PT824616E

PT824616E - Prcesso para a hidrolise acida rapida de material lenhocelulosico e reactor de hidrolise

Info

Publication number: PT824616E
Application number: PT97906054T
Authority: PT
Inventors: Antonio Geraldo Proenca Hilst
Original assignee: Dedini S A Administracao E Par
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 2000-11-30
Also published as: DK0824616T3; MX9708657A; EP0824616A1; JPH11504527A; WO1997033035A1; DE69702482D1; CA2220335A1; US5879463A; JP3615767B2; ES2150222T3; DE69702482T2; EP0824616B1; BR9600672A; CA2220335C

Description

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DESCRICÃO "Processo para a hidrólise ácida rápida de material lenhocelulósico e reactor de hidrólise"

Campo da invenção A presente invenção refere-se a um processo para a hidrólise ácida de material lenhocelulósico, tal como madeira, bagaço de cana de açúcar, palha, vegetais, etc., para a obtenção de açúcares e lenhina, entre outros produtos, bem como a um reactor para a realização do processo em referência.

Antecedentes da invenção

Para o efeito de hidrólise, os materiais lenhocelulósicos podem ser descritos como um complexo celulósico de hemicelulose e lenhina contendo adicionalmente componentes orgânicos inferiores, tais como taninas, ceras, óleos, etc., as referidas substâncias minerais e "extractivas” (sílica, cálcio, potássio, sódio, etc., as cinzas). A celulose (ou glicano, 36 a 40% em massa) é um polímero de glucose encontrado na forma amorfa (a sua maior parte) e na forma microcristalina. A hemicelulose (34%) é um polímero amorfo complexo contendo glicano (-8%), xilano (22%), arabinano e galactano (total de 4%). Mostrou-se que a hemicelulose hidroliza quase instantaneamente, a celulose microcristalina é bastante resistente a ataques por ácidos e que a celulose amorfa é intermediária. A lenhina (um polímero derivado de fenilpropeno contendo funções fenolíticas activas) não é solúvel num meio ácido exclusivo, mas pode ser dissolvida por certos solventes orgânicos. As cinzas são constituídas por sílica e óxidos de alumínio e ferro que são muito pouco solúveis em meios hidrolíticos, e por óxidos de potássio, sódio, etc., que são solúveis em ácidos. Estas características requerem condições desejáveis para o aparelho e processos de hidrólise.

Os processos de hidrólise ácida de materiais lenhocelulósicos produzem, entre outros: hexoses (açúcares com 6 carbonos), tais como glucose, galactose e manose; pentoses (açúcares com 5 carbonos), tais como xilose e arabinose: lenhina; furfural; 5-hidrometilfurfural; ácido acético; e metanol entre outros, em proporções variáveis, dependendo da matéria prima processada. 2 85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ

Os processos conhecidos de hidrólise ácida de materiais lenhocelulósicos dividem-se em dois grupos principais: processos que utilizam ácidos concentrados e processos que utilizam ácidos diluídos.

Do primeiro grupo, destacam-se os processos "Bergius" e "Udic Rheinau", que utilizam ácido clorídrico a 40-45%, e o processo "Riga", que utiliza ácido sulfúrico a 75%.

Apesar de estes processos apresentarem elevados rendimentos de hidrólise (aproximadamente 94% do valor estequiométrico), são necessários elevados investimentos em equipamento uma vez que este deve ser construído com material resistente aos ácidos tão fortemente concentrados. Em adição, a manipulação dos referidos ácidos torna a operação do processo extremamente difícil.

Entre os processos que utilizam ácidos diluídos desenvolvidos para ultrapassar as desvantagens aqui expostas anteriormente, deve-se mencionar o processo "Schoeller". De acordo com este processo a madeira é aquecida em percoladores a 134°C com o auxílio de ácido sulfúrico, obtendo-se assim, através de repetidas extracções, açúcares com uma concentração de 2 a 4% na resultante solução de hidrólise. É evidente que este processo, que é realizado através de um procedimento descontínuo, apresenta um rendimento que é bastante inferior ao comercialmente esperado.

