BR112015011707B1

BR112015011707B1 - processo de desidratação do etanol em etileno de baixo consumo energético

Info

Publication number: BR112015011707B1
Application number: BR112015011707-4A
Authority: BR
Inventors: Vincent Coupard; Natacha Touchais; Thomas Plennevaux; Emilie Kobel; Stephanie FLEURIER; Walter Vermeiren; Delphine Minoux; Philip DE SMEDT; Cindy Adam; Nikolai Nesterenko
Original assignee: IFP Energies Nouvelles; Total Research & Technology Feluy
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2020-12-01
Also published as: CN104981447B; KR102114515B1; UA116224C2; RU2015125580A; WO2014083260A1; RU2641105C2; US20150299068A1; JP2015535528A; FR2998568A1; ES2623488T3; EP2925706A1; JP6186444B2; CN104981447A; EP2925706B1; FR2998568B1; PL2925706T3; CA2891127A1; DK2925706T3; US9663414B2; BR112015011707A2

Abstract

PROCESSO DE DESIDRATAÇÃO DO ETANOL EM ETILENO DE BAIXO CONSUMO ENERGÉTICO. A presente invenção refere-se a um processo de desidratação de uma carga de etanol em etileno, compreendendo: a) uma etapa de pré-aquecimento dessa carga de etanol por troca de calor com o efluente oriundo da etapa e);b) uma etapa de pré-tratamento da carga de etanol, de maneira a produzir uma carga de etanol pré-tratada; c) uma etapa de vaporização de uma carga de vaporização compreendendo essa carga de etanol pré-tratada e pelo menos uma parte do fluxo de água tratada reciclada segundo a etapa h) em um trocador, de maneira a produzir uma carga vaporizada; d) uma etapa de compressão dessa carga vaporizada, de maneira a produzir uma carga comprimida; e) uma etapa de desidratação dessa carga comprimida em pelo menos um reator adiabático; f) uma etapa de separação do efluente oriundo do último reator adiabático da etapa e) em um efluente que compreende o etileno e um efluente compreendendo a água; g) uma etapa de purificação de pelo menos uma parte do efluente compreendendo a água oriunda da etapa f) e a separação de pelo menos um fluxo de água tratada e (...).

Description

PROCESSO DE DESIDRATAÇÃO DO ETANOL EM ETILENO DE BAIXO CONSUMO ENERGÉTICO

Campo da Invenção

[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.

Antecedentes da Técnica

[002] A reação de desidratação do etanol em etileno é conhecida e detalhada a partir do fim do século XIX. The deshydratation of Al-cohhols over Alumia. I: the reaction scheme. H. Knozinger, R. Köhne, Journal of Catalysis (1966), 5, 264-270 é considerada como a publicação de base a respeito dos trabalhos de desidratação dos álcoois, dos quais o etanol. 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 em um reator adiabático é de 380 °C. À mais baixa temperatura, o etanol é convertido em dietil éter (DEE). Esse "intermediário" de reação pode estar presente em processos de desidratação do etileno nas quais a conversão é parcial ou entre dois reatores em processos multi-reatores. O DEE pode em seguida ser convertido em etileno à mais alta temperatura. O catalisador de referência frequentemente utilizado é um catalisador monofuncional ácido, a alumina gama sendo o catalisador o mais citado. As zeolitas são também utilizadas para essa aplicação, em particular a ASM5, a partir dos anos 80, como, por exemplo, em "Reaction of etanol over 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 d'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 as conversões desejadas. 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 oligomerização, de transferência de hidrogênio e de desproporcionação das olefinas que são reações de ordem superior a 0 em relação a 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 se traduz por uma baixa da seletividade.

[004] O pedido de patente WO 2007/134415 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 a um cisto operacional reduzido, graças à não utilização de vapor d'água externo ao processo. Nesse processo, pelo menos uma parte do efluente do reator de desidratação (mistura do etileno produzido e de vapor d'água) e vapor d'água superaquecido obtido a partir da água reduzida pela desidratação do etanol e condensada no reator, são utilizados como fluido portador de calor e entram no reator de desidratação em mistura com o etanol. 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 pressão 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, podendo sofrer após resfriamento 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 carga que entre no primeiro reator. O etanol não convertido, 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] O pedido de patente WO 2011/002699 divulga um processo de desidratação de uma carga de etanol em etileno compreendendo a vaporização de uma mistura de etanol e de água, e a reação dessa mistura em um reator adiabático. Esse pedido não endereça o problema da maximização da recuperação de calor, visando reduzir o consumo energético do processo.

[007] Um objetivo da invenção é de fornecer um processo de desidratação do etanol em etileno, no qual a carga de etanol é pré-tratada com o auxílio de um sólido ácido, a fim de limitar a quantidade de nitrogênio orgânico, que reduz a duração de vida do catalisador, e converter parcialmente o etanol em DEE.

[008] Um objetivo da invenção é de 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, e não necessitando de nenhum fluido portador de calor externo a esse processo.

Sumário e interesse da invenção

[009] A invenção descreve um processo de desidratação de uma carga de etanol em etileno compreendendo, em particular, uma etapa de pré-tratamento que reduz a taxa de nitrogênio orgânico ou básico contido nessa carga e converte uma fração do etanol em DEE, e uma etapa de vaporização da carga de etanol pré-tratada, em mistura com pelo menos uma parte de um fluxo de água tratada reciclada, em um trocador, graças a uma troca de calor com o efluente oriundo do último reator de desidratação.

[0010] Essa invenção apresenta a vantagem, em relação aos processos da técnica anterior, de aumentar o tempo de ciclo do catalisador de desidratação do etanol, aprisionando as impurezas catiônicas ou aniônicas, as impurezas básicas, complexantes, quelantes, as impurezas inorgânicas ou orgânicas, como, por exemplo, o nitrogênio presente na carga sob a forma básica, por exemplo, sob a forma de amoníaco e/ou espécies orgânicas e básicas, por exemplo sob a forma de amina, amida, imina ou nitrila, quando da etapa de pré-tratamento. O aprisionamento dos compostos nitrogenados tem, em particular, por efeito de melhorar a atividade dos catalisadores ácidos utilizados em desidratação.

[0011] A presente invenção apresenta também 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 de desidratação, 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.

[0012] A requerente descobriu que, de maneira surpreendente, essa etapa de pré-tratamento realizada em condições operacionais, de acordo com a invenção, chegava à conversão parcial de etanol em DEE e permitia diminuir significativamente o consumo energético da produção de etileno.

