BR112012017158A2 - vaporização e transporte de sais de metais alcalino. - Google Patents

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Abstract

VAPORIZAÇÃO E TRANSPORTE DE SAIS DE METAL ALCALINO A presente invenção refere-se a um aparelho e método para vaporização e transporte de um sal de metal alcalino. O aparelho tem um primeiro conduto capaz de transportar uma solução de sal de metal alcalino e um segundo conduto em comunicação fluida com o primeiro conduto, o segundo conduto capaz de transportar vapor de maneira que o sal de metal alcalino seja dissipado no vapor formando uma solução que possa ser transportada, tal como para uma zona de reação remota. A solução pode ser transportada através de um terceiro conduto que pode ser aquecido por uma fonte térmica. O método pode ser usado para adicionar um formentador para um catalisador de desidrogenação durante uma reação de desidrogenação.

Description

! 1122 | : Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "VAPORIZA- ÇÃO E TRANSPORTE DE SAIS DE METAL ALCALINO".
REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS | A presente invenção refere-se ao Pedido de Patente US 12/107748 depositado em 22 de abril de 2008. | CAMPO A presente invenção refere-se em geral a reações de desidroge- ! nação catalítica. Especificamente, esta invenção refere-se à desidrogenação de compostos aromáticos alquila para produzir compostos aromáticos de vinila
ANTECEDENTES Os processos de desidrogenação catalítica são bem conhecidos na técnica. Tais processos incluem a desidrogenação de um composto aro- | ” mático alquita para produzir um composto aromático de alquenila correspon- a 15 dente, e a desidrogenação de uma mono-olefina para produzir uma diolefina . conjugada correspondente, Um exemplo específico de desidrogenação cata- lítica é o processo comumente usado para produzir estireno, um composto aromático de vinila, pela desidrogenação catalítica do etilbenzeno. Muitos catalisadores de desidrogenação e parâmeiros de opera- ção conhecidos podem ter vantagens e desvantagens exclusivas. Há uma série de fatores a considerar com relação a um catalisador de desidrogena- , ção e sua operação particular, tal como, por exemplo, entre o nível de con- versão e vida útil do catalisador. A vida do catalisador é uma consideração 1 | importante nas reações de desidrogenação. Há os custos relacionados ao próprio catalisador, tal como o custo unitário do catalisador, a vida útil do ' | catalisador, a habilidade para regenerar catalisador usado, e o custo do des- | | carte do catalisador usado. Há também os custos relacionados ao fecha- | mento de um reator de desidrogenação para substituir o catalisador e/ou | regenerar a base do catalisador, que inclui trabalho, materiais, e perda de produtividade. | A desativação normal do catalisador pode tender a reduzir o ní- vel de conversão, o nível de seletividade, ou ambos, cada qual podendo re-
| 2/22 ; : sultar em uma perda indesejável da eficiência do processo.
Pode haver vá- rias razões para a desativação do catalisador de desidrogenação.
Esses po- dem incluir tampar as superfícies catalisadoras, tais como por coque ou alca- ! trões, que podem ser referidos como carbonização; o colapso físico da estru- tura do catalisador, e a perda de fomentadores, tal como a perda física de um composto de metal alcalino do catalisador.
Dependendo do catalisador e dos vários parâmetros de operação que são usados, pode ser aplicado um ou mais desses mecanismos.
É geralmente preferível maximizar a vida útil do catalisador, e há uma série de técnicas e métodos que são conhecidos.
Uma técnica que é empregada algumas vezes é elevar a temperatura da reação.
Isso pode ser realizado, por exemplo, pelo aumento da temperatura do fluxo do reagente pela adição de calor à câmara reatora.
Tal aumento da temperatura de rea- “ ção irá geralmente aumentar a taxa de reação, que pode deslocar a desati- 1 15 vação do catalisador, mas pode também ter resultados indesejáveis tais co- . mo prejudicar a eficiência ou seletividade.
Pode também haver limites restri- tos para a utilidade dessa técnica de elevação de temperatura.
Pode tam- bém haver um limite mecânico de temperatura do catalisador ou do equipa- menio, além do quai os aumenios adicionais de temperaíura podem degra- dara estrutura física do catalisador e/ou a integridade do equipamento.
À medida que esse limite se aproxima, o catalisador precisaria ser ou substitu- ído ou regenerado por meios convencionais.
A prática convencional geral- mente envolve o fechamento do reator e a remoção física do catalisador pa- ra substituição.
Seria desejável ter um método de regeneração do catalisador que pudesse ser usado durante as condições do processo de estado estável i sem interrupção do processo, o que manteria níveis aceitáveis de conversão ; e seletividade.
É também desejável ter um aparelho para facilitar a adição do | extensor da vida do catalisador para o processo durante as condições de ! 30 processo de estado estável.
É também desejável ter um aparelho para facili- tar a adição do extensor da vida do catalisador para vários processos simul- taneamente.
Além disso, é desejável transportar o extensor da vida do cata-
: 3/22 | | ' lisador de um local remoto.
SUMÁRIO Uma modalidade da presente invenção é um aparelho para va- ! porizar um sal de metal alcalino em vapor tendo um primeiro conduto capaz detransportar uma solução de sal de metal alcalino, o primeiro conduto ten- do pelo menos uma abertura através da qual a solução pode sair do primeiro ' conduto. Um segundo conduto está em comunicação fluida com o primeiro | | conduto. O segundo conduto é capaz de transportar um fluxo que inclui va- 1 por. A solução de sal de metal alcalino é injetada simultaneamente no vapor formando uma solução de sal de metal alcalino no vapor. A solução de sal Í de metal alcalino no vapor é em seguida transportada em um terceiro condu- to que está em comunicação fluida com o segundo conduto, em que o tercei- ro conduto é capaz de ser aquecido por uma fonte térmica, tal como uma e camisa de vapor. : 15 Em uma modalidade, o aparelho tem pelo menos um difusor si- ] tuado adjacente à abertura do primeiro conduto para dissipar a solução de sal de metal alcalino no vapor. O terceiro conduto pode ser conectado a um quarto conduto para transportar o sal de metal alcalino vaporizado no vapor em um fiuxo derniro do quario conduto. O fiuxo situado dentro do quarto con- dutopode também conter reagentes para uma reação de desidrogenação de um hidrocarboneto aromático de alquila. O aparelho pode ser também dota- do de uma barragem situada adjacente à conexão ao quarto conduto para impedir que o fluxo de qualquer metal alcalino que não seja dissipado no ' fluxo entre no terceiro conduto. A porção do segundo conduto que contém a abertura do primeiro conduto pode formar uma câmara de mistura em que o fluxo de metal alcalino pode ser dissipado no fluxo para formar um terceiro : fluxo antes que o terceiro fluxo entre no terceiro conduto. A porção de câma- ; ra de mistura do segundo conduto pode ser aquecida por uma forte térmica, | tal como uma camisa de vapor. Uma porção do primeiro conduto pode ser disposta dentro do segundo conduto em uma disposição substancialmente concêntrica, O sal de metal alcalino pode ser adicionado como um sólido, líquido ou um vapor, ou uma combinação dos mesmos.
| | ' 4/22 ' Outra modalidade diz respeito a um método de aumento de ati- | vidade de um catalisador de desidrogenação favorecido com um metal alca- : lino, durante uma reação de desidrogenação catalítica. O método inclui for- | mar uma primeira solução pela adição de um sal de metal alcalino ao vapor | 5 utilizando um aparelho para adicionar o sal de metal alcalino ao vapor. O i : aparelho tem um primeiro conduto capaz de transportar um primeiro fluxo do ' sal de metal alcalino, o primeiro conduto tendo pelo menos uma abertura | através da qual o primeiro fluxo pode sair do primeiro conduto. Um segundo | | conduto está em comunicação fluida com o primeiro conduto; em que o se- gundo conduto é capaz de transportar um segundo fluxo que pode incluir vapor. O primeiro fluxo sai do primeiro conduto e, no segundo conduto, é submetido a uma fonte térmica e simultaneamente dissipado no segundo fluxo formando a primeira solução contendo sal de metal alcalino do primeiro | - fluxo em solução com o vapor do segundo fluxo. A primeira solução sai do segundo conduto e entra em um terceiro conduto em comunicação fluida 7 com o segundo conduto. No terceiro conduto, a primeira solução é também aquecida e transportada para um quarto conduto. No quarto conduto, a pri- meira solução é levada a contatar o catalisador de desidrogenação. O terceiro conduío é submeíido à uma fonte térmica que fornece calor para a primeira solução à medida que é transportada para o quarto conduto. O terceiro conduto pode ser submetido a uma quantidade de calor suficiente para manter a primeira solução em temperaturas entre 150 e 500ºC. Em um aspecto, o terceiro conduto serve para transportar a primeira solução do segundo conduto para o quarto conduto, situado em um local
25. remoto. O terceiro conduto é também submetido a uma quantidade de calor suficiente para manter a primeira solução em um estado em que ela possa ser bombeada. | O sal de metal alcalino pode ser adicionado em quantidades su- | ficientes para manter níveis substancialmente constantes de atividade catalí- tica eemum aspecto é um composto de sal de potássio. A reação de desi- drogenação catalítica pode ser a desidrogenação de um fluxo reagente de hidrocarboneto aromático alcalino para obter um hidrocarboneto aromático
| | 5/22 | ' de alquenila.
O sal de metal alcalino pode ser adicionado ao fluxo de vapor como um sólido, líquido, ou vapor, ou uma combinação dos mesmos.
Em uma modalidade, o catalisador contém de 40 a 80 % em peso de óxido de | ; ferro e 5 a 30% em peso de composto de metal alcalino.
O sal de metal alca- | lino pode ser adicionado em quantidades equivalentes a uma adição contí- nua de 0,01 a 1000 partes por milhão em peso de metal alcalino relativo ao peso do fluxo reagente total.
Em uma modalidade, o hidrocarboneto aromáti- co alquila é etilbenzeno e o hidrocarboneto aromático alquenila é estireno. | Ainda outra modalidade é um método de vaporização e transpor- ! 10 tedeumsalde metal alcalino.
O método envolve proporcionar um primeiro fluxo que inclui sal de metal alcalino em um primeiro conduto capaz de transportar um sal de metal alcalino, o primeiro conduto tendo pelo menos uma abertura através da qual o sal de metal alcalino pode sair do primeiro - conduto.
É fornecido um segundo fluxo que inclui vapor para um segundo conduto que está em comunicação fluida com o primeiro conduto e capaz de ] transportar um fluxo de entrada de vapor.
À medida que o sal de meta! alca- lino sai do primeiro conduto ele é aquecido e simultaneamente dissipado no fluxo de entrada de vapor formando um terceiro fluxo contendo sal de metal aicaiino vaporizado em solução com o vapor.
À porção do pitimeiro conduto que contém a abertura pode estar disposta dentro do segundo conduto em uma disposição substancialmente concêntrica.
Pode haver pelo menos um difusor localizado adjacente à abertura do primeiro conduto para dissipar o | primeiro fluxo no segundo fluxo.
O terceiro fluxo é enviado para um terceiro conduto em comunicação fluida com o segundo conduto.
O terceiro conduto é submetido a uma fonte térmica.
O terceiro conduto pode ser conectado a | um quarto conduto para transportar o terceiro fluxo para contato com um | quarto fluxo dentro do quarto conduto e pode também incluir uma barragem localizada adjacente à conexão do terceiro conduto ao quarto conduto para ! evitar que o fluxo de qualquer metal alcalino que não seja dissipado no se- ! 30 gundo fluxo entreno quarto conduto.
Ainda outra modalidade é um aparelho para fornecer um exten- sor de vida do catalisador carboxilato de potássio para uma câmara de rea-
| | | 6/22 . ção carregada com um catalisador de desidrogenação com base em óxido | de ferro, promovido com metal alcalino, usado para preparar um hidrocarbo- | | neto aromático de vinila a partir de um fluxo de alimentação incluindo um hidrocarboneto aromático de alquila. O aparelho tem um primeiro conduto capaz de transportar um primeiro fluxo de um carboxilato de potássio, o pri- meiro conduto tendo pelo menos uma abertura através da qual o primeiro ' fluxo pode sair do primeiro conduto. Pelo menos uma porção do primeiro | I conduto contendo a abertura mínima está disposta dentro de um segundo ' i conduto capaz de transportar um segundo fluxo que pode incluir vapor. À medida que o primeiro fluxo sai do primeiro conduto ele é aquecido e simul- taneamente dissipado no segundo fluxo que forma um terceiro fluxo conten- do carboxilato de potássio vaporizado do primeiro fluxo em solução com o | vapor do segundo fluxo. O terceiro fluxo contendo carboxilato de potássio ! . vaporizado em solução com vapor é em seguida transportado em um tercei- ro conduto que é conectado ao segundo conduto, em que o terceiro conduto ' é conectado a uma fonte térmica.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A figura 1 ilustra uma modalidade do aparelho da presente in- venção para vaporizaí Um sai de inetai alcalino em vapor. A figura 2 ilustra o do vaporizador de acetato de potássio protóti- po de laboratório. A figura 3 é uma representação gráfica da recuperação de ace- tato de potássio versus a temperatura do vaporizador usando 2 mL/min de | água por vapor e 2 mL/min de 10% acetato de potássio. A figura 4 é uma representação gráfica da recuperação de ace- tato de potássio versus a temperatura do vaporizador usando 2 mL/min de | água por vapor e 2 mL/min de 25% de acetato de potássio comparado a ' 10% dos dados de acetato de potássio da figura 3. ! A figura 5 é uma representação gráfica de um limite de tempera- | 30 turamais baixa expandida usando 3 mL/min de água com 1 mL/min de solu- ções de acetato de potássio.
DESCRIÇÃO DETALHADA
| 7122 | ' Os catalisadores de óxido de ferro promovidos são especialmen- | te úteis na desidrogenação de hidrocarbonetos aromáticos de alquila para Í hidrocarbonetos aromáticos de alquenila.
Por exemplo, a produção de esti- reno pela desidrogenação de etilbenzeno pode ser conduzida misturando-se | 5 etibenzeno com vapor, e passando a mistura através de uma base catalisa- | ; dora embalada de desidrogenação.
Em muitos casos, os compostos de um ' metal alcalino, tal como potássio, estarão presentes no catalisador de desi- ' drogenação.
O potássio pode tender a diminuir o depósito de coque no cata- | lisador durante a desidrogenação, e desse modo aumentar a vida útil do ca- | talisador.
Em um aspecto, o potássio pode estar presente tipicamente em ' uma quantidade de pelo menos 0,01 mo! por mol de óxido de ferro até 1 mol por mol de óxido de ferro.
Uma modalidade de um catalisador de desidroge- nação contém de 30% em peso a 95% em peso de óxido de ferro e 1% em . peso a 30% em peso de potássio.
Outra modalidade de um catalisador de desidrogenação contém de 40% em peso a 80%em peso de óxido de ferro e 7 5% em peso a 20% em peso de potássio.
Podem também ser adicionados outros componentes ao catalisador de desidrogenação para proporcionar outras características de promoção, ativação ou estabilização adicionais.
À desidrogenação de eilibenzeno é usualinente realizada na presença de vapor, com a proporção em peso de vapor: etilbenzeno sendo de 0,5:1 a 4:1, ou alternativamente de 0,8:1 a 2:1. O vapor pode servir como um meio de transferência térmica, e pode também estabilizar um estágio de ; oxidação intermediário do catalisador e auxiliar na gaseificação de quaisquer | depósitos orgânicos no catalisador, opondo-se assim à carbonização do ca- | 25 talisador.
Uma porção dos depósitos orgânicos pode ser oxidada em monó- xido de carbono e/ou dióxido de carbono.
Í Após uma carga nova de catalisador ou a regeneração de um | catalisador existente, há tipicamente um período inicial de alta atividade e | seletividade do catalisador seguido por desativação do catalisador.
Há várias : 30 explicações possíveis para a deterioração gradual de atividade catalítica e um ou mais mecanismos podem se aplicar em um processo específico.
Um mecanismo que pode desativar catalisadores com base em ferro promovidos
| | 8/22 ; ! | . de metal alcalino é a perda de metal alcalino, em que o metal alcalino é fisi- camente liberado do catalisador e toma-se entranhado no fluxo de reagente. | Outro mecanismo que pode desativar catalisadores baseados em ferro pro- ' movidos de metal alcalino desativado é contaminação de local de metal alca- ! 5 lino,istoé,olocal físico do metal alcalino no catalisador é coberto ou obstru- | ído de outro modo, tal como por carbonização.
À medida que a desativação do catalisador progride, o nível de conversão ou seletividade, ou ambos, terminam por cair a um nível suficientemente baixo para que o processo de | desidrogenação não é mais viável economicamente.
Nesse ponto, o proces- sotipicamente deveria ser fechado e o catalisador ou substituído ou regene- rado por métodos convencionais.
As modalidades da presente invenção envolvem a adição de uma quantidade de composto de metal alcalino ao processo suficiente para - regenerar, estabilizar, ou aumentar a atividade do catalisador de desidroge- naçãoe, desse modo, manter os níveis econômicos de conversão e seletivi- ' dade e reduzir ou retardar a necessidade de substituição do catalisador.
O composto de metal alcalino é adicionado a um fluxo de entrada de vapor an- tes de entrar no processo.
O composto de metal alcalino pode ser adiciona- do de modo contínuo vu intermiíenie conforme necessário é pode ser utiliza- doem conjunto com outras técnicas operacionais tais como elevar a tempe- ratura de reação mencionada acima.
Em uma modalidade, o composto de metal alcalino é um composto de potássio.
Em uma modalidade o composto ; de metal alcalino é um composto de sal de potássio que pode ir para a solu- ção com o vapor.
Em modalidades alternativas, o composto de metal alcali- noéum composto de lítio, um composto de sódio, um composto de rubídio, | um composto de césio, um composto de frâncio, misturas dos mesmos, e sais dos mesmos.
Várias modalidades e aspectos da presente invenção são forne- cidos aqui.
Os vários aspectos não são geralmente exclusivos e podem ser usadosem combinação entre si.
Em uma modalidade, o composto de metal alcalino que é adicio- nado é um sal de potássio organo.
Um sal de potássio organo solúvel é co-
; 9/22 . locado na solução com vapor antes de ser adicionado ao processo de desi- | drogenação.
Um sal de potássio pode ser pulverizado ou distribuído de outra maneira em um fluxo do vapor, por exemplo, vapor superaquecido, que pode ! dissolver e/ou vaporizar o sal e criar uma solução de vapor contendo o po- ; tássio que pode então ser adicionado ao processo de desidrogenação.
Os ; | sais de potássio organo podem se vaporizar em temperaturas mais baixas | : que os compostos de potássio não organo, facilitando assim a distribuição ! de potássio no fluxo de vapor que é adicionado ao processo de desidroge- nação.
Várias maneiras de colocar um composto de sal na solução com um | fluxode líquido ou vapor são bem conhecidas na técnica, todas as quais são consideradas dentro do escopo desta invenção.
Exemplos não limitativos de sais de potássio organo adequados incluem acetato de potássio, benzoato de potássio, citrato de potássio, fumarato de potássio, gluconato de potássio, - lactato de potássio, maleato de potássio, pamoato de potássio, sucinato de potássio, tartarato de potássio, e misturas dos mesmos.
Os compostos de " sal de potássio têm geralmente excelente solubilidade em água, devido à alta energia de hidratação do íon K+. A quantidade de composto de metal alcalino adicionada depen- de de vários fatores tais como a quantidade e pureza do fiuxo reagente, a quantidade de carga de catalisador, o comprimento do percurso da carga de catalisador, as condições de operação da desidrogenação, e o catalisador específico sendo tratado.
O composto de metal alcalino pode ser adicionado de uma maneira substancialmente contínua, tal como em uma quantidade equivalente a uma adição contínua de 0,01 a 1000 partes por milhão em pe- —sode metal alcalino relativo ao peso do fluxo de reagente total.
Em modali- | dades alternativas o composto de metal alcalino é adicionado em uma quan- | tidade equivalente a uma adição contínua de 0,01 a 750; 0,10 a 500; ou 0,1 a 250 partes por milhão em peso de metal alcalino relativo ao peso do fluxo de reagente total.
Em algumas modalidades o composto de metal alcalino é ' 30 adicionado em uma quantidade equivalente a uma adição contínua de 0,1 a 100 partes por milhão em peso de metal alcalino relativo ao peso do fluxo de reagente total.
A Patente US 6.936.743 para Butler, que está aqui incorpora-
10/22 | . da por referência, descreve a adição de um extensor de vida de catalisador | em quantidades equivalentes a uma adição contínua de 0,01 a 100 partes J | por milhão em peso do hidrocarboneto aromático de alquila total direcionado | para o reator. ! O composto de metal alcalino pode ser também adicionado em uma maneira intermitente, e a adição intermitente pode ser desejável se a ' 1 quantidade que for adicionada for tão pequena de modo a tornar problemáti- | ! ca a adição contínua.
Em alguns casos uma adição intermitente de uma quantidade maior de composto de metal alcalino pode proporcionar resulta- dos superiores aos de uma adição contínua de uma quantidade menor.
Em | modalidades alternativas o composto de metal alcalino é adicionado em uma base intermitente em uma quantidade de 0,1 a 10.000 ou mais; 1,0 a 5000; ; ou 100 a 1000 partes por milhão em peso de metal alcalino relativo ao peso | - do fluxo reagente.
Variações da quantidade e a maneira pela qual o compos- tode metal alcalino é adicionado são consideradas dentro do escopo desta 7 invenção.
Um aspecto da presente invenção envolve o transporte de uma solução de metal alcalino para pelo menos um processo/aparelho dentro de uma instaiação, À solução de metai aicalino é preparada em um jocal reimo- to O primeiro e o segundo condutos e a câmara de mistura são afastados do quarto conduto e de outros aparelhos/processos em uma instalação.
O terceiro conduto serve para transportar a solução de metal alcalino do local remoto para o quarto conduto e opcionalmente para outros apare- Ihos/processos.
Um quinto, e opcionalmente sexto, conduto pode desviar | 25 pelomenos uma parte da solução alcalina para outros aparelhos/processos. ' Em um aspecto, de 10 a 90 porcento da solução alcalina é desviada para os S outros aparelhos/processos.
Em outro aspecto, 25 a 75 porcento da solução | alcalina é desviada para outros aparelhos/processos.
Em uma modalidade, a | solução alcalina é simultaneamente distribuída para o quarto conduto e para os outrosaparelhos/processos.
A solução de metal alcalino pode conter de 1% em peso a 95% em peso de um sal de metal alcalino.
Em outro aspecto, a solução de metal i | 11/22 : ' alcalino pode conter de 5% em peso a 80% em peso, alternativamente de | 5% em peso a 55% em peso ou de 5% em peso a 40% em peso de um sal ! de metal alcalino, ou alternativamente de 10% em peso a 30% em peso de ; um sal de metal alcalino.
Em um aspecto mais específico, o sal de metal al- | 5 —calinopode incluir acetato de potássio que pode estar em solução com água, metanol ou outro material que possibilite que a solução de acetato de potás- sio seja bombeada sem decomposição.
Em uma modalidade, a solução de | metal alcalino é uma solução de acetato de potássio dotada de 1% em peso a 95% em peso de acetato de potássio, alternativamente de 5% em peso a 80% em peso, 5% em peso a 55% em peso, 5% em peso a 40% em peso de acetato de potássio, ou alternativamente de 10% em peso a 25% em peso de acetato de potássio. | Em uma modalidade, a solução de metal alcalino é primeiro mis- - turada com vapor e então a mistura é alimentada para um vaporizador.
Em outra modalidade, a solução de metal alcalino e o vapor são alimentados ' separada e independentemente para um vaporizador.
O vaporizador pode ser aquecido pelo próprio vapor e opcionalmente a partir de uma fonte térmi- ca adicional, tal como uma camisa de vapor ou um trocador de calor.
O va- porizador pode ser operado em temperaturas que variam de 150 ºC a 480 “C.E outra modalidade, o vaporizador é operado a temperaturas que variam de 200 “C a 400 ºC.
A proporção entre solução de sal alimentada para o va- ! porizador e vapor alimentado para o vaporizador pode ser de 1:3 de solução salina para vapor até 3:1 de solução salina para vapor.
Em um aspecto, isoladamente ou em combinação com outros | 25 aspectos, uma fonte térmica é conectada à câmara de mistura do segundo conduto e ao terceiro conduto e a fonte térmica é selecionada dentre um ou mais do grupo consistindo de uma camisa de vapor, elemento de aqueci- | mento elétrico e uma fonte térmica radioativa. | Ainda outra modalidade é um método de reforma de uma insta- lação existente usada para desidrogenação de etilbenzeno para fazer estire- no utilizando um catalisador com base em ferro promovido de potássio.
O método envolve adicionar um aparelho a em fluxo de entrada de vapor para
| | 12/22 : : vaporizar um sal de metal alcalino em um fluxo de entrada de vapor.
O apa- relho tem um primeiro conduto capaz de transportar um sal de metal alcali- : no, o primeiro conduto sendo dotado de pelo menos uma abertura através da qual o sal de metal alcalino pode sair do primeiro conduto.
Um segundo | conduto está em comunicação fluida com o primeiro conduto, em que o se- | ' gundo conduto é capaz de transportar um fluxo de entrada de vapor.
À me- | dida que o sal de metal alcalino sai do primeiro conduto é aquecido e simul- i taneamente dissipado para o fluxo de entrada de vapor formando um tercei- ! ro fluxo contendo sal de metal alcalino vaporizado em solução com o vapor. i 10 A porção do primeiro conduto dotado da abertura pode ser disposta dentro do segundo conduto em uma disposição substancialmente concêntrica.
O aparelho pode ter pelo menos um difusor situado adjacente à abertura do primeiro conduto para dissipar o primeiro fluxo no segundo fluxo.
O terceiro . fluxo é enviado para um terceiro conduto em comunicação fluida com o se- gundo conduto.
O terceiro conduto é submetido a uma fonte térmica.
O ter- ' ceiro conduto do aparelho pode ser conectado a um quarto conduto para transportar o terceiro fluxo em contato com um quarto fluxo dentro do quarto conduto e pode também incluir uma barragem situada adjacente à conexão do terceiro conduiv para v quario conduto para restringir a entrada no quarto conduto do fluxo de qualquer metal alcalino que não seja dissipado no se- gundo fluxo.
Referindo-se agora à figura 1, em uma modalidade ilustrativa 100 um sal de metal alcalino é fornecido por via da linha 110 e é adicionado ; a um fluxo de entrada de vapor por via da linha 120 onde os mesmos são | 25 combinados em uma câmara de mistura 130 antes da mistura ser transpor- ' tada pela linha 170 e subsequentemente adicionada ao processo/aparelho ; de desidrogenação 140. O processo de desidrogenação 140 aqui ilustrado | pode ser um fluxo de entrada para um processo de desidrogenação ou pode | ser uma porção do aparelho de desidrogenação, tal como uma zona de rea- ção de desidrogenação.
O sal de metal alcalino pode ser adicionado como uma solução líquida, como um sólido, ou em uma fase de vapor, ou combi- nações das mesmas.
Em um aspecto o vapor pode ser superaquecido.
Po-
| | 13/22 . dem também existir vários equipamento de mistura ou de agitação empre- | gados dentro da câmara de mistura 130 para facilitar a dissolução do sal de metal alcalino no vapor. Em um aspecto, a câmara de mistura 130 tem uma | disposição substancialmente concêntrica da linha de sal de metal alcalino | 5 110dentroda linha de vapor 120, com os fluxos da linha de sal e da linha de ! vapor se contatando em um padrão de fluxo concorrente conforme ilustrado na figura 1. Em uma modalidade alternativa, a câmara de mistura 130 tem uma disposição concêntrica da linha de sal de metal alcalino 110 dentro da ' linha de vapor 120 com os fluxos da linha de sal e da linha de vapor conta- tandoem um padrão de fluxo contra a corrente, ou com o sal de metal alca- lino sendo pulverizado ou distribuído de outro modo dentro da câmara de mistura 130. A linha de sal de metal alcalino 110 pode ser alternativamente fixada em qualquer ângulo com relação à câmara de mistura 130, tal como . de zero grau em uma modalidade tendo uma disposição de fluxo concorren- te até 180 graus em uma modalidade tendo uma disposição contra a corren- ' te, ou, alternativamente, em um ângulo de 30 graus à 45 graus, ou pode ser perpendicular à câmara de mistura 130 com o sal de metal alcalino sendo pulverizado ou distribuído de outra maneira através de uma cabeça injetora. Em um aspecio, a câmara de misíura 130 é subineiida à uma foiie térmica
180.A fonte térmica 180 pode incluir uma camisa de vapor ou um elemento de aquecimento térmico. Na modalidade ilustrada na figura 1, é ilustrado um difusor op- cional 150 que pode ser usado para dissipar o sal de metal alcalino dentro i do fluxo de vapor na câmara de mistura 130. Como usado aqui o termo "di- | 25 fusor" significa qualquer aparelho que atue para alterar a trajetória do fluxo do sal de metal alcalino para auxiliar sua dissipação dentro do vapor. O difu- 1 sor pode desacelerar a taxa de fluxo, transmitir turbulência para dentro do | fluxo e/ou alterar a direção do fluxo, ou uma combinação dos mesmos. O | difusor opcional 150 pode ter qualquer formato para ajudar a dissipar o sal de metal alcalino dentro do fluxo de vapor. O difusor pode ter um formato angular ou cônico, tal como ilustrado na figura 1, para desviar e distribuir o sal de metal alcalino em uma direção radial dentro do fluxo de vapor.
14/22 | . Em um aspecto, a linha 170 está sujeita a uma fonte térmica
182. A fonte térmica 182 pode incluir uma camisa de vapor ou um elemento | de aquecimento térmico. Em uma modalidade, essa linha de transporte, li | nha 170, é aquecida em temperaturas que variam de 200ºC a 400ºC. Em uma modalidade opcional, as linhas 190(a,b) são usadas para transportar pelo menos uma porção da mistura na linha 170 para outro proces- ' | so/aparelho dentro de uma instalação. É também mostrada uma barragem ! opcional 160 que pode ser usada para impedir que o fluxo de sal de metal | alcalino que não esteja em solução com o vapor entre no processo/aparelho i de desidrogenação 140. Como usado aqui, o termo "barragem” significa qualquer aparelho que restrinja o fluxo de qualquer sal de metal alcalino que não esteja em solução com o vapor de entrar no processo de desidrogena- ção. A barragem pode inibir o índice de fluxo de uma porção do fluxo que - pode conter sal de metal alcalino que não esteja inteiramente em solução, tal comoem uma modalidade a porção inferior da corrente de fluxo onde os ' materiais mais pesados, tais como sal de metal alcalino, que não estejam na solução, possam assentar. A mistura de sal de metal alcalino e de vapor po- de ser adicionada diretamente em um reator de desidrogenação ou em um fiuxo de eniírada do processu de desidiroyeiração. Outras maneiras de adi- cionarsalde metal alcalino ao vapor podem incluir o aquecimento e vapori- zação do sal de metal alcalino no fluxo de vapor. Os catalisadores de desidrogenação contendo óxido de ferro e composto de metal alcalino são bem conhecidos na técnica e estão disponí- ! veis comercialmente de várias fontes tais como: BASF Corporation; Criterion Catalyst Company, L.P.; e Sud Chemie, Inc. Esses catalisadores e similares são considerados dentro do escopo desta invenção. | EXEMPLOS i As modalidades tendo sido descritas de modo geral, os exem- | plos que se seguem são fornecidos como modalidades particulares da des- criçãoe para demonstrar a prática e vantagens da mesma. É compreendido que os exemplos são fornecidos a título de ilustração e não pretendem de nenhuma maneira limitar o relatório ou as reivindicações.
| | 15/22 | . Foi construído e usado um protótipo de laboratório de um vapo- | rizador de acetato de potássio usado para injeção do acetato de potássio em uma alimentação de catalisador de estireno para avaliar as condições do | processo.
Esse modelo de protótipo incorpora a injeção de uma solução de —salde potássio líquido em um fluxo concorrente de vapor na entrada de um recipiente relativamente grande.
O transporte do vapor de sal de potássio | vaporizado foi simulado pela fixação de uma extensão do tubo aquecido à saída do vaporizador.
O efluente foi coletado e gravimetricamente avaliado para recuperação de sal.
As variações de temperatura adequadas foram de- senvolvidas para o vaporizador e o tubo de transporte para as soluções de 10 e 25% de soluções de acetato de potássio.
Uma modalidade do sistema de vaporizador de acetato de po- tássio protótipo de laboratório 200 está ilustrada na figura 2. Foram adicio- - nadas água 210 e solução de acetato de potássio 212 ao sistema 200 usan- dobombas de seringa dupla de fluxo contínuo.
O corpo 216 era um recipien- " te de amostra de pressão de 75 mL com instalações LPT de 1/4 de polegada em cada lado.
A entrada era uma instalação "T" de furo direto 214 com um tubo de (1/16 polegadas) inserido através da borda da instalação para o inte- rior do corpo Z16 para adição da solução de acetato de potássio. 1 oi bom- beada água na tubulação espiral 218 que estava dentro do forno para criar o fluxo diluente que foi então introduzido na instalação "T" 214 atrás da intro- dução do acetato de potássio, O efluente de vaporizador foi enviado através de um tubo de transporte 220 que é de 3 pés de extensão de tubulação de (1/4 de polegada) que foi enrolada em espiral 222, O vaporizador 216 e o tubode transporte 220, 222 foram posicionados dentro de um forno de 4 zo- nas.
A primeira zona 1 alojou o recipiente do vaporizador enquanto as outras | três zonas, 2, 3, 4 continham o tubo de transporte 220, 222. A zona 1 foi se- parada das zonas de 2 a 4 por um tampão de isolamento.
O tubo de trans- porte 224 que saiu do forno foi conectado a um condensador de água refri- i 30 gerado 226. Um frasco de coleta 228 foi fixado ao condensador 226 para coletar o produto líquido.
Os experimentos do vaporizador começam pelo aquecimento do
| ! 16/22 ' : vaporizador e tubo de transporte até as temperaturas desejadas e a seguir | introdução da água para o vapor.
Uma vez que foram alcançadas temperatu- ras estáveis, começou a adição de acetato de potássio; esse foi o tempo de | início para a experiência.
As experiências duraram de 2 a 4 horas com a co- | 5 leta total do efluente líquido para um frasco tarado.
O líquido foi amostrado i ; para análise química.
Então a solução foi evaporada em um forno de seca- gem para obter a quantidade de acetato de potássio.
Uma análise de Plas- ma Acoplado Indutivamente (ICP) foi usada para confirmar a quantidade de | | sal.
Os dados experimentais estão ilustrados na Tabela 1 abaixo. | | | | i
| | 17/22 Fa .o - 2 E elos o / ol o e o o|v no | + 2/5] 1 5$oz j! | 2 /M O OM |; O NE TZ OA [NJ o|T/ao SP sol aj o | r/ o Ss o / o | vj/ o =| =| r/ = Sr 2 jojoleja o wi&|F TIS sS o | r/s | S dE Tie = =
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20/22 | | . EXEMPLO 1 Diversas temperaturas de vaporizador foram conduzidas para Í determinar uma variação de operação eficaz para a vaporização de acetato | de potássio. A maior parte das experiências foram conduzidas com um fluxo i 5 deáguade2mLmin para o vapor portador e 2 mL/min de solução de aceta- to de potássio. A solução de acetato de potássio foi injetada no vapor porta- dor na entrada do vaporizador e o fluxo é condensado e coletado na saída. A 1 solução efluente coletada foi evaporada em um forno de secagem. O sal re- cuperado foi pesado e comparado à quantidade teórica esperada.
A figura 3 ilustra os resultados para a investigação de temperatu- ras de operação de vaporizador viáveis para de uma solução de acetato po- tássio a10%, A recuperação do acetato de potássio foi usada como uma medição crítica. Uma experiência bem sucedida mostraria 100% de recupe- . ração do acetato de potássio. Os números de recuperação inferiores indicam queo acetato de potássio foi depositado no aparelho e não inteiramente in- . serido na fase de vapor. A variação segura de operação é de 200 a 480ºC usando 10% de acetato de potássio. Acima de 480ºC, o acetato de potássio não é termicamente estável, levando assim à formação de KOH e KCO; e deposição. Abaixo de 200ºC, a pressão de vapor de acetato de potássio po- deserbaixademais ou haver calor insuficiente para vaporização.
O tubo de transferência foi aquecido por zonas de fornos diferen- tes daquelas usadas pelo vaporizador. O teste das versões anteriores do sistema de vaporizador foi conduzido inicialmente com uma temperatura de tubo de transferência em 400ºC. A diminuição da temperatura do tubo de transferência para 200ºC não resultou em nenhuma mudança nos resultados ! de recuperação de sal. A temperatura de tubo de transferência em 200ºC foi ! empregada para todos os testes remanescentes conforme ilustrado na Tabe- la 1.
O uso de solução de acetato de potássio de concentração alta i 30 — pode trazer benefícios quanto ao capital e nos custos operacionais de um vaporizador. Por essas razões, foi usada uma solução de acetato de potás- sio a 25% no vaporizador. A figura 4 ilustra os resultados da solução de ace-
: 21/22 | ! : . tato de potássio a 25% sobrepostos àqueles da solução a 10%. O acetato de potássio a 25% pode ser usado sobre essa mesma variação operacional como a solução a 10%. Em uma base de peso, havia apenas 5% em peso de acetato de ó ' 5 potássio no efluente da experiência de 2 mL/min. de água e 2 mL/min. de | | acetato de potássio a 10%. Isso representou apenas cerca de 2% de K de | ! correção para o fon acetato.
Em uma base molar, o efluente continha menos do que 1% em mol de K devido às diferenças de peso molecular.
Para as ! experiências correspondentes com acetato de potássio a 25%, os números | correspondentes foram 12,5% em peso de acetato de potássio ou 5% em 1 peso de K no afluente.
O percentual molar de K era também em torno de : 2,5%. As porcentagens molares de acetato de potássio na fase de gás se correlacionam diretamente com a pressão parcial de modo que o vaporiza- ; - dor irá mostrar uma pressão parcial muito baixa de acetato de potássio, o ' que deveria ajudar o processo de vaporização. ' EXEMPLO 2 Foram conduzidas outras experiências com fluxos de água mais altos e fluxos de acetato de potássio mais baixos do que os do Exemplo 1. Essas experiências foram feitas para acelaio de potássio a 10% e 25%. À água foiaumentada para 3mlL/min. e a solução de acetato de potássio dimi- nuída para 1 mL/min.
Isso manteve o fluxo total para o vaporizador, mas com proporções de alimentação diferentes.
Esses dados estão ilustrados na figura 5. A proporção mais alta de vapor para solução de acetato de potássio | permitiu a vaporização bem-sucedida a 150ºC para o acetato de potássio a 10%e25%. | Como usado aqui, o termo "conversão" significa em um sentido | quantitativo a fração, em % em mol, do reagente que é convertido. | O termo "seletividade" significa a habilidade do catalisador para | produzir seletivamente níveis mais altos de um produto desejável e níveis mais baixosde um produto indesejável, por exemplo, para desidrogenar se- letivamente etilbenzeno para produzir estireno em vez de tolueno ou benze- no.
| | 22/22 ' | . O termo "atividade" significa a habilidade do catalisador em con- | verter uma determinada porcentagem dos reagentes para cada passo da matéria-prima sobre o catalisador, por exemplo, para converter uma deter- ! minada porcentagem do etilbenzeno em aromáticos para cada passo da ma- téria-prima sobre o catalisador.
Dependendo do contexto, todas as referências aqui à "invenção" podem em alguns casos se referir apenas a determinadas modalidades es- ! pecíficas.
Em outros casos, pode referir-se à matéria enunciada em uma ou mais, mas não necessariamente todas as reivindicações.
Embora o que foi descrito acima seja direcionado às modalidades, versões e exemplos da presente invenção, que estão incluídas para possibilitar que uma pessoa versada na técnica fabrique e use as invenções quando a informação nessa patente for combinada com informação e tecnologia disponíveis, as inven- . ções não se limitam apenas a essas modalidades particulares, versões e exemplos.
Outras modalidades, versões e exemplos da invenção podem ser 7 concebidos sem se afastar do escopo básico da mesma e o escopo da mesma é determinado pelas reivindicações que se seguem. '

Claims (23)

| | 1/4 - REIVINDICAÇÕES
1. Aparelho para vaporizar um sal de metal alcalino em vapor, compreendendo: ' um primeiro conduto capaz de transportar um primeiro fluxo de uma solução de sal de metal alcalino, o primeiro conduto tendo pelo menos | uma abertura através da qual o primeiro fluxo pode sair do primeiro conduto; um segundo conduto em comunicação fluida com o primeiro conduto, em que o segundo conduto é capaz de transportar um segundo fluxo compreendendo vapor; i 10 em que à medida que o primeiro fluxo sai do primeiro conduto ele é dissipado para o segundo fluxo formando um terceiro fluxo compreen- dendo o sal de metal alcalino do primeiro fluxo em solução com o vapor do | segundo fluxo; . um terceiro conduto em comunicação fluida com o segundo con- duto, em que o terceiro conduto é capaz de ser aquecido por uma fonte tér- 7 mica; e em que o terceiro conduto é capaz de transportar o terceiro fluxo.
2. Apareiho, de acordo com à reivindicação 1, compreendendo ainda pelo menos um difusor situado adjacente a pelo menos uma abertura do primeiro conduto para dissipar o primeiro fluxo no segundo fluxo.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que o terceiro conduto é conectado a um quarto conduto para transportar o terceiro fluxo para um quarto fluxo dentro do quarto conduto.
4, Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, compreendendo ainda: uma barragem situada adjacente à conexão do terceiro conduto para o quarto conduto para restringir a entrada do fluxo de qualquer metal | alcalino que não esteja dissipado no segundo fluxo no quarto conduto.
| 30 5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que a porção do primeiro conduto contendo a abertura mínima está disposta dentro do segundo conduto e forma uma câmara de mistura em que o primeiro fluxo é
| ! | ; 2/4 | . dissipado no segundo fluxo para formar o terceiro fluxo antes do terceiro flu- xo entrar no terceiro conduto. 6, Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, em que a câmara t de mistura pode ser aquecida por uma fonte térmica. !
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, em que a fonte | térmica é uma camisa de vapor. |
8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que a porção Í . do primeiro conduto contendo a abertura mínima é disposta dentro do se- | gundo conduto em uma disposição substancialmente concêntrica. | 10
9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que a fonte ! térmica é uma camisa de vapor.
10. Método de aumento da atividade de um catalisador de desi- í drogenação promovido com um metal alcalino durante uma reação de desi- “ drogenação catalítica, compreendendo: formar uma primeira solução pela adição de um sal de metal al- ' ' calino ao vapor utilizando um aparelho; o aparelho sendo dotado de um primeiro conduto capaz de transportar um primeiro fluxo de um sal de metal alcalino, o primeiro conduto tendo peio menos uma aberiura através da quai o primeiro fiuxo pude sair do primeiro conduto; o aparelho sendo dotado de um segundo conduto em comunica- ção fluida com o primeiro conduto, em que o segundo conduto é capaz de transportar um segundo fluxo compreendendo vapor, em que à medida que o primeiro fluxo sai do primeiro conduto ele é dissipado no segundo fluxo formando a primeira solução contendo sal de metal alcalino do primeiro fluxo em solução com o vapor do segundo fluxo; o aparelho sendo dotado de um terceiro conduto em comunica- | ção fluida com o segundo conduto, em que o terceiro conduto é capaz de | transportar a primeira solução, e capaz de ser aquecido por uma fonte térmi- ' 30 cae levando a primeira solução a contatar um catalisador de desi- drogenação.
- 11. Método, de acordo com a reivindicação 10, em que o sal de metal alcalino é adicionado em quantidades suficientes para manter níveis substancialmente constantes de atividade catalítica.
12. Método, de acordo com a reivindicação 10, em que o sal de | 5 metalalcalinoéum composto de sal de potássio. |
13. Método, de acordo com a reivindicação 10, em que a reação | | de desidrogenação catalítica é a desidrogenação de um fluxo reagente de ! hidrocarboneto aromático de alquila para obter um hidrocarboneto aromático de alquenila.
14. Método, de acordo com a reivindicação 10, em que o sal de metal alcalino é adicionado ao segundo fluxo como um sólido,
15. Método, de acordo com a reivindicação 10, em que o sal de metal alcalino é adicionado ao segundo fluxo como um líquido. -
16, Método, de acordo com a reivindicação 10, em que o sal de metal alcalino é adicionado ao segundo fluxo como um vapor.
:
17. Método, de acordo com a reivindicação 10, em que o catali- sador de desidrogenação compreende de 40 a 80% em peso de óxido de ferro e de 5 a 30% em peso de composto de metal alcalino.
18. Método, de acordo com a reivindicação 10, em que 6 sai de metal alcalino adicionado é equivalente a uma adição contínua de 0,01 a 1000 partes por milhão em peso de metal alcalino relativo ao peso de um fluxo reagente total contatando o catalisador de desidrogenação.
19, Método, de acordo com a reivindicação 10, em que o hidro- carboneto aromático de alquila é etilbenzeno e o hidrocarboneto aromático | 25 dealquenila é estireno.
20. Método de vaporização e transporte de um sal de metal alca- lino compreendendo: | fornecer um primeiro fluxo compreendendo um sal de metal alca- lino para um primeiro conduto; i 30 o primeiro conduto capaz de transportar o sal de metal alcalino e tendo pelo menos uma abertura através da qual o sal de metal alcalino pode sair do primeiro conduto;
| | 4/4 | - fornecer um segundo fluxo compreendendo vapor para um se- gundo conduto capaz de transportar o vapor e em comunicação fluida com o ! primeiro conduto; i em que à medida que o sal de metal alcalino sai do primeiro i 5 conduto ele é dissipado no segundo fluxo formando um terceiro fluxo con- É | tendo sal de metal alcalino em solução com o vapor; e ' | fornecer o terceiro fluxo para o terceiro conduto em comunicação fluida com o segundo conduto, em que o terceiro conduto é capaz de trans- | portar o terceiro fluxo, em que o terceiro conduto pode ser aquecido por uma i fontetérmica.
21. Método, de acordo com a reivindicação 20, em que a porção do primeiro conduto contendo a abertura mínima está disposta dentro do segundo conduto em uma disposição concêntrica. -
22. Método, de acordo com a reivindicação 20, em que pelo me- nos um difusor situado adjacente à abertura mínima do primeiro conduto é 7 usado para dissipar o primeiro fluxo no segundo fluxo.
23. Método, de acordo com a reivindicação 20, em que o terceiro conduto do aparelho é conectado a um quarto conduto para transportar o terceiro fiuxo em contaio com um qualio fiuxo dentro do quario conduto e também compreende uma barragem situada adjacente à conexão do terceiro conduto para o quarto conduto para restringir a entrada no quarto conduto do fluxo de qualquer metal alcalino que não seja dissipado no segundo fluxo. | 1
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