De modo a melhorar o processo com ácido diluído anteriormente descrito, foi desenvolvido um processo denominado "Madison" pelo Laboratory of Forest Products of the United States, que utiliza ácido sulfúrico diluído a 0,6% na gama de 18 m3 por tonelada do material seco tratado e é realizado em 3 a 5 horas, atinge um rendimento máximo de 67% do seu valor estequiométrico. Apesar de o processo "Madison" ser substancialmente melhorado relativamente ao processo "Scholler", apresenta um rendimento ainda abaixo do desejado. Adicionalmente, devido à elevada temperatura à qual é realizado, o equipamento, mesmo quando é utilizado ácido diluído, tem que ser feito de materiais especiais, tais como titânio e zircónio, elevando 85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ 3

assim ο valor do investimento, embora inferior ao investimento realizado em processos que utilizam ácidos fortes.

Para além das desvantagens acima evidenciadas, que são específicas de cada tipo de processo, ambos apresentam um problema comum: durante a operação de sacarificação do processo de hidrólise ácida não existe praticamente deslenhificação, ficando a lenhina retida no equipamento num estado viscoso, do qual é retirada num processo em descontínuo, criando assim o problema adicional da gestão do passo contínuo de sacarificação do passo descontínuo da remoção da lenhina, consolidando-os como um único processo de rotina.

Esforços realizados no sentido de obter um processo contínuo para a hidrólise ácida de materiais lenhocelulósicos que proporcionasse deslenhificação e sacarificação simultâneas resultaram num processo contínuo em contracorrente para a produção de lenhina e açúcares a partir de madeira e outros materiais lenhocelulósicos através de deslenhificação e sacarificação por organossolventes a temperaturas e pressões elevadas, compreendendo este processo basicamente: a introdução em contínuo, numa extremidade do reactor, de material lenhocelulósico cominuído; a introdução em contracorrente, noutra extremidade do reactor, de um licor de cozimento compreendendo uma maior quantidade de solvente orgânico e uma menor quantidade de água, e uma pequena quantidade de ácido inorgânico; o contacto do referido material lenhocelulósico com o referido licor de cozimento, e a remoção do último após ter sido misturado com, e ter dissolvido os açúcares e as restantes substâncias do material lenhocelulósico cominuído.

Apesar de este processo atingir elevados graus de recuperação de lenhina e conversão de açúcar, este desempenho não foi descrito de modo quantitativo. Adicionalmente, a execução do referido processo em escalas laboratoriais mostrou muitas possibilidades de melhoramentos: uma vez que ocorre uma maior deslenhificação ou sacarificação de um modo distinto em cada nível do reactor, e considerando que o processo em questão proporciona alimentação de licor de cozimento e remoção do produto a partir do licor sob fluxos únicos, as condições de temperatura e concentração do solvente e dos reagentes ao longo da altura do reactor são praticamente aleatórias, tornando

85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ 4 assim difícil e mesmo impossível controlar de modo adequado o processo em termos de obtenção da conversão total do material lenhocelulósico, sem excesso de reagente ácido, bem como em relação à prevenção de decomposição de açúcares obtidos da hidrólise do material celulósico.

Descricão da invenção

Assim, é um objectivo da presente invenção proporcionar um processo para a hidrólise ácida rápida de material lenhocelulósico utilizando um sistema de hidrossolventes que permite as deslenhificação e sacarificação simultâneas do mesmo, de acordo com os parâmetros de temperatura e concentração do solvente e do reagente que são controlados de modo preciso nos vários níveis do reactor, de modo a obter a dissolução da lenhina e conversões máximas de açúcares enquanto evitando substancialmente a decomposição térmica dos açúcares formados. É um também um objectivo da presente invenção proporcionar um reactor de hidrólise ácida rápida de material lenhocelulósico aqui descrito anteriormente.

Os anteriores e outros objectives e desvantagens da presente invenção são conseguidos através de um processo para a hidrólise ácida rápida de material lenhocelulósico, compreendendo uma porção celulósica e uma porção de lenhina e compreendendo os passos de: (a) alimentação de modo contínuo pelo topo de um reactor pressurizado, com um fluxo uniforme de material lenhocelulósico pré-aquecido e cominuído ao tamanho de uma partícula aceitável para hidrólise; (b) contacto do referido material lenhocelulósico nos diferentes níveis do reactor, com uma pluralidade de fluxos de um sistema de hidrossolventes compreendendo uma maior porção de um solvente orgânico que solubiliza a lenhina e água, e uma menor porção de uma solução extremamente diluída de um ácido inorgânico forte de modo a simultaneamente fazer reagir o material celulósico e dissolver a lenhina na forma de um extracto de hidrólise compreendendo produtos da reacção da porção celulósica e uma solução de lenhina, e uma fase sólida compreendendo material que não reagiu e não dissolvido; (c) retenção da referida fase sólida de tal modo que esta se deposite no fundo do reactor;