Descrição da invenção

[0013] A invenção refere-se a um processo de desidratação de uma carga de etanol em etileno compreendendo:

[0014] uma etapa de pré-aquecimento dessa carga de etanol a uma temperatura compreendida entre 100 e 130 °C por troca de calor com o efluente oriundo da etapa e);

[0015] uma etapa de pré-tratamento da carga de etanol sobre um sólido ácido que opera a uma temperatura compreendida entre 100 e 130°C, de maneira a produzir uma carga de etanol pré-tratada;

[0016] uma etapa de vaporização de uma carga de vaporização compreendendo essa carga de etanol pré-tratada e pelo menos uma parte do fluxo d'água tratada reciclada segundo a etapa h) em um trocador graças a uma troca de calor com o efluente oriundo do último reator da etapa e), essa carga de vaporização sendo introduzida nessa etapa de vaporização a uma pressão compreendida entre 0,1 e 1,4 MPa, de maneira a produzir uma carga vaporizada,

[0017] uma etapa de compressão dessa carga vaporizada em um compressor, de maneira a produzir uma carga comprimida;

[0018] uma etapa de desidratação dessa carga comprimida em pelo menos um reator adiabático, contendo pelo menos um catalisador de desidratação e no qual a reação de desidratação ocorre, operando 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;

[0019] uma etapa de separação do efluente oriundo do último reator adiabático da etapa e) em um efluente que compreende o etileno a uma pressão inferior a 1,6 MPa e um efluente compreendendo a água;

[0020] uma etapa de purificação de pelo menos uma parte do efluente compreendendo a água oriunda da etapa f) e a separação de pelo menos um fluxo de água tratada e de pelo menos um fluxo de etanol não convertido;

[0021] uma etapa de reciclagem de pelo menos uma parte do fluxo d'água tratada oriundo da etapa g) a montante da etapa c).

Carga

[0022] De acordo com a invenção, a carga tratada no processo de desidratação é uma carga de etanol.

[0023] Essa carga de etanol é vantajosamente uma carga de etanol concentrada. Entende-se por carga de etanol concentrada uma carga de etanol que compreende uma percentagem mássica em etanol superior ou igual a 35% em peso. De preferência, essa carga de etanol concentrada compreende uma percentagem mássica em etanol compreendida entre 35 e 99,9% em peso.

[0024] A carga de etanol compreendendo menos de 35% em peso de etanol pode ser concentrada por quaisquer meios conhecidos do Técnico, por exemplo, por destilação, por absorção, por pervaporação.

[0025] Essa carga de etanol compreende também vantajosamente, além da água, um teor em álcoois, diferentes do etanol, tais como, por exemplo, o metanol, o butanol, e/ou o isopentanol inferior a 10% em peso, e, de preferência, inferior a 5% em peso, um teor em compostos oxigenados diferentes dos álcoois, tais como, por exemplo, os ésteres, os ácidos, as cetonas, os aldeídos e/ou os ésteres inferior a 1% em peso e um teor em nitrogênio e em enxofre, orgânico e mineral, inferior a 0,5% em peso, as percentagens em peso sendo expressas em relação à massa total dessa carga.

[0026] A carga de etanol trata 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, do gás natural ou dos dejetos carbonados.

[0027] 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 oriunda da biomassa, frequentemente denominada "bioetanol". O bioetanol é uma carga produzida por via biológica, de preferência, por fermentação de açúcares oriundos, por exemplo, das culturas de plantas açucareiras como a cana-de-açúcar (sacarose, glicose, frutose, e sacarose), beterrabas, ou ainda das plantas amiláceas (amido) ou da biomassa lignocelulósica ou de celulose hidrolisa-da (glicose majoritária e xilose, galactose), contendo quantidades variáveis de água.

[0028] Para uma descrição mais completa dos processos fermen-tários clássicos, pode-se se reportar à obra "Os biocarburantes, Estado dos locais, perspectivas e apostas do desenvolvimento, Daniel Bal-lerini, Edições Technip".

[0029] Essa carga pode também vantajosamente ser obtida a partir de gás de síntese.

[0030] Essa carga pode também vantajosamente também ser obtida por hidrogenação dos ácidos ou ésteres correspondentes. Nesse caso, o ácido acético ou os ésteres acéticos são vantajosamente hi-drogenados como auxílio de h em etanol. O ácido acético pode vantajosamente ser obtido por carbonilação do metanol ou por fermentação dos carbo-hidratos.

[0031] 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.

Etapa a) de pré-aquecimento

[0032] De acordo com a invenção, a carga de etanol sofre uma etapa a) de pré-aquecimento em um trocador de calor, de maneira a produzir uma carga de etanol preaquecida, graças a uma troca de calor com o efluente oriundo da etapa e) de desidratação para levá-la nas condições de temperatura requeridas, entre 100 e 130 °C, preferencialmente entre 110 e 130 °C, para a etapa b) de pré-tratamento. A pressão da carga de etanol é ajustada de tal maneira que esta permanece líquida no final da etapa a) de pré-aquecimento, a um vapor compreendida entre 0.1 e 3 MPa.

Etapa b) de pré-tratamento

[0033] De acordo com a invenção, a carga de etanol preaquecida sofre uma etapa b) de pré-tratamento, de maneira a produzir uma carga de etanol pré-tratada. Essa etapa de pré-tratamento permite eliminar os compostos nitrogenados presentes nessa carga preaquecida, de maneira limitar a desativação do catalisador de desidratação colocado a jusante.

[0034] Essa etapa b) de pré-tratamento é utilizada sobre um sólido ácido, de preferência uma resina ácida, e a uma temperatura compreendida entre 100 e 130 °C e , preferencialmente entre 110 e 130 °C.

[0035] Essa etapa b) de pré-tratamento permite eliminar as impurezas, básicas e/ou orgânicas, e as espécies catiônicas, a fim de se obter uma carga de etanol pré-tratada respondendo ao nível de impurezas compatíveis como catalisador de desidratação.

[0036] O pré-tratamento sobre o sólido ácido nas condições operacionais, de acordo com a invenção, permite converter entre 3% em peso e 20% em peso, preferencialmente entre 8 e 12% em peso do etanol presente nessa carga em DEE, a percentagem em peso sendo determinada em relação ao peso total de etanol presente nessa carga em entrada da etapa b) de pré-tratamento.

[0037] O sólido ácido compreende todos os sólidos ácidos conhecidos pelo Técnico: sílica-aluminas, argilas ácidas, zeolitas, zircônios sulfatados, resinas ácidas, etc.. O essencial é que o sólido ácido possui uma capacidade de troca elevada para captar o máximo possível as espécies básicas e catiônicas e uma força de acidez suficientemente elevada par efetuar a transformação parcial do etanol em DEE.

