carboxílicos, hidratos de carbono, compuestos de lignina y/o catalizador.

En una realización particular, la disolución acuosa obtenida en la extracción orgánica de la etapa (ii) se recircula; preferiblemente se recircula usándola en otras etapas del procedimiento de la presente invención; preferiblemente se recircula a la etapa de hidrólisis. En una realización particular, la disolución acuosa obtenida en la extracción orgánica de la etapa (ii) comprende un ácido carboxílico y se recircula a la etapa de hidrólisis; preferiblemente comprende ácido sulfúrico.

En una realización más particular, la extracción orgánica de la etapa (ii) produce una disolución orgánica y una disolución acuosa; en la que la disolución orgánica obtenida comprende entre el 0,1 y el 10% en peso de ácido levulínico, entre el 0,1 y el 5% en peso de ácido fórmico y el disolvente inmiscible en agua de extracción; más preferiblemente entre el 0,3 y el 7,5% en peso de ácido levulínico, entre el 0,14 y el 4% en peso de ácido fórmico y el disolvente inmiscible en agua de extracción.

En una realización más particular, la extracción orgánica de la etapa (ii) produce una disolución orgánica y una disolución acuosa; en la que la disolución orgánica comprende entre el 0,1 y el 10% en peso de ácido levulínico y entre el 0,05 y el 5% en peso de ácido fórmico; más preferiblemente entre el 0,3 y el 7,5% en peso de ácido levulínico y entre el 0,15 y el 4% en peso de ácido fórmico; incluso más preferiblemente entre el 0,3 y el 7,5% en peso de ácido levulínico, entre el 0,15 y el 4% en peso de ácido fórmico y menos del 0,8% en peso de residuos. En una realización incluso más particular, la extracción orgánica de la etapa (ii) produce una disolución orgánica y una disolución acuosa; en la que la disolución orgánica comprende menos del 1% en peso de residuos; preferiblemente menos del 0,8% en peso de residuos; más preferiblemente entre el 0,15 y el 0,5% en peso de residuos.

En una realización incluso más particular, la extracción orgánica de la etapa (ii) produce una disolución orgánica y una disolución acuosa; en la que la disolución orgánica comprende una razón ácido levulínico:residuos de aproximadamente 1:0,6.

La extracción orgánica de la etapa (ii) tiene una eficiencia de desde el 85% hasta el 97% para los ácidos levulínico y fórmico presentes en la disolución acuosa de la etapa (i), preferiblemente una eficiencia de desde el 90% hasta el 98%.

Extracción acuosa

El procedimiento para la purificación de ácido levulínico comprende una etapa (iii) de someter la disolución orgánica obtenida en la etapa previa (en la etapa (ii)) a una extracción acuosa para producir una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y una disolución orgánica.

Según la presente invención, la expresión “extracción acuosa” se refiere a someter la disolución orgánica que comprende ácido levulínico de la etapa (ii) (fase orgánica) a una etapa de extracción líquido-líquido acuosa en presencia de agua o una disolución acuosa (fase acuosa) con el fin de recuperar selectivamente una fase acuosa que comprende ácido levulínico.

En una realización particular, la extracción acuosa de la etapa (iii) se realiza en presencia de agua o una disolución acuosa; preferiblemente poniendo en contacto la disolución orgánica que comprende ácido levulínico de la etapa (ii) con agua o con una disolución acuosa; preferiblemente con agua o con una disolución acuosa a pH neutro.

Ejemplos no limitativos de disoluciones acuosas aptas para la extracción acuosa de la etapa (iii) son disoluciones acuosas ácidos, básicas o neutras; preferiblemente una disolución acuosa neutra.

En una realización particular, la extracción acuosa de la etapa (iii) se realiza con una disolución acuosa que comprende un aditivo apto para mejorar las propiedades de solvatación de la disolución tal como se conoce en la técnica; particularmente un tensioactivo o una combinación de tensioactivos tal como sulfonatos, fosfatos, sulfatos y carboxilatos.

En una realización particular, la extracción acuosa de la etapa (iii) se realiza con una disolución acuosa que tiene pH neutro.

En una realización particular, la extracción acuosa de la etapa (iii) se realiza a una temperatura entre 20 y 100 °C, preferiblemente a temperatura ambiente.

En una realización preferida, la razón disolución orgánica/disolución acuosa de la extracción acuosa de la etapa (iii) oscila entre 0,1:1 y 1:5, más preferiblemente entre 0,25:1 y 1:3.

En una realización preferida, la extracción acuosa de la etapa (iii) se realiza usando medios aptos para la extracción, preferiblemente columnas de extracción, extractores centrífugos, extractores de capa fina o un dispositivo mezclador-sedimentador; más preferiblemente columnas de extracción o dispositivos mezcladores-sedimentadores. En una realización más preferida, la extracción orgánica de la etapa (ii) o la extracción acuosa de la etapa (iii) se realizan usando medios aptos para la extracción, preferiblemente una columna de extracción o un dispositivo mezclador-sedimentador; más preferiblemente un dispositivo mezclador-sedimentador.

En una realización más preferida, la extracción orgánica de la etapa (ii) o la extracción acuosa de la etapa (iii) se realizan a temperatura ambiente.

En una realización más preferida, la extracción orgánica de la etapa (ii) o la extracción acuosa de la etapa (iii) se realizan poniendo en contacto y separando dos fases inmiscibles; preferiblemente mezclando y posteriormente sedimentando dos fases inmiscibles.

En una realización más preferida, la extracción acuosa de la etapa (iii) se realiza en un dispositivo mezcladorsedimentador; preferiblemente mezclando la disolución orgánica que comprende ácido levulínico de la etapa (ii) con agua o con una disolución acuosa mediante agitación a entre 100 y 300 rpm para obtener una mezcla que posteriormente se sedimenta durante entre 1 y 20 min para obtener dos fases inmiscibles.

En una realización más preferida, la extracción acuosa de la etapa (iii) se realiza en una columna de extracción; preferiblemente una columna de extracción que comprende entre 2 y 12 etapas de extracción. En una realización incluso más preferida, la extracción acuosa de la etapa (iii) se realiza en una columna de extracción que comprende entre 2 y 12 etapas de extracción; en la que el agua o la disolución acuosa y la disolución orgánica de la etapa (ii) se mezclan en las etapas de extracción durante tiempos de contacto de 1-20 min.

En otra realización preferida, la extracción acuosa de la etapa (iii) comprende al menos una etapa de contacto; preferiblemente al menos dos etapas de contacto, en la que, en cada etapa, la fase orgánica; y más preferiblemente al menos tres veces. En cada etapa, la fase orgánica y la fase acuosa pueden estar en contacto durante al menos 1 minuto; preferiblemente durante al menos 10 minutos; más preferiblemente durante al menos 20 minutos.

En otra realización preferida, la extracción acuosa de la etapa (iii) se repite al menos una vez; preferiblemente al menos dos veces; más preferiblemente al menos tres veces. En una realización particular, el procedimiento de la presente invención puede incluir múltiples etapas de extracción acuosa. Esto puede mejorar la eficiencia del procedimiento incluso más.

Según la presente invención, el ácido levulínico o parte del ácido levulínico comprendido en la disolución orgánica de la etapa (ii) se extrae en agua o en una disolución acuosa durante la etapa (iii) de someter la disolución orgánica de la etapa (ii) a una extracción acuosa. Sin estar unidos por una teoría particular, se cree que el ácido levulínico o parte del ácido levulínico se extrae mediante solvatación.

En el contexto de la presente invención, el término “solvatación” describe la interacción del disolvente con las moléculas disueltas.

En una realización particular, la disolución acuosa obtenida en la etapa (iii) es ácida; preferiblemente tiene un pH inferior a 7; preferiblemente un pH entre 1 y 3.

Según la presente invención, parte de los residuos comprendidos en la disolución orgánica de la etapa (ii), tales como huminas, permanecen en la disolución orgánica obtenida después de la extracción acuosa de la etapa (iii); preferiblemente al menos un 70% en peso de los residuos, más preferiblemente al menos un 75% en peso de los residuos; incluso más preferiblemente al menos aproximadamente un 80% en peso de los residuos.

En el contexto de la presente invención, la disolución orgánica obtenida después de la extracción acuosa de la etapa (iii) puede denominarse “refinado orgánico”.

Según la presente invención, al realizar una extracción acuosa, se observó una reducción significativa de residuos (alrededor de un 80% de reducción de residuos) en la corriente que comprende ácido levulínico.

Según la presente invención, la extracción acuosa de la etapa (iii) produce una disolución orgánica y una disolución acuosa; en la que la disolución acuosa comprende ácido levulínico y ácido fórmico; y en la que la disolución orgánica comprende residuos tales como huminas y disolvente inmiscible en agua. En una realización particular, la disolución acuosa comprende además una pequeña cantidad de huminas. En una realización particular, la disolución orgánica obtenida en la etapa (iii) tiene un color parduzco, rojizo o amarillento.

En una realización particular, la disolución orgánica obtenida en la extracción acuosa de la etapa (iii) se recircula; preferiblemente se recircula usándola en otras etapas del procedimiento de la presente invención; más preferiblemente la disolución orgánica se recircula mediante filtración, evaporación o destilación; incluso más preferiblemente se evapora dando lugar a vapor y un concentrado, en la que dicho vapor se condensa y recircula. En una realización más particular, la extracción acuosa de la etapa (iii) produce una disolución orgánica y una disolución acuosa; en la que la disolución acuosa comprende entre el 0,01 y el 27% en peso de ácido levulínico y entre el 0,01 y el 13,5% en peso de ácido fórmico; más preferiblemente entre el 0,1 y el 10% en peso de ácido levulínico y entre el 0,05 y el 4% en peso de ácido fórmico; incluso más preferiblemente entre el 0,1 y el 10% en peso de ácido levulínico, entre el 0,05 y el 4% en peso de ácido fórmico y entre el 0,06 y el 0,15% en peso de ^{residuos; preferiblemente menos del}0^,08^{% en peso de residuos.}

En una realización incluso más particular, la extracción acuosa de la etapa (iii) produce una disolución orgánica y una disolución acuosa; en la que la disolución acuosa comprende además menos del 0,1% en peso de residuos; preferiblemente entre el 0,06 y el 0,15% en peso; más preferiblemente menos del 0,08% en peso, incluso más preferiblemente aproximadamente el 0,06% en peso de residuos.