85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ 5 (d) recirculação de um fluxo controlado da fase líquida obtido com (b) nos diferentes níveis do reactor, a uma temperatura devidamente ajustada, e incorporação do referido fluxo a um fluxo de hidrossolvente correspondente de modo a proporcionar, nos referidos níveis do reactor, temperaturas e concentrações de solvente orgânico e ácido inorgânico forte que sejam adequadas para fazer reagir o material celulósico e para dissolver a lenhina presente nos respectivos níveis do reactor; (e) remoção dos referidos níveis do reactor do remanescente da referida fase líquida, submetendo-a a uma diminuição abrupta da temperatura à saída do referido reactor de modo a evitar reacções de decomposição dos referidos produtos da reacção da porção celulósica e obtendo, através de evaporação do solvente, um concentrado dos produtos da reacção da porção celulósica e da lenhina; (f) separação da referida lenhina por decantação; e (g) transferência do referido concentrado dos produtos da reacção da porção celulósica para os passos processuais subsequentes.

Num segundo aspecto, a presente invenção refere-se a um reactor de hidrólise para a execução do processo para a hidrólise ácida rápida de material lenhocelulósico anteriormente descrito, compreendendo o referido reactor de hidrólise um corpo vertical tubular incorporando, ao longo da sua extensão longitudinal, uma pluralidade de captações do extracto de hidrólise; uma abertura para alimentação do material lenhocelulósico, alimentando de modo contínuo material lenhocelulósico ao referido reactor; uma pluralidade de tubos de alimentação do hidrossolvente, alimentando de modo contínuo hidrossolvente ao reactor de modo a proporcionar um contacto íntimo entre o referido hidrossolvente e o material lenhocelulósico no interior do último; e uma pluralidade de circuitos de fluido, estando cada um em ligação de fluidos com pelo menos uma captação de extracto de hidrólise de modo a receber, através do mesmo, extracto hidrolizado do referido reactor, e realimentar de modo selectivo e controlado, o referido extracto para este último e/ou transferi-lo para o passo subsequente do processo através de um meio de controlo de fluxo.

Em termos práticos, o processo para a hidrólise ácida de material lenhocelulósico apresenta, entre outras, as seguintes vantagens: a utilização de ácido extremamente diluído, não requerendo portanto equipamento feito de

85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ 6 materiais especiais e muito caros; execução simultânea dos passos de deslenhificação e sacarificação, requerendo assim uma quantidade reduzida de equipamento; e, a execução do referido processo sob condições de temperatura tais que ocorra a menor degradação dos açúcares obtidos. Com vista no facto de que o extracto de hidrólise efluente do reactor é parcialmente recirculado, é possível proporcionar um ajustamento preciso da concentração e da temperatura dos reagentes alimentados em cada nível do reactor ajustando simplesmente o fluxo e a temperatura do recirculado que, sem reagentes, funciona como diluente para uma dada alimentação de um novo reagente que é incorporado no hidrossolvente. O arrefecimento brusco do extracto de hidrólise logo na saída do reactor é uma característica do processo que proporciona uma rápida evaporação do solvente, mesmo quase espontânea, congelando assim as anteriormente mencionadas reacções de degradação dos açúcares. Adicionalmente, a evaporação do solvente de 1 5 a 30% em massa diminui a carga da coluna de destilação diminuindo consequentemente os seus custos. Adicionalmente, o processo em referência atinge níveis de recuperação até 85% e concentrações de açúcar até 35%, valores que nunca tinham sido atingidos com processos conhecidos: no presente caso, a concentração de açúcares atingida é sete vezes superior às previamente descritas.

Noutro aspecto, o processo aqui proposto é extremamente rápido: enquanto os menores períodos de tempo conhecidos para uma hidrólise ácida de materiais lenhocelulósicos varia de 3 a 5 horas, os presentes processos estão concluídos entre 10 e 40 minutes, proporcionando assim um aumento de 7 a 18 vezes na produtividade do reactor e equipamento seu auxiliar, expresso em toneladas de material seco processado por metro cúbico e por hora, e com uma redução proporcional no tempo de recuperação do investimento unitário. A invenção será descrita relativamente aos desenhos em anexo como se segue:

Breve descrição dos desenhos A figura 1 representa uma vista esquemática da secção transversal vertical de um reactor desenvolvido para a execução do processo proposto para a hidrólise rápida;

85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ 7 A figura 2 representa uma amplificação da construção de uma captação de extracto de hidrólise do reactor da presente invenção, de acordo com o detalhe indicado por um círculo na figura 1; e A figura 3 representa um diagrama de fluxos do processo da presente invenção.

