BR112016015885B1

BR112016015885B1 - processo e sistema para a produção de éter dimetílico a partir de gás de síntese

Info

Publication number: BR112016015885B1
Application number: BR112016015885-7A
Authority: BR
Inventors: Helmut Fritz; Thomas Bartesch; Clara Delhomme; Andreas Peschel; Johannes Fendt; Harald Klein
Original assignee: Linde Aktiengesellschaft
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2015-01-05
Publication date: 2020-12-01
Also published as: RU2676688C2; KR102336508B1; KR20160113649A; AU2015213150A1; CA2936279C; AU2015213150C1; MX2016009693A; RU2016134895A3; RU2016134895A; JP2017508732A; US10501394B2; CA2936279A1; CN105980341A; CN105980341B; WO2015113727A1; AU2015213150B2; MX366823B; MY188789A; US20160326078A1; EP2898943A1

Abstract

PROCESSO E SISTEMA PARA A PRODUÇÃO DE ÉTER DIMETÍLICO A PARTIR DE GÁS DE SÍNTESE. A presente invenção refere-se a uma proposta para a produção de éter dimetílico (DME) a partir de gás de síntese (SG), na qual ao menos uma corrente de alimentação (2) formada a partir do gás de síntese (SG) é submetida ao menos a uma etapa de síntese (A), na qual componentes presentes na corrente de alimentação (2) são convertidos pelo menos em parte em éter dimetílico (DME), em que é obtida ao menos uma corrente de produtos brutos (3) que contém pelo menos éter dimetílico (DME) onde os componentes não reagidos da corrente de alimentação (2). A corrente de alimentação (2) contém pelo menos hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono, e possui um número estequiométrico de 2,0 a 5,0. A corrente de alimentação (2) contém ainda 4 a 20 moles por cento de dióxido de carbono, e a proporção de dióxido de carbono para monóxido de carbono na corrente de alimentação (2) situa-se em uma faixa de 0,5 a 4. Ao menos uma etapa de síntese (A) é realizada sob condições isotérmicas. Um sistema para a produção de éter dimetílico (DME) a partir de gás de síntese (SG) é igualmente matéria da presente invenção.(...).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um processo e um sistema para a produção de éter dimetílico a partir de gás de síntese de acordo com os preâmbulos das reivindicações independentes.

Antecedentes da invenção

[002] O éter dimetílico (DME) é o éter mais simples estruturalmente. O éter dimetílico contém dois grupos metila como radicais orgânicos. O éter dimetílico é polar e convencionalmente utilizado em forma líquida como solvente. O éter dimetílico pode ser adicionalmente utilizado como refrigerante e substituir fluorocloro-hidrocarbonetos convencionais.

[003] Nos últimos anos, o éter dimetílico tem sido utilizado cada vez mais como substituto de gás combustível (gás líquido) e combustíveis convencionais de motores como o diesel. Graças a seu número comparativamente elevado de cetanos de 55 a 60, os motores a diesel convencionais, por exemplo, somente precisam ser modificados levemente para operação com éter dimetílico. O éter dimetílico queima comparativamente de modo limpo e sem a formação de fuligem. Se preparado a partir de biomassa, o éter dimetílico é considerado aquilo a que se pode chamar biocombustível e pode, portanto, ser comercializado com vantagens fiscais.

[004] O éter dimetílico pode ser gerado diretamente a partir de metanol ou, indiretamente, a partir de gás natural ou biogás. No último caso, o gás natural ou biogás é primeiramente reformado para fornecer gás de síntese. O gás de síntese pode também ser produzido por meio de outros processos, por exemplo, por pirólise de resíduos ou de biomassa. O gás de síntese é classicamente convertido em metanol e, subsequentemente, convertido ainda em éter dimetílico. A produção de éter dimetílico a partir de gás é vantajosa em termos termodinâmicos e econômico quando comparada à produção de metanol.

[005] A presente invenção refere-se à produção em estágio único ou produção direta de éter dimetílico a partir de gás de síntese. Neste relatório descritivo, produção em estágio único ou produção direta significa a produção sem uma separação intermediária de metanol, como procede em uma produção de dois estágios. As reações que prosseguem, contudo, podem também fornecer metanol, como intermediário em uma produção de estágio único, na qual o metanol, no entanto, reage ainda pelo menos em parte para formar éter dimetílico no reator ou reatores utilizados. Processos correspondentes já são conhecidos relativamente há muito tempo e são também descritos mais detalhadamente abaixo.