[0038] Sólidos ácidos que estão comumente disponíveis comercialmente estão as argilas tratadas com ácidos para torná-las ácidas (como a montmorilonita) e as zeolitas, tendo uma relação sílica sobre alumina na rede cristalino de 2.5 a 100 molar. As resinas ácidas compreendem grupos sulfônicos, enxertadas sobre um suporte orgânico composto de cadeias aromáticas e/ou haloalifáticas. De preferência, os sólidos ácidos possuem uma capacidade de troca de pelo menos de 0,1 mmol H+ equivalente por grama.

[0039] A resina ácida compreende grupos sulfônicos ácidos e é preparada por polimerização ou co-polimerização de grupo vinílicos aromáticos seguida de uma sulfonação, esses grupos vinílicos aromáticos sendo escolhidos dentre o estireno, o vinila tolueno, o vinila nafta-leno, o vinila etila benzeno, o metila estireno, o vinila cloro benzeno e o vinila xileno, essa resina apresentando uma taxa de reticulação compreendida entre 20 e 35%, de preferência entre 25 e 35% e de maneira preferida igual a 30% e uma força ácida dosada por potenciometria, quando da neutralização por uma solução de KOH, de 0,2 a 6 mmol H+ equivalente por grama e, de preferência, entre 0,2 e 2,5 mmol H+ equivalente por grama.

[0040] Essa resina trocadora de íons ácido contém entre 1 e 2 grupos sulfônicos terminais por grupo aromático. Seu tamanho está compreendido entre 0,15 e 1,5 mm. Por tamanho da resina, entende-se o diâmetro da esfera menor, englobando a partícula de resina. Medem-se as classes de tamanho de resina por peneiramentos sobre peneiras adaptadas, conforme uma técnica conhecida do técnico.

[0041] Uma resina preferida é uma resina constituída por copolímeros de monovinila aromáticos e polivinila aromáticos, e de maneira muito preferida, de copolímero de di-vinila benzeno e de poliestireno apresentando uma taxa de reticulação compreendida entre 20 e 45%, de preferência entre 30 e 40%, e, de maneira preferida, igual a 35% e uma força ácida, representando o números de locais ativos dessa resina, dosada por potenciometria, quando da neutralização por uma solução de KOH, compreendido entre 1 e 10 mmol H+ equivalente por grama e, de preferência, compreendido entre 3,5 e 6mmol H+ equivalente por grama. Por exemplo, a resina é uma resina TA801 vendida por sociedade Axens.

[0042] Os sólidos ácidos podem ser regenerados de tempos em tempos uma vez que a capacidade de troca é quase saturada pela ad-sorção das espécies básicas e catiônicas in situ ou ex-situ, No caso dos sólidos ácidos inorgânicos como as argilas e zeolitas, a regeneração pode consistir em um simples aquecimento à alta temperatura, a fim de dessorver as espécies básicas em presença de um fluxo inerte ou contendo o oxigênio. Os cátions podem ser coletados por troca iô-nica. As resinas ácidas podem ser regeneradas por troca iônica, tipicamente por um tratamento com um ácido em fase líquida. Os sólidos ácidos podem também ser utilizados uma vez até a saturação e substituídos por sólido virgem.

[0043] O sólido ácido pode ser utilizado sozinho ou em mistura com outros tipos de sólidos ácidos. Misturas de diferentes sólidos ácidos ou sequências de sólidos ácidos podem ser utilizados, a fim de otimizar a capacidade de adsorver as espécies básicas e catiônicas, e a capacidade de transformar perfeitamente o etanol em DEE.

[0044] O pré-tratamento descrito acima pode vantajosamente ser completado por um pré-tratamento, utilizando uma resina trocadora de ânion. Essa resina pode, por exemplo, ser uma resina carregada em sódio, ou trimetil amônio caracterizada por uma capacidade de troca medida em mg(OH)/litro. Essa resina pode, por exemplo, ser a resina Amberlite IRN78. Essa resina suplementar permite se reter os íons sulfatos SO42-, a fim de prolongar a vida do catalisador.

Etapa c) de vaporização

[0045] Denomina-se carga de vaporização a mistura que compreende essa carga de etanol pré-tratada e pelo menos uma parte do fluxo de água tratada reciclada, segundo a etapa h) de reciclagem.

[0046] De preferência, essa carga de vaporização compreende também pelo menos um fluxo de etanol não convertido oriundo da etapa g) de purificação do efluente que compreende a água.

[0047] De acordo com a invenção, o processo de desidratação compreende uma etapa c) de vaporização dessa carga de vaporização, de maneira a produzir uma carga vaporizada. Essa vaporização é realizada, graças a uma troca de calor com o efluente oriundo da etapa e) de desidratação em um trocador de calor.

[0048] De preferência, essa carga de vaporização é introduzida nessa etapa c) de vaporização a uma pressão inferior à pressão do efluente oriundo da etapa e) de desidratação.

[0049] A pressão dessa carga de vaporização a montante da etapa c) de vaporização, critério essencial da presente invenção, é vantajosamente escolhida a mais alta possível, de forma que o desvio de temperatura no trocador de calor entre o efluente oriundo da etapa e) de desidratação que se condensa e essa carga de vaporização que se evapora é pelo menos superior ou igual a 2°C, e de preferência pelo menos superior ou igual a 3°C , de maneira a maximi zar a troca de calor entre essa carga de vaporização e esse efluente oriundo da etapa e) de desidratação.

[0050] Denomina-se abordagem térmica esse desvio de temperatura no trocador de calor.

[0051] De maneira surpreendente, à pressão determinada, a temperatura de vaporização da carga de vaporização é reduzida em relação àquela de uma carga obtida por um encadeamento que não compreenderia a etapa b) de pré-tratamento. Para uma temperatura de condensação do efluente da etapa e) de desidratação determinada e uma abordagem térmica fixada, pode-se, portanto, ajustar a pressão a montante da etapa c) de vaporização em um valor mais elevado que o que teria sido em um encadeamento que não compreende a etapa b) de pré-tratamento.

[0052] O ajuste dessa pressão a montante da etapa c) de vaporização no valor o mais alto possível, nos limites determinados no parágrafo precedente, permite minimizar a energia necessária à compressão, quando da etapa d) de compressão do processo, de acordo com a invenção.

[0053] Essa carga de vaporização é introduzida nessa etapa de c) de vaporização a uma pressão compreendida entre 0,1 e 1,4 MPa, preferencialmente entre 0,2 e 0,6 MPa.