Melhor modo para a realização da invenção

Apesar do componente celulósico do material lenhocelulósico a tratar compreender ela própria uma porção hemicelulósica, para simplificação da descrição que se segue, será utilizada a expressão "porção celulósica" para referir ambas as referidas porções, no seu conjunto.

As operações de deslenhificação e sacarificação do material lenhocelulósico do presente processo são realizadas através de um único passo num reactor 10, utilizando um sistema de hidrossolventes formulado de tal modo que simultaneamente faça reagir as porções celulósicas e dissolva a porção de lenhina que constitui o referido material lenhocelulósico, obtendo-se assim uma fase líquida, ou um extracto, compreendendo os produtos da hidrólise da referida porção celulósica, predominantemente açúcares, sendo a referida solução subsequentemente removida, e uma solução de lenhina, e uma fase sólida compreendendo matéria que não reagiu e não dissolvida, principalmente matéria mineral, que se deposita no fundo do referido reactor 10.

Uma vez que o processo proposto é contínuo, a alimentação tanto do material lenhocelulósico como do hidrossolvente têm que ser constantes e uniformes. Como tal, bem como para assegurar uma superfície de contacto satisfatória entre o referido hidrossolvente e o material lenhocelulósico, e ainda para evitar obstruções do material na entrada do reactor, aquele é cominuído até atingir o tamanho de uma partícula aceitável para hidrólise.

Em seguida, a alimentação de material lenhocelulósico é pré-aquecida a uma temperatura de 80°C a 180°C, preferivelmente até 100°C a 150°C, de modo a amolecer a fibra vegetal, expelir as bolhas de ar aí ocludidas, facilitando desse modo a penetração do hidrossolvente e, consequentemente, 85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ 8

a dissolução da lenhina no interior do reactor 10, libertando a porção celulósica para um rápido e eficiente ataque pelo ácido.

De modo a funcionar como anteriormente descrito, o sistema de hidrossolventes compreende: de 40 a 90% em volume, e preferivelmente de 50 a 80% em volume de um solvente orgânico que solubiliza lenhina seleccionado do grupo que consiste em carbono, cetonas de 2 a 6 átomos de carbono e suas misturas, preferivelmente metanol, etanol, acetona e semelhantes, ou misturas dos mesmos, e mais preferivelmente acetona; de 10 a 60% em volume, e preferivelmente de 20 a 50% em volume de água; e um ácido inorgânico forte seleccionado do grupo que consiste em ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido fosfórico e semelhantes, ou suas misturas, e preferivelmente ácido sulfúrico numa quantidade tal que proporcione uma concentração de 0,01 N a 0,1N, e preferivelmente de 0,02N a 0,05N do referido ácido no referido sistema de hidrossolventes. O passo de deslenhificação e sacarificação do material lenhocelulósico é processado de uma maneira distinta em cada nível no interior do reactor 10. Devem ser proporcionadas diferentes concentrações de reagente ácido entre a matéria prima e o hidrossolvente e devem ser proporcionadas diferentes temperaturas de reacção em cada nível do reactor, sendo o ajustamento destes parâmetros realizado através de um passo que é uma característica fundamental do processo proposto, qualquer que seja a recirculação de uma parte do extracto de hidrólise efluente do reactor 10 sem o ácido reagente: uma vez que é introduzido novo hidrossolvente, a uma temperatura e concentração constantes, o simples ajustamento da temperatura do extracto recirculado e dos seus fluxos e do novo hidrossolvente irá adequar a concentração de ácido para a estritamente necessária de modo a reagir com a porção celulósica da alimentação lenhocelulósica do reactor 10.