[006] US 2013/0030063 A1 refere-se a um processo para a síntese direta de éter dimetílico a partir de gás de síntese em um reator operado isotermicamente. O gás de síntese não reagido, presente na corrente de saída do reator, pode voltar a ser circulado para o reator. Para tanto, a corrente de saída do reator é primeiramente resfriada de tal maneira que a fração predominante formada pela água e pelo metanol e cerca de 40% do éter dimetílico se condensam. O restante do éter dimetílico e a fração predominante do dióxido de carbono são atraídos por meio de um absorvente utilizando metanol como absorvente. Finalmente, uma corrente de reciclo, esgotada de maneira complexa de dióxido de carbono e uma corrente de alimentação fresca são alimentadas para o reator, onde um número estequiométrico da mistura gasosa reagida no reator tem no máximo valor de 2,05 e a sua proporção de dióxido de carbono para monóxido de carbono é, no máximo, 0,25.

[007] Para se preparar éter dimetílico, pode-se também empregar o processo Tops0e que é considerado em EP 1 026 141 A1 e descrito mais detalhadamente abaixo. O processo Tops0e e outros processos para preparar éter dimetílico são também mencionados, por exemplo, no artigo "DME - the new wonder fuel?", Nitrogen &Metanol260, 2002, páginas 25 a 31.

[008] Há ainda necessidade de um processo mais flexível e mais eficiente e de sistemas para a produção de éter dimetílico a partir de gás de síntese.

Descrição da invenção

[009] Neste contexto, a presente invenção propõe um processo e um sistema para a produção de éter dimetílico a partir de gás de síntese de acordo com as características das reivindicações independentes. As modalidades preferidas constituem a matéria das reivindicações dependentes e também da descrição a seguir.

[0010] Os elementos fundamentais da presente invenção e as expressões utilizadas neste relatório descritivo serão explicados antes das suas características e vantagens.

[0011] Se considerada em termos resumidos abaixo, a produção de éter dimetílico significará um processo no qual uma corrente de alimentação contendo os componentes conhecidos de gás de síntese, ou seja, uma mistura gasosa que contenha, em frações adequadas, pelo menos monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrogênio, é reagida para formar uma corrente de produtos contendo éter dimetíli- co. Uma corrente de produtos correspondente, que se deve à reação incompleta e devido à ocorrência de reações colaterais na síntese de éter dimetílico, especialmente dependendo dos catalisadores utilizados e dos respectivos teores dos componentes do gás de síntese, não contém exclusivamente éter dimetílico, mas antes outros compostos. Esses são, pelo menos, metanol, água, dióxido de carbono, monóxido de carbono e hidrogênio, mas também quantidades relativamente pequenas de metano, etano, ácidos orgânicos e álcoois superiores. Es- ses compostos adicionais precisam ser separados, pelo menos em parte, a fim de, em primeiro lugar, permitir etapas subsequentes de separada e, em segundo lugar, produzir éter dimetílico na pureza necessária.

[0012] Um fluido (o termo fluido é também utilizado em resumo a seguir para correntes, frações correspondentes, etc.) é derivado de outro fluido (que é também aqui denominado fluido inicial) ou é formado a partir de tal fluido quando este possui pelo menos alguns dos componentes presentes no fluido inicial ou dali obtido. Um fluido que é derivado ou formado neste sentido pode ser obtido pela separação ou divisão em uma fração ou ser formado a partir do fluido inicial por separação ou divisão de uma fração ou de um ou mais componentes, enriquecimento ou esgotamento de um ou mais componentes, conversão química ou física de um ou mais componentes, aquecimento, resfriamento,pressurização e os semelhantes. Uma corrente pode também, por exemplo, formar-se simplesmente pelo fato de ser retirada de um recipiente de armazenamento.

