BRPI0815408A2 - processo integrado para a produção de copolímeros de etileno e butileno, copolímero de etileno e butileno, e, uso de etileno e 1-butileno. - Google Patents
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Abstract
PROCESSO INTEGRADO PARA A PRODUÇÃO DE COPOLÍMEROS DE ETILENO E BUTILENO, COPOLÍMERO DE ETILENO E BUTILENO, E, USO DE ETILENO E 1-BUTILENO
A presente invenção se refere a processos integrados de produção de copolímeros de etileno e butileno a partir de pelo menos uma matéria-prima natural renovável. Mais especificamente, a presente invenção trata de processos onde o monômero de etileno, utilizado na polimerização para produção de um copolímero de etileno e 1-butileno, como o comonômero, é obtido através da reação de desidratação de etanol produzido a partir da fermentação de açúcares, e o 1-butileno é obtido através de pelo menos uma das seguintes reações: (i) reação de desidratação do 1-butanol produzido diretamente por fermentação de açúcares; (ii) reação de desidratação do 1-butanol produzido por rota química a partir do etanol obtido por fermentação de açúcares; e/ou (iii) reação de dimerização de etileno proveniente da etapa de. desidratação do etanol obtido a partir da fermentação de açúcares, e posterior reação de isomerização dos isômeros de 2-butileno formados. O copolímero de etileno-butileno assim produzido é completamente baseado em átomos de carbono originados de matérias primas naturais renováveis e, durante incineração é produzido CO2 de uma origem não fóssil.
Description
CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção se refere a processos integrados de produção de copolímeros de etileno e butileno a partir de pelo menos uma matéria-prima natural renovável. Mais especificamente, a presente invenção trata de processos onde o monômero de etileno, utilizado na polimerização lO para produção de um copolímero de etileno e l-butileno, como o comonômero, é obtido através da reação de desidratação de etanol produzido a partir da fementação de açúcares, e o l-butileno é obtido através de pelo menos urna das seguintes reações: (i) reação de desidratação do l-butanol produzido diretamente por ferinentação de açúcares; (ii) reação de desidratação do l-butanol produzido por rota quírnica a partir do etanol o"btido por fermentação de açúcares; e/ou (iii) reação de dimerização de etileno proveniente da etapa de desidratação do etanol obtido a partir da fermentação de açúcares, e posterior reação de isomerização dos isômeros de 2-butileno fonnados. O copolímero de etileno e butileno . assim produzido é totalmente composto de carbono originário de rnatérias-primas naturais renováveis e ao ser incinerado emite CO2 de origem não-fÓssil.
DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA Os diversos tipos de polietilenos representam a resina termoplástica de maior produção e utilização em todo o mundo. Eles são obtidos através da homopolimerização do etileno ou da copolimerização do etileno com pelo menos um comonômero, sendo os mais utilizados o l- butileno, o l-hexeno e o l-octeno (LLDPE, Andrea Borruso, CEH -2007, Chemical Economics Flandbook-SW lhtemational). Um dos mais importantes polietilenos é o polietileno de baixa
Claims (20)
1. Processo integrado para a produção de copolímeros de etileno e butileno, o l-butileno sendo o comonômero, tendo como matérias- primas o etanol e o butanol obtidos a partir de materiais de origein vegetal, por fermentação de açúcares deles extraídos, compreendendo as etapas de: a) obtenção dos açúcares (2a) por extração e processamento dos materiais de origem vegetal (la); b) alimentação da corrente de açúcares (2b) a um fermentador (2) em condições de fermentação do mosto para obter o etanol; C) destilação da corrente contendo etanol (3a) do mosto fermentado em um destilador (4) para separar o etanol (4a); d) desidratação do etanol da corrente de etanol (4a ou 5a) em um reator de desidratação (6) para obter a corrente de etileno (6a) a ser purificada no destilador (9) dando etileno (6b ou 6c) a ser alimentado no reator (18); o processo sendo caracterizado pelo fato de que inclui, de forma integrada, as seguinteS etapas: e) desidrogenação de uma parte (5b) da corrente do etanol (4a) em um reator de desidrogenação (7) para obter a corrente de acetaldeído (9a), e/ou, opcionalmente, alimentação de uma parte (5c) da co'rrente de etanol (4a) a um reator de síntese direta (8), para produzir diretarnente a corrente de l- butanol (9e); D condensação aldólica da corrente de acetaldeído (9a) proveniente do reator de desidrogenação (7), num reator de condensação (12), para produzir corrente de saída de 3-hidróxi-butanal (9b); g) desidratação do 3-hidróxi-butanal (9b) proveniente do reator de condensação (12), num reator de desidratação (13), para produzir corrente de saída de crotonaldeído (9c), h) hidrogenação do crotonaldeído (9c), proveniente do reator de desidratação (13), em um reator de hidrogenação (14), produzindo o l- butanol (9d); i) opcionahnente, alimentação da corrente de açúcares (2c) a fermentadores (3), em condições de fermentação do mosto para obter o 1- butanol; j) destilação da corrente contendo l-butanol (3b) de mosto fermentado em um destilador (5) para separar o l-butanol (9g); k) desidrataç"o do l-butanol da corrente de l-butanol (9e), proveniente da etapa e), e/ou da corrente de l-butanol (9d), proveniente da etapa h), e/ou da mistura das mesmas (9f), e/ou da fermentação de açúcares nas etapas i) e j), na presença de catalisadores de alumina, sílica, sílica- alumin& zeólitas, e outros óxidos metálicos, com tempo de residência entre 0,1 e 60 segundos, e em temperaturas na faixa de 150°C a 380°C, em um reator de desidratação de leito fixo ou fluidizado, adiabático ou isoténnico (15), para obter uma mistura de isÔmeros de butileno (lOa); l) destilação da corrente de mistura de isômeros de butileno (lOa), proveniente do reator de desidratação (15), em um destilador (16) que fomece a corrente de l-butileno (8c), e a corrente de isômeros de 2-butileno (7b); m) isomerização da corrente de isômeros de 2-butileno (7b) no reator de isomerização (17) para obter a corrente de l-butileno e isômeros de 2-butilenos (8b) que retoma ao destilador (16); e n) polimerização do etileno da corrente de etileno (6b ou 6c) e do l-butileno da corrente de l-butileno (8c), no reator de polimerização (18), para obter o copolímero de etileno e butileno (lla) tendo 100% de carbono de origem natural renovável.
2. Processo integrado para a produção de copolímeros de etileno e butileno, o l-butileno sendo o comonômero, tendo como matérias- primas o etanol e o butanol obtidos a partir de materiais de origem vegetal,
por fermentação de açíicares deles extraídos, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas (a), (b), (c), (i) e (j), conforme definidas na reivindicação 1, seguidas das etapas: k) desidratação concomitante do etanol e do l-butanol da mistura de álcoois (l6a) das correntes de etanol (4a) e de l-butanol (9g), na presença de catalisadores, tais como, alumina, sílica, síliea-alumina, zeÓlitas, e óxidos metálicos, em temperaturas na faixa de l50°C a 380°C, e preferivehnente de 250°C a 370°C, e tempos de residência entre 0,1 e 60 segundos, e preferivelmente de 1 a 30 segundos, em uin reator de desidratação de Ieito fixo ou fluidizado, adiabático ou isotérmico (20), para obter a mistura de etileno e butilenos (17a); 1) destilação da eorrente de mistura de etileno, isômeros de 2- butileno e l-butileno (17a), proveniente da etapa (k), em um destilador (21) que fomece uma primeira corrente de mistura de etileno e l-butileno (21c), e uma segunda corrente de isônieros de 2-butileno (2la); m) isomerização da corrente de isômeros de 2-butileno (21a) no reator de isomerização (22) para obter a corrente de l-butileno e isômeros de 2-butileno (21b), que retoma para o destilador (21); e n) polimerização do etileno e l-butileno da corrente (2lc), no reator de polimerização (18), para obter o copolímero de etileno e butileno (lla) tendo 100°4 de carbono de origem natural renovável.
3. Processo integrado para a produção de copolímeros de etileno e butileno, o l-butileno sendo o comonÔmero, tendo como matéria- prima o etanol obtido a partir de materiais de origem vegetal, por fermentação de açúcares deles extraídos, compreendendo as etapas de: a) obtenção dos açúcares (2a) por extração e processamento dos materiais de origem vegetal (la); b) alimentação da corrente de açúcares (2a) a um fermentador (2) em condições de fennentação do mosto para obter o etanol;
c) destilação da corrente contendo etanol (3a) do mosto fermentado em um destilador (4) para separar o etanol (4a); d) desidratação do etanol da corrente de etanol (4a ou 5a) em um reator de desidratação (6) para obter a corrente de etileno (6a) a ser purificada no destilador (9) para obter etileno (6b ou 6c) a ser alimentado no reator (18); o processo sendo caracterizado pelo fato de que inclui, de forma integrada, as seguiI1tes etapas: e) dimerização de uma parte (6d) da corrente de etileno (6b) proveniente da etapa d) eni um reator de dimerização (10) para formar a mistura de l-butileno e isômeros de 2-butileno (7a); f) destilação da mistura de l-butileno e isômeros de 2-butileno (7a) em um destilador (23) para produzir l-butileno (8a) e uma corrente de isômeros de 2-butileno (8e); g) isomerização da corrente de isômeros de 2-buti1eno (8e) em um reator de isomerização (11) para produzir uma corrente de l-butileno e isômeros de 2-b'utileno (8f) que retoma para o destilador (23); h) polimerização do etileno da outra parte (6e) da corrente de etileno (6b) proveniente da etapa d) e do l-butileno da corrente de l-butileno (8a) proveniente da etapa f) em um reator de polimerização (18) para produzir um copolímero de etileno e butileno (lla) tendo 100°4 de carbono de origem natural renovável.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações l a 3, caracterizado pelo fato de que os referidos açúcares (2a) são açúcares dissolvidos, amido hidrolisado ou componentes lignocelulósicos hidrolisados, e suas misturas.
5. Processo de ac.ordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que na fermentação dos açúcares (2b) para a obtenção do etanol (4a) é utilizada a levedura Saccharomyces cerevisiae.
6. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo de que as etapas de obtenção do etanol (4a), compreendendo a fermentação dos açúcares (2b) no fermentador (2) e a posterior destilação do mosto fermentado (3a) no destilador (4), são ajustadas de modo que a razão molar água/etanol nessas etapas seja equivalente à alimentação requerida ao reator de desidratação (6)-
7. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que na fermentação dos açúcares (2c) para a obtenção do l-butanol (9d) são utilizadas espécies de bactérias do gênero Clostridium.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de desidratação do etanol (4a ou 5a), ou da mistura de etanol e l-butanol (16a, l6b) é conduzida na presença de catalisadores de alumina, sílica, sílica-alumina, zeólitas, e outros óxidos metálicos, em temperaturas na faixa de 180°C a 600°C, e preferencialníente entre 300°C e 500°C, em reator de leito fixo ou fluidizado, adiabático ou isotérmico.
9. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de desidratação do l-butanol (9f, 9g, 9h) é conduzida num tempo de residência de l a 30 segundos e temperaturas na faixa de 250°C a 370°C.
10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações I a 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de isomerização do 2-butileno da corrente (8e, 7b ou 2la) em um reator de isomerização (11, 17 ou 22), ocorre na presença de hidrogênio ou de catalisadores básicos ou zeólitas.
11. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de dimerização do etileno da corrente (6d), em um reator de dimerização (10), é conduzida na presença de complexos de níquel, sendo seguida pela destilação no destilador (23) e pela isomerização do 2-
butileno da corrente (8e) no reator de isomerização (11).
12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a polimerização do etileno e butileno, com l-butileno corno comonômero, é realizada em solução, no reator de polimerização (18), eín temperaturas na faixa de 105°C a 300°C, na presença de catalisadores Ziegler-Natta ou metaloceno.
13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a polimerização do etileno e l-butileno, com l-butileno como comonômero, é realizada em suspensão, no reator de polimerização (18), em temperaturas na faixa de 50°C a l0O°C, na presença de catalisadores Ziegler-Natta ou metaloceno.
14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a ll, caracterizado pelo fato de que a polimerização do etileno e l-butileno, com l-butileno como comonômero, é realizada em fase gasosa, no reator de polimerização (18), em temperaturas na faixa de 60°C a 80°C, na presença de catalisadores Ziegler-Natta ou metaloceno.
15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o etanol, o butanol, o etileno e o l- butileno empregados nas etapas dos ditos processos integrados são de origem vegetal.
16. Copolímero de etileno e butileno, caracterizado pelo fato de ser obtido de acordo com qualquer um dos processos definidos em qualquer uma das reivindicações I a 15, em que possui teor de carbono de 100% de matérias-primas naturais renováveis, conforme determinado pelo método de ensaio da Norrna ASTM D 6866-06.
17. Copolímero de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o percentual mássico do comonômero l- butileno está na faixa de 0,5°4 a 3Õ°/o
18. Copolímero de acordo com a reivindicação 17,
caracterizado pelo fato de que o percentual mássico de comonômero l- butileno está na faixa de 2°/, a 20°4.
19. Copolímero de acordo corn qualquer uma das reivindicações 16 a 18, caracterizado pelo fato de que tem uma densidade variando de 0,900 a 0,960 g/cm'.
20. Uso de etileno e l-butileno, caracterizado pelo fato de ser para a produção de copolímeros de etileno e l-butileno, compreendendo teor de carbono de 100°4 de matérias-primas naturais renováveis, sendo que os ditos monômeros de etileno e l-butileno são produzidos de acordo com as etapas a) a n) do processo definido na reivindicação 1, ou de acordo com as etapas a), b), C), i) e j) do processo definido na reivindicação 1, seguidas das etapas k) a n) do processo definido na reivindicação 2, ou de acordo com as etapas a) a h) do processo definido na reivindicação 3.
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