Em termos genéricos, o passo de deslenhificação e sacarificação é realizado no interior do reactor 1 a uma temperatura de 160° a 250°C, e preferivelmente de 180° a 190°C, vantajosamente sob uma pressão de 20 a 40 bar, e preferivelmente de 20 a 30 bar. A alimentação de hidrossolvente e de material lenhocelulósico são distribuídas homogeneamente, de acordo com as correntes radiais do hidrossolvente, numa proporção de 2 a 18, e preferivelmente de 3 a 10m3 de hidrossolvente por tonelada do material 9 85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ hidrocelulósico a tratar. Nestas condições, ambas as correntes ficam em íntimo contacto uma com a outra, obtendo-se as anteriormente referidas fases líquida e sólida. De modo a evitar que ocorram maiores degradações dos açúcares formados, a referida fase líquida, ou extracto, é imediatamente transferida para um evaporador rápido de solventes ("evaporador flash"), sofrendo uma diminuição brusca da temperatura. O extracto obtido no passo de deslenhificação e sacarificação, devidamente arrefecido, e preferivelmente filtrado, é transferido para uma coluna de destilação na qual é concentrado, por extracção de uma maior quantidade de solvente, que é recirculado para o processo. O extracto concentrado assim obtido é recebido num primeiro decantador, no qual se separa numa camada inferior compreendendo lenhina e numa camada superior que define um concentrado ou licor compreendendo açúcares, com um ensaio de até 35% em peso, dependendo do material lenhocelulósico de partida, e resultando os produtos restantes da reacção de sacarificação, e o depósito de lenhina, insolubilizado pela remoção do solvente.

Numa segunda construção, o extracto concentrado e decantado pode ser submetido a um segundo decantador, traçado a linhas ponteadas na figura 3. A lenhina decantada é recuperada, pelo menos parcialmente seca, e pode ser utilizada em várias aplicações, como combustível, por via do seu poder calorífico inferior (PCI) de 24,4 MJ/kg e baixo teor de cinzas (0,30%) e enxofre (0,14%), mesmo como matéria prima para o fabrico de resinas fenólicas (substituindo o fenol), devido à sua elevada reactividade. 0 licor é submetido a operações subsequentes para a recuperação dos restantes produtos.

Nos passos anteriores à concentração da fase líquida, é muito importante que a operação de extracção do solvente seja ajustada de modo a carregar a lenhina no passo de destilação, evitando assim a incrustação no equipamento como normalmente ocorre na maioria dos processos conhecidos. Apesar de a presente invenção poder ser realizada em equipamento convencional, eventualmente submetido a ligeiras modificações e 85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ 10

apresentando níveis de rendimento acima dos já conhecidos na arte, os melhores resultados foram conseguidos com o reactor 10, especialmente desenvolvido para a execução do presente processo.

De acordo com a figura 1, o reactor de hidrólise 10 compreende um corpo tubular cilíndrico vertical constituído por um material metálico adequado, tal como aço inoxidável, incorporando internamente nos níveis correspondentes do referido reactor 10 uma pluralidade, e preferivelmente seis captações 11 de extracto de hidrólise, sendo cada uma definida por: dois anéis 12 de suporte de filtro, preferivelmente constituídos pelo mesmo material que o referido reactor 10, e incorporados, tal como por soldadura, na sua parede interna, sendo os referidos anéis 12 substancialmente paralelos e estando espacialmente dispostos nas suas orlas internas, uma tela 13 de filtração, cilíndrica, constituída por um material adequado, tal como aço inoxidável, estando fixada, por exemplo por aparafusamento, e ainda apresentando uma malha Tyler entre 16 e 200, preferivelmente uma malha Tyler de 100; e, um orifício, o qual não está ilustrado, proporcionado na parede do reactor 10, disposto radialmente em relação à referida tela 13 de filtração, e proporcionando contacto de fluidos entre o interior e o exterior do referido reactor 10.

Preferivelmente, o reactor 10 é alimentado pelo topo com material lenhocelulósico através de uma abertura 14 para alimentação de material lenhocelulósico, e com hidrossolvente através de uma pluralidade, e preferivelmente, três tubos 15a, 15b, 15c, de alimentação de hidrossolvente, concêntricos, e internos relativamente àquela, de comprimento crescente do exterior para o interior, e fechados nas suas extremidades livres, estando cada um provido de uma pluralidade orifícios 16 de pulverização lateral, de modo a pulverizarem radialmente o hidrossolvente contra o material lenhocelulósico no interior do referido reactor 10, proporcionando um contacto íntimo entre um e outro.