[0013] Os fluidos, na utilização do termo neste relatório descritivo, podem ser ricos ou pobres em um ou mais componentes presentes, em que rico pode ser um teor de pelo menos 50%, 60%, 70%, 80% ou 90%, e pobre pode ser um teor de no máximo 50%, 40%, 30%, 20% ou 10%, em base molar, de peso ou volume. Na utilização do termo neste relatório descritivo, os fluidos podem ser enriquecidos ou esgotados de um ou mais componentes, em que essas expressões referem-se a um teor correspondente em um fluido inicial a partir do qual o fluido foi formado. O fluido é enriquecido quando contiver pelo menos 1,1 vezes, 1,5 vezes, 2 vezes, 5 vezes, 10 vezes, 100 vezes ou 1000 vezes o teor, e é esgotado quando contiver no máximo 0,9 vezes, 0,5 vezes, 0,1 vezes, 0,01 vezes ou 0,001 vezes o teor de um componente correspondente, com base no fluido inicial. Um fluido contendo predo- minantemente um ou mais componentes contém esse um ou mais componentes pelo menos a 50%, 60%, 70%, 80% ou 90%, ou nele é rico no significado da definição acima.

[0014] Abaixo, para caracterizar pressões e temperaturas, utilizam-se as expressões nível de pressão e nível de temperatura, sendo que, se deva declarar que, as pressões e as temperaturas não precisam ser utilizadas na forma dos valores exatos de pressão ou temperatura a fim de se perceber um conceito inventivo. Contudo, tais pressões e temperaturas situam-se tipicamente em certas faixas que são, por exemplo, ± 1%, 5%, 10%, 20% ou mesmo 50% próximos a uma média. Os níveis de pressão e os níveis de temperatura diferentes podem, nesse caso, situar-se em faixas desconexas ou em faixas que se sobrepõem uma à outra. Especificamente, os níveis de pressão, por exemplo, incluem quedas de pressão inevitáveis ou previstas, por exemplo, as quais se devem aos efeitos do resfriamento. O mesmo aplica-se aos níveis de temperatura. Os níveis de pressão aqui informados em bar constituem pressões absolutas.

[0015] O éter dimetílico pode ser produzido, como já declarado no início, por uma síntese em dois estágios a partir de gás de síntese via metanol como intermediário. Processos correspondentes estão descritos, por exemplo, a partir da página 171 no DME Handbook of the Japan DME Forum, ISBN 978-4-9903839-0-9, 2007. A produção em dois estágios de éter dimetílico a partir de gás de síntese é caracterizada, como mencionado, pelo fato de primeiramente ser produzido metanol a partir do gás de síntese, depois o gás de síntese não reagido é separado dos condensados (metanol e água) e o metanol é desidratado a seguir em um reator adicional com a produção de éter dimetílico e água.

[0016] Para produzir éter dimetílico, são geralmente utilizados reatores tubulares verticais que são carregados, em cada caso, com gás de síntese aquecido pressurizado na parte inferior. Uma corrente de produtos resultante é retirada da parte superior, resfriada e alimentada para uma separação.

[0017] A produção de éter dimetílico em um processo de dois estágios é dispendiosa (e custoso em termos energéticos), pois, com essa finalidade, é necessário um sistema completo para gerar metanol como intermediário além do equipamento para a produção de éter di- metílico a partir do metanol.

[0018] Na literatura de patentes, já em 1973 (DE 23 62 944 A1, US 4 098 809 A), a produção direta ou em estágio único de éter dimetílico a partir de gás de síntese é descrita. Essa se distingue por um estágio de reação compartilhada no qual metanol e éter dimetílico são produzidos em conjunto a partir de hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono. Processos adicionais com base na mesma foram descritos na literatura.

[0019] Em um processo combinado conhecido, que é denominado o processo Tops0e, conforme descrito no DME Handbook a partir da página 185, especialmente na página 187, mas também, por exemplo, no documento EP 1 026 141 A1 citado, um catalisador duplo é utilizado, em que tanto metanol como éter dimetílico pode ser formado. Pelo menos dois reatores sem separação intermediária são utilizados, em que um primeiro reator é resfriado isotermicamente e um segundo reator é operado de forma adiabática. Um gás de síntese tendo um número estequiométrico (vide abaixo) de aproximadamente 2 é utilizado. A produção paralela de éter dimetílico e de metanol prossegue, em que o metanol pode ser convertido em éter dimetílico em um reator posterior após a separação dos componentes. No processo Tops0e, são providos mais e mais reatores (operados de forma isotérmica e adia- bática). Além disso, o metanol produzido em quantidades relativamente grandes precisa ser convertido em um reator a mais em éter dimetí-lico, se a produção simultânea de metanol não é desejada.