[0054] A introdução dessa carga de vaporização na etapa c) de vaporização nesse nível de pressão específico compreendido entre 0,1 e 1,4 MPa, preferencialmente entre 0,2 e 0,6 MPa, inferior à pressão do efluente na saída do último reator da etapa e) de desidratação, permite se beneficiar de um temperatura de vaporização dessa carga de vaporização inferior à temperatura de condensação do efluente oriundo do último reator adiabático. Assim, a maior parte do calor latente da fase aquosa do efluente oriundo do último reator adiabático é recuperada para vaporizar essa carga de vaporização, sem fornecimento de calor externo. A totalidade da entalpia de vaporização dessa carga de vaporização é, portanto, trocada com a entalpia de condensação desse efluente.

Etapa d) de compressão

[0055] De acordo com a invenção, essa carga vaporizada sofre uma compressão em uma etapa d) de compressão, de maneira a produzir uma carga comprimida. Essa etapa d) de compressão é vantajosamente utilizada em qualquer tipo de compressor conhecido do técnico. Em particular, a etapa d) de compressão é vantajosamente utilizada em um compressor de tipo compressor radial com multiplicador integrado ou em um compressor uma ou várias sopradoras com uma roda radial colocada em série sem resfriamento intermediário ou em um compressor de tipo volumétrico com ou sem lubrificação.

[0056] A etapa b) permitindo, de maneira surpreendente, operar a mais alta pressão a montante da etapa d), a taxa de compressão necessária na etapa d) é reduzida para atingir uma pressão determinada ao final dessa etapa d), reduzindo assim o consumo energético dessa etapa d).

[0057] A etapa d) de compressão permite realizar uma bomba a calor integrada a esse processo, utilizando os fluxos oriundos do processo, e não fazendo intervir fluido portador de calor externo.

[0058] A combinação das condições operacionais específicas da etapa c) e da etapa d) permite evitar o fornecimento de fluido portador de calor externo ao processo par assegurar a vaporização dessa carga de vaporização, recuperando a maior parte do calor latente da fase aquosa do efluente oriundo do último reator adiabático para vaporizar a carga de vaporização. Assim, só os fluxos oriundos do processo são utilizados.

[0059] A pressão dessa carga comprimida à saída da etapa d) de compressão é vantajosamente compreendida entre 0,3 e 1,8 MPa, preferencialmente entre 0,5 e 1,3 MPa. A pressão de saída dessa carga é suficientemente elevada para que a temperatura de condensação do efluente oriundo do último reator seja superior à temperatura de vaporização da carga que entra na etapa c), o que é uma condição necessária à realização da etapa c).

[0060] Essa carga comprimida oriunda da etapa d) de compressão é eventualmente aquecida a uma temperatura de saída compreendida entre 250 e 420°C, e, de preferência, compreendida entre 280 e 410°C e em um trocador de tipo monofásico gás, graças a uma troca de calor como efluente oriundo do último reator adiabático da etapa e). Nesse trocador de tipo monofásico gás, essa carga comprimida é superaquecida e o efluente oriundo, no estado gasoso, do último reator adiabático da etapa e) é "dessuperaquecido" sem ser condensado. A saída desse trocador de tipo monofásico gás, o efluente oriundo, no estado gasoso, do último reator adiabático da etapa e) apresenta vantajosamente uma temperatura compreendida entre 180 e 260°C.

[0061] Assim, a utilização dos diferentes trocadores, de tipo monofásico gás e evaporador gás/líquido, e o vaporizados, a uma pressão inferior à pressão do efluente na saída do ultimo reator, dessa carga de vaporização, permite a condensação de pelo menos 80% dos vapores de água presentes no efluente oriundo do último reator da etapa e) de desidratação.

[0062] Essa carga comprimida e eventualmente aquecida nesse trocador de tipo monofásico 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 com a temperatura da reação de desidratação. Esse trocador de tipo monofásico gás é um trocador de uma tecnologia conhecida do Técnico que permite minimizar as perdas de carga, tendo uma grande superfície de troca. Essa troca gás/gás à baixa pressão induz uma densidade de fluxo de calor fraco através da parede do trocador (coeficiente de baixa transferência), o que força a ter uma grande superfície de troca. Além disso, a perda de pressão deve ser minimizada, a fim de limitar a carga do compressor da etapa d). Por exemplo, esse trocador pode ser um trocador com placas pressurizadas em uma calandra, de tipo Packinox fornecido por Alphalavel.

Etapa e) de desidratação

[0063] De acordo com a invenção, essa carga comprimida e eventualmente aquecida sofre uma etapa e) de desidratação em pelo menos um reator adiabático, contendo pelo menos uma camada fixa de catalisador de desidratação e no qual a reação de desidratação ocorre.

[0064] A etapa e) de desidratação é vantajosamente realizada em um ou dois reatores.

[0065] No caso em que a etapa e) é utilizada em um reator adiabá-tico, essa carga, comprimida e eventualmente aquecida, é vantajosamente introduzida 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 1,9 MPa, e, de preferência, entre 0,4 e 0,8 MPa.

[0066] O efluente oriundo desse reator adiabático da etapa e) apresenta vantajosamente uma temperatura compreendida entre 270 e 450°C, e, de preferência, entre 340 e 430°C, e uma pressão de saída compreendida entre 0,2 e 1,6 MPa, e, de preferência, entre 0,3 e 0,8 MPa.

[0067] No caso em que a etapa e) é utilizada em dois reatores adiabáticos, essa carga 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 550°C, e a uma pressão de entrada compreendida entre 0,3 e 1,8 MPa, e, de preferência, entre 0,4 e 1,1 MPa.

[0068] 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 °C, e a uma pressão compreendida entre 0,3 e 1,7 MPa, e, de preferência, entre 0,3 e 1,0 MPa.

[0069] 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 e . Esse efluente apresenta uma pressão de entrada nesse segundo reator vantajosamente compreendida entre 0,3 e 1,7 MPa, e, de preferência, entre 0,3 e 0,9 MPa.

[0070] O efluente oriundo do segundo reator adiabático sai desse segundo reator adiabático a uma temperatura vantajosamente compreendida entre 270 e 450 °C, e, de preferência, entre 340 e 430 °C. A pressão de saída desse efluente oriundo do segundo reator adiabático está vantajosamente compreendida entre 0,2 e 1,6 MPa, e, de preferência, entre 0,3 e 0,8 MPa.

[0071] A temperatura de entrada do(s) reator(es) pode vantajosamente ser gradualmente aumentada para evitar a desativação do catalisador de desidratação.

[0072] A reação de desidratação que ocorre em pelo menos um reator adiabático da etapa e) do processo, de acordo com a invenção, opera vantajosamente a uma velocidade ponderal horário compreendida entre 0,1 e 20-1 e, de preferência, entre 0,5 e 15 h-1. A velocidade ponderal horária é definida como sendo a relação do fluxo mássico da carga de etanol pura sobre a massa de catalisador.

[0073] O catalisador de desidratação utilizado na etapa e) é um catalisador conhecido do técnico. Esse catalisador é, de preferência, um catalisador ácido amorfo ou um catalisador ácido zeolítico.

[0074] No caso em que o catalisador de desidratação utilizado na etapa e) é um catalisador zeolítico, esse catalisador compreende pelo menos uma zeolita escolhida dentre as zeolitas tendo pelo menos aberturas de poros, contendo 8, 10 ou 12 átonos de oxigênio (8 MR, 10 MR ou 12 MR). É conhecido, com efeito, definir o tamanho dos poros das zeolitas pelo número de átomos de oxigênio formando a seção anular dos canais das zeolitas, denominados "membre ring" ou MR em inglês. De maneira preferida, esse catalisador de desidratação zeolíti-ca compreende pelo menos uma zeolita apresentando um tipo estrutural escolhido dentre os tipos estruturais MFI, FAU, MOR, FER, SAPO, TON, CHA, EUO MEL E BEA. De preferência, esse catalisador de desidratação zeolítica compreende uma zeolita de tipo estrutural MFI, de maneira preferida, uma zeolita ZSM-5.

[0075] A zeolita utilizada no catalisador de desidratação utilizado na etapa e) do processo, de acordo com a invenção, pode vantajosamente ser modificada por desaluminação ou dessilicação, segundo qualquer método de desaluminação ou dessilicação conhecida do técnico.

[0076] A zeolita utilizada no catalisador de desidratação utilizado na etapa e) do processo , de acordo com a invenção, ou o catalisador final pode ser modificada por um agente de natureza a atenuar sua acidez total e a melhorar suas propriedades de resistência hidroter-mais. De preferência, essa zeolita ou esse catalisador compreende vantajosamente o fósforo, de preferência acrescentado sob a forma H3PO4 seguido de um tratamento ao vapor, após neutralização do excesso de ácido por um precursor básico, tais como, por exemplo, o cálcio Ca. De maneira preferida, essa zeolita compreende um teor em fósforo compreendida entre 1 e 4,5% em peso, de preferência entre 1,5 e 3,1% em peso em relação à massa total do catalisador.

[0077] De preferência, o catalisador de desidratação utilizado na etapa e) do processo, de acordo com a invenção, é o catalisador descrito nos pedidos de patente WO/2009/098262, WO/2009/098267, WO/2009/0982 68 ou WO/2009/098269.

[0078] No caso em que o catalisador de desidratação utilizado na etapa e) 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.

[0079] O catalisador de desidratação amorfo ou zeolítica utilizado na etapa e) do processo, de acordo com a invenção, pode vantajosamente também compreender pelo menos uma matriz de tipo óxido também denominada ligante. Entende-se por matriz, de acordo com a invenção, uma matriz amorfa, cristalizada, ou compreendendo partes amorfas e cristalizadas. Essa matriz é vantajosamente escolhida dentre os elementos do grupo formado pelas argilas (tais como, por exemplo, dentre as argilas naturais tais como o caulim ou a bentonita), a magnésia, as aluminas, as sílicas, as sílica-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, utilizados sozinhos ou em mistura. De preferência, essa matriz é escolhida dentre os elementos do grupo formado pelas aluminas, pelas sílicas e pelas argilas.

[0080] Esse catalisador de desidratação utilizado na etapa e) 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 poliloba-dos, tais como bilobados, trilobados, polilobados de forma 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.

[0081] Esse catalisador de desidratação utilizado na etapa e) do processo, de acordo com a invenção, é vantajosamente utilizado em pelo menos um reator, em camada fixa ou em camada móvel.

[0082] Na etapa e) do processo, de acordo com a invenção, os catalisadores utilizados e as condições operacionais são escolhidos, de maneira a maximizar a produção de etileno. As reações globais de desidratação utilizadas na etapa e) do processo, de acordo com a invenção, são as seguintes:
2 C2H5OH ➝ 2 CH2=CH2 + 2 H2O
CH3CH2OCH2CH3 ➝2 CH2=CH2 + H2O

[0083] A conversão da carga de etanol na etapa e) é superior a 90%, de preferência 95% e, de maneira preferida, superior a 99%.

[0084] Uma conversão inferior a 90% tem por efeito diminuir o rendimento global do processo, uma quantidade mais importante de DEE não convertido em etileno sendo perdida nas etapas de separação a jusante.

[0085] A conversão da carga de etanol é definida, em percentagem, pela seguinte fórmula:

[0086] [1- (massa horária de etanol na saída/massa horária de etanol na entrada)] x 100.

[0087] A massa horária de etanol na entrada e na saída é medida, de maneira clássica, por exemplo por cromatografia.

[0088] A etapa e) 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 e) do processo, de acordo com a invenção, a transformação da carga é acompanhada da desativação do catalisador de desidratação por coquefação e/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 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 contendo o nitrogênio e o enxofre, contidas na superfície e no meio desse catalisador de desidratação. A etapa b) de pré-tratamento utilizada nessa invenção permite reduzir a quantidade de impurezas, básicas e orgânicas, assim como as espécies catiônicas que vão vir alterar a duração de ciclo do catalisador. A eliminação das espécies permite assim limitar o número de regeneração do catalisador.

[0089] A regeneração do catalisador de desidratação utilizado nessa etapa e) é vantajosamente realizada por oxidação do coque e dos compostos inibidores sob fluxo de ar ou sob uma mistura ar/nitrogênio, por exemplo, utilizando uma recirculação do ar de combustão com ou sem água, a fim de diluir o oxigênio e controlar o exo-terma de regeneração. Nesse caso, pode-se vantajosamente ajustar o teor em oxigênio na entrada do reator por um fornecimento de ar. A regeneração ocorre á pressão compreendida entre a pressão atmosférica e a pressão de reação.

[0090] A temperatura de regeneração é vantajosamente escolhida entre 400 e 600°C e; 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.

[0091] O efluente oriundo do último reator adiabático da etapa e) é eventualmente enviado em um trocador de tipo monofásico gás, no qual é "dessuperaquecido", sem ser condensado por troca de calor com a carga comprimida oriunda da etapa d), que ela é superaquecida.

[0092] Esse efluente "dessuperaquecido" é em seguida vantajosamente enviado em um segundo trocador de tipo gás/líquido no qual é condensado parcialmente por uma troca de calor servindo para vaporizar a carga de vaporização.

[0093] Esse efluente é, em seguida, ainda resfriado por troca de calor com a carga de etanol, quando da etapa a) de pré-aquecimento da carga de etanol.

Etapa f) de separação

[0094] De acordo com a invenção, o efluente oriundo do último reator adiabático da etapa e) sofre uma etapa de separação f) em um efluente compreendendo o etileno a uma pressão inferior a 1,6 MPa, preferencialmente inferior a 0,8 MPa e um efluente compreendendo a água.

[0095] A etapa f) de separação desse efluente oriundo do último reator adiabático da etapa e) 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.

[0096] O efluente compreendendo 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.

[0097] Pelo menos uma parte do efluente compreendendo a água da etapa f) é eventualmente reciclada na etapa f) de separação. Essa reciclagem permite aumentar a eficácia da etapa f), absorvendo uma parte da carga não convertida. No caso em que pelo menos uma parte do efluente compreendendo a água é reciclada, essa parte do efluente compreendendo a água é reciclada, essa parte do efluente compreendendo a água é vantajosamente resfriada com o auxílio de um fluido frio ou de um fluido oriundo do processo e é, de preferência, tratada segundo os métodos conhecidas de purificação descritos abaixo.

Etapa g) de purificação

[0098] De acordo com a invenção, pelo menos uma parte do efluente compreendendo a água oriundo da etapa f) de separação sofre uma etapa g) de purificação. A etapa g) de purificação pode vantajosamente ser utilizada por qualquer método de purificação conhecida do técnico. A título de exemplo, a etapa g) de purificação pode vantajosamente ser utilizada pela utilização de resinas trocadoras de íons, 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.

[0099] Pelo menos um fluxo de água tratada e pelo menos um fluxo de etanol não convertido são, em seguida, separados. A separação pode vantajosamente ser utilizada por qualquer método de separação conhecida do técnico. A título de exemplo, a separação pode vantajosamente ser utilizada por destilação, a utilização de peneiras moleculares, decapagem ao vapor ou ao calor ou por absorção ao solvente, tais como, por exemplo, os solventes glicolados.

[00100] Um fluxo contendo os gases leves, de preferência o acetal-deído e o metanol, pode vantajosamente também ser separado.

Etapa h) de reciclagem

[00101] De acordo com a invenção, pelo menos uma parte do fluxo d'água tratada oriundo da etapa g) de purificação é reciclada a montante da etapa c) de vaporização segundo a etapa h) de reciclagem.

[00102] O fluxo de água tratada oriundo da etapa g) exerce o papel de diluente reacional térmico.

[00103] A diluição da carga de etanol pré-tratada pro acréscimo de pelo menos uma parte do fluxo de água tratada oriundo da etapa g) é realizada em uma relação mássica diluente sobre carga vantajosamente compreendido entre 1 e 4 com a finalidade de baixar as pressões parciais de etanol no(s) reator(es) e tornar o processo mais seletivo em etileno.

[00104] Pelo menos uma parte desse fluxo de etanol não convertido oriundo da etapa g) de purificação do efluente compreendendo a água é vantajosamente reciclado e misturado a montante da etapa c) de vaporização, na carga de etanol pré-tratada, e misturado com pelo menos uma parte do fluxo de água tratada reciclado segundo a etapa h) de reciclagem.

Descrição das figuras

[00105] A figura 1 representa esquematicamente o processo de desidratação do etanol no caso da desidratação de uma carga de etanol concentrada com uma reciclagem de pelo menos uma parte da água tratada, quando da etapa h) do processo.

[00106] A carga de etanol 1 é preaquecida em um trocador E1 com o efluente do último reator adiabático R2 que penetra via o conduto 14. A carga de etanol preaquecida é, em seguida, introduzida em uma zona de pré-tratamento 3 via o conduto 2. A carga de etanol pré-tratada 4 é, em seguida, misturada no conduto 5 com uma parte do fluxo de água tratada oriundo da zona de purificação 20 que é reciclada, de maneira a servir de diluente reacional via os condutos 25 e 26. A carga de etanol é também misturada com uma parte do fluxo de etanol não convertido oriundo da zona de purificação 20, via o conduto 23, depois 26. Essa mistura, constituindo a carga de vaporização, é introduzida via o conduto 5 em um trocador gás/líquido ER2 no qual essa mistura sofre uma troca de calor com o efluente oriundo do último reator adia-bática R2 que penetra no trocador via o conduto 13, de maneira a produzir uma carga vaporizada. O calor latente, dito também entalpia de condensação, do efluente oriundo do último reator adiabático R2 é utilizado para vaporizar a carga de vaporização, sem fornecimento de calor externo.

[00107] A carga vaporizada é, em seguida, enviada via o conduto 6 em um compressor C1.

[00108] Essa carga vaporizada e comprimida é em seguida enviada via o conduto 7 em um trocador E 3 de tipo monofásico gás, no qual essa carga é aquecida, graças a uma troca de calor com o efluente oriundo do último reator adiabático R2 que é introduzido em E3 via o conduto 12. Nesse trocador de tipo monofásico gás, essa carga vaporizada e comprimida é superaquecida e o efluente oriundo, no estado gasoso, do último reator adiabático R2 é "dessuperaquecido", sem ser condensado.

[00109] Essa carga vaporizada, comprimida e aquecida no trocador de tipo monofásico gás E3 é em seguida introduzida em um forno H1 via o conduto 8 de maneira a levá-lo 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 10 antes de ser introduzido no segundo reator R2 via o conduto 11.

[00110] O efluente oriundo do segundo reator R2 sofre em seguida três trocas sucessivas descritos anteriormente nos trocadores E3, E2 e E1 via os condutos 12, 13 e 14.

[00111] O efluente oriundo do trocador E1 é enviado via o conduto (15) em uma coluna de separação gás/líquido 16 onde é separado em um efluente que compreende o etileno 17 e um efluente que compreende a água 18. Uma parte do efluente compreendendo a água é reciclada após resfriamento na coluna 16 via o conduto 19.

[00112] A parte do efluente compreendendo água não reciclada na coluna 16 é enviada via o conduto 18 em uma etapa 20 de purificação e de separação. Pelo menos um fluxo de água tratada (24) e 25 e pelo menos um fluxo de etanol não convertido 22 e 23 são em seguida separados. Um fluxo contendo os gases leves 21 é também separado.

[00113] A totalidade (opcionalmente uma parte) desse fluxo de etanol não convertido oriundo da etapa 20 de purificação é reciclada via o conduto 23 e é misturada com o fluxo de água tratada reciclado via o conduto 25 no conduto 26. A mistura desses dois fluxos é incorporada a montante do trocador E2 na carga etanol pré-tratada 4.

[00114] Os exemplos seguintes ilustram a invenção, sem limitar-lhe o alcance.

Exemplos Exemplo 1: conforme a invenção

[00115] O exemplo 1 ilustra um processo, de acordo com a invenção.

[00116] A carga de etanol considerada é produzida por fermentação de trigo, sem extração dos glútens, por um processo de tipo dry milling, segundo o termo anglo-saxônico.

Etapa a)

[00117] Essa carga de etanol é introduzida, a um fluxo de 45 664 kg/h em um trocador E1 a uma pressão igual a 1,15 MPa e é aquecida permanecendo na fase líquida até uma temperatura de 120 °C e contra o efluente oriundo do último reator adiabático da etapa e).

Etapa b)

[00118] A carga de etanol aquecida é pré-tratada sobre uma resina TA801, a fim de eliminar os traços de compostos nitrogenados. Quando desse pré-tratamento, uma parte do etanol é convertida em DEE. As características da carga de etanol e pré-tratada são dadas na Tabela 1.

[00119] A carga de vaporização, constituída da carga de etanol pré-tratada em mistura com 141 252 kg/h de água tratada e de etanol não convertido reciclados segundo a etapa h), é despressurizada e introduzida em um trocador E2 a uma pressão igual a 0,27 MPa. A temperatura de bolha dessa carga a essa pressão é de 127 °C, considerando-se a presença de DEE. A carga de vaporização entra no trocador E2 a 113 °C é, portanto, já vaporizado a 8,6% mássico. A pressão na entrada do trocador E2 foi ajustada de tal maneira que a abordagem térmica com o fluxo oriundo do ultimo reator adiabático da etapa e) seja no mínimo de 15 °C.

[00120] Na etapa c), a maioria do calor latente da fase aquosa do efluente oriundo do último reator adiabático da etapa e) é recuperada para vaporizar a carga de vaporização, sem fornecimento de calor externo. Assim, 93,6 MW são trocados entre essa carga de vaporização e esse efluente.

Etapa d)

[00121] A carga vaporizada é, em seguida, comprimida em um compressor radial com multiplicador integrado, de maneira que a pressão dessa carga vaporizada seja igual a 0,695 MPa ao final da compressão.

[00122] A carga comprimida é, em seguida, aquecida em um trocador E3 de tipo monofásico gás, graças a uma troca de calor com o efluente oriundo do reator adiabático da etapa e). Nesse trocador de tipo monofásico gás, essa carga comprimida é superaquecida a uma temperatura de 405°C e o efluente oriundo, no estado gasoso, do último reator adiabático da etapa e) é "dessuperaquecido" sem ser condensado e apresenta uma temperatura de 253°C.

Etapa e)

[00123] Essa carga comprimida e aquecida nesse trocador de tipo monofásico gás é, em seguida, introduzida da etapa e) compatível com a temperatura da reação de desidratação e de conversão do DEE em etileno altamente endotérmico, isto é, a uma temperatura de 440°C. A temperatura de saída do último reator adiabático da etapa e) é de 420°C.

[00124] O aprisionamento dos compostos nitrogenados na etapa b) de pré-tratamento permite reduzir significativamente a temperatura na entrada do primeiro reator adiabático da etapa e).

[00125] Essa carga comprimida e aquecida é introduzida no primeiro reator adiabático a uma pressão de entrada de 0,595 MPa. A pressão do efluente na saída do último reator adiabático da etapa e) é de 0,500 MPa. A etapa e) de desidratação é operada a uma velocidade ponderal horária de 7 h-1.

[00126] O reator adiabático contém uma camada fixa de catalisador de desidratação, esse catalisador compreendendo 80% em peso de zeolita ZSM-5 tratada com H3PO4, de maneira que o teor em fósforo P seja de 3% em peso.

[00127] A conversão da carga de etanol na etapa e) é de 95%.

Etapa f)

[00128] O efluente oriundo do último reator adiabático da etapa e) sofre em seguida as três trocas de calor anteriormente descritas e é enviado em uma coluna de separação gás/líquido. Um efluente compreendendo o etileno a uma pressão igual a 0,36 MPa é separado, assim como um efluente compreendendo a água. Essa separação é realizada pela utilização de uma coluna de separação gás/líquido, com reciclagem da água produzida no fundo de coluna para a cabeça de coluna e após resfriamento e injeção e agente neutralizante.

[00129] O efluente que compreende o etileno sofre em seguida uma compressão para elevar sua pressão para 2,78 MPa antes de sua purificação final.

Etapa g)

[00130] Um fluxo de água tratada e um fluxo de etanol não convertido, assim como um fluxo contendo os gases leves são em seguida separados por destilação clássica de baixa pressão da água bruta.

Etapa h)

[00131] Uma parte do fluxo de água tratada e uma parte do fluxo de etanol não convertido são recicladas a montante da etapa c) de vaporização nas proporções descritas na etapa c).

[00132] Os diferentes fluxos, em kg/h, são informados na Tabela 2 e na tabela 3.

[00133] Os compostos C3 e C4 são compostos de hidrocarbonetos em C3 e C4.

[00134] A seletividade do processo em etileno é de 99%.

[00135] Ela é calculada da seguinte forma: (Etileno contido no efluente que compreende o etileno)/(0,61 *quantidade de etanol convertido) onde a quantidade de etanol convertido é o etanol contido na carga de etanol antes do pré-tratamento 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 obtida, desidratando-se 1 g de etanol puro.

[00136] O balanço energético do esquema, segundo o exemplo 1, conforme a invenção, é informado na tabela 4.

[00137] A estimativa do consumo em energia primária foi realizada, utilizando-se as seguintes bases:

[00138] - eficácia de 0,8 sobre os fornos

[00139] - eficácia de 0,375 sobre a produção de eletricidade

[00140] O esquema, conforme o exemplo 1, de acordo com a invenção, apresenta um consumo em energia primária equivalente ou consumo específico de 6,0 GJ equivalente por tonelada de etileno produzido.

Exemplo 2: comparativo

[00141] O exemplo 2 ilustra um processo, no qual as etapas a) e b) de pré-aquecimento e de pré-tratamento não ocorrem. O etanol não é convertido em DEE e o processo aciona na etapa c) o trocador E1 não existe mais.

[00142] A carga de vaporização, constituída da carga de etanol não pré-tratada em mistura com 141 258 kg/h de água tratada e de etanol não convertido reciclados segundo a etapa h), é introduzida, com um fluxo de 186922 kg/h no trocador E2 a uma pressão igual a 0,24 MPa.

[00143] Em relação ao exemplo 1, a pressão foi reduzida de 0,03 MPa. Sem presença de DEE, a temperatura de bolha da carga de vaporização com 0,27 MPa é de 115 °C (127 °C, no exemplo 1). A pressão de entrada é modificada de 0,03 MPa, de maneira a conservar uma abordagem térmica mínima de 15 °C e com o efluente oriundo do último reator adiabático da etapa e).

[00144] Na etapa c), a maioria do calor latente da fase aquosa do efluente oriundo do reator adiabático da etapa e) é recuperada para vaporizar a carga de vaporização, sem fornecimento de calor externo. Assim, 98 MW são trocados entre a carga de vaporização e o efluente do reator.

Etapa d)

[00145] A carga vaporizada é, em seguida, comprimida em um compressor radial com multiplicador integrado, de maneira a que a pressão dessa carga vaporizada oriunda da compressão seja igual a 0,695 MPa.

[00146] A carga comprimida é, em seguida, aquecida em um trocador E3 de tipo monofásico gás, graças a uma troca de calor com o efluente oriundo do último reator adiabático da etapa e). Nesse trocador de tipo monofásico gás, essa carga comprimida é superaquecida a uma temperatura de 405°C e o efluente oriundo, no estado gasoso, do último reator adiabático da etapa e) é "dessuperaquecido", sem ser condensado e apresenta uma temperatura de 269°C.

Etapa e)

[00147] Essa carga comprimida e aquecida nesse trocador de tipo monofásico gás é, em seguida, introduzida em um forno, de maneira a levá-la a uma temperatura de entrada no primeiro reator adiabático da etapa e) compatível com a temperatura da reação de desidratação, isto é, a uma temperatura de 470°C e . A temperatura de saída do último reator adiabático da etapa e) é de 420°C.

[00148] Essa carga comprimida e aquecida é introduzida no reator adiabático a uma pressão de entrada de 0,595 MPa. A pressão do efluente na saída do último reator adiabático da etapa e) é de 0,500 MPa. A etapa e) de desidratação é operada a uma velocidade ponderal horária de 7 h-1.

[00149] A conversão da carga de etanol na etapa e) é de 95%.

Etapa f)

[00150] O efluente oriundo do último reator adiabático da etapa e) sofre em seguida as duas trocas de calor anteriormente descritos e é enviado em uma coluna se separação gás/líquido. Um efluente compreendendo o etileno a uma pressão igual a 0,39 MPa é separado assim como um efluente, compreendendo 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 e após resfriamento e injeção de agente neutralizante.

[00151] O efluente compreendendo o etileno sofre em seguida uma compressão para subir de novo sua pressão a 2,78 MPa antes de sua purificação final.

Etapa g)

[00152] A água bruta oriunda da etapa f) é, em seguida, neutralizada na soda, depois sofre uma destilação clássica à baixa pressão para ser separada em três fluxos: um fluxo de água tratada, um fluxo de etanol não convertido e um fluxo contendo os gases leves.

Etapa h)

[00153] Uma parte do fluxo de água tratada e uma parte do fluxo de etanol não convertido são recicladas a montante da etapa c) de vaporização.

[00154] Os diferentes fluxos em kg/h são registrados na tabela 5 e na tabela 6.

Os compostos C3 e C4 são compostos de hidrocarbonetos em C3 e C4.

[00155] A seletividade do processo em etileno é de 99%.

[00156] O balanço energético do esquema, segundo o exemplo 2, é informado na tabela 7.

[00157] O esquema, segundo o exemplo 2 comparativo à invenção, apresenta um consumo em energia primária equivalente ou consumo específico de 7,23 GJ equivalente por tonelada de etileno produzido.

[00158] Sem pré-tratamento, o consumo em energia primária aumenta, portanto, de 1,2 GJ equivalente por tonelada de etileno produzido.

Claims

Processo de desidratação de uma carga de etanol em etileno, caracterizado pelo fato de que compreende:
- (a) uma etapa de pré-aquecimento da dita carga de etanol a uma temperatura compreendida entre 100 e 130°C por troca de calor com o efluente oriundo da etapa (e);
- (b) uma etapa de pré-tratamento da carga de etanol sobre um sólido ácido que opera a uma temperatura compreendida entre 100 e 130°C e de maneira a produzir uma carga de etanol pré-tratada;
- (c) uma etapa de vaporização de uma carga de vaporização que compreende a dita carga de etanol pré-tratada e pelo menos uma parte do fluxo d'água tratada reciclada segundo a etapa (h) em um trocador graças a uma troca de calor com o efluente oriundo do último reator da etapa (e), essa carga de vaporização sendo introduzida nessa etapa de vaporização a uma pressão compreendida entre 0,1 e 1,4 MPa, de maneira a produzir uma carga vaporizada,
- (d) uma etapa de compressão da dita carga vaporizada em um compressor, de maneira a produzir uma carga comprimida;
- (e) uma etapa de desidratação da dita carga comprimida em pelo menos um reator adiabático, contendo pelo menos um catalisador de desidratação e no qual a reação de desidratação ocorre, operando 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;
- (f) uma etapa de separação do efluente oriundo do último reator adiabático da etapa (e) em um efluente que compreende o etileno a uma pressão inferior a 1,6 MPa e um efluente que compreende a água;
- (g) uma etapa de purificação de pelo menos uma parte do efluente que compreende a água oriunda da etapa (f) e a separação de pelo menos um fluxo de água tratada e de pelo menos um fluxo de etanol não convertido;
- (h) uma etapa de reciclagem de pelo menos uma parte do fluxo d'água tratada oriundo da etapa (g) a montante da etapa (c).
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita carga de etanol é uma carga de etanol produzida a partir de fonte renovável oriunda da biomassa.
Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a carga de vaporização compreende ainda pelo menos um fluxo de etanol não convertido oriundo da etapa (g) de purificação do efluente, que compreende a água.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a pressão da carga comprimida está compreendida entre 0,3 e 1,8 MPa.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a dita carga comprimida é aquecida em um trocador de tipo monofásico gás, graças a uma troca de calor como efluente oriundo do último reator adiabático da etapa (e).
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o efluente oriundo do último reato adiabático da etapa (e) apresenta na saída do último reator adiabático da etapa (e) uma temperatura compreendida entre 270 e 450°C.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o efluente oriundo do último reator adiabático da etapa (e) apresenta na saída do último reator adiabático da etapa (e) uma pressão compreendida entre 0,2 e 1,6 MPa.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a etapa (e) de desidratação é realizada em um ou dois reatores.
Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o dito catalisador de desidratação utilizado na etapa (e) é um catalisador ácido amorfo ou um catalisador ácido zeolítico.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a dita carga de etanol é uma carga de etanol concentrada, isto é, uma carga de etanol, que compreende uma percentagem mássica em etanol superior ou igual a 35% em peso.
Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que que a dita carga de etanol concentrada compreende uma percentagem mássica em etanol compreendida entre 35 e 99,9% em peso.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a etapa (b) de pré-tratamento utiliza uma resina trocadora de ânion.