Externamente, cada duas captações 11 adjacentes de extracto de hidrólise estão em ligação de fluidos, paralelas umas às outras, através dos respectivos orifícios no reactor 10, para um circuito de fluidos 1 correspondente, incluindo este último uma bomba de circulação 2, a jusante da qual o referido circuito de fluidos 1 se ramifica, definindo um tubo 17 de 85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ 11

realimentação ao reactor e um tubo 1 8 de saída do reactor, sendo os fluxos de ambos controláveis selectivamente através de um meio de controlo de fluxos adequado, tal como uma válvula 19, proporcionada no tubo 18. 0 reactor 10 de hidrólise, tal como anteriormente descrito, opera inundado, enchendo-o o meio líquido pelo menos até a captação 1 1 superior ficar coberta, sendo este nível constante, sendo o processo contínuo, a alimentação total de material lenhoceluiósico e hidrossolvente que entra no reactor. 10 é substancialmente idêntica ao volume do produto removido através do tubo 18 de saída. De acordo com a construção anteriormente descrita, o reactor 10 tem que ser inicialmente inundado, sendo o hidrossolvente a ele alimentado até ser atingido o nível desejado. Subsequentemente, o processo é iniciado por alimentação do material lenhoceluiósico e do hidrossolvente ao reactor 10, através da abertura 14 de alimentação e através dos tubos de alimentação 15a, 15b e 15c, respectivamente.

Como o material lenhoceluiósico desce no interior do reactor 10, através de lavagem com hidrossolvente, enquanto é pulverizado por este último através dos orifícios 1 6 de pulverização, é consumido gradualmente, sendo a porção celulósica hidrolizada de modo a formar açúcares, enquanto a lenhina é dissolvida, definindo a mistura líquida resultante um extracto de hidrólise que é bombeado para fora do reactor 10 através de várias captações 11. Cada circuito de fluidos 1 recebe, deste modo, um fluxo de extracto de hidrólise filtrado, por outras palavras, substancialmente isento de material sólido uma vez que este último, compreendendo matéria prima semi-atacada, é retido pela tela 13 de filtração, da qual se destaca devido à agitação provocada pela corrente de licor de hidrossolvente, voltando ao meio reaccional. O constituinte da matéria mineral do vegetal separa-se à medida que esta última é dissolvida, sendo depositado no fundo do reactor 10. Tal como anteriormente mencionado, o extracto de hidrólise obtido num nível específico do reactor 10 é bombeado através do circuito de fluidos 1 correspondente, uma parte do qual é recirculada através do correspondente tubo 17 de realimentação do reactor, e é incorporada na alimentação de hidrossolvente num tubo 15a, 15b, 15c de alimentação de hidrossolvente, respectivo. Como tal, o extracto de hidrólise sem ácido reagente dilui o novo hidrossolvente, ajustando a sua concentração de ácido para a estritamente necessária para 85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ 12

reagir com a porção celulósica da matéria prima de alimentação nesse nível do reactor 10. O controlo térmico do processo no interior do reactor de hidrólise 10 é também efectuado através da recirculação do fluxo de extracto de hidrólise. Como tal, os tubos 17 de alimentação do reactor são proporcionados com meios adequados de aquecimento A, tais como camisas de vapor, cada um aquecendo de modo controlado o fluxo de extracto do correspondente tubo 17 de alimentação do reactor, de modo a proporcionar, à saída do respectivo tubo 15a, 15b, 15c de alimentação de hidrossolvente, a temperatura de processo desejada, requerida nesse nível do reactor 10. A outra parte não circulada do extracto de hidrólise é removida através do correspondente tubo 18 de saída, de modo a ficar sujeita a uma diminuição abrupta de temperatura e consequente concentração por evaporação do solvente, sendo o extracto de hidrólise assim concentrado conduzido ao subsequente processamento.

Na configuração ilustrada e anteriormente descrita, o reactor 10 apresenta seis captações 11, estando cada duas adjacentes em ligação de fluidos em paralelo, cada uma através de um orifício correspondente proporcionado no referido reactor 10, para um circuito 1 respectivo, estando o último em ligação de fluidos com um tubo 15a, 15b, 15c de alimentação de hidrossolvente, correspondente.

Uma tal construção é preferida uma vez que concilia baixos custos de fabrico e de instalação com um elevado desempenho operativo, relativamente ao processamento da matéria prima lenhocelulósica geralmente utilizada, e devido às especificações geralmente aceites para os produtos finais.

Contudo, devido aos requisitos específicos relativamente à matéria prima ou ao produto final, o reactor de hidrólise pode apresentar várias modificações, tais como: - apresentar um maior ou menor número de captações de extracto de hidrólise; 13 85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ - cada captação de extracto de hidrólise pode ser provida com uma pluralidade de orifícios de saída do reactor, estando os estes últimos ligados a um circuito de fluidos por meio de um colector correspondente; - o anel de suporte de filtro superior de cada captação de extracto de hidrólise pode apresentar um maior diâmetro de modo a que a correspondente tela de filtração seja inclinada para baixo, facilitando assim a precipitação de sílica; - cada captação de extracto de hidrólise pode ser ligada a um circuito de fluidos individual, sendo assim proporcionados tubos de alimentação de hidrossolvente e tubos de saída do reactor, individuais; e - cada circuito de fluidos pode ser ligado a três ou mais captações de extracto de hidrólise.

De modo a permitir a remoção esporádica da sílica depositada no fundo do reactor 10, este último é aí provido com uma abertura 3 de drenagem.

Apesar de o reactor 10 de hidrólise para o processo aqui proposto poder ser feito de, i.e., aço inoxidável 316 L, quando se utiliza ácido sulfúrico extremamente diluído, se for desejado, o material de construção pode ser aço de carbono, coberto com a protecção metálica, tal como de nióbio, titânio ou zircónio.

De modo a proporcionar uma melhor vista do processo de hidrólise proposto, a figura 3 representa um diagrama de fluxos contendo uma possível sequência de processamento.

Lisboa, 23. £& 20G3

Por Dedini S/A Administração e Participações

Claims

85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ 1/5 REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a hidrólise ácida rápida de material lenhocelulósico compreendendo uma porção celulósica e uma porção de lenhina, caracterizado por compreender os passos de: (a) alimentação contínua pelo topo de um reactor (10) pressurizado, com um fluxo uniforme de material lenhocelulósico pré-aquecido e cominuído para o tamanho de uma partícula aceitável para hidrólise; (b) contacto do referido material lenhocelulósico nos diferentes níveis do reactor (10), com uma pluralidade de fluxos de um sistema de hidrossolventes compreendendo uma maior porção de um solvente orgânico que solubiliza lenhina, e água, e uma menor porção de uma solução extremamente diluída de um ácido inorgânico forte, de modo a simultaneamente fazer reagir o material celulósico e dissolver a lenhina, obtendo-se uma fase líquida na forma de um extracto de hidrólise compreendendo produtos da reacção da porção celulósica e uma solução de lenhina, e uma fase sólida compreendendo material que não reagiu e não dissolvido; (c) retenção da referida fase sólida de tal modo que esta se deposite no fundo do referido reactor (10); (d) recirculação de um fluxo controlado da fase líquida obtida em (b), nos diferentes níveis do reactor (10), a uma temperatura devidamente ajustada, e incorporando o referido fluxo num fluxo de hidrossolvente correspondente de modo a proporcionar nos referidos níveis do reactor temperaturas e concentrações de solvente orgânico e adequado ácido inorgânico forte para fazer reagir o material celulósico e para dissolver a lenhina presente nos respectivos níveis do reactor; (e) remoção dos referidos níveis do reactor (10) do restante da referida fase líquida submetendo-a, à saída do referido reactor (10), a uma diminuição abrupta de temperatura de modo a evitar reacções de decomposição dos referidos produtos da reacção da porção celulósica e obtendo, por evaporação do solvente, um concentrado do produto da reacção da porção celulósica e da lenhina; (f) transferência da referida lenhina por decantação; e, (g) transferência do referido concentrado dos produtos da reacção da porção celulósica para os passos de processamento subsequentes. 85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ 2/5
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o restante da fase líquida ser removido do fluxo de circulação da referida fase líquida.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de hidrossolventes incorporado no fluxo de recirculação da fase líquida ser colocado em contacto com o material lenhocelulósico de acordo com fluxos radiais.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a temperatura adequada nos vários níveis do reactor (10) ser obtida por aquecimento do correspondente fluxo de recirculação da fase líquida.
5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de hidrossolventes compreender: de 40 a 90% em volume de um solvente orgânico seleccionado do grupo que consiste em álcoois com 1 a 4 átomos de carbono, cetonas de 2 a 6 átomos de carbono, ou suas misturas; de 10 a 60% em volume de água; e, um ácido forte seleccionado do grupo que consiste em ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido fosfórico, ou suas misturas, numa quantidade que proporcione uma concentração de 0,01 N a 0,1N do referido ácido no referido sistema de hidrossolventes.
6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de hidrossolventes compreender: de 50 a 80% em volume de um solvente orgânico seleccionado do grupo que consiste em metanol, etanol, acetona, ou suas misturas; de 20 a 50% em volume de água; e ácido sulfúrico numa quantidade que proporcione uma concentração de 0,01 N a 0,05N do referido ácido no referido hidrossolvente.
7. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o solvente orgânico compreender acetona.
8. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a pressão do reactor (10) ser de 20 a 40 bar. 85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ 3/5
9. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a pressão do reactor (10) ser de 20 a 30 bar.
10. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material lenhocelulósico ser pré-aquecido a uma temperatura de 80° a 180°C.
11. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a alimentação do material lenhocelulósico ser pré-aquecida a uma temperatura variando de 100° a 1 50°C,
12. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as temperaturas nos vários níveis do reactor (10) serem de 160° a 250°C.
13. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as temperaturas nos vários níveis do reactor (10) serem de 180° a 190°C. 4. Reactor de hidrólise para execução do passo de deslenhificação e sacarificação definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por compreender um corpo tubular vertical (10), incorporando ao longo da sua extensão longitudinal uma pluralidade de captações (11) de extracto de hidrólise; uma abertura (14) para alimentação de material lenhocelulósico, alimentação contínua de material lenhocelulósico para o referido reactor (10), de modo a proporcionar um contacto íntimo entre o referido hidrossolvente e o material lenhocelulósico, no interior deste último; e uma pluralidade de circuitos de fluidos (1), estando cada um em ligação de fluidos com pelo menos uma captação (11) de extracto de hidrólise, de modo a receber, extracto hidrolizado do referido reactor (10), e realimentar de modo selectivo e controlado o referido extracto àquele e/ou transferi-lo para o passo de processamento subsequente, através de um meio de controlo de fluxos (19).
15. Reactor de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por cada captação (11) de extracto de hidrólise compreender: dois-anéis (12) de suporte de filtro, substancialmente horizontais, paralelos e espacialmente fixados à parede interna do reactor (10) e suportando, fixado nas suas orlas internas, uma tela (13) de filtração cilíndrica de malha Tyler entre 16 e 200; e um orifício proporcionado na parede do referido reactor (10), posicionado 85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ 4/5

radialmente em relação à referida tela (13) de filtração, proporcionando assim uma comunicação de fluidos entre o interior do reactor (10) e o circuito de fluidos (1) respectivo.
16. Reactor de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a tela (13) de filtração apresentar malha 100.
17. Reactor de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a abertura (14) de alimentação de material lenhocelulósico ser proporcionada no topo do reactor (10), sendo os referidos tubos (15a, 15b, 15c) de alimentação de hidrossolvente, concêntricos, e internos àquele, de comprimentos crescentes do exterior para o interior, e fechados nas suas extremidades, estando cada um provido com uma pluralidade de orifícios (16) de pulverização lateral, proporcionando um contacto íntimo entre os referidos materiais lenhocelulósicos e hidrossolvente, por meio de pulverização radial do mesmo contra o primeiro.
18. Reactor de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o circuito de fluidos (1) estar ligado a duas captações (11) de extracto de hidrólise adjacentes, recebendo delas fluxos de extracto de hidrólise correspondentes, incluindo o referido circuito de fluidos (1) uma bomba de circulação (2) que desloca o referido extracto de hidrólise, a jusante da referida bomba (2), ramificações do referido circuito de fluidos (1), definindo assim: um tubo (17) de realimentação do reactor, realimentação de extracto ao referido reactor através do correspondente tubo (15a, 15b, 15c) de realimentação de hidrossolvente; e um tubo (19) de saída do reactor, conduzindo o extracto do referido reactor (10) para o passo seguinte do processo; sendo os fluxos através dos referidos tubos de recirculação (17) e de saída (18) selectivamente controlados por uma válvula (19) montada neste último.
19. Reactor de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por cada tubo (17) de realimentação do reactor ser provido com um meio de aquecimento correspondente (A), que aquece de modo controlado o fluxo de recirculação do extracto de hidrólise. 85 283 ΕΡ Ο 824 616/ΡΤ 5/5
20. Reactor de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o reactor (10) operar inundado até pelo menos a captação (11) superior de extracto de hidrólise estar coberta. Lisboa, m. 2003 Por Dedini S/A Administração e Participações - O AGENTE OFICIAL - vOADJUMO

' ENG.° ANTÓNIO J0Â0 DA CUNHA FERREIRA Ag. Of. Pr. Ind. Sue das Flores, 74 - 4.® ieoo LISBOA