[0020] No processo Tops0e, nos reatores nos quais somente um catalisador (à base de cobre) é utilizado para a síntese de metanol, dióxido de carbono pode ser formado apenas de modo muito limitado. Embora um catalisador correspondente, nesse caso, catalise em princípio não só a reação 2 H2 + CO ^ CH3OH, mas também a reação H2O + CO ^ H2 + CO2 (denominada o deslocamento do gás de água), o deslocamento do gás de água mal prossegue ou avança de qualquer modo em pequena medida no processo Tops0e, pois água pouco está presente na corrente de alimentação do reator. Normalmente, o gás de síntese e também as correntes de reciclo são resfriadas para 30 a 40°C antes e entre os estágios de compressão no processo Tops0e, e o condensado é removido. Os catalisadores utilizados no processo Tops0e para a síntese de éter dimetílico catalisam, por outro lado, a reação 2 CH3OH ^ CH3OCH3 + H2O. Se, portanto, em um estágio cor-respondente de reação adiabático, for utilizado um catalisador em paralelo para a síntese de metanol, o deslocamento do gás de água, por conta da água formada, pode prosseguir em pequena medida, e formam-se quantidades pequenas de dióxido de carbono. O principal, contudo, é que metanol é formado posteriormente. Se, em um estágio correspondente de reação adiabática, apenas um catalisador for utilizado para a síntese de éter dimetílico, nenhum dióxido de carbono é formado, pois o catalisador não é competente para formar o deslocamento do gás de água.

[0021] Como resultado da configuração do reator do processo To-ps0e, forma-se substancialmente menos dióxido de carbono do que no caso de uma etapa de reação única resfriada isotermicamente utilizando um catalisador misto, como fundamenta a presente invenção. Graças à solubilidade do dióxido de carbono, este é adicional e tipicamente removido no metanol, como já descrito acima com referência a US 2013/0030063 A1. No total, por conseguinte, no processo Tops0e, pouco ou nenhum dióxido de carbono é formado, de tal maneira que nem os altos teores de dióxido de carbono utilizados de acordo com a invenção nem as altas proporções de dióxido de carbono para monóxido de carbono estão presentes em uma corrente de alimentação correspondente (vide abaixo), os quais constituem uma característica importante e instrumento de controle no contexto da presente invenção.

[0022] A síntese direta de éter dimetílico pode também prosseguir,por exemplo, no modo de operação em suspensão (slurry) e em núme-rosestequiométricos relativamente baixos (vide abaixo). No entanto, como resultado, dióxido de carbono é sempre formado como subproduto que deverá ser separado dos respectivos compostos não reagidos, para que seja possível alimentar os últimos de volta à reação como reciclo. As referidas reações prosseguem nesse caso com rendimentosatisfatória somente a um baixo teor de dióxido de carbono.

Vantagens da invenção

[0023] A invenção propõe um processo para a produção de éter dimetílico a partir de gás de síntese, no qual pelo menos uma corrente de alimentação formada a partir de gás de síntese é submetida pelo menos a uma etapa de síntese, na qual componentes presentes na corrente de alimentação são convertidos pelo menos em parte em éter dimetílico. Nesse caso, obtém-se pelo menos uma corrente de produtos brutos que contém pelo menos éter dimetílico e componentes não reagidos provenientes da corrente de alimentação.

[0024] A invenção é, portanto, utilizada em uma produção em estágio único de éter dimetílico. Como mencionado, no caso de uma produção em dois estágios de éter dimetílico via o intermediário metanol, o último é separado e reagido, isolado mais ao éter dimetílico. Por conseguinte, no contexto da presente invenção, não é obtida corrente de produtos brutos que contenha pelo menos éter dimetílico e compo-nentes não reagidos provenientes da corrente de alimentação.