En una realización incluso más particular, la extracción acuosa de la etapa (iii) produce una disolución orgánica y una disolución acuosa; en la que la disolución acuosa comprende una razón ácido levulínico:residuos de aproximadamente 1:0,1.

En una realización particular, la extracción acuosa de la etapa (iii) tiene una eficiencia de extracción de entre el 85% y el 97% para los ácidos levulínico y fórmico presentes en la disolución orgánica de la etapa (ii), preferiblemente una eficiencia de desde el 90% y el 98%.

Los inventores han hallado sorprendentemente que, al realizar una extracción doble (una extracción orgánica seguida de una extracción acuosa), el procedimiento de la presente invención reduce significativamente la presencia de impurezas y mejora el rendimiento del ácido levulínico en comparación con la ausencia de extracción doble. En particular, se ha observado que, durante la extracción acuosa, la mayoría de los residuos, particularmente las huminas, permanecen en la disolución orgánica obtenida. De este modo, se logra una mejora inesperada de la pureza del ácido levulínico, en particular de la disolución acuosa que comprende ácido levulínico.

En una realización particular, la extracción acuosa de la etapa (iii) produce una disolución orgánica y una disolución acuosa; en la que la disolución acuosa es incolora; preferiblemente es transparente.

En el contexto de la presente invención, el término “transparente” se entiende como lo opuesto a opaco.

Purificación adicional

En una realización particular, el procedimiento tal como se definió anteriormente en cualquier de sus realizaciones comprende además:

v) someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii) o (iv) a al menos una etapa de purificación adicional para producir una disolución acuosa que comprende ácido levulínico; preferiblemente en la etapa (iv).

En una realización más particular, la al menos una purificación adicional se selecciona de separación por membrana, filtración, evaporación, extracción, destilación, recristalización y/o una combinación de las mismas. Preferiblemente, la al menos una purificación adicional comprende una destilación; más preferiblemente comprende una separación por membrana seguida de una destilación. En vista de la composición de la disolución acuosa obtenida en la etapa (iii), el experto en la técnica puede diseñar un esquema de purificación adicional de tal manera que se obtenga una disolución acuosa que comprende ácido levulínico.

En una realización particular, la al menos una etapa de purificación adicional de la etapa (iv) o (v) comprende someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii), (iv) o (v) a una filtración o una separación por membrana en presencia de unidades de filtración o de separación por membrana que comprenden carbono activado; preferiblemente unidades de filtración que comprenden carbono activado.

En una realización alternativa, la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) se realiza en presencia de carbono activado en polvo. El carbono activado en polvo puede agitarse directamente en la disolución que va a tratarse, y la separación adicional del carbono activado en polvo (habitualmente con diámetros promedio < 20 |im) puede lograrse usando un coadyuvante de filtración y/o mediante separación por membrana o filtración en sistemas de filtración apropiados conocidos en la técnica.

En una realización preferida, las realizaciones anteriores de la etapa de purificación con carbono activado se aplican a la etapa (iv) del procedimiento para la purificación de ácido levulínico.

Separación por membrana

El procedimiento tal como se definió anteriormente en cualquiera de sus realizaciones comprende además una etapa (iv) de someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii) a una separación por membrana para producir una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y un residuo. En una realización particular, la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) se selecciona de ultrafiltración (UF), nanofiltración (NF) y ósmosis inversa (RO), preferiblemente nanofiltración. El procedimiento de la presente invención puede comprender una, dos o más separaciones por membrana o unidades para la separación por membrana. Dependiendo de la composición de la disolución acuosa obtenida en la etapa (iii) o (iv), el experto en la técnica puede diseñar un esquema de separación por membrana de tal manera que se obtenga una disolución acuosa que comprende ácido levulínico.

En el contexto de la presente invención, la expresión “separación por membrana” implica la separación de uno o más componentes disueltos a partir de uno o más de otros componentes disueltos. La expresión “separación por membrana” debe distinguirse de “filtración”. En la presente invención, el término “filtración” se interpreta como una forma de separación sólido/líquido e implica partículas que tienen tamaños mayores de 5 micrómetros. Por otro lado, la separación por membrana se refiere a partículas < 5 micrómetros y partículas disueltas. Desde partículas suspendidas de aproximadamente 5 micrómetros hasta aproximadamente 0,1 micrómetros, el procedimiento se denomina microfiltración, mientras que por debajo de eso, se aplica el término ultrafiltración. La ultrafiltración cubre las partículas distintas más finas (tales como 30 coloides), pero su límite inferior se establece habitualmente en términos de peso molecular, medido en Dalton. A continuación de la ultrafiltración (UF) se encuentran la nanofiltración (NF) y la ósmosis inversa (RO) [Filters and Filtration Handbook, Ken Sutherland, 2008, publicado por Elsevier, Ámsterdam]. En una realización particular, la etapa de separación por membrana de la presente invención se realiza en una disolución acuosa.

En la separación por membrana, la fracción que pasa a través de la membrana se denomina “permeado” y la fracción retenida se denomina “retenido”.

En una realización particular, la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) es una nanofiltración.

Según esta realización particular de la invención, la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) produce una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y un residuo; en la que la disolución acuosa es el permeado y el residuo es el retenido. En una realización más particular, el residuo o retenido de la etapa (iv) o (v) se diluye y opcionalmente se recircula a través de la membrana.

En una realización particular, la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) se realiza a una presión transmembrana de entre 5-60 bar, preferiblemente entre 10-50 bar, más preferiblemente entre 20-40 bar. Preferiblemente, la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) se realiza a entre 10 y 100 °C, más preferiblemente a temperatura ambiente.

En una realización particular, la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) se realiza a un flujo promedio de entre 10 y 100 l/m2.h, preferiblemente entre 20 y 80 l/m2.h; más preferiblemente entre 40 y 60 l/m2.h.

En una realización particular, la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) comprende usar una membrana impermeable a las moléculas orgánicas. Preferiblemente, la membrana usada en la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) es impermeable a moléculas orgánicas que tienen un peso molecular de 300 Da o más, y puede seleccionarse fácilmente por el experto en la técnica basándose en el valor de corte de peso molecular (MWCO). Más preferiblemente, dicha membrana se caracteriza por un valor de corte de peso molecular aproximado de entre 100-500 Dalton para moléculas orgánicas sin carga; más preferiblemente entre 150-300 Dalton.

En una realización particular, la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) elimina parcial o totalmente las huminas; preferiblemente la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) elimina al menos un 70% en peso de residuos en la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii) o (iv), respectivamente; preferiblemente elimina todos los residuos restantes.

El valor de corte de peso molecular, MWCO, describe el rendimiento de retención de una membrana. La expresión “valor de corte” se define como el peso molecular que la membrana rechaza en un 90%.

En el contexto de la presente invención, el porcentaje de retención (R) se define como R = (100(1-(Cpermeado/Cretenido))). En la que Cpermeado es la concentración de permeado y Cánido es la concentración de retenido. Un manual adecuado para la separación por membrana es “Basic principles of membrane technology” de Marcel Mulder, publicado en 1991 por Kluwer Academic en Dordrecht, Países Bajos.

En una realización particular, la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) tiene un porcentaje de retención (R) para el ácido levulínico de entre el 10 y el 40%, preferiblemente entre el 15 y el 25%.

En el contexto de la presente invención, el porcentaje de permeado (P) se define como P =(100(Cpermeado/Cretenido)). En una realización particular, la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) tiene un porcentaje de permeado (P) para el ácido levulínico de entre el 60 y el 90%, preferiblemente entre el 70 y el 25%.

En el contexto de la invención, la expresión “impermeable a moléculas que tienen un peso molecular de 300 Da o más” no significa necesariamente que la membrana retenga todas las moléculas que tienen un peso molecular de 300 Da o más. “ Impermeable a moléculas que tienen un peso molecular de X kDa o más” significa que la membrana retiene al menos el 90% en peso de un soluto de X Da (en el que “X” se refiere al peso molecular).

La membrana de la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) es preferiblemente una membrana de nanofiltración. Las membranas de nanofiltración adecuadas para la separación por membrana de la presente invención están disponibles comercialmente y se describen bien en Nanofiltration: Principles and Applications de Anthony Gordon Fane et al. 2005, publicado por Elsevier, Oxford. Membranas de nanofiltración bien conocidas para la separación ácida en medio acuoso o en disolución acuosa son, por ejemplo, las membranas Koch MPS34 (pH 0 14), Nadir NP30 (pH 0-14), GE-Osmonics KH y DL y DK Lenntech. En una realización particular, el procedimiento de la presente invención puede incluir múltiples etapas de separación por membrana. Esto puede mejorar la eficiencia del procedimiento incluso más.

En una realización particular, la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) se lleva a cabo preferiblemente como nanofiltración de flujo cruzado.

En una realización particular, la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) puede comprender diafiltración. En la diafiltración, el retenido obtenido mediante la separación por membrana se lava añadiendo un disolvente y posteriormente se somete a una separación por membrana. Esto puede repetirse varias veces. La diafiltración puede dar como resultado un mayor rendimiento.

En una realización particular, la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) comprende una etapa de añadir un disolvente tal como agua o una disolución acuosa.

En una realización particular, la separación por membrana de la etapa (iv) o (v) se repite opcionalmente; preferiblemente al menos dos veces; más preferiblemente al menos tres veces.

En una realización particular, la disolución acuosa obtenida en la etapa (iv) o (v) es clara; preferiblemente transparente.

En una realización particular, la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii) comprende al menos un 0,1% en peso de ácido levulínico.

En una realización particular, la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en las etapas (iii) o (iv) o (v) comprende al menos un 0,1% en peso de ácido levulínico, preferiblemente al menos el 0,5% en peso. En una realización más particular, la disolución acuosa obtenida en la etapa (iv) o (v) comprende además ácido fórmico; preferiblemente al menos un 0,01% en peso de ácido fórmico.

En una realización preferida, las realizaciones anteriores de la separación por membrana con carbono se aplican a la etapa (iv) del procedimiento para la purificación de ácido levulínico.

Los inventores han hallado que, al trabajar la mayor parte del procedimiento en una disolución acuosa, pueden usarse materiales más resistentes y más baratos para las membranas de la separación por membrana de la presente invención que al trabajar en una disolución orgánica. Además, se ha observado que al realizar la separación por membrana en un medio acuoso, la disolución acuosa obtenida después de dicha separación por membrana comprende ácidos carboxílicos tales como ácidos fórmicos, además del ácido levulínico, lo que aumenta el valor de los productos finales.

También se ha observado que la nanofiltración de la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii) conduce a una disolución acuosa (permeado) sin residuos tales como huminas o residuos de lignina con bajo peso molecular. Esto aumenta adicionalmente la eficiencia del procedimiento de la presente invención.

Destilación

En una realización particular, el procedimiento tal como se definió anteriormente en cualquiera de sus realizaciones comprende además: someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iv) o en etapa (v) a una destilación para producir un destilado y una disolución de destilación que comprende ácido levulínico. En una realización, el compuesto principal en la disolución de destilación es el ácido levulínico. En una realización, la etapa de destilación del procedimiento de la presente invención se selecciona de destilación sencilla, destilación con vapor en múltiples etapas, destilación a vacío, destilación instantánea, o una combinación de las mismas; más preferiblemente es una destilación a vacío.

En una realización más particular, la destilación a vacío de la presente invención se realiza a presión reducida, preferiblemente a entre 20 y 500 mbar, más preferiblemente a entre 40 y 400 mbar, incluso más preferiblemente a entre 50 y 300 mbar.

En una realización más particular, la destilación a vacío de la presente invención se realiza a una temperatura de parte inferior de entre 10 y 100 °C, preferiblemente entre 20 y 80 °C, más preferiblemente entre 30 y 70 °C.

En el contexto de la presente invención, el término “destilado” se refiere a la corriente de cabeza de una unidad de destilación tal como entiende un experto en la técnica. En una realización particular, el destilado de la destilación de la presente invención comprende ácido fórmico; preferiblemente entre el 0,01 y el 0,5% en peso de ácido fórmico; más preferiblemente entre el 0,1 y el 0,4% en peso de ácido fórmico; incluso más preferiblemente alrededor del 0,2% en peso de ácido fórmico.

En una realización más particular, el destilado de la destilación de la presente invención comprende agua, ácido fórmico y disolvente, preferiblemente comprende un 98,3% en peso de agua, un 0,2% en peso de ácido fórmico y un 1,5% en peso de disolvente inmiscible en agua.

En el contexto de la presente invención, el término “disolución de destilación” se refiere a la corriente de parte inferior de una unidad de destilación tal como entiende un experto en la técnica. En una realización particular, la disolución de destilación de la presente invención comprende ácido levulínico. En una realización particular, la disolución de destilación de la presente invención comprende al menos el 90% en peso de ácido levulínico; preferiblemente al menos el 95% en peso de ácido levulínico. En una realización más particular, la disolución de destilación de la presente invención comprende entre el 85 y el 99% en peso de ácido levulínico; más preferiblemente comprende entre el 90 y el 98% en peso de ácido levulínico. Más preferiblemente, la disolución de destilación de la presente invención comprende ácido levulínico, lactona y oligómeros de lactona; incluso más preferiblemente la disolución de destilación de la presente invención comprende entre el 90 y el 97% en peso de ácido levulínico y lactona y oligómeros de lactona.

En el contexto de la presente invención, el término “destilación” puede comprender una única etapa de destilación o múltiples etapas y/o unidades de destilación. El ácido levulínico purificado puede recuperarse como un destilado y/o como una disolución de destilación; preferiblemente como una disolución de destilación en la corriente de parte inferior. La etapa de destilación puede comprender múltiples unidades de destilación (tal como un tren de destilación). Si el procedimiento comprende múltiples unidades de destilación, el ácido levulínico puede recuperarse como un destilado o residuo a partir de una unidad de destilación intermedia. Por tanto, dependiendo de la composición de la disolución acuosa obtenida en las etapas (iv) o (v), el experto en la técnica puede diseñar un esquema de destilación de tal manera que el ácido levulínico se recupere de manera adecuada.

La presencia de residuos tales como huminas y alquitrán en los procedimientos de destilación presenta un problema, porque esos componentes son difíciles de procesar en cuanto a las capacidades de flujo y bombeo. Los inventores han observado que, cuando se somete la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iv) o (v) a una destilación para producir un destilado y una disolución de destilación que comprende ácido levulínico, sorprendentemente, no permanecen residuos oscuros y viscosos en la disolución de destilación, facilitando de ese modo la eliminación del residuo de destilación a partir de la unidad de destilación. Además, al realizar una extracción doble seguida de una separación por membrana, condiciones suaves tales como bajas temperaturas de destilación son suficientes para obtener un ácido levulínico concentrado con alta pureza y con pocos compuestos de lactona, o ninguno, relacionados con la degradación del ácido levulínico restante en la disolución de destilación.

Evaporación

En una realización particular, el procedimiento de la presente invención tal como se definió anteriormente en cualquiera de sus realizaciones comprende además: someter a una etapa de evaporación parcial cualquiera de las siguientes disoluciones: la disolución acuosa proporcionada en la etapa (i) u obtenida en la etapa (iii) o en la etapa (iv) o en la etapa (v), la disolución orgánica obtenida en la etapa (ii), o cualquier combinación de las mismas. En una realización incluso más particular, cualquiera de las disoluciones acuosas u orgánicas obtenidas en cualquiera de las etapas del procedimiento de la presente invención se someten a una etapa de evaporación parcial. En una realización incluso más particular, cualquiera de las disoluciones acuosas u orgánicas obtenidas en cualquiera de las etapas del procedimiento de la presente invención pueden someterse a una etapa de recirculación. En otra realización más particular, cualquiera de las disoluciones acuosas u orgánicas obtenidas en cualquiera de las etapas (número de etapa n) del procedimiento de la presente invención pueden someterse a una etapa de recirculación en la etapa inmediatamente anterior (n-1) o en la siguiente anterior (n-2).

En una realización particular, la etapa de evaporación del procedimiento de la presente invención se realiza en una unidad seleccionada de evaporador de película delgada, evaporador de película de agua, evaporador de película descendente, evaporador de circulación forzada, evaporador de superficie rascada y evaporador de película delgada agitada, preferiblemente un evaporador de película delgada. En una realización más particular, la etapa de evaporación del procedimiento de la presente invención se realiza a entre 20 y 160 °C y a una presión de entre 150 200 mbar.

En una realización más particular, la disolución orgánica obtenida en la etapa (ii) se somete a una evaporación para producir un vapor de disolvente orgánico (o disolvente inmiscible en agua) y una disolución orgánica concentrada. En una realización particular, la disolución orgánica concentrada se somete adicionalmente a la extracción acuosa de la etapa (iii). En una realización incluso más particular, dicho vapor de disolvente puede condensarse y reutilizarse en la etapa de extracción orgánica (ii) de la presente invención.

La evaporación opcional de la disolución orgánica obtenida en la etapa (ii) conduce a una reducción de la cantidad total de disolvente orgánico usado en todo el procedimiento puesto que pueden recircularse los vapores producidos durante la evaporación.

En una realización más particular, la disolución acuosa proporcionada en la etapa (i) u obtenida en la etapa (iii) o (iv) o (v) se somete a una evaporación para producir un vapor de agua y una disolución acuosa concentrada. En una realización particular, la disolución acuosa concentrada se somete adicionalmente a la extracción orgánica de la etapa (ii). En una realización particular, la disolución acuosa concentrada se somete adicionalmente a la separación por membrana de la etapa (iv). En una realización particular, la disolución acuosa concentrada se somete adicionalmente a una destilación. En una realización incluso más particular, dicho vapor de agua puede condensarse, recircularse y reutilizarse en la etapa de extracción acuosa (iii) de la presente invención.

Cuando cualquiera de las disoluciones acuosas se somete a una etapa de evaporación, se reduce la cantidad de agua total usada en todo el procedimiento al recircular el vapor de agua, siendo este ahorro de agua especialmente relevante cuando la evaporación se realiza a la disolución acuosa obtenida en la etapa (iii) o al permeado obtenido después de una etapa de separación por membrana. Además, al usar una etapa de evaporación, se aumenta la eficiencia global del procedimiento.

Disolución acuosa de la etapa (i)

En una realización particular, el procedimiento de la presente invención tal como se definió anteriormente en cualquiera de sus realizaciones comprende además que la disolución acuosa que comprende ácido levulínico de la etapa (i) se obtiene mediante

i. proporcionar una biomasa lignocelulósica triturada;

iii. someter la biomasa lignocelulósica triturada proporcionada en la etapa (i) o la biomasa lignocelulósica triturada prehidrolizada obtenida en la etapa (ii) a una hidrólisis en presencia de un ácido y en condiciones de temperatura, tiempo y concentración de ácido para producir una suspensión acuosa que comprende ácido levulínico; y iv. someter la suspensión acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii) a una separación sólidolíquido dando lugar a una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y un sólido.

En una realización más particular, el procedimiento tal como se definió anteriormente en cualquiera de sus realizaciones comprende además que la biomasa lignocelulósica triturada se obtiene mediante:

a) proporcionar una biomasa que comprende un material lignocelulósico;

b) opcionalmente, someter dicha biomasa a un tratamiento mecánico; y

c) dispersar dicha biomasa en un disolvente para obtener una biomasa lignocelulósica triturada.

Biomasa

En el contexto de la presente invención, el término “biomasa” y en particular la expresión “biomasa que comprende un material lignocelulósico” se refiere a un material biológico de plantas vivas, o recientemente vivas, o a materiales de origen vegetal. Como biomasa en el procedimiento de la presente invención puede usarse cualquier material lignocelulósico, tal como madera dura o blanda, pastos, residuos agrícolas, residuos alimentarios, otros materiales vegetales, residuos municipales, o una combinación de uno o más materiales de biomasa. Los ejemplos de madera útil en el procedimiento de la invención incluyen los árboles pino, eucalipto, olivo, álamo, abeto, pícea, alerce, haya, roble y palmera y los residuos de palmera. El material puede incluir madera en forma de troncos, tallos, ramas, raíces, duramen, recortes de madera, corteza de madera, serrín, poda de madera y residuos forestales. Los materiales o residuos agrícolas que pueden usarse en el procedimiento de la invención incluyen rastrojo de maíz, mazorcas de maíz, granos de maíz, fibras de maíz, paja, residuos de la plantación de bananas, paja de arroz, cascarilla de arroz, paja de avena, cascarilla avena, soca de algodón, desmote de algodón, paja de trigo, bagazo de caña de azúcar, desperdicios de caña de azúcar, residuos de sorgo, residuos del procesamiento de azúcares, residuos del procesamiento de pan, paja de cebada, paja de cereales, paja de colza y rastrojo de soja, por ejemplo. Los ejemplos de residuos alimentarios incluyen, entre otros, residuos del pan, residuos del arroz, de frutas o de verduras, tales como pulpa de la naranja o cáscara de la naranja. Los pastos pueden incluir pasto varilla, espartillo, vallico, miscanto, pasto de Bermudas, alpiste cinta y alfalfa. Otros materiales vegetales pueden incluir materiales vegetales celulósicos y no celulósicos incluyendo troncos, tallos, arbustos, follaje, corteza, raíces, vainas, frutos secos, cáscaras, fibras, parras y algas. Los residuos municipales pueden incluir residuos urbanos tales como residuos de las industrias papelera y alimentaria tales como residuos de papel y cartón, lodos de industrias papeleras y otros residuos celulósicos.

En una realización preferida, la biomasa de la etapa a) es biomasa celulósica; más preferiblemente biomasa lignocelulósica.

En una realización más preferida, la biomasa de la etapa a) tiene al menos el 5% en peso de material celulósico, más preferiblemente al menos el 10% en peso de material celulósico, incluso más preferiblemente al menos el 25% en peso de material celulósico.

Tratamiento mecánico

En una realización particular, la biomasa que comprende un material lignocelulósico de la etapa (a) se somete a un tratamiento mecánico.

La biomasa que comprende material lignocelulósico de la etapa (a) puede introducirse en un sistema de preparación desde el almacenamiento o directamente desde el tránsito. Puede hacerse pasar a través de un procedimiento de corte de bolsas u otro procedimiento de descarga de contenedores automatizado si se requiere, y luego a un procedimiento de detección y eliminación de metales y/o presión u otro procedimiento de lavado en el que se eliminan la tierra y las piedras de la biomasa.

Luego, la biomasa de la etapa (a) puede transportarse a y procesarse en un sistema de secado, tal como un dispositivo de chorreo de aire u otro sistema de secado para eliminar el exceso de agua superficial. Luego, la biomasa limpia puede hacerse pasar por una o más etapas de conminución.

En una realización más particular, la biomasa se somete a un tratamiento mecánico para obtener dicha biomasa en forma particulada.

En una realización preferida, el tratamiento mecánico de la etapa b) es conminución. La biomasa de la etapa b) puede someterse a conminución, tal como creando virutas o escamas, con el fin de lograr un tamaño de partícula deseado. Esto puede realizarse, por ejemplo, mediante una máquina descascarilladora y tamizadora o una descascarilladora de anillo de cuchillas con malla vibratoria.

El tamaño de partícula se elige para mantener la biomasa en suspensión y permitir la transferencia de calor a través de la biomasa dentro del sistema de reactores donde posteriormente tiene lugar la hidrólisis, puesto que la transferencia de calor depende de la densidad de la biomasa y de la forma de la biomasa, entre otros factores similares. En algunas realizaciones, la biomasa está en una forma particulada de aproximadamente 0,5 a 5 mm de grosor y de aproximadamente 12 a 80 mm de ancho y largo, más preferiblemente de aproximadamente 0,5 a 1,5 mm de grosor y de aproximadamente 12 a 15 mm de ancho y largo. Los tamaños de partícula de biomasa preferidos también pueden expresarse en cuanto a diámetros equivalentes de partículas esféricas. Por consiguiente, los tamaños preferidos pueden ser de aproximadamente 5 a 10 mm de diámetro equivalente. En algunas realizaciones que tienen secciones cilíndricas, tales como materias primas de tipo pasto, los tamaños preferidos pueden ser de aproximadamente 2 a 5 mm de diámetro y de 25 a 50 mm de longitud. El tamaño de partícula depende de la capacidad del sistema y, por tanto, de las dimensiones, así como de la materia prima, de modo que algunas realizaciones pueden emplear otros intervalos de tamaños.

En algunas realizaciones, la biomasa que comprende material lignocelulósico (material de partida) puede estar compuesta por muchos materiales diferentes, tales como corteza, ramas y hojas. Procesar tal material para reducir su tamaño también hace que el material sea más homogéneo y, por tanto, sea más adecuado para el procesamiento. Con el grosor deseado, tal como el descrito anteriormente, la transferencia de calor a la parte central de la biomasa es suficientemente rápida, haciéndolo un tamaño útil para su uso en el reactor de hidrólisis descrito adicionalmente a continuación.

En una realización preferida de la invención, la biomasa que comprende material lignocelulósico se somete a un tratamiento mecánico para obtener la biomasa en forma particulada que tiene un tamaño de partícula deseado según la etapa (b) del procedimiento de la invención.

En una realización más particular, el tratamiento mecánico de la etapa (b) es molienda. Por ejemplo, la biomasa puede triturarse para dar trozos pequeños usando un molino o una moledora para reducir el sólido a un polvo fino. Más preferiblemente, la biomasa o el material lignocelulósico se somete a un procedimiento de molienda para obtener un material particulado en forma de polvo que tiene tamaños de partícula que oscilan entre 200 y 500 |im. En una realización más preferida, el tamaño de partícula oscila entre 200 y 300 |im. Este procedimiento de molienda puede llevarse a cabo usando una moledora de anillos concéntricos.

En una realización más particular, el tratamiento mecánico de la etapa b) comprende una etapa de eliminación de aire. En algunas realizaciones, la biomasa puede procesarse adicionalmente para eliminar el aire de la misma. Esto ^{puede lograrse aplicando vacío a la biomasa y/o desplazando el aire en la biomasa con un gas inerte tal como CO}2 ^onitrógeno. En algunas realizaciones, el material de biomasa se coloca a vacío o vacío parcial y se introduce un gas inerte en el material, desplazando el aire y eliminando el oxígeno del material. La eliminación de oxígeno del material es deseable con el fin de reducir el nivel de degradación oxidativa de los productos y otros mecanismos de reacción no deseables, que puede producirse cada vez más a temperaturas y presiones elevadas y en presencia de catalizadores ácidos, como en el caso del procedimiento de la invención. El rendimiento de azúcares y otros productos preferidos puede reducirse mediante la degradación oxidativa, conduciendo de ese modo a un rendimiento reducido de combustible y otros productos secundarios.

La provisión de la biomasa o del material lignocelulósico puede incluir opcionalmente la eliminación y recogida de componentes volátiles y otros componentes no lignocelulósicos, tales como aceites esenciales, terpenos, aminoácidos, etc. Los componentes volátiles, tales como gases residuales, compuestos orgánicos de bajo peso molecular y algunos aceites y lípidos, pueden eliminarse de la biomasa mediante destilación con vapor sencilla o de múltiples etapas o volatilización instantánea. Otros componentes no lignocelulósicos pueden eliminarse mediante procedimientos ya conocidos por el experto, tal como a través de una o más etapas de extracción usando uno o más disolventes.

En algunas realizaciones, la biomasa sólida se deshidrata para eliminar el agua superficial suelta, según pueda requerirse para el procesamiento posterior. Por ejemplo, el agua puede eliminarse usando una prensa de alta presión o un reactor de vapor sobrecalentado. En alguna realización, la biomasa sólida tiene un contenido de agua de más de aproximadamente el 60% antes de la deshidratación. Después de la deshidratación, el contenido de agua de la biomasa puede reducirse hasta menos de aproximadamente el 60%, tal como aproximadamente el 50%. La biomasa lignocelulósica triturada de la presente invención se obtiene mediante un procedimiento que comprende una etapa (c) de dispersar la biomasa en un disolvente para obtener una biomasa lignocelulósica triturada.

En una realización preferida, el disolvente de la etapa (c) es agua o una disolución acuosa. En otra realización preferida, la biomasa y el disolvente de la etapa (c) se mezclan previamente en un tanque independiente que puede estar equipado con un agitador. Como resultado, se obtiene una suspensión acuosa que contiene biomasa lignocelulósica triturada.

En una realización particular, la biomasa lignocelulósica triturada proporcionada según los procedimientos descritos anteriormente en el presente documento comprende biomasa sólida y agua o una disolución acuosa; preferiblemente la razón biomasa sólida:agua/disolución acuosa es de 10:1. En una realización preferida, dicha biomasa sólida comprende celulosa, hemicelulosa y lignina. En algunas realizaciones, basado en el peso seco, la biomasa sólida tiene aproximadamente el 40-50% en peso de celulosa, aproximadamente el 25-35% en peso de hemicelulosa y aproximadamente el 15-20% en peso de lignina, con pequeñas cantidades de material insoluble, tal como sales inorgánicas.

Hidrólisis previa

En una realización particular, el procedimiento de la presente invención tal como se definió anteriormente en cualquiera de sus realizaciones comprende además que la disolución acuosa que comprende ácido levulínico de la etapa (i) se obtiene mediante un procedimiento que comprende

i. proporcionar una biomasa lignocelulósica triturada; y

ii. opcionalmente, someter la biomasa lignocelulósica triturada de la etapa (i) a una hidrólisis previa.

En una realización particular, dicha biomasa lignocelulósica triturada se somete a una hidrólisis previa, preferiblemente en un reactor.

En una realización más particular, dicha hidrólisis previa se realiza en presencia de un ácido o como autohidrólisis; preferiblemente dicha hidrólisis previa se realiza en presencia de un ácido en condiciones de temperatura, tiempo y concentración de ácido.

En una realización más particular, dicha hidrólisis previa ácida se realiza en presencia de ácido sulfúrico a una temperatura de entre 100 y 150 °C, una presión de entre 1 y 5 barg y durante un periodo de tiempo de entre 0,5 y 4 horas.

En una realización particular, dicha hidrólisis previa se realiza como autohidrólisis en ausencia de un catalizador ácido externo. En una realización más particular, dicha autohidrólisis se realiza a una temperatura de entre 150 y 200 °C, una presión de entre 2 y 6 barg y durante un periodo de tiempo de entre 4 y 8 horas.

En una realización más particular, dicha hidrólisis previa elimina o elimina parcialmente la fracción de hemicelulosa de la biomasa lignocelulósica triturada.

En una realización incluso más particular, el procedimiento de la presente invención tal como se definió anteriormente en cualquiera de sus realizaciones comprende además que la disolución acuosa que comprende ácido levulínico de la etapa (ii) se somete a una separación sólido-líquido dando lugar a una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y un sólido.

Los autores de la presente invención han observado que cuando la biomasa lignocelulósica triturada se somete a una etapa de hidrólisis previa, se aumentan el rendimiento del ácido levulínico, su pureza y la eficiencia del procedimiento global. Además, las etapas de purificación adicionales tales como las etapas de extracción se mejoran y simplifican puesto que, por ejemplo, se generan menos residuos de furano durante las etapas de hidrólisis previa y de hidrólisis.

Hidrólisis

En una realización particular, el procedimiento de la presente invención tal como se definió anteriormente en cualquiera de sus realizaciones comprende además que la disolución acuosa que comprende ácido levulínico de la etapa (i) se obtiene mediante un procedimiento que comprende una etapa (iii) de someter la biomasa lignocelulósica triturada proporcionada en la etapa (i) o (ii) a una hidrólisis ácida en presencia de un ácido y en condiciones de temperatura, tiempo y concentración de ácido para producir una suspensión acuosa que comprende ácido levulínico. En otra realización preferida, la hidrólisis de la etapa (iii) se realiza en presencia de un catalizador ácido; preferiblemente dicho ácido se selecciona preferiblemente de ácido fórmico, poliácidos, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido para-toluenosulfónico y ácido bromhídrico; más preferiblemente se selecciona de ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido para-toluenosulfónico y ácido bromhídrico; incluso más preferiblemente es ácido sulfúrico.

En una realización más preferida, el ácido de la hidrólisis previa de la etapa (ii) o la hidrólisis de la etapa (iii) está en un porcentaje en peso que oscila entre el 1 y el 10% con respecto al peso total de la mezcla, más preferiblemente entre el 1 y el 5%, incluso más preferiblemente entre el 2 y el 4%.

En una realización preferida, la biomasa lignocelulósica triturada de la hidrólisis previa de la etapa (ii) o la hidrólisis de la etapa (iii) está presente en un porcentaje en peso que oscila entre el 5 y el 50% con respecto al peso total de la mezcla, más preferiblemente entre el 5 y el 25%, incluso más preferiblemente entre el 5 y el 15%.

En otra realización preferida, la hidrólisis previa de la etapa (ii) o la hidrólisis de la etapa (iii) se realiza en presencia de un catalizador adicional; preferiblemente un catalizador adicional seleccionado de ácidos, zeolitas, ácidos sólidos y sales de cloruro; más preferiblemente sales de cloruro. Más preferiblemente, el catalizador está en un porcentaje en peso que oscila entre el 1 y el 15% con respecto al peso total de la mezcla, más preferiblemente entre el 2 y el 11%, incluso más preferiblemente aproximadamente el 2%.

En una realización más particular, el porcentaje restante de la mezcla de la hidrólisis previa de la etapa (ii) o la hidrólisis de la etapa (iii) es agua.

En una realización particular, la hidrólisis de la etapa (iii) se realiza a una temperatura entre 150 y 200 °C, más preferiblemente a entre 165 y 190 °C, incluso más preferiblemente a aproximadamente 180 °C. Preferiblemente, se realiza en un reactor de hidrólisis hermético, más preferiblemente en un reactor de tipo tanque que también puede estar equipado con un agitador para mejorar adicionalmente el mezclado de los componentes. Si la temperatura es demasiado alta, puede producirse la descomposición sustancial y no deseada de los componentes de la mezcla y la presión del reactor puede ser demasiado alta. Si la temperatura es demasiado baja, la conversión del hidroximetilfurfural en ácido levulínico puede ser demasiado lenta.

En una realización particular, la hidrólisis de la etapa (iii) se realiza a una presión de entre 5 y 15 barg, preferiblemente entre 7 y 10 barg. Más particularmente, dicha presión se alcanza de manera autógena. En el contexto de la presente invención, el término “barg” se refiere a presiones manométricas tal como entiende un experto en la técnica, por ejemplo, 7 barg significa una presión manométrica de 7 bar.

En una realización particular, la hidrólisis de la etapa (iii) se realiza durante entre 0,5 y 4 h, preferiblemente entre 1 y 3 horas, más preferiblemente entre 1 y 3 horas. Si el tiempo de residencia promedio es demasiado corto, la degradación de los productos deseados puede no ser completa, y, por el contrario, si el tiempo de residencia promedio es demasiado largo, puede disminuir la eficiencia del sistema por la aparición de sustancias de huminas. Durante la hidrólisis, la celulosa contenida en la biomasa se degrada por el ácido en una primera etapa para dar monómeros y oligómeros de hexosa, mientras que la hemicelulosa se degrada para dar monómeros y oligómeros tanto de hexosa como de pentosa. Los monómeros y oligómeros de pentosa se degradan adicionalmente para dar furfural y los monómeros de hexosa se degradan adicionalmente para dar hidroximetilfurfural. En una segunda etapa, parte del furfural se convierte en ácido fórmico, mientras que el hidroximetilfurfural se convierte en ácido levulínico. Durante la hidrólisis y/o hidrólisis previa pueden generarse residuos.

En una realización particular, se permite que la suspensión acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii) se enfríe hasta temperatura ambiente.

En una realización particular, la suspensión acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii) comprende un 2,6% en peso de ácido levulínico.

En una realización particular, la suspensión acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii) comprende además residuos.

Separación sólido-líquido

En una realización particular, el procedimiento de la presente invención tal como se definió anteriormente en cualquiera de sus realizaciones comprende además que la disolución acuosa que comprende ácido levulínico de la etapa (i) se obtiene mediante un procedimiento que comprende una etapa (iv) de someter la suspensión acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii) a una separación sólido-líquido dando lugar a una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y un sólido.

En una realización particular, el sólido de la etapa (iv) se somete a una etapa de lavado con agua o con una disolución acuosa dando lugar a una disolución acuosa que comprende ácido levulínico. En una realización, dicha disolución acuosa que comprende ácido levulínico puede añadirse opcionalmente a la disolución acuosa obtenida en la separación sólido-líquido. En una realización, la etapa de lavado comprende múltiples etapas de lavado.

En una realización particular, la separación sólido-líquido de la etapa (iv) se realiza mediante filtración, sedimentación, centrifugación y/o una combinación de las mismas; preferiblemente mediante filtración.

En una realización particular, la disolución acuosa obtenida en la etapa (iii) o en la etapa (iv) comprende entre el 0,5 y el 3% en peso de ácido levulínico, preferiblemente entre el 1 y el 2,5% en peso de ácido levulínico, más preferiblemente entre el 1,5 y el 2,5% en peso de ácido levulínico.

En una realización particular, la disolución acuosa obtenida en la etapa (iii) o en la etapa (iv) comprende además entre el 0,5 y el 3% en peso de ácido fórmico, más preferiblemente entre el 0,75 y el 1% en peso de ácido fórmico. En una realización particular, la disolución acuosa obtenida en la etapa (iii) o en la etapa (iv) comprende además residuos.

En una realización particular, la disolución acuosa obtenida en la etapa (iii) comprende entre el 1,5 y el 2,5% en peso de ácido levulínico y entre el 0,75 y el 1% en peso de ácido fórmico.

Disolución acuosa

i) proporcionar una disolución acuosa que comprende ácido levulínico;

ii) someter la disolución acuosa a una extracción orgánica para producir una disolución orgánica y una disolución acuosa; y

- entre el 0,01 y el 27% en peso de ácido levulínico; y

- entre el 0,01 y el 13,5% en peso de ácido fórmico.

En una realización particular, la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii) comprende:

- entre el 0,1 y el 10% en peso de ácido levulínico;

- entre el 0,05 y el 4% en peso de ácido fórmico; y

- entre el 0,06 y el 0,15% en peso de residuos.

Producción de ácido levulínico

En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de ácido levulínico a partir de una biomasa lignocelulósica triturada que comprende las siguientes etapas:

i) proporcionar una biomasa lignocelulósica triturada;

ii) opcionalmente, someter la biomasa lignocelulósica triturada de la etapa (i) a una hidrólisis previa para obtener una biomasa lignocelulósica triturada prehidrolizada;

iii) someter la biomasa lignocelulósica triturada proporcionada en la etapa (i) o la biomasa lignocelulósica triturada prehidrolizada obtenida en la etapa (ii) a una hidrólisis en presencia de un ácido y en condiciones de temperatura, tiempo y concentración de ácido para producir una suspensión acuosa que comprende ácido levulínico;

iv) someter la suspensión acuosa obtenida en la etapa (iii) que comprende ácido levulínico a una separación sólidolíquido dando lugar a una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y un sólido;

v) someter la disolución acuosa obtenida en la etapa (iv) a una extracción orgánica para producir una disolución orgánica y una disolución acuosa;

vi) someter la disolución orgánica obtenida en la etapa previa a una extracción acuosa para producir una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y una disolución orgánica;

vii) someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (vi) a una separación por membrana para producir una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y un residuo; y

viii) opcionalmente, someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa previa a al menos una purificación adicional para producir una disolución acuosa que comprende ácido levulínico.

En una realización particular, la purificación adicional de la etapa (viii) es una destilación; preferiblemente una destilación a vacío.

En una realización particular, la purificación adicional de la etapa (viii) es una evaporación.

En una realización preferida, la purificación adicional de la etapa (viii) es una separación por membrana seguida de una destilación; preferiblemente una separación por membrana seguida de una destilación a vacío.

En una realización particular, la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (vi) comprende al menos un 0,1% en peso de ácido levulínico.

En una realización preferida, la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (vi) o en la etapa (vii) o en la etapa (viii) comprende al menos un 0,1% en peso de ácido levulínico.

En una realización más preferida, la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (vi) o en la etapa (vii) o en la etapa (viii) comprende entre el 0,01 y el 27% en peso de ácido levulínico; más preferiblemente entre el 0,01 y el 27% en peso de ácido levulínico y entre el 0,01 y el 13,5% en peso de ácido fórmico; incluso más preferiblemente entre el 0,1 y el 10% en peso de ácido levulínico, entre el 0,05 y el 4% en peso de ácido fórmico y entre el 0,06 y el 0,15% en peso de residuos.

En una realización preferida, la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (vii) o en la etapa (viii) comprende entre el 85 y el 99% en peso de ácido levulínico; más preferiblemente comprende entre el 90 y el 98% en peso de ácido levulínico. En una realización, la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (vii) o en la etapa (viii) puede tener el ácido levulínico como compuesto principal, ácido fórmico y residuos.

En una realización más particular, la purificación adicional de la etapa (viii) es una destilación para producir un destilado y una disolución de destilación que comprende ácido levulínico; en la que la disolución de destilación comprende al menos el 90% en peso de ácido levulínico.

En una realización más particular, la disolución acuosa obtenida en las etapas (iv), (vi), (vii) o (viii), la disolución orgánica obtenida en la etapa (v), o cualquier combinación de las mismas, se someten a una etapa de evaporación parcial. En una realización incluso más particular, cualquiera de las disoluciones acuosas u orgánicas obtenidas en cualquiera de las etapas del procedimiento de la presente invención se someten a una etapa de evaporación parcial. En una realización incluso más particular, cualquiera de las disoluciones acuosas u orgánicas obtenidas en cualquiera de las etapas del procedimiento de la presente invención pueden someterse a una etapa de recirculación. En una realización particular, la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en las etapas (vii) o (viii) se somete a una destilación para producir un destilado y una disolución de destilación que comprende ácido levulínico; preferiblemente en la que la disolución de destilación comprende al menos el 90% en peso de ácido levulínico.

En una realización incluso más particular, la purificación adicional de la etapa (viii) es una separación por membrana seguida de una destilación para producir un destilado y una disolución de destilación que comprende ácido levulínico; en la que la disolución de destilación comprende al menos el 95% en peso de ácido levulínico.

En una realización particular, la biomasa lignocelulósica triturada del procedimiento para la producción de ácido levulínico tal como se describió anteriormente en cualquiera de sus realizaciones se obtiene mediante:

a) proporcionar una biomasa que comprende un material lignocelulósico;

b) opcionalmente, someter dicha biomasa a un tratamiento mecánico; y

Todas las realizaciones particulares descritas anteriormente para el procedimiento para la purificación de ácido levulínico con respecto a las etapas de hidrólisis previa, hidrólisis, separación sólido-líquido, extracción orgánica, extracción acuosa, separación por membrana y/o purificación adicional también se aplican al procedimiento para la producción de ácido levulínico con el renumeración correspondiente de los números de etapa.

Aplicación del ácido levulínico

El ácido levulínico así preparado puede usarse para producir combustibles líquidos, así como aditivos para combustibles. En particular, el ácido levulínico puede someterse a un procedimiento de hidrogenación en presencia de un catalizador metálico para obtener valerolactona que es un precursor de combustibles líquidos tales como gasolina, 2-metiltetrahidrofurano y mezcladores de diésel. Además, el ácido levulínico también puede someterse a esterificación con el fin de obtener ésteres levulinato, tales como levulinato de etilo o levulinato de butilo, que son precursores de aditivos para combustibles.

La figura 1 muestra un esquema de productos comercialmente interesantes obtenidos a partir del ácido levulínico. La disolución acuosa que comprende ácido levulínico y el procedimiento para la producción de ácido levulínico a partir de una biomasa lignocelulósica triturada presentan todas las ventajas y características tal como se definieron anteriormente para el procedimiento para la purificación de ácido levulínico de la presente invención en cualquiera de sus realizaciones.

En particular, las etapas de procedimiento del procedimiento para la producción de ácido levulínico a partir de una biomasa lignocelulósica triturada presentan todas las ventajas y características tal como se definieron anteriormente para el procedimiento para la purificación de ácido levulínico de la presente invención en cualquiera de sus realizaciones.

Realización de la invención

La figura 2 adjunta es un diagrama que ilustra una realización preferida de esta invención. Se hace referencia a la misma en la siguiente descripción.

Etapa 1. Pretratamiento mecánico y formación de suspensión

La biomasa o un material lignocelulósico que contiene al menos el 25% en peso de celulosa se somete a un pretratamiento mecánico introduciendo la biomasa en un molino o una moledora (1). Este pretratamiento mecánico reduce el material de partida a un polvo fino. Preferiblemente, este pretratamiento consiste en un procedimiento de molienda que permite obtener un material particulado en forma de polvo en un corto periodo de tiempo, que tiene tamaños de partícula que oscilan entre 200 y 500 |im. En una realización más preferida, el tamaño de partícula oscila entre 200 y 300 |im.

La biomasa pretratada se alimenta a un tanque de mezclado (2) que está dotado de un agitador (3). También se descarga una disolución acuosa al tanque de mezclado (2), dando como resultado una suspensión acuosa que contiene la biomasa pretratada.

Etapa 2. Hidrólisis ácida

Se descarga un ácido al tanque de mezclado (2) que comprende la suspensión de biomasa. Dicho ácido se selecciona preferiblemente de ácido fórmico, poliácidos, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido paratoluenosulfónico y ácido bromhídrico; más preferiblemente es ácido sulfúrico.

En una realización preferida, se añade la biomasa pretratada en un porcentaje en peso que oscila entre el 5 y el 50% con respecto al peso total de la suspensión, más preferiblemente entre el 5 y el 25%, incluso más preferiblemente entre el 5 y el 15%.

En otra realización preferida, se añade un catalizador en un porcentaje en peso que oscila entre el 1 y el 15% con respecto al peso total de la suspensión, más preferiblemente entre el 2 y el 11%, incluso más preferiblemente a aproximadamente el 2%.

En otra realización preferida, se añade un ácido en un porcentaje en peso que oscila entre el 1 y el 10% con respecto al peso total de la suspensión, más preferiblemente entre el 2 y el 4%, incluso más preferiblemente a aproximadamente el 4%.

El porcentaje restante corresponde al agua.

Todos los componentes de la suspensión se agitan en el tanque de mezclado (2) a temperatura ambiente. Como resultado, se obtiene una suspensión acuosa que contiene la biomasa pretratada, el ácido y un catalizador, que se alimenta al reactor de hidrólisis (4) que también está equipado con un agitador (5) para mejorar adicionalmente el mezclado de los componentes.

Para iniciar la hidrólisis ácida, se suministra calor al reactor de hidrólisis (4). La reacción es exotérmica y, una vez iniciada, produce suficiente calor durante la reacción. La reacción de hidrólisis se lleva a cabo a una temperatura que oscila entre 170 y 200 °C, más preferiblemente entre 165-180 °C, a una presión autógena de entre 10 y 12 barg; preferiblemente entre 7 y 10 barg.

El tiempo de residencia que emplea la mezcla en el reactor durante la hidrólisis ácida oscila entre 0,5 y 4 horas, preferiblemente aproximadamente 60-180 minutos.

Después de completarse la reacción, la temperatura de la masa reaccionada se reduce hasta temperatura ambiente de manera controlada. Esta etapa de enfriamiento se realiza gradualmente durante al menos 50 minutos. La mezcla reaccionada incluye principalmente ácido levulínico, ácido fórmico, ácido, residuos sólidos y agua, así como una cantidad minoritaria de furfural.

Luego se descarga esta suspensión acuosa que comprende ácido levulínico (masa reaccionada) desde el reactor de hidrólisis a una zona de baja presión para evaporar instantáneamente algunos de los componentes no deseables de la suspensión acuosa que comprende ácido levulínico, tales como los vapores no condensables.

Etapa 3. Filtración y lavado

Luego se alimenta la suspensión acuosa que comprende ácido levulínico a una zona de filtración (6) para separar el residuo sólido y descargar el licor de hidrolizado resultante, es decir, la mezcla líquida resultante de la separación del residuo sólido (disolución acuosa que comprende ácido levulínico), al recipiente de extracción con disolvente (7). Se lava el residuo sólido con agua a temperatura ambiente, y el licor lavado resultante, que contiene una porción del ácido levulínico y ácido fórmico, se recircula y también se alimenta al recipiente de extracción (7) que va a añadirse a la mezcla líquida resultante de la separación del residuo sólido.

Etapa 4. Extracción con disolvente

La mezcla acuosa líquida alimentada al recipiente de extracción (7) (disolución acuosa que comprende ácido levulínico) se somete a una etapa de extracción con disolvente en presencia de un disolvente inmiscible en agua con el fin de eliminar selectivamente una fase orgánica que comprende ácido levulínico (y ácido fórmico) y obtener una disolución acuosa. Dicha disolución acuosa puede usarse para recircular el catalizador ácido.

Ejemplos de disolventes inmiscibles en agua adecuados como disolvente de extracción son cetonas, éteres o acetatos de bajo peso molecular, tales como los que contienen más de cinco átomos de carbono, por ejemplo, disolventes derivados de furano. En una realización preferida, el disolvente inmiscible en agua se selecciona de metil isobutil cetona (MIBK) y 2-metiltetrahidrofurano (MTHF).

En una realización preferida, la razón disolvente inmiscible en agua/disolución acuosa está entre 0,25:1 y 1:5, preferiblemente es de 2:1.

En otra realización preferida, la extracción con disolvente comprende al menos dos etapas de contacto, en la que la fase orgánica y la fase acuosa están en contacto durante al menos 60 minutos.

Los compuestos en el recipiente de extracción se extraen en (i) una fase orgánica (extracto) que contiene ácido levulínico, ácido fórmico, una cantidad minoritaria de furfural y el disolvente inmiscible en agua de extracción; y (ii) una fase acuosa (refinado) que contiene el catalizador ácido y una pequeña cantidad del disolvente inmiscible en agua.

Etapa 5. Extracción acuosa

La fase orgánica (extracto) alimentada al recipiente de extracción (8) se somete a una etapa de extracción acuosa en presencia de agua o de un disolvente en disolución acuosa con el fin de recuperar selectivamente una fase acuosa que comprende ácido levulínico (y ácido fórmico).

En una realización preferida, la razón disolvente inmiscible en agua/disolución acuosa está entre 0,25:1 y 1:3, preferiblemente es de 1:1.

En otra realización preferida, la extracción acuosa comprende al menos dos etapas de contacto, en la que la fase orgánica y la fase acuosa están en contacto durante al menos 5 minutos.

Los compuestos en el recipiente de extracción se extraen en (i) una fase acuosa que comprende ácido levulínico, ácido fórmico y el disolvente inmiscible en agua de extracción; y una fase orgánica (refinado orgánico) que comprende residuos, en particular huminas.

Además, la fase acuosa que comprende ácido levulínico anterior puede experimentar opcionalmente una etapa de nanofiltración (9) y una etapa de destilación (10) con el fin de obtener una fase acuosa que comprende ácido levulínico purificado.

La presente invención se describirá ahora a modo de ejemplos que sirven para ilustrar la construcción y las pruebas de realizaciones ilustrativas. Sin embargo, se entenderá que la presente invención no se limita en modo alguno a los ejemplos expuestos a continuación.

Ejemplos

La invención se ilustra por medio de los siguientes ejemplos que en ningún caso limitan el alcance de la invención. A continuación se proporcionan varios ejemplos del procedimiento desarrollado para purificar el ácido levulínico a partir de una fase acuosa que comprende ácido levulínico (LEVA) obtenida a partir de la hidrólisis de biomasa. La metodología y las condiciones experimentales aplicadas en cada ejemplo para obtener una fase acuosa que comprende LEVA fueron las mismas para todos los experimentos descritos, siendo las siguientes.

Ejemplo 1. Producción de una fase acuosa enriquecida en ácido levulínico.

Se obtuvo una suspensión de biomasa formada por pulpa lignocelulósica blanqueada en agua triturando, moliendo, blanqueando y dispersando biomasa lignocelulósica en una disolución para crear una suspensión. El porcentaje en peso de celulosa presente en dicha suspensión de biomasa era de entre el 2,5% en peso y el 9% en peso con respecto al peso total de la suspensión. Dicha suspensión de biomasa, con una razón de líquido-sólido de 3,5-10, se calentó hasta entre 165-180 °C a una presión de 7-10 barg en un reactor de hidrólisis durante entre 0,5 y 4 h con agitación. Tras alcanzar dichos valores de temperatura y presión, se inyectó ácido sulfúrico hasta alcanzar una concentración de ácido sulfúrico del 2-4% en peso con respecto al peso total de la mezcla de reacción. Luego, se descargó la mezcla y se enfrió hasta temperatura ambiente. Se eliminaron los sólidos por filtración, dando como resultado un hidrolizado de biomasa líquido (o licor) que comprendía aproximadamente el 1,5-2% en peso de ácido levulínico (LEVA), el 0,75-1% en peso de ácido fórmico y residuos en agua.

Por tanto, el ácido levulínico y el ácido fórmico producidos fueron de desde el 30% hasta el 45% para el ácido levulínico y desde el 15% hasta el 22,5% para el ácido fórmico con respecto a la fracción celulósica presente en la biomasa.

Ejemplo 1A: Ejemplo comparativo: Procedimiento de purificación A de ácido levulínico mediante una extracción doble seguida de una destilación.

Se realizó una primera extracción líquido-líquido de LEVA a partir de la disolución acuosa (hidrolizado de biomasa líquido o licor) en una columna de extracción dando como resultado una disolución orgánica, que comprendía ácido levulínico, y una disolución acuosa. Se usó metil isobutil cetona (MIBK) como disolvente orgánico en una razón MIBK:licor de entre 0,25:1 y 1:5. Se alimentaron el disolvente y el licor a la columna de extracción a temperatura ambiente. Después de 12-2 etapas de extracción con tiempos de contacto de 1-20 min, se recogió una fase orgánica enriquecida en LEVA. La eficiencia de esta etapa de extracción era de entre el 90%-98% para el ácido levulínico y del 90%-98% en el caso del ácido fórmico. Por tanto, había un 0,3-7,5% en peso de ácido levulínico, un 0,15-4% en peso de ácido fórmico en la fase orgánica obtenida y entre un 0,15 y un 0,5% en peso de residuos. Por tanto, la razón ácido levulínico:residuo era de 1:0,6 en dicha fase orgánica.

Luego se sometió la fase orgánica enriquecida en ácido levulínico a una extracción líquido-líquido acuosa añadiendo una disolución acuosa (o agua nueva) a un pH neutro a un equipo mezclador-sedimentador. La razón de fase orgánica:fase acuosa era de entre 0,25:1 y 1:3, en la que las fases se mezclaron juntas con agitación (100-300 rpm) a temperatura ambiente (entre 20 y 30 °C) y luego experimentaron una etapa de sedimentación durante 1-20 min, lo que permitió la separación de las fases por gravedad, dando como resultado una fase acuosa acidificada que comprendía los ácidos levulínico, fórmico y acético, entre otros. La presencia de huminas y alquitrán disuelto se indicó por el intenso color marrón oscuro de la fase orgánica residual (refinado orgánico) que contenía alrededor de un 80% de residuos de lignina y huminas coloreados iniciales. La eficiencia de esta etapa de extracción acuosa era del 95%-98% para el ácido levulínico y del 95%-98% en el caso del ácido fórmico. Por tanto, la cantidad de ácido levulínico en la disolución acuosa obtenida después de la etapa de extracción era del 0,1-10% en peso, la cantidad de ácido fórmico era del 0,05-4% en peso y la cantidad de residuos era de aproximadamente el 0,06% en peso. Por tanto, la corriente que comprende ácido levulínico obtenida después de una extracción doble (extracción con disolvente y extracción acuosa) tenía una razón ácido levulínico:residuos de aproximadamente 1:0,1 mientras que la corriente que comprende ácido levulínico después de una única extracción con disolvente tenía una razón ácido levulínico:residuo de aproximadamente 1:0,6. Por tanto, al realizar una extracción acuosa, se observó una reducción significativa de los residuos (alrededor de un 83% de reducción de residuos) en la corriente que comprende ácido levulínico.

Posteriormente, se sometió la fase acuosa que comprende ácido levulínico a una destilación a vacío. La destilación se realizó a una presión de 50-300 mbar con una temperatura de parte inferior de 30-70 °C. Se recuperó el ácido levulínico con una concentración de entre el 90-95% en peso en la disolución restante de parte inferior de la destilación. Durante la destilación, se recogieron agua y componentes volátiles en el destilado y opcionalmente se recircularon a la etapa de extracción líquido-líquido acuosa. Además, no se generaron residuos viscosos de color oscuro durante la etapa de destilación.

Ejemplo 1B: Procedimiento de purificación B de ácido levulínico mediante una extracción doble seguida de una nanofiltración y una destilación.

La disolución acuosa (hidrolizado de biomasa líquido o licor) obtenida en el ejemplo 1 siguió el mismo procedimiento explicado en el ejemplo 1A para la purificación de ácido levulínico, pero incluía una etapa adicional de una nanofiltración (separación por membrana) después de la etapa de extracción líquido-líquido acuosa.

La disolución acuosa obtenida después de la etapa de extracción acuosa se separa (nanofiltra) en una unidad de membrana. La presión transmembrana se ajusta a 20-40 bar y la temperatura se mantiene a temperatura ambiente. La membrana es una membrana DL Lenntech de 150-300 Da. El permeado producido tenía un color amarillo claro. El flujo promedio es de entre 40-60 l/m2.h. El retenido obtenido se diluye y opcionalmente se recircula a través de la membrana. El porcentaje de retención calculado (R), R = (100(1-(Cpermeado/Cretenido))) para el ácido levulínico es de alrededor del 15-25%. Y el porcentaje de permeado (P), P = (100(Cpermeado/Cretenido)) para el ácido levulínico es del 75-85%. Se observó una retención completa de las huminas y del alquitrán disuelto restantes en la disolución acuosa.

Posteriormente, se sometió la fase acuosa obtenida que comprende ácido levulínico como permeado a una destilación a vacío tal como se describió en el ejemplo 1A previo. Se recuperó el ácido levulínico con una concentración de entre el 95-99% en peso en la disolución restante de parte inferior de la destilación.

Ejemplo 2: Ejemplo comparativo: Procedimiento de purificación de ácido levulínico mediante una única extracción (extracción con disolvente) seguida de una destilación.

Se purificó la disolución acuosa obtenida en el ejemplo 1 que comprende aproximadamente el 1,5-2% en peso de ácido levulínico (LEVA), el 0,75-1% en peso de ácido fórmico, de la siguiente manera.

Se realizó una extracción líquido-líquido de LEVA a partir de la disolución acuosa (hidrolizado de biomasa líquido o licor) en una columna de extracción dando como resultado una disolución orgánica, que comprendía ácido levulínico, y una disolución acuosa. Se usó metil isobutil cetona (MIBK) como disolvente orgánico en una razón MIBK:licor de 0,25:1 y 1:5. Se alimentaron el disolvente y el licor a la columna de extracción a temperatura ambiente. Después de 12-2 etapas de extracción con tiempos de contacto de 1-20 min, se recogió una fase orgánica enriquecida en LEVA. La eficiencia de esta etapa de extracción era de entre el 90%-98% para el ácido levulínico y del 90%-98% en el caso del ácido fórmico. Por tanto, había un 0,3-7,5% en peso de ácido levulínico y un 0,15-4% en peso de ácido fórmico en la fase orgánica obtenida.

Posteriormente, se sometió la fase orgánica que comprende ácido levulínico a una destilación. La destilación se realizó a una presión de 1 atm con una temperatura de parte inferior de 240-280 °C. Se recuperó el ácido levulínico con una concentración de entre el 45-60% en peso en la disolución restante de parte inferior de la destilación junto con huminas y residuos de alquitrán, entre otros. Durante la destilación, se recogió parte del disolvente en el destilado y opcionalmente se recirculó a la etapa de extracción líquido-líquido.

Posteriormente, se sometió la disolución de parte inferior de la destilación que comprendía ácido levulínico a una destilación a vacío. La destilación se realizó a una presión de 10-15 mbar con una temperatura de parte inferior de 140-160 °C. Se obtuvo el ácido levulínico con una concentración de entre el 70-80% en peso en el destilado, la parte restante del destilado comprendía residuos, principalmente lactonas (entre el 10 y el 20% en peso) y residuos de lignina (entre el 5% en peso y el 10% en peso). La disolución restante de parte inferior de la destilación era un líquido oscuro viscoso que comprendía la mayor parte de la lignina, huminas y residuos de alquitrán difíciles de extraer y manipular.

Al comparar la composición de los productos obtenidos en los ejemplos 1A y 1B con los resultados obtenidos en el producto del ejemplo 2 se observó que el rendimiento de ácido levulínico obtenido mediante una extracción doble seguida de una destilación (ejemplo 1A) era mayor que el obtenido para una única extracción seguida de una destilación.

Ejemplo 3: Ejemplo comparativo: Procedimiento de purificación de ácido levulínico a partir de una disolución orgánica lavando con una disolución acuosa básica (procedimiento 3A) o realizando una extracción acuosa (procedimiento 3B).

Se compararon dos procedimientos (denominados 3A y 3B) para purificar el ácido levulínico a partir de una disolución orgánica. La disolución orgánica inicial comprendía:

- el 0,5% en peso de ácido levulínico;

- el 0,25% en peso de ácido fórmico;

- el 0,3% en peso de residuos de lignina coloreados;

- el 0,08% en peso de otros residuos

en metil isobutil cetona (MIBK).

Se comparó la razón ácido levulínico:residuo en la corriente final que comprendía ácido levulínico para 3A y 3B. Cabe destacar que el alquitrán, los residuos de lignina coloreados, el carbón y otros (huminas) se consideraron residuos.

Procedimiento 3A: Lavado de la disolución orgánica con una disolución acuosa básica.

Se sometió la disolución orgánica descrita anteriormente a una etapa de lavado con una disolución acuosa básica (pH 13,4 con NaOH) durante 30 min con agitación a 60 °C. La razón de fase orgánica:fase acuosa usada fue de 11:1. Después de una etapa de sedimentación durante 1-20 min, se recuperó una fase orgánica que comprendía una razón ácido levulínico:residuo de lignina coloreado de alrededor de 6:1.

Procedimiento 3B: Extracción de la disolución orgánica con una disolución acuosa.

Se sometió la disolución orgánica a una extracción líquido-líquido acuosa añadiendo una disolución acuosa (o agua nueva) a un pH neutro en un equipo mezclador-sedimentador. La razón de fase orgánica:fase acuosa fue de 1:1. Se mezclaron juntas las fases con agitación (100-300 rpm) a temperatura ambiente (entre 20 y 30 °C) durante 5 min y luego experimentaron una etapa de sedimentación durante 1-20 min, lo que permitió la separación de las fases por gravedad. Se obtuvo una fase acuosa acidificada que comprendía una razón ácido levulínico:residuos de lignina coloreados de alrededor de 10:1. La extracción acuosa también se repitió con disoluciones básicas y ácidas, obteniendo resultados similares a las disoluciones neutras.

Luego, la razón ácido levulínico:residuo obtenida en 3A y en 3B mostró que la purificación mediante extracción acuosa fue más eficaz que simplemente lavar la corriente orgánica inicial con una disolución acuosa básica.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Un procedimiento para la purificación de ácido levulínico, que comprende:

i) proporcionar una disolución acuosa que comprende ácido levulínico;

ii) someter la disolución acuosa de la etapa (i) a una extracción orgánica para producir una disolución orgánica y una disolución acuosa;

iii) someter la disolución orgánica obtenida en la etapa previa a una extracción acuosa para producir una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y una disolución orgánica; y

iv) someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii) a una separación por membrana para producir una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y un residuo.
2. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además:

v) someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iv) a al menos una etapa de purificación adicional para producir una disolución acuosa que comprende ácido levulínico.
3. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, que comprende además someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en las etapas (iv) o (v) a una destilación para producir un destilado y una disolución de destilación que comprende ácido levulínico.
4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la disolución acuosa proporcionada en la etapa (i) u obtenida en las etapas (iii), (iv) o (v), la disolución orgánica obtenida en la etapa (ii), o cualquier combinación de las mismas, se someten a una etapa de evaporación parcial.
5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disolución acuosa que comprende ácido levulínico de la etapa (i) se obtiene mediante

i. proporcionar una biomasa lignocelulósica triturada;

ii. opcionalmente, someter la biomasa lignocelulósica triturada de la etapa (i) a una hidrólisis previa para obtener una biomasa lignocelulósica triturada prehidrolizada;

iii. someter la biomasa lignocelulósica triturada proporcionada en la etapa (i) o la biomasa lignocelulósica triturada prehidrolizada obtenida en la etapa (ii) a una hidrólisis en presencia de un ácido y en condiciones de temperatura, tiempo y concentración de ácido para producir una suspensión acuosa que comprende ácido levulínico; y

iv. someter la suspensión acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (iii) a una separación sólido-líquido dando lugar a una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y un sólido.
6. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la extracción orgánica de la etapa (ii) se realiza usando un disolvente inmiscible en agua seleccionado de diclorometano (DCM), dicloroeteno (DCE), 1,2-dicloroetano, tolueno, benceno, 2-heptanona, acetato de butilo, metil isobutil cetona (MIBK), diclorometano, etil-5-propionato, 2-pentanona, dietil éter, alcohol t-amílico, butanol, ciclohexanona, acetato de etilo, piridina, tetrahidrofurano (THF), metiltetrahidrofurano (MTHF), 2-metiltetrahidrofurano (2-ME-THF), 2-butanona, acetona, dioxano, acetonitrilo, formamida, N,N-dimetilformamida, dimetilsulfóxido, etilenglicol, metil terc-butil éter (MTBE), ciclopentil metil éter (CPMe), heptano, dimetilformamida (DMF), N-metilpirrolidona (NMP), 2-sec-butilfenol (SBP), 4-n-pentilfenol (NPP), 4-n-hexilfenol (NHP) y dimetil éter de dietilenglicol (DEGDME), y combinaciones de los mismos; en el que la razón disolvente inmiscible:disolución acuosa está entre 0,25:1 y 4:1.
7. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la extracción orgánica de la etapa (ii) o la extracción acuosa de la etapa (iii) se realizan usando medios aptos para la extracción, preferiblemente una columna de extracción o un dispositivo mezclador-sedimentador.
8. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la extracción orgánica de la etapa (ii) o la extracción acuosa de la etapa (iii) se realizan a temperatura ambiente.
9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en las etapas (iii), (iv) o (v) comprende al menos un 0,1% en peso de ácido levulínico.
10. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, en el que la disolución de destilación comprende al menos el 90% en peso de ácido levulínico.
11. El procedimiento para la producción de ácido levulínico a partir de biomasa lignocelulósica triturada que comprende las siguientes etapas:

i. proporcionar una biomasa lignocelulósica triturada;

ii. opcionalmente, someter la biomasa lignocelulósica triturada de la etapa (i) a una hidrólisis previa para obtener una biomasa lignocelulósica triturada prehidrolizada;

iii. someter la biomasa lignocelulósica triturada proporcionada en la etapa (i) o la biomasa lignocelulósica triturada prehidrolizada obtenida en la etapa (ii) a una hidrólisis en presencia de un ácido y en condiciones de temperatura, tiempo y concentración de ácido para producir una suspensión acuosa que comprende ácido levulínico;

iv. someter la suspensión acuosa obtenida en la etapa (iii) que comprende ácido levulínico a una separación sólido-líquido dando lugar a una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y un sólido; v. someter la disolución acuosa obtenida en la etapa (iv) a una extracción orgánica para producir una disolución orgánica y una disolución acuosa;

vi. someter la disolución orgánica obtenida en la etapa previa a una extracción acuosa para producir una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y una disolución orgánica;

vii. someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa (vi) a una separación por membrana para producir una disolución acuosa, que comprende ácido levulínico, y un residuo; y viii. opcionalmente, someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en la etapa previa a al menos una purificación adicional para producir una disolución acuosa que comprende ácido levulínico.

El procedimiento según la reivindicación 11, en el que la biomasa lignocelulósica triturada de la etapa (i) se obtiene mediante:

a) proporcionar una biomasa que comprende un material lignocelulósico;

b) opcionalmente, someter dicha biomasa a un tratamiento mecánico; y

c) dispersar dicha biomasa en un disolvente para obtener una biomasa lignocelulósica triturada.

El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, en el que la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en las etapas (vi), (vii) o (viii) comprende al menos un 0,1% en peso de ácido levulínico.

El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que la disolución acuosa obtenida en las etapas (iv), (vi), (vii) o (viii), la disolución orgánica obtenida en la etapa (v), o cualquier combinación de las mismas, se someten a una etapa de evaporación parcial.

El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, que comprende además someter la disolución acuosa que comprende ácido levulínico obtenida en las etapas (vii) o (viii) a una destilación para producir un destilado y una disolución de destilación que comprende ácido levulínico; en el que la disolución de destilación comprende al menos el 90% en peso de ácido levulínico.