BR112014008160B1

BR112014008160B1 - processo de desidratação do etanol diluído em etileno de baixo consumo energético, sem reciclagem da água

Info

Publication number: BR112014008160B1
Application number: BR112014008160-3A
Authority: BR
Inventors: Walter Vermeiren; Delphine Minoux; Cindy Adam; Vincent Coupard; Natacha Touchais; Stéphanie Fleurier; Helena Gonzales Penas; Philip DE SMEDT
Original assignee: Total Research & Technology Feluy; IFP Energies Nouvelles
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2020-11-17
Also published as: AR088116A1; WO2013050669A1; US9079812B2; FR2981065A1; BR112014008160A2; US20130090510A1; FR2981065B1

Abstract

PROCESSO DE DESIDRATAÇÃO DO ETANOL DILUÍDO EM ETILENO DE BAIXO CONSUMO ENERGÉTICO, SEM RECICLAGEM DA ÁGUA. A invenção descreve processo de desidratação de etanol em etileno, compreendendo vaporização de etanol diluído (2 a 55 % peso) em um trocador, graças à troca de calor com o efluente do último reator, a mistura sendo introduzida na vaporização a uma pressão inferior à pressão do efluente do último reator, a mistura comprimida vaporizada em compressor, a introdução da mistura vaporizada e comprimida, a uma temperatura e pressão de entrada compreendidas entre 350 e 550°C e entre 0,3 e 1,8 MPa, em pelo me nos um reator adiabático, tendo pelo menos um catalisador de desidratação em que a reação de desidratação ocorre, a separação do efluente do último reator adiabático da etapa c) em um efluente, compreendendo etileno em pressão inferior a 1,6 MPa e um efluente compreendendo água, a purificação de pelo menos uma parte do efluente compreendendo água da etapa d), separação de pelo menos um fluxo de água purificada e de pelo menos um fluxo de etanol não convertido, nenhuma reciclagem desse fluxo de água purificada dessa etapa e) a montante da etapa a) sendo realizada.

Description

Domínio técnico

[001] A presente invenção refere-se a um processo de transformação do etanol em etileno e, em particular, a um processo de desidratação do etanol.

Estado da técnica anterior

[002] A reação de desidratação do etanol em etileno é conhecida e detalhada a partir do fim do século XIX. É conhecido que essa reação é muito endotérmica, equilibrada e deslocada para o etileno à alta temperatura. A queda de temperatura correspondente à conversão total do etanol puro é de 380°C. O catalisador de referência frequentemente utilizado é um catalisador monofuncional ácido. A alumina gama é o catalisador o mais citado. "The Deshydratation of Alcogols over Alumina. I: The reaction scheeme", H. Knôzinger, R. Kõhne, Journal of Catalysis (1966), 5, 264-270 é considerada como a publicação de base sobre os trabalhos de desidratação dos álcoois, dos quais o etanol. As zeólitas são também utilizadas para essa aplicação, e, em particular a ZSM5, a partir dos anos 80, como, por exemplo, em Reactions of etanol ZSM-5", S.N. Chaudhuri & al., Journal of Molecular Catalysis 62:289-295 (1990).

[003] A patente US 4.232.179 descreve um processo de desidratação do etanol em etileno, no qual o calor necessário à reação é fornecido pela introdução no reator, de um fluido portador de calor em mistura com a carga. O fluido portador de calor é seja o vapor de água proveniente de uma fonte externa, seja um fluxo externo proveniente do processo, seja a reciclagem de uma parte do efluente do reator de desidratação, isto é, o etileno produzido. A introdução da mistura da carga com esse fluido portador de calor permite fornecer o calor necessário à manutenção da temperatura da camada catalítica a um nível compatível com os níveis de conversões desejados. No caso em que o fluido portador de calor é o efluente do reator de desidratação, um compressor de reciclagem desse efluente é necessário. Todavia, a reciclagem do etileno produzido pela reação é um inconveniente, pois a introdução do etileno modifica o equilíbrio da reação de desidratação. Além disso, o etileno participa das reações secundárias de oligo- merização, de transferência de hidrogênio e de desproporcionação das olefinas que são reações de ordem superior a 0 em relação ao seu reagente. O aumento da concentração em etileno desde o início da reação multiplica a formação de produtos secundários. A perda em etileno é, portanto, mais importante, o que traduz uma baixa da seletividade.

[004] O pedido de patente WO 2007/134415 A2 descreve um processo de desidratação do etanol em etileno melhorado em relação àquele da patente US 4 232 179, permitindo um custo de investimento reduzido, graças a um número reduzido de equipamentos e um custo operacional reduzido, graças à não utilização de vapor de água externa ao processo. Nesse processo, pelo menos uma parte do efluente do reator de desidratação (mistura de etileno produzido e de vapor de água) e do vapor de água superaquecida obtida a partir da água pro-duzida pela desidratação do etanol e condensada no reator, são utilizados como fluido portador de calor e entram no reator de desidratação em mistura com etanol. Por outro lado, esse pedido de patente nada fala sobre a condição de pressão a respeitar entre a carga de etanol e o efluente com a finalidade de maximizar a troca de calor.

[005] A patente US 4.396.789 descreve também um processo de desidratação do etanol em etileno, no qual o etanol e o vapor d'água agindo como fluido portador de calor são introduzidos no primeiro reator a uma temperatura compreendida entre 400 e 520°C e a uma pres são elevada compreendida entre 20 e 40 atm, de modo que o efluente produzido pela reação de desidratação é estirado do último reator a uma pressão pelo menos superior a 18 atm, esse produto de reação, isto é, o etileno, após resfriamento, podendo sofrer a etapa de destilação criogênica final sem etapa de compressão intermediária. Esse processo se caracteriza também por uma troca de calor entre esse produto da reação de desidratação e a carga introduzida no primeiro reator, esse produto de reação sendo utilizado para vaporizar a chapa que entre no primeiro reator. O etanol não reagido, pelo menos uma parte da água formada no decorrer das reações do processo e a água acrescentada para a lavagem final dos gases são reciclados para assegurar a conversão completa do etanol.

[006] Um objetivo da invenção é fornecer um processo de desidratação do etanol em etileno, no qual a carga é introduzida na etapa a) de vaporização da carga a uma pressão baixa, inferior à pressão de reação, de modo que esse processo não necessita de nenhum fluido portador de calor externo ao processo. Em particular, a carga é introduzida na etapa a) de vaporização da carga a uma pressão inferior à pressão do efluente na saída do último reator, de maneira a maximizar a troca de calor entre a carga e o efluente oriundo do último reator, isto é, a trocar a totalidade da entalpia de vaporização da carga a entalpia de condensação desse efluente.

[007] Um outro objetivo é fornecer um processo de desidratação do etanol em etileno de pureza elevada, esse processo permitindo aumentar a seletividade em etileno com um consumo específico por tonelada de etileno produzido significativamente reduzido em relação aos processos da técnica anterior.

Sumário e interesse da invenção.

[008] A invenção descreve um processo de desidratação de uma carga de etanol, compreendendo uma percentagem mássica em etanol compreendida entre 2 e 55 % em peso, em etileno compreendendo: a vaporização dessa carga de etanol diluída em um trocador, graças a uma troca de calor com o efluente oriundo do último reator, essa carga de etanol sendo introduzida nessa etapa de vaporização a uma pressão inferior à pressão do efluente oriundo do último reator; a compressão dessa carga vaporizada em um compressor; a introdução dessa carga vaporizada e comprimida, a uma temperatura de entrada compreendida entre 350 e 550°C e a uma pressão de entrada compreendida entre 0,3 e 1,8 MPa, em pelo menos um reator adiabático, contendo pelo menos um catalisador de desidratação e no qual a reação de desidratação ocorre, a separação do efluente oriundo do último reator adiabático da etapa c) em um efluente, compreendendo o etileno a uma pressão inferior a 1,6 MPa e um efluente compreendendo a água; a purificação de pelo menos um aparte do efluente compreendendo a água oriunda da etapa d) e a separação de pelo menos um fluxo de etanol não convertido, nenhuma reciclagem desse fluxo de água purificada oriundo dessa etapa e) a montante da etapa a) não sendo realizada.

[009] O processo utiliza uma carga de etanol já diluída e não necessita, em nenhum caso de reciclagem da água purificada oriunda da etapa e) a montante da etapa a), a água exercendo o papel de diluente e portador de calor para a reação de desidratação.

[0010] A presente invenção apresenta a vantagem em relação aos processos da técnica anterior de maximizar a troca de calor entre a carga e o efluente oriundo do último reator, isto é, trocar a totalidade da entalpia de vaporização da carga e a maior parte da entalpia de condensação desse efluente, graças à introdução da carga na etapa a) de vaporização a uma pressão inferior à pressão do efluente na saída do último reator.

Descrição da Invenção

[0011] A carga de etanol tratada no processo, de acordo com a invenção, é eventualmente obtida por um processo de síntese de álcool, a partir de recursos fósseis, tais como, por exemplo, a partir do carvão, o gás natural e os dejetos carbonados (dejeto plástico, dejeto municipal, etc.).

[0012] Essa carga pode também vantajosamente provir de recursos não fósseis. De preferência, a carga de etanol tratada no processo, de acordo com a invenção, é uma carga de etanol produzida a partir de fonte renovável oriundo da biomassa e é frequentemente denominada "bioetanol". Essa carga de etanol é uma carga produzida por via biológica, de preferência, por fermentação de açúcares oriundos, por exemplo, culturas de plantas açucareiras, como a cana-de-açúcar (sacarose, glicose, frutose e sucarose), beterrabas, ou ainda plantas amiláceas (amido) ou da biomassa lignocelulósica ou de celulose hi- drolisada (glicose majoritária e xilose, galactose), contendo quantidades variáveis de água.

[0013] Essa carga é vantajosamente obtida por fermentação a partir de três fontes: 1) a sacarose de cana ou de beterraba; 2) o amido presente nos cereais e nos tubérculos e 3) a celulose e a hemicelulose presentes na madeira, nas ervas e em outras biomassas lignocelulósi- cas, o amido, a celulose e a hemicelulose que devem ser hidrolisadas em açúcares, antes de sofrerem uma etapa de fermentação.

[0014] Ao final da fermentação, o etanol fermentado é concentrado em uma primeira coluna dita "coluna de cerveja". A carga de etanol tratada no processo, de acordo com a invenção, provém vantajosamente dessa coluna de cerveja, cuja concentração em etanol em cabeça de coluna é compatível com a concentração dessa carga de etanol diluída utilizada no processo, essa carga compreendendo entre 2 e 55% em peso de etanol. A utilização de uma carga de etanol hidratada diluída permite assim não concentrar o etanol, de maneira mais impulsionada classicamente em uma segunda coluna dita de "retificação" que concentra o etanol para seu azeótropo.

[0015] Para uma descrição mais completa dos processos fermentados clássicos, é possível se reportar à obra "os biocarburantes, estado dos locais, perspectivas e apostas do desenvolvimento". Daniel Ballerini, Edições Technip.

[0016] Essa carga pode vantajosamente também ser obtida por fermentação de gás de síntese.

[0017] Essa carga pode também vantajosamente ser obtida por hidrogenação dos ácidos ou ésteres correspondentes. Nesse caso, o ácido acético ou os ésteres acéticos são vantajosamente hidrogena- dos com o auxílio de hidrogênio em etanol. O ácido acético pode vantajosamente ser obtido por carbonilação do metanol ou por fermentação dos carbo-hidratos.

[0018] De preferência, a carga de etanol tratada no processo, de acordo com a invenção, é uma carga de etanol produzida a partir de fonte renovável oriunda da biomassa.

[0019] De acordo com a invenção, a carga de etanol utilizada é uma carga de etanol que compreende uma percentagem mássica em etanol compreendida entre 2 e 55 % em peso. Essa carga de etanol é dita diluída. De preferência, essa carga de etanol compreende uma percentagem mássica em etanol compreendida entre 2 e 35% em peso. De preferência, essa carga de etanol é hidratada. Essa carga de etanol compreende também vantajosamente, além da água, um teor em álcool diferente do etanol, tais como, por exemplo, o metanol, o butanol e/ou o isopentanol inferior a 10% e, de preferência, inferior a 5% em peso, um teor em compostos oxigenados diferentes dos álcoois, tais como, por exemplo, os éteres, os ácidos, as cetonas, os aldeídos e/ou os ésteres vantajosamente inferior a 1 % e um teor em nitro- gênio e em enxofre, orgânico e mineral, vantajosamente inferior a 0,5% em peso, as percentagens em peso sendo expressas em relação à massa total do etanol presente nessa carga.

[0020] A carga de etanol utilizada, de acordo com a invenção, sofre vantajosamente uma etapa de pré-tratamento previamente à etapa a) de vaporização dessa carga. Essa etapa de pré-tratamento permite eliminar as impurezas contidas nessa carga, de maneira a limitar a desativação do catalisador de desidratação colocado a jusante, e, em particular, os cátions metálicos, os ânions metálicos, os compostos contendo o nitrogênio e os compostos contendo enxofre. Os compostos oxigenados presentes nessa carga não são substancialmente eliminados.

[0021] Essa etapa de pré-tratamento é vantajosamente utilizada por meios conhecidos do técnico, tais como, por exemplo, a utilização de pelo menos uma resina, pela adsorção das impurezas sobre sólidos, de preferência, a uma temperatura compreendida entre 20 e 200°C, por um encadeamento, compreendendo uma primeira etapa de hidrogenólise que opera a uma temperatura compreendida entre 20 e 200°C, seguida de uma etapa de capitação sobre sólido ácido a uma temperatura compreendida entre 20 e 200°C e/ou pela destilação. No caso da utilização de pelo menos uma resina, essa resina é, de preferência, ácida e é utilizada à temperatura elevada compreendida entre 20 e 200°C. Essa resina pode eventualmente ser precedida de uma resina básica.

[0022] No caso em que a etapa de pré-tratamento é utilizada pela adsorção das impurezas sobre sólidos, esses sólidos são vantajosamente escolhidos dentre as peneiras moleculares, o carvão ativo, a alumina e as zeólitas.

[0023] Essa etapa de pré-tratamento da carga de etanol permite produzir um corte purificado de etanol, na qual as impurezas metálicas e orgânicas foram eliminadas, a fim de se obter uma carga purificada correspondendo ao nível de impurezas compatíveis com o catalisador de desidratação. Etapa a)

[0024] De acordo com a invenção, o processo de desidratação compreende a etapa a) de vaporização dessa carga de etanol, eventualmente pré-tratada, em um trocador, graças a uma troca de calor com o efluente oriundo do último reator adiabático, essa carga de etanol sendo introduzida nessa etapa de vaporização a uma pressão inferior à pressão do efluente oriundo do último reator.

[0025] De preferência, essa carga de etanol sendo introduzida nessa etapa de vaporização a uma pressão compreendida entre 0,1 e 1,4 MPa.

[0026] De preferência, pelo menos uma parte e, de preferência, a totalidade de um fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e) de purificação do efluente, compreendendo a água é também introduzido, em mistura com essa carga de etanol hidratada diluída, eventualmente pré-tratada, no trocador da etapa a) de vaporização.

[0027] De preferência, essa carga de etanol é misturada com pelo menos uma parte de um fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e) de purificação do efluente que compreende água, após a etapa de pré-tratamento dessa carga de etanol.

[0028] De preferência, essa carga de etanol, eventualmente em mistura com pelo menos uma parte de um fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e), é introduzida nessa etapa a) de vaporização a uma pressão inferior do efluente oriundo do último reator.

[0029] De maneira preferida, essa carga de etanol eventualmente em mistura com pelo menos uma parte de um fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e), é introduzida nessa etapa a) de vaporização a uma pressão inferior à pressão do efluente oriundo do último reator, essa pressão estando também compreendida entre 0,1 e 1,4 MPa.

[0030] Assim, a pressão à qual é introduzida essa carga de etanol eventualmente em mistura nessa etapa a) de vaporização é submetida a duas condições: essa pressão deve ser inferior à pressão do efluente oriundo do último reator e nesse intervalo, essa pressão deve também vantajosamente estar compreendida entre 0,1 e 1,4 MPa.

[0031] Com efeito, um critério essencial da presente invenção é o ajuste da pressão a montante da etapa a) de vaporização dessa carga de etanol, eventualmente em mistura com pelo menos uma parte de um fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e), de maneira a maximizar a troca de calor entre essa carga, eventualmente em mistura, com esse fluxo de etanol não reagido e o efluente oriundo do último reator adiabático. A introdução dessa carga de etanol, eventualmente em mistura com pelo menos uma parte desse fluxo de etanol não reagido, na etapa a) de vaporização nesse nível de pressão específica inferior à pressão do efluente oriundo do último reator e, de preferência, compreendido entre 0,1 e 1,4 MPa, permite se beneficiar de uma temperatura de vaporização da mistura eventual de carga, inferior à temperatura de condensação do efluente oriundo do último reator adiabático. Assim, a maior parte do calor latente e a maior parte da entalpia de condensação da fase aquosa do efluente oriundo do último reator adiabático é recuperada para vaporizar essa carga de etanol, eventualmente em mistura com pelo menos uma parte desse fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e), sem fornecimento de calor externo. A totalidade da entalpia de vaporização dessa carga de etanol, eventualmente em mistura com pelo menos uma parte de um fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e), é, portanto, trocada com a entalpia de condensação desse efluente.

[0032] A pressão dessa carga de etanol, eventualmente em mistura com pelo menos uma parte desse fluxo de etanol não reagido ori- undo da etapa e), no nível de sua vaporização é vantajosamente escolhida, de forma que o desvio de temperatura entre o efluente oriundo do último reator adiabático que se condensa e essa mistura de carga que se evapora é sempre pelo menos superior a 2°C, e, de preferência, pelo menos superior a 3°C. Etapa b)

[0033] De acordo com a invenção, essa carga de etanol, eventualmente em mistura com pelo menos uma parte desse fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e), vaporizada, sofre uma compressão em um compressor. A etapa b) de compressão é vantajosamente utilizada em qualquer tipo de compressor conhecido do técnico. Em particular, a etapa b) de compressão é vantajosamente utilizada em um compressor de tipo compressor radial com multiplicador integrado ou em um compressor que compreende uma ou várias sopradoras com uma roda radial colocadas em série sem resfriamento intermediário.

[0034] A etapa b) de compressão dessa carga de etanol eventualmente em mistura com pelo menos uma parte desse fluxo de etanol não reagido, vaporizada, permite evitar o fornecimento de fluido portador de calor externo ao processo para assegurar a vaporização dessa eventual mistura dessa carga. Assim, só os fluxos oriundos do processo são utilizados. A etapa b) de compressão permite, portanto, realizar uma bomba de calor integrada a esse processo. Utilizando os fluxos oriundos do processo, e não fazendo intervir fluido portador de calor externo.

[0035] A combinação das condições operacionais específicas da etapa a) e da etapa b) permite recuperar a maior parte do calor latente desse efluente e a maior parte da entalpia de condensação da fase aquosa do efluente oriundo do último reator adiabático para vaporizar a totalidade da carga de etanol eventualmente em mistura com pelo menos uma parte desse fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e), minimalizando a perda de calor latente e da entalpia de condensação por um resfriamento externo e assim minimizando o fornecimento do calor externo.

[0036] A pressão dessa carga de etanol eventualmente em mistura com pelo menos uma parte desse fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e), vaporizada no final da etapa b) de compressão, está vantajosamente compreendida entre 0,3 e 1,8 MPa. A pressão de saída dessa mistura eventual dessa carga é suficiente para realizar a condição de temperatura necessária à troca da etapa a): na etapa a), a temperatura de vaporização dessa mistura eventual dessa carga deve ser inferior à temperatura de condensação do efluente oriundo do último reator.

[0037] Essa carga de etanol eventualmente em mistura com pelo menos uma parte desse fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e), vaporizada e comprimida, oriunda da etapa b) de compressão é eventualmente aquecida em um trocador de tipo monofásico de gás, graças a uma troca de calor com o efluente oriundo do último reator adiabático da etapa c). Nesse trocador de tipo monofásico de gás, es-sa mistura eventual dessa carga, vaporizada e comprimida, é superaquecida e o efluente oriundo, no estado gasoso do último reator adiabático da etapa c) é "dessuperaquecido", sem ser condensado.

[0038] Essa mistura eventual dessa carga é vantajosamente superaquecida a uma temperatura compreendida entre 250 e 375°C e, de preferência, compreendida entre 280 e 360°C. Na saída desse trocador de tipo monofásico de gás, o efluente oriundo, no estado gasoso, do último reator adiabático da etapa c) apresenta vantajosamente uma temperatura compreendida entre 150 e 320°C, e, de preferência, entre 200 e 300°C.

[0039] Assim, a utilização dos diferentes trocadores, de tipo monofásico gás e vaporizador gás / líquido, e a vaporização, a uma pressão inferior à pressão do efluente na saída do último reator, dessa carga de etanol eventualmente em mistura com pelo menos uma parte desse fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e), permite a condensação de pelo menos 80% dos vapores de água presentes no efluente oriundo do último reator.

[0040] Essa mistura eventual de carga, vaporizada, comprimida e eventualmente aquecida nesse trocador de tipo monofásico de gás é, em seguida, vantajosamente introduzida em um forno, de maneira a levá-la a uma temperatura de entrada em pelo menos um reator adiabático compatível coma temperatura da reação de desidratação. Etapa c)

[0041] De acordo com a invenção, essa carga de etanol eventualmente em mistura com pelo menos uma parte desse fluxo de etanol não reagido, oriundo da etapa e), vaporizada e comprimida, e eventualmente aquecida é introduzida a uma temperatura de entrada compreendida entre 350 e 550°C, e a uma pressão de entrada compreendida entre 0,3 e 1,8 MPa em pelo menos um reator adiabático, contendo pelo menos uma camada fixa de catalisador de desidratação e no qual a reação de desidratação ocorre.

[0042] O efluente oriundo do último reator adiabático da etapa c) apresenta vantajosamente, na saída do último reator adiabático da etapa c) uma temperatura compreendida entre 270 e 450°C e, de preferência, compreendida entre 300 e 410°C.

[0043] O efluente oriundo do último reator adiabático da etapa c) apresenta vantajosamente, na saída do último reator adiabático da etapa c) uma pressão compreendida entre 0,2 e 1,6 MPa.

[0044] Essa pressão na saída do último reator adiabático da etapa c) é também vantajosamente superior à pressão à qual essa carga de etanol é introduzida nessa etapa de vaporização, de maneira a recuperar a maior parte do calor latente e a maior parte da entalpia de con- densação aquosa do efluente oriundo do último reator adiabático.

[0045] A etapa c), na qual a reação de desidratação ocorre é vantajosamente realizada em um ou dois reatores.

[0046] No caso em que a etapa c) é utilizada em um reator adiabático, essa carga de etanol eventualmente em mistura com pelo menos uma parte desse fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e), vaporizada e comprimida e eventualmente aquecida, é vantajosamente i n- troduzida nesse reator a uma temperatura de entrada compreendida entre 350 e 550°C e, de preferência, entre 400 e 500°C e a uma pressão de entrada compreendida entre 0,3 e 1,8 MPa. O efluente oriundo desse reator adiabático apresenta vantajosamente uma temperatura compreendida entre 270 e 450°C e, de preferência, entre 340 e 420°C, e uma pressão de saída vantajosamente compreendida entre 0,2 e 1,6 MPa.

[0047] No caso em que a etapa c) é utilizada em dois reatores adiabáticos, essa carga de etanol eventualmente em mistura com pelo menos um fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e), vaporizada e comprimida, e eventualmente aquecida, é vantajosamente introduzida no primeiro reator a uma temperatura de entrada compreendida entre 350 e 550°C e, de preferência, a uma temperatura compreendida entre 370 e 500°C, e a uma pressão de entrada compreendida entre 0,4 e 1,8 MPa.

[0048] O efluente oriundo do primeiro reator adiabático sai vantajosamente desse primeiro reator a uma temperatura compreendida entre 270 e 450°C e, de preferência, entre 290 e 390, e a uma pressão compreendida entre 0,3 e 1,7 MPa.

[0049] Esse efluente é, em seguida, vantajosamente introduzido em um forno de maneira que a temperatura de entrada desse efluente no segundo reator adiabático esteja compreendida entre 350 e 550°C e, de preferência, entre 400 e 500°C. Esse efluente apresenta uma pressão de entrada nesse segundo reator vantajosamente compreen- dida entre 0,3 e 1,7 MPa.

[0050] O efluente oriundo do segundo reator adiabático sai desse segundo reator adiabático a uma temperatura compreendida entre 270 e 450°C e, de preferência, entre 340 e 420°C. A pressão de saída desse efluente oriundo do segundo reator adiabático está vantajosamente compreendida entre 0,2 e 1,6 MPa.

[0051] A temperatura de entrada do(s) reator(es) pode vantajosamente ser gradualmente aumentada para evitar a desativação do catalisador de desidratação.

[0052] A reação de desidratação que ocorre em pelo menos um reator adiabático da etapa c) do processo, de acordo com a invenção, opera vantajosamente a uma velocidade ponderai horária compreendida entre 0,1 e 20 h-1 e, de preferência, entre 0,5 e 15 h-1. A velocidade ponderai horária é definida como sendo a relação desse fluxo mássico da carga de etanol pura sobre a massa de catalisador.

[0053] O catalisador de desidratação utilizado na etapa c) é um catalisador conhecido do técnico. Esse catalisador é, de preferência, um catalisador ácido amorfo ou um catalisador ácido zeolítico.

[0054] No caso em que o catalisador de desidratação utilizado na etapa c) é um catalisador zeolítico, esse catalisador compreende pelo menos uma zeólita escolhida dentre as zeólitas que têm pelo menos aberturas de poros, contendo 8, 10 ou 12 átomos de oxigénios (8 MR, 10 MR ou 12 MR). É conhecido, com efeito, definir o tamanho dos poros das zeólitas pelo número de átomos de oxigênio formando a seção anular dos canais das zeólitas, denominados "member ring" ou MR em inglês. De maneira preferida, esse catalisador de desidratação zeolíti- ca compreende pelo menos uma zeólita que apresenta um tipo estrutural escolhido dentre os tipos estruturais MFI, MEL, FAU, MOR, FER, SAPO, TON, CHA, EDO e BEA. De preferência, esse catalisador de desidratação zeolítica compreende uma zeólita de tipo estrutural MFI e, de maneira preferida, uma zeólita ZSM-5.

[0055] A zeólita utilizada no catalisador de desidratação utilizada na etapa c) do processo, de acordo com a invenção, pode vantajosamente ser modificada por desaluminação ou dessilicação, segundo qualquer método de desaluminação ou de dessilicação conhecido do técnico.

[0056] A zeólita utilizada no catalisador de desidratação utilizado na etapa c) do processo, de acordo com a invenção, ou o catalisador final pode vantajosamente ser modificado por um agente de natureza a atenuar sua acidez total e a melhorar suas propriedades de resistência hidrotermais. De preferência, essa zeólita ou esse catalisador compreende vantajosa mente o fósforo, de preferência, acrescentado sob a forma de fosfato (3'PO4) seguido de um tratamento ao vapor, após neutralização do excesso de ácido por um precursor básico, tais como, por exemplo, o sódio Na ou o cálcio Ca. De maneira preferida, essa zeólita compreende um teor em fósforo compreendido entre 0,5 e 4,5% em peso em relação à massa total do catalisador.

[0057] De preferência, o catalisador de desidratação utilizado na etapa c) do processo, de acordo com a invenção, é o catalisador descrito nos pedidos de patente WO/2009/098262, WO/2009/098267, WO/2009/098268 ou WO/2009/098269.

[0058] No caso em que o catalisador de desidratação utilizado na etapa c) é um catalisador ácido amorfo, esse catalisador compreende pelo menos um óxido refratário poroso escolhido dentre a alumina, a alumina ativada por um depósito de ácido mineral e a sílica alumina.

[0059] Esse catalisador de desidratação amorfa ou zeolítica utilizado na etapa c) do processo, de acordo com a invenção, pode vantajosamente também compreender pelo menos uma matriz de tipo óxido também denominado ligante. Entende-se por matriz, de acordo com a invenção, uma matriz amorfa ou mal cristalizada. Essa matriz é vantajosamente escolhida dentre os elementos do grupo formado pelas argi- las (tais como, por exemplo, dentre as argilas naturais, tais como o caulim, ou a bentonita), a magnésia, as aluminas, as sílicas, as sílico- aluminas, os aluminatos, o óxido de titânio, o óxido de boro, o zircônio, os fosfatos de alumínio, os fosfatos de titânio, os fosfatos de zircônio, e o carvão. De preferência, essa matriz é escolhida dentre os elementos do grupo formado pelas aluminas, pelas sílicas e pelas argilas.

[0060] Esse catalisador de desidratação utilizado na etapa c) do processo, de acordo com a invenção, é vantajosamente enformado sob a forma de grãos de diferentes formas e dimensões. Ele é vantajosamente utilizado sob a forma de extrudados cilíndricos ou polilobados, tais como bilobados, trilo bad os, polilobados deforma reta ou torcida, mas pode eventualmente ser fabricado e empregado sob a forma de pó, amontoado, de tabletes, de anéis, de esferas, de rodas, de esferas. De preferência, esse catalisador está sob a forma de extrudados.

[0061] Esse catalisador de desidratação utilizado na etapa c) do processo, de acordo com a invenção, é vantajosamente utilizado em pelo menos um reator, em camada fixa ou em camada móvel.

[0062] Na etapa c) do processo, de acordo com a invenção, os catalisadores utilizados e as condições operacionais são escolhidos, de maneira a maximizar a produção de etileno. A reação global de desidratação utilizada na etapa c) do processo, de acordo com a invenção, é a seguinte: C2H5OH -> CH2 = CH2 + H2O

[0063] A conversão da carga de etanol na etapa c) é vantajosamente superior a 90%, de preferência, 95% e de maneira preferida superiora 99%.

[0064] A conversão da carga de etanol é definida, em percentagem, pela seguinte fórmula: [1 - (massa horária de etanol na saída / massa horária de etanol na entrada) x 100.

[0065] A massa horária de etanol na entrada e na saída é medida, de maneira clássica, porcromatografiaemfase gasosa da fase aquosa.

[0066] A etapa c), na qual a reação de desidratação ocorre, é vantajosamente realizada em um ou dois reatores. Um reator preferido é um reator radial que funciona em modo ascendente ou descendente. Quando da etapa c) do processo, de acordo com a invenção, a transformação da carga é acompanhada da desativação do catalisador de desidratação porcoquefaçãoe/ou por adsorção de compostos inibidores. O catalisador de desidratação deve, portanto, sofrer periodicamente uma etapa de regeneração. De preferência, o reator é utilizado em um modo de regeneração alternado, também denominado reator swing, a fim de alternar as fases de reação e de regeneração desse catalisador de desidratação. O objetivo desse tratamento de regeneração é de queimar os depósitos orgânicos, assim como as espécies que contém o nitrogênio e o enxofre, contidas na superfície e no meio desse catalisador de desidratação.

[0067] A regeneração do catalisador de desidratação utilizado nessa etapa c) é vantajosamente realizada por oxidação do coque e dos compostos inibidores sob fluxo de ar ou sob uma mistura de ar/nitrogênio, por exemplo, utilizando uma recirculação do ar de combustão com ou sem água, a fim de diluir o oxigênio e controlar a exo- termia de regeneração. Nesse caso, pode-se vantajosamente ajustar o teor em oxigênio na entrada do reator por um fornecimento de ar. A regeneração ocorre à pressão entre a pressão atmosférica (0 bária relativo) e a pressão de reação. A temperatura de regeneração é vantajosamente escolhida entre 400 e 600°C; ela pode vantajosamente variar em curso de regeneração. O fim da regeneração é detectado, quando não há mais consumo de oxigênio, sinal de uma combustão total do coque.

[0068] De preferência, o efluente oriundo do último reator adiabático da etapa c) não é reciclado a montante da etapa c), em pelo menos um reator adiabático.

[0069] O efluente oriundo do último reator adiabático da etapa c) é eventualmente enviado em um trocador de tipo monofásico de gás, no qual ele é dessuperaquecido sem ser condensado por troca de calor com a carga vaporizada e comprimida oriunda da etapa b), que é aquecido. Esse efluente dessuperaquecido é em seguida vantajosamente enviado em um segundo trocador de tipo gás/líquido, no qual ele é condensado parcialmente por uma troca de calor, servindo para vaporizar a carga. Etapa d)

[0070] De acordo com a invenção, o efluente oriundo do último reator adiabático da etapa c) sofre uma etapa de separação d) em um efluente que compreende o etileno a uma pressão inferior a 1,6 MPa e um efluente que compreende a água.

[0071] A etapa d) de separação desse efluente oriundo do último reator adiabático da etapa c) pode vantajosamente ser utilizada por qualquer método conhecido do técnico, tal como, por exemplo, por uma zona de separação gás/líquido, e, de preferência, uma coluna de separação gás/líquido. O efluente da zona de separação gás/líquido que compreende o etileno a uma pressão inferior a 1,6 MPa sofre, em seguida, vantajosamente, uma compressão. Essa compressão permite subir a pressão desse efluente a uma pressão vantajosamente compreendida entre 2 e 4 MPa necessária à sua purificação final.

[0072] De preferência, o efluente que compreende o etileno separado no final da etapa d) não é reciclado pelo menos em um reator adiabático da etapa c). A não reciclagem do etileno separado no final da etapa d) em pelo menos um reator adiabático da etapa c) não altera a seletividade em etileno do processo, de acordo com a invenção.

[0073] Pelo menos uma parte do efluente que compreende a água oriunda da etapa d) é eventualmente reciclada na etapa d) de separa ção. No caso em que pelo uma parte do efluente que compreende a água é reciclada, essa parte do efluente que compreende a água é vantajosamente resfriada com o auxílio de um fluido frio ou de um fluido oriundo do processo e é de preferência purificada segundo os métodos conhecidos de purificação descritos abaixo. Etapa e)

[0074] De acordo com a invenção, pelo menos uma parte do efluente que compreende a água oriunda da etapa d) de separação sofre uma etapa e) de purificação e nenhuma reciclagem desse fluxo de água purificada obtida, a montante da etapa a) não sendo utilizada.

[0075] A etapa e) de purificação pode vantajosamente ser utilizada por qualquer método de purificação conhecido do técnico. A título de exemplo, a etapa e) de purificação pode vantajosamente ser utilizada pelo uso de resinas trocadoras de íon, de peneiras moleculares, das membranas, por acréscimo de agentes químicos para ajustar o pH, tais como, por exemplo, a soda ou as aminas e pelo acréscimo de agentes químicos para estabilizar os produtos, tais como, por exemplo, os inibidores de polimerização escolhidos dentre os bi-sulfitos e os tensoativos.

[0076] Pelo menos um fluxo de água purificada e pelo menos um fluxo de etanol não convertido são em seguida separados. A separação pode também ser utilizada por qualquer método de separação conhecido do técnico. A título de exemplo, a separação é vantajosamente utilizada por destilação, a utilização de peneiras moleculares, das membranas, stoppage ao vapor ou ao calor ou por absorção do solvente, tais como, por exemplo, os solventes glicolados.

[0077] Um fluxo contendo os gases leves, de preferência, o ace- taldeído e metanol, pode vantajosamente também ser separado.

[0078] Pelo menos uma parte desse fluxo de etanol não reagidos oriundo da etapa e) de purificação do efluente, compreendendo a água, é vantajosamente reciclada e misturada, a montante da etapa a) de vaporização, à carga de etanol eventualmente pré-tratada.

Descrição das figuras

[0079] A figura 1 representa esquematicamente o processo de desidratação do etanol no caso da desidratação de uma carga de etanol diluída contendo entre 2 e 35% em peso de etanol, o resto sendo principalmente a água.

[0080] A carga de etanol diluída é introduzida em uma zona de pré-tratamento 2 via o conduto 1. A carga de etanol pré-tratada 3 é em seguida misturada no conduto 5 com uma parte do fluxo do etanol não reagido oriundo da zona de purificação 20, via o conduto 4. A carga de etanol pré-tratada em mistura com uma parte do fluxo de etanol não reagido é introduzida via o conduto 5 a uma pressão compreendida entre 0,1 e 1,4 MPa, em um trocador gás/líquido E1, no qual essa mistura sofre uma troca de calor com o efluente oriundo do último reator adiabático R2 que penetra no trocador via o conduto 11.0 calor latente e/ou a entalpia de condensação do efluente oriundo do último reator adiabático R2 é utilizada para vaporizar a carga de etanol em mistura com o fluxo de etanol não reagido, sem fornecimento de calor externo.

[0081] A carga de etanol em mistura com o fluxo de etanol não reagido, vaporizada, é em seguida enviada via o conduto 6 em um compressor C1.

[0082] Essa mistura de carga, vaporizada e comprimida é em seguida enviada via o conduto 7 em um trocador E2 de tipo monofásico de gás, no qual essa mistura é aquecida, graças a uma troca de calor com o efluente oriundo do último reator adiabático R2 eu é introduzido em E2 via o conduto 10. Nesse trocador de tipo monofásico de gás, essa carga vaporizada e comprimida é superaquecida e o efluente oriundo, no estado gasoso, do último reator adiabático R2 é dessupera- quecido sem ser condensado.

[0083] Essa mistura da carga, vaporizada, comprimida e aquecida no trocador de tipo monofásico de gás E2 é em seguida introduzida em um forno H1 via o conduto 8, de maneira a levá-la a uma temperatura de entrada no primeiro reator adiabático R1 compatível com a temperatura da reação de desidratação. O efluente oriundo do primeiro reator R1 é enviado em um segundo forno H2 via o conduto 8 bis, an-tes de ser introduzido no segundo reator R2 via o conduto (9 bis). O efluente oriundo do segundo reator R2 sofre em seguida as duas trocas sucessivas descritas anteriormente nos trocadores E2 e E1 via os condutos 10 e 11.

[0084] O efluente oriundo do trocador E1 é enviado via o conduto 12 em uma coluna de separação gás/líquido 13 onde é separado em um efluente que compreende o etileno 14 e um efluente que compreende a água 15. Uma parte do efluente que compreende a água é reciclada, após resfriamento na coluna 13 via o conduto 16.

[0085] A parte do efluente que compreende a água não reciclada na coluna 13 é enviada via o conduto 15 em uma zona 20 de purificação e de separação. Pelo menos um fluxo de água purificada 17 e pelo menos um fluxo de etanol não convertido 4 e 18 são em seguida separados. Um fluxo contendo os gases leves 19 é também separado.

[0086] Uma parte do fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa 20 de purificação do efluente que compreende a água, é reciclada via o conduto 4 e é misturada, a montante do trocador E1, à carga de etanol pré-tratada 3.

[0087] Os exemplos seguintes ilustram a invenção, sem limitar-lhe o alcance.

Exemplos Exemplo 1: De acordo com a invenção

[0088] O exemplo 1 ilustra um processo, de acordo com a invenção, no qual a etapa c) é utilizada em um reator adiabático.

[0089] A carga de etanol considerada é produzida por fermentação de trigo, sem extração do glútens, por um processo de tipo dry milling, segundo o termo anglo-saxão, e unicamente destilada na primeira coluna de cerveja para permanecer diluída.

[0090] A carga de etanol diluída, cuja composição é dada na coluna 1 da tabela 1 é pré-tratada sobre uma resina TA 801 a uma temperatura de 140°C. As características da carga de etanol pré-tratada são também dadas na coluna 2 da tabela 1. Etapa a)

[0091] Essa carga de etanol diluída e pré-tratada é introduzida em um fluxo de 160 735 kg/h misturado com 132 hg/h de etanol não convertido oriundo da etapa e) em um trocador E1 a uma pressão igual a 0,31 MPa.

[0092] Nenhum fluxo de água purificada oriunda da etapa e) é reciclado e misturado a essa carga de etanol. Tabela 1: Características da carga de etanol antes e depois do pré- tratamento

(1): Etanol de carga (2): Após tratamento

[0093] Por preocupação com a simplificação, a descrição das impurezas na carga pré-tratada foi retirada na sequência do texto.

[0094] Na etapa a), a maior parte do calor latente da fase aquosa do efluente oriundo do reator adiabático da etapa c) é recuperada para vaporizar a mistura da carga e do etanol não convertido, sem fornecimento de calor externo. Assim, 90,1% da água contida nesse efluente oriundo do reator adiabático da etapa c) se acha sob a forma aquosa líquida. Assim, 88,5 MW são trocados entre a mistura da carga e dos dois outros fluxos e o efluente do reator.

[0095] A temperatura de início de vaporização dessa carga é igual a 126°C (a 0,27 MPa) e a temperatura de condensação final desse efluente oriundo do reator adiabático é_ o efluente é de 117°C (a 0,41 MPa). Etapa b)

[0096] A mistura da carga e do etanol não convertido, vaporizada, oriunda do trocador é em seguida comprimida em um compressor radial com multiplicador integrado, de maneira que a pressão dessa mistura da carga e do etanol não convertido, vaporizada ao final da compressão, seja igual a 0,63 MPa.

[0097] A mistura da carga e do etanol não convertido, vaporizada e comprimida é em seguida aquecida em um trocador E2 de tipo monofásico de gás, graças a uma troca de calor com o efluente oriundo do reator adiabático da etapa c). Nesse trocador de tipo monofásico de gás, essa mistura da carga e do etanol não convertido, vaporizada e comprimida é superaquecida a uma temperatura de 345°C e o efluente oriundo, no estado gasoso, do reator adiabático da etapa c) é dessu- peraquecida, sem ser condensada e presente a uma temperatura de 269°C. Etapa c)

[0098] Essa mistura da carga e do etanol não convertido, comprimida e aquecida nesse trocador de tipo monofásico de gás é em seguida introduzido em um forno, de maneira a levá-la a uma temperatura de entrada nesse reator adiabático compatível com a temperatura da reação de desidratação, isto é, a uma temperatura de 500°C.

[0099] Essa mistura da carga e do etanol não convertido, vaporizado, comprimida e aquecida é introduzida no reator adiabático a uma pressão de entrada de 0,53 MPa.

[00100] O reator adiabático contém uma camada fixa de catalisador de desidratação, esse catalisador compreendendo 80% em peso de zeólita ZSM-5 tratada com H3PO4 de maneira que o teor em P2O5 seja de 3,5% em peso.

[00101] As condições de temperatura e de pressão dos fluxos que entram no reator adiabático e saem dele, da etapa c) são dadas na tabela 2: Tabela 2: Condições operacionais da etapa c) de desidratação

[00102] A conversão da carga de etanol na etapa c) é de 99.4 %. Etapa d)

[00103] O efluente oriundo do reator adiabático da etapa c) sofre, em seguida, as duas trocas de calor anteriormente descritas e é enviado em uma coluna de separação gás/líquido. Um efluente que compreende o etileno a uma pressão igual a 0,39 MPa é separado, assim como um efluente que compreende a água. Essa separação é realizada pela utilização de uma coluna de separação gás/líquido, com reciclagem da água produzida no fundo da coluna em direção à cabeça da coluna e após resfriamento e injeção de agente neutralizante.

[00104] O efluente compreendendo etileno sofre, em seguida, uma compressão para subir sua pressão a 2,78 MPa, antes de sua purificação final. O etileno separado não é reciclado nesse reator adiabático. Etapa e)

[00105] Um fluxo de água purificada e um fluxo de etanol não convertido, assim como um fluxo contendo os gases leves são, em seguida, separados por destilação clássica à baixa pressão da água bruta. Etapa f)

[00106] Uma parte do fluxo de etanol não convertido é reciclada a montante da etapa a) de vaporização

[00107] Os diferentes fluxos, em kg/h, são informados nas tabelas 3 e 4: Tabelas 3 e 4: composição dos principais fluxos

[00108] Os compostos C3 e C4 são compostos hidrocarbonados em C3 e C4.

[00109] A seletividade do processo em etileno é de 97 %.

[00110] Ela é calculada da seguinte forma: (Etileno contido no efluente, compreendendo o etileno) I (0,61 *quantidade de etanol convertido) onde a quantidade de etanol convertido é o etanol contido na carga de etanol pré-tratada subtraído do etanol contido nos fluxos de água purificada e no efluente que compreende o etileno. 0,61 g é a quantidade máxima de etileno compreendida, desidratando 1 g de etanol puro.

[00111] O balanço energético do esquema, segundo o exemplo 1, conforme a invenção, é informado na tabela 5: Tabela 5: balanço energético

[00112] A estimativa do consumo em energia primária foi realizada, utilizando-se as seguintes bases: - eficácia de 0,8 sobre os fornos - eficácia de 0,375 sobre a produção de eletricidade.

[00113] O esquema, segundo o exemplo 1, conforme a invenção, apresenta um consumo em energia primária equivalente ou consumo específico de 6 GJ equivalente por tonelada de etileno produzido.

[00114] Exemplo 2: de acordo com a invenção

[00115] O exemplo 2 ilustra um processo, de acordo com a invenção, no qual a etapa c) é utilizada em dois reatores adiabáticos. Etapa a)

[00116] A mesma carga de etanol pré-tratada que aquela utilizada no exemplo 1 é introduzida com um fluxo de 160 735 kg/h em um trocador E1 a uma pressão igual a 0,31 MPa, em mistura com 132 kg/h de etanol não convertido, oriundos da etapa e). Nenhum fluxo de água purificada oriunda da etapa e) é reciclado e misturado a essa carga. Etapa b)

[00117] A troca de calor descrita no exemplo 1 ocorre e a mistura da carga e do etanol não convertido vaporizado é em seguida comprimido em um compressor de mesmo tipo que aquele do exemplo 1, de maneira que a pressão dessa mistura da carga e do etanol não convertido, vaporizado no final da compressão seja igual a 0,69 MPa. 90,2% de água contida no efluente oriundo do último reator se acha sob a forma aquosa líquida. Assim, 89.9 MW são trocados entre mistura da carga e dos dois fluxos e o efluente oriundo do último reator.

[00118] A temperatura de início de vaporização dessa carga é igual a 126°C (a 0,27 M Pa) e a temperatura de condensação final desse ef lue n- te oriundo do reatoradiabáticoé o efluente é de 117°C(aO,41 MPa). Etaoa c)

[00119] A mistura da carga e do etanol não convertido, vaporizada e comprimida, é, em seguida, aquecida em um trocador E2 de tipo monofásico de gás, graças a uma troca de calor como efluente oriundo do segundo reator adiabático da etapa c). Nesse trocador de tipo monofásico de gás, a mistura da carga e do etanol não convertido, vaporizado e comprimido, é superaquecida a uma temperatura de 353°C e o efluente oriundo, no estado gasoso, do reator adiabático da etapa c) é dessuperaquecido, sem ser condensado e apresenta uma temperatura de 275°C.

[00120] A mistura da carga e do etanol não convertido, vaporizado, comprimida e aquecida nesse trocador do tipo monofásico de gás é em seguida introduzida em um forno, de maneira a levá-la a uma temperatura de entrada no primeiro reator adiabático compatível com a temperatura da reação de desidratação, isto é, a uma temperatura de 400°C.

[00121] A mistura da carga e do etanol não convertido, vaporizado, comprimido e aquecido é introduzida no primeiro reator adiabático a uma pressão de entrada de 0,62 MPa.

[00122] O efluente oriundo do primeiro reator adiabático sai desse primeiro reator a uma temperatura de 318°C e é em seguida introduzido em um forno, de maneira que a temperatura de entrada desse efluente nesse segundo reator adiabático seja de 405°C. Esse efluente apresenta uma pressão de entrada nesse segundo reator de 0,53 MPa.

[00123] O efluente oriundo do segundo reator adiabático sai desse segundo reator adiabático a uma temperatura de 380°C e a uma pressão de 0,50 MPa.

[00124] Os dois reatores adiabáticos contêm, cada um, uma camada fixa de catalisador de desidratação, esse catalisador sendo idêntico nos dois reatores e idêntico àquele utilizado no exemplo 1.

[00125] As condições de temperatura e de pressão dos fluxos que entram nos reatores adiabáticos e saem deles da etapa c) são dados na tabela 6. Tabela 6: condições operacionais da etapa c) de desidratação

[00126] A conversão da carga de etanol ao final da etapa c) é de 99,4 %. Etapa d)

[00127] O efluente oriundo do segundo reator adiabático da etapa c) sofre em seguida as duas trocas de calor anteriormente descritas e é enviado em uma coluna de separação gás/líquido. Um efluente que compreende um etileno a uma pressão igual a 0,39 MPa é separado, assim como um efluente que compreende a água. Essa separação é realizada pela utilização de uma coluna de separação gás/líquido, com reciclagem da água produzida no fundo da coluna em direção à cabeça de coluna, após resfriamento e injeção de agente neutralizante.

[00128] O efluente que compreende o etileno sofre em seguida vantajosamente uma compressão para subir sua pressão a 2,78 MPa, antes de sua purificação final. O etileno separado não é reciclado no primeiro ou no segundo reator adiabático. Etapa e)

[00129] Um fluxo de água purificada e um fluxo de etanol não convertido assim como um fluxo contendo os gases leves são em seguida separados por destilação clássica à baixa pressão da água bruta. Etapa f)

[00130] Uma parte do fluxo de etanol não convertido é reciclada a montante da etapa a) de vaporização.

[00131] Os diferentes fluxos, em kg / h, são informados nas tabelas 7 e 8: Tabelas 7 e 8: composição dos principais fluxos.

[00132] A seletividade do processo em etileno é de 97%. Ela é cal- culada da mesma forma que para um exemplo 1.

[00133] O balanço energético do esquema, segundo exemplo 1, de acordo com a invenção, é informado na tabela 9: Tabela 9: Balanço energético

[00134] A estimativa do consumo em energia primária foi realizada utilizando-se as mesmas bases que para o esquema 1.

[00135] O esquema, de acordo com o exemplo 2, conforme a invenção, apresenta um consumo em energia primária equivalente ou consumo específico de 6 GJ equivalente por tonelada de etileno produzido.

Exemplo 3: comparativo

[00136] O exemplo 3 ilustra um processo, no qual a reação de desidratação é utilizada em um reator adiabático e no qual a carga, em mistura com um fluxo de etanol não convertido, é introduzida à baixa pressão na etapa a) de vaporização e essa mistura, vaporizada, na saída do trocador, não sofre etapa b) de compressão. Nesse exemplo o etileno separado não é reciclado nesse reator adiabático contendo o catalisador de desidratação.

[00137] A mesma carga de etanol pré-tratada que aquela utilizada no exemplo 1 é introduzida com um fluxo de 160 618 kg / h em um trocador a uma pressão igual a 0,65 MPa, em mistura com 132 kg/h de etanol não convertido oriundo da etapa e). A mistura da carga de etanol com o etanol não convertido é perfeitamente vaporizada por troca de calor entre essa mistura e o efluente oriundo do reator adiabático. Só uma parte da entalpia de condensação da fase aquosa do efluente pode ser utilizada para vaporizar em parte essa mistura da carga de etanol com etanol não convertido. Assim, só 33,3% em peso dessa mistura são vaporizados e só 12% do efluente aquoso se acham condensados, o que corresponde a uma quantidade de calor trocada de 31,8 MW. A fim de vaporizar na totalidade essa mistura, uma quanti-dade de calor suplementar de 58,2 MW deve ser fornecida por uma fonte de calor externa: essa mistura parcialmente vaporizada é, em seguida, vaporizada totalmente em um trocador de tipo evaporador, utilizando o vapor como fluido portador de calor.

[00138] Essa mistura parcialmente vaporizada, depois evaporada nesse trocador de tipo evaporador, é, em seguida, introduzida em um forno, de maneira a levá-la a uma temperatura de entrada nesse reator adiabático compatível com a temperatura da reação de desidratação, isto é, a uma temperatura de 500°C.

[00139] Essa carga vaporizada e aquecida é introduzida no reator adiabático a uma pressão de entrada de 0,53 MPa.

[00140] O reator adiabático contém uma camada fixa de catalisador de desidratação, esse catalisador sendo idêntico àquele utilizado no exemplo 1.

[00141] As condições de temperatura e de pressão nesse reator adiabático são as seguintes: Tabela 10: Condições operacionais da etapa c) de desidratação

[00142] A conversão da carga de etanol é de 99,4%.

[00143] O efluente oriundo do reator adiabático da etapa c) sofre, em seguida, a troca de calor anteriormente descrita: ele é resfriado até 144°C e deverá ser resfriado em um trocador utilizando um fluido fri- goportador externo para atingir 117°C, antes de ser enviado em uma coluna de separação gás/líquido. Esse trocador é um resfriador que funciona à água. Uma quantidade de calor de 68 MW deverá ser assim trocada entre o efluente do reator e o fluido frigo portador. Um efluente que compreende etileno a uma pressão igual a 0,38 MPa é separado assim como um efluente que compreende a água. Essa separação é realizada pela utilização de uma coluna de separação gás/líquido, com reciclagem da água produzida no fundo da coluna em direção à cabeça de coluna, após resfriamento e injeção de agente neutralizante.

[00144] O efluente que compreende o etileno sofre, em seguida, vantajosamente uma compressão para subir sua pressão a 2,78 MPa, antes de sua purificação final. O etileno separado não é reciclado nesse reator adiabático.

[00145] Um fluxo de água purificada e um fluxo de etanol não convertido, assim como um fluxo contendo os gases leves são em seguida separados por destilação clássica à baixa pressão da água bruta.

[00146] Uma parte do fluxo do etanol não convertido é reciclada a montante da etapa a) de vaporização.

[00147] Os diferentes fluxos, em kg/h, são informados nas tabelas 11 e 12:

[00148] A seletividade do processo em etileno é de 97%. Ela é calculada da mesma forma que para o exemplo 1.

[00149] O balanço energético do esquema, segundo o exemplo 3, não de acordo com a invenção, é informado na tabela 13.

[00150] A estimativa do consumo em energia primária foi realizada, utilizando-se as mesmas bases que para o esquema 1, considerando- se, além disso, uma eficácia de 0,9 sobre a produção de vapor.

[00151] Esse esquema 3 apresenta um consumo em energia primária equivalente ou consumo específico, de 15,2 GJ equivalente por tonelada de etileno produzido. A vaporização da carga em mistura com um fluxo de etanol não convertido e um fluxo de água purificado, realizado no esquema 1 do exemplo 1, segundo a presente invenção , à baixa pressão, permite reduzir, de forma notável, o consumo em energia primária equivalente: o esquema 1 apresentava um consumo em energia primária de 6 GJ equivalente por tonelada de etileno.

Exemplo 4: comparativo

[00152] O exemplo 4 ilustra um processo, no qual a reação de desidratação é aplicada em um reator adiabático e no qual a carga, em mistura com um fluxo de etanol não convertido é introduzida na etapa a) de vaporização e essa mistura, vaporizada, na saída do trocador não sofre etapa b) de compressão.

[00153] O exemplo 4 é baseado no fato de uma parte do efluente oriundo do reator adiabático, compreendendo o etileno e a água, é co m- primido e reciclado na entrada do primeiro reator, isto com a finalidade de reciclar uma parte do fluido portador de calor que é a água diretamente sob a forma de vapor, sem condensação ou revaporização. Essa reciclagem contém, todavia, o etileno e, em consequência, reações secundárias de oligomerização, de transferência de hidrogênio e de despro porei o nação das olefinas vão ocorrer em quantidade mais importantes sobre o reator, levando a uma perda global de produção de etileno sobre o reator e, portanto, a uma baixa da seletividade em etileno.

[00154] Uma carga a 35 % em peso de etanol pré-tratada é introduzida à razão de 121 508 kg/h em um trocador a uma pressão iguala a 0,65 MPa, em mistura com 128 kg/h de etanol não convertido. Nesse exemplo, a reciclagem de uma parte do efluente do reator contendo a água em direção à entrada do reator permite assegurar uma taxa de diluição do etanol em entrada de reator comparável aos exemplos precedentes. Essa mistura da carga de etanol e do fluxo de etanol não convertido é parcialmente vaporizado por troca de calor com o efluente oriundo do reator adiabático. Só uma parte da entalpia de condensação da fase aquosa do efluente pode ser utilizada para vaporizar em parte essa mistura. Assim, só 38,4 % em peso dessa mistura são vaporizados e só 22,9 % em peso do efluente aquoso são condensados, o que corresponde a uma quantidade de calor trocada de 34,5 MW.

[00155] Essa mistura parcialmente vaporizada é em seguida misturada com uma parte do efluente oriundo do reator adiabático, compreendendo o etileno e a água, previamente comprimida, cujo fluxo é de 49 765 kg/h. O fornecimento de calor ligado a esse efluente reciclado e comprimido não basta para vaporizar toda a mistura da carga de etanol em mistura com o etanol não convertido: 68 % em peso dessa mistura são vaporizados. A fim de vaporizar totalmente essa mistura, é necessário fornecer 31,5 MW suplementar por uma fonte de calor externo: essa mistura parcialmente vaporizada é em seguida vaporizada totalmente em um trocador de tipo evaporador, utilizando o vapor como fluido portador de calor.

[00156] Essa mistura vaporizada e aquecida nesse trocador de tipo evaporador é, em seguida, introduzido em um forno, de maneira a leva-la a uma temperatura de entrada nesse reator adiabático compatível com a temperatura da reação de desidratação, isto é, a uma temperatura de 490°C.

[00157] Essa carga vaporizada e aquecida é introduzida no reator adiabático a uma pressão de entrada de 0,53 MPa.

[00158] O reator adiabático contém uma camada fixa de catalisador de desidratação, esse catalisador sendo idêntico àquele utilizado no exemplo 1.

[00159] As condições de temperatura e de pressão nesse reator adiabático são as seguintes: Tabela 14: condições operacionais

[00160] A conversão da carga de etanol é de 99,5 %.

[00161] O efluente oriundo do reator adiabático sofre em seguida a troca de calor anteriormente descrito é resfriado até a 117°C por uma fonte externa, antes de ser enviado em uma coluna de separação gás/líquido. Esse trocador pode ser um resfriado que funciona à água. Uma quantidade de calor de 37,3 MW deverá ser assim trocada entre o efluente do reator e o fluido frigoportador. Um efluente que compreende o etileno a uma pressão igual a 0,43 MPa é separado, assim como um efluente que compreende a água. Essa separação é realizada pela utilização de uma coluna de separação gás/líquido, com reciclagem da água produzida no fundo de coluna em direção à cabeça de coluna, após resfriamento e injeção de agente neutralizante.

[00162] O efluente que compreende o etileno sofre em seguida van-tajosamente uma compressão para subir sua pressão a 2,78 MPa, antes de sua purificação final. O etileno separado não é reciclado nesse reator adiabático.

[00163] Um fluxo de água purificada e um fluxo de etanol não convertido, assim como um fluxo contendo os gases leves são em seguida separados por destilação clássica à baixa pressão da água bruta.

[00164] Um fluxo de etanol não convertido é reciclado a montante da etapa a) de vaporização.

[00165] Os diferentes fluxos, em Kg/h, são informados na tabela 15.

[00166] A seletividade do processo em etileno é de 89 %. Ela é calculada da mesma forma que para o exemplo 1. Observa-se a perda de seletividade ligada à reciclagem do efluente oriundo do reator adiabático, compreendendo o etileno e a água, os precedentes esquemas que não utilizam reciclagem desse efluente que compreende o etileno, permitindo obter uma seletividade em etileno de 97 %.

[00167] O balanço energético do esquema, segundo o exemplo 4, não d acordo com a invenção é informado na tabela 16:

[00168] A estimativa do consumo em energia primária foi realizada, utilizando as mesmas bases que para o esquema 1, considerando-se, além disso, uma eficácia de 0.9 sobre a produção de vapor. 43/43

[00169] Esse esquema 4 apresenta um consumo em energia primária equivalente ou consumo específico de 13,5 GJ equivalente por tonelada de etileno produzido. A vaporização da carga em mistura com um fluxo de etanol não convertido, realizada no esquema 1 do exemplo 1, segundo a presente invenção , à baixa pressão, permite reduzir, de forma notável, o consumo em energia primária equivalente: o esquema 1 apresentava um consumo em energia primária de 6 GJ equivalente por tonelada de etileno.

Claims

1. Processo de desidratação de uma carga de etanol, com-preendendo uma percentagem mássica em etanol compreendida entre 2 e 55 % em peso, em etileno, caracterizado por compreender: a) a vaporização dessa carga de etanol diluída em um trocador, graças a uma troca de calor com o efluente oriundo do último reator, essa carga de etanol sendo introduzida nessa etapa de vaporização a uma pressão inferior à pressão do efluente oriundo do último reator; b) a compressão dessa carga vaporizada em um compressor; c) a introdução dessa carga vaporizada e comprimida, a uma temperatura de entrada compreendida entre 350 e 550°C e a uma pressão de entrada compreendida entre 0,3 e 1,8 MPa, em pelo menos um reator adiabático, contendo pelo menos um catalisador de desidratação e no qual a reação de desidratação ocorre, d) a separação do efluente oriundo do último reator adiabático da etapa c) em um efluente, compreendendo o etileno a uma pressão inferior a 1,6 MPa e um efluente compreendendo a água; e) a purificação de pelo menos uma parte do efluente com-preendendo a água oriunda da etapa d) e a separação de pelo menos um fluxo de etanol não convertido e pelo menos um fluxo de água purificada, sem qualquer reciclagem desse fluxo de água purificada a montante da etapa a).

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que essa carga de etanol é uma carga de etanol produzida a partir de fonte renovável oriunda da biomassa ou oriunda dos dejetos contendo componentes hidrocarbonados ou carbo-hidratados.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que essa carga de etanol compreende uma percen- tagem mássica em etanol compreendida entre 2 e 35 % em peso.

4. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos um fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e) de purificação do efluente que compreende a água é também introduzido no trocador da etapa a) de vaporização.

5. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que essa carga de etanol é também introduzida nessa etapa a) de vaporização a uma pressão compreendida entre 0,1 e 1,4 MPa.

6. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a pressão da carga de etanol, vaporizada e comprimida da etapa b) de compressão, está compreendida entre 0,3 e 1,8 MPa.

7. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que essa carga de etanol, vaporizada e comprimida oriunda da etapa b) de compressão, é aquecida em um trocador do tipo monofásico de gás, graças a uma troca de calor com o efluente oriundo do último reator adiabático da etapa c).

8. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o efluente oriundo do último reator adiabático da etapa c) apresenta na saída do último reator adiabático da etapa c) uma temperatura compreendida entre 270 e 450°C.

9. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o efluente oriundo do último reator adiabático da etapa c) apresenta na saída do último reator adiabático da etapa c) uma pressão compreendida entre 0,2 e 1,6 MPa.

10. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que na etapa c) a reação de desidratação é realizada em um ou dois reatores.

11. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que na etapa c) a reação de desidratação é realizada em reatores com camada fixa, caracterizado por uma corrente descendente ou ascendente.

12. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a etapa c) na qual a reação de desidratação ocorre, é realizada em pelo menos um reator com camada fixa ou camada caracterizado por uma corrente radial.

13. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que esse catalisador de desidratação utilizado na etapa c) é um catalisador de ácido amorfo ou um catalisador de ácido zeolítico.

14. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte desse fluxo de etanol não reagido oriundo da etapa e) é reciclada e misturada à carga de etanol a montante da etapa a) de vaporização dessa carga.