[0025] Se neste relatório descritivo for mencionado que uma corrente de alimentação é formada a partir de gás de síntese, esta também compreende, especificamente, a mistura de componentes adicionais a uma corrente de gás de síntese, conforme já declarado acima. A própria corrente de alimentação é aquela que é submetida, depois de uma mistura, pelo menos a uma etapa de síntese.

[0026] De acordo com a invenção, provê-se que a corrente de alimentação contenha pelo menos hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono correspondendo a um número estequiométrico entre 2,1 e 5,0, em que o teor de dióxido de carbono é 4 a 20 moles por cento, em que a proporção de dióxido de carbono para monóxido de carbono na corrente de alimentação situa-se em uma faixa de 0,5 a 4, e em que pelo menos uma etapa de síntese é realizada sob condições isotérmicas. Especificamente, a síntese pode prosseguir um único reator operado isotermicamente, mas é possível também utilizar uma pluralidade de reatores operados isotermicamente, os quais podem operar em níveis de temperatura distintos.

[0027] É especialmente vantajoso, no contexto da presente invenção, utilizar reatores de leito fixo operados isotermicamente. Quando comparado a outros tipos de reatores, por exemplo, reatores de leito fluidizado, como são utilizados em US 2013/0030063 A1, a fim de ob-tercondições aproximadamente isotérmicas, os referidos reatores de leito fixo, no contexto da presente invenção, oferecem vantagens especiais. Ao contrário de um reator de leito fluidizado, em um reator de leito fixo, em geral, a remoção do calor da reação pode ser ligeiramente pior. Como resultado, o técnico no assunto não consideraria a princípio o uso de um reator correspondente para o emprego em uma reação isotérmica. No entanto, como resultado das presentes condições específicas para a reação de acordo com a invenção (proporção mais elevada de dióxido de carbono/monóxido de carbono e número este- quiométrico mais alto), em primeiro lugar, o calor da reação é mais baixo e, em segundo lugar, mais gás de diluição está presente no reator. Dessa maneira, a temperatura e, especialmente, aquilo que se chamam "pontos quentes" podem ser controlados no reator.

[0028] Em geral, a corrente de alimentação é formada a partir de gás de síntese, cujo número estequiométrico é acima de 2,0, por exemplo, 2,05. A corrente de alimentação, contudo, pode ser também formada a partir de gás de síntese, cujo número estequiométrico é abaixo de 2,0, por exemplo, 1,7. Isso pode prosseguir, por exemplo, na mistura de uma corrente de gás de síntese com número estequiomé- trico elevado, ou quando uma corrente rica em dióxido de carbono 8, mostrada nas Figuras 2 a 4, é ejetada. A corrente de alimentação formada no final distingue-se, contudo, de acordo com a invenção, pelo referido número estequiométrico de 2,1 a 5,0. Todas as declarações no que dizem respeito aos números estequiométricos utilizados de acordo com a invenção referem-se à corrente de alimentação, que é realmente submetida pelo menos a uma etapa de síntese. Os teores correspondentes de dióxido de carbono são estabelecidos quando uma corrente de reciclo contendo dióxido de carbono é utilizada para formar a corrente de alimentação, mesmo se a corrente de gás de síntese utilizada for pobre em dióxido de carbono.

[0029] O número estequiométrico nesse caso é, especificamente,2,1 a 4,8, por exemplo, 2,2 a 2,4, 2,4 a 2,6, 2,6 a 2,8, 2,8 a 3,0, 3,0 a 3,2, 3,2 a 3,4, 3,4 a 3,6, 3,6 a 3,8, 3,8 a 4,0, 4,0 a 4,2, 4,2 a 4,4, 4,4 a 4,6 ou 4,6 a 4,8.

[0030] Para a caracterização do gás de síntese utilizado para a produção de éter dimetílico, ou então de correntes de alimentação formadas a partir de correntes de gás de síntese e de reciclo, frequentemente, o referido número estequiométrico SN é utilizado. Para isso, SN = (xH2 - XCO2) / (xCO + XCO2) aplica-se, em que x é o teor molar dos componentes hidrogênio (H2), monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO2). As reações observadas na produção convencional de éter dimetílico diretamente a partir de gás de síntese podem ser indicadas da seguinte maneira: 3 H2 + 3 CO ^ CH3OCH3 + CO2 (1) 4 H2 + 2 CO ^ 2 CH3OH ^ CH3OCH3 + H2O (2)

[0031] O número estequiométrico considerado como ideal em processos convencionais é deles resultante de acordo com a equação de reação (1): SN = (3 moles H2 - 0 mol CO2) / (0 mol CO + 3 moles CO2) = 1,0 e de acordo com a equação de reação (2): SN = (4 moles H2 - 0 mol CO2) / (2 moles CO + 0 mol CO2) = 2,0.

[0032] Na reação de acordo com a equação de reação (1) e quan do SN = 1,0, uma conversão virtualmente completa dos componentes utilizadas pode ser realizada passo a passo. No entanto, o dióxido de carbono formado deve ser conduzido, para este fim, mais uma vez através de um reformador e ser ali convertido em monóxido de carbono. Isso é decididamente custoso em termos de energia. Dióxido de carbono é, por conseguinte, indesejado em processos convencionais que operam em números estequiométricos correspondentemente baixos, pois este pode inibir as reações participantes. Portanto, este deve ser separado de maneira onerosa.

[0033] Em contraste, em uma reação de acordo com a equação de reação (2) e SN = 2,0, há, por passagem, uma taxa mais baixa de conversão e forma-se água, na qual hidrogênio e oxigênio estão ligados e podem ser convertidos de acordo com a reação de equação (1) completamente no produto desejado.

[0034] Como mencionado, na produção de éter dimetílico a partir de gás de síntese, mesmo quando o número estequiométrico "ideal" é mantido, os componentes presentes nunca são convertidos completamente e, além das referidas reações prosseguirem, ainda que em frações diferentes, paralelamente uma à outra. Portanto, no produto bruto obtido, ou seja, na saída do reator ou reatores utilizados, dióxido de carbono é também sempre encontrado e forma-se, especificamente, em números estequiométricos baixos.

[0035] A presente invenção é então fundamentada pelo menos em parte no conhecimento de que esse dióxido de carbono, em números estequiométricos elevados, junto com os componentes não reagidos, pode ser recirculado para o reator ou reatores utilizados, pois pode igualmente ser convertido. Não será, portanto, necessário separá-lo de maneira onerosa, caso uma corrente de reciclo correspondente venha a ser utilizada. O mesmo também se aplica a um gás de síntese utilizado para formar a corrente de alimentação. Essa também contém sempre certa quantidade de dióxido de carbono que, no contexto da presente invenção, não precisa ser separada ou, no mínimo, precisa somente ser separada em menor medida.

[0036] No contexto da presente invenção, revelou-se que, para a produção de éter dimetílico, a reação abaixo, por exemplo, pode também ser empregada: 6 H2+2 CO2 ^ 2 CH3OH+2 H2O ^ CH3OCH3+3 H2O (3)

[0037] As razões estequiométricas presentes na reação de acordo com a equação (3) correspondem a um número estequiométrico de: SN = (6 moles H2 - 2 moles CO2) / (0 mol CO + 2 moles CO2) = 2,0 e, portanto, àquele de acordo com a equação de reação (2). Contudo, no caso de números estequiométricos ainda mais altos, como os utilizados no contexto da presente invenção, uma taxa de conversão de dióxido de carbono e monóxido de carbono em éter dimetílico acentu- adamente mais elevada pode ser observada.

[0038] Os números estequiométricos altos da presente invenção são conseguidos, por exemplo, por um reciclo dos componentes não reagidos do gás de síntese em combinação com uma reposição (make-up), ou seja, gás de síntese fresco com número estequiométrico ligeiramente acima de dois, por exemplo, com SN = 2,05. Como resultado do reciclo, o excesso de hidrogênio concentra-se passo a passo. O número estequiométrico aumenta pelo mesmo, ainda que dióxido de carbono seja reciclado. O número estequiométrico da corrente de alimentação finalmente presente na entrada do reator, ou seja, da corrente que é realmente convertida no reator e composta por gás de síntese fresco e opcionalmente uma corrente de reciclo, é, por conseguinte, pelo menos 2.1.

[0039] As vantagens da presente invenção são fornecidas, especi almente, por uma combinação dos aspectos citados acima. Pelo fato de aqui dióxido de carbono não precisar ser convertido em um reformador para formar monóxido de carbono, uma vantagem na eficiência global do processo resulta, mesmo que, graças aos números estequi- ométricos mais altos utilizados, em taxas de conversão mais baixa por passagem poderem ser alcançadas. As últimas são também compensadas pelos números estequiométricos ainda elevados. Em outras palavras, o processo global é acentuadamente mais eficiente, pois dióxido de carbono pode ser utilizado e não precisa ser reciclado.

[0040] Como resultado do procedimento do processo de acordo com a invenção, no qual, de preferência somente um reator resfriado isotermicamente é utilizado, vantagens adicionais sobre processos conhecidos são fornecidas, tais como o processo Tops0e mencionado, nos quais dois reatores operados diferentemente (de forma isotérmica e adiabática) são sempre utilizados.

[0041] Portanto, o procedimento isotérmico do processo é vantajoso também porque, no resfriamento do reator correspondente, pode-se produzir vapor que fica disponível para outros fins, por exemplo, para pré-aquecimento de uma corrente de alimentação.

[0042] Os teores de dióxido de carbono e de monóxido de carbon no contexto do processo de acordo com a invenção podem também ser indicados pela proporção desses compostos, um para o outro. A proporção dióxido de carbono/monóxido de carbono nesse caso é acima de 0,5, especialmente, 0,5 a 4, por exemplo, 0,5 a 3 ou 0,5 a 2, em particular 0,5 a 1,0, 1,0 a 1,5 ou 1,5 a 2,0.

[0043] No contexto da presente invenção, a proporção de dioxide de carbono para monóxido de carbono é de importância especial, entre outros, para influenciar o equilíbrio do deslocamento do gás de água explicado acima, mas também para controlar a taxa de reação.

[0044] Como resultado da utilização geral de teor elevado de dió xido de carbono em uma corrente de alimentação do reator, no contexto da presente invenção, alcança-se uma eficiência substancialmente mais elevada em termos de energia e carbono do que na técnica anterior. No contexto da presente invenção, isso se deve ao fato de que, como descrito acima, dióxido de carbono é convertido em éter dimetíli- co no reator utilizado. As vantagens da invenção são, nesse caso, especialmente pronunciadas no caso de correntes de alimentação de frações leves, como metano ou gás natural, para a produção de gás de síntese. Na técnica anterior citada, em contraste, carbono ou biomassa são utilizados como alimentação.

[0045] No contexto da invenção, portanto, uma corrente de produ tos brutos resultantes pode ser recirculada completamente para a reação sem separação de dióxido de carbono (mas após separação dos produtos desejados, por exemplo, éter dimetílico). O processo de acordo com a invenção, por conseguinte, comprova ser de realização mais simples.

[0046] De acordo com a invenção, é provido adicionalmente, como mencionado, utilizar somente reatores operados isotermicamente. Como resultado, basta prover um único reator; o uso de reatores operados diferentemente (de forma isotérmica e adiabática), por outro lado,não é mais necessário.

[0047] O processo de acordo com a invenção pode também com preender uma síntese via metanol como intermediário, em que o último, contudo, não é separado. Consequentemente, equipamentos dispendiosos para separação podem ser dispensados. Por conseguinte, em pelo menos uma etapa de síntese (por exemplo, em somente um reator), hidrogênio e monóxido de carbono são primeiramente convertidos em metanol e o metanol, posteriormente, é convertido ainda em éter dimetílico na presença dos componentes presentes na corrente de alimentação. No contexto do processo de acordo com a invenção, metanol separado de uma corrente de produtos brutos pode também ser recirculado para a etapa de síntese. Como resultado, um reator que é convencionalmente utilizado para desidratação de metanol para formar éter dimetílico pode ser evitado.

[0048] Como mencionado, vantajosamente, os componentes não reagidos da corrente de alimentação, provenientes da corrente de produtos brutos, são pelo menos separados em parte e recirculados. Esses componentes podem, nesse caso, ser utilizados junto com o gás de síntese para formar a corrente de alimentação. Nesse caso, por exemplo, uma compressão compartilhada de uma corrente de gás de síntese e de uma corrente de reciclo correspondente pode prosseguir e cujo resultado é permitir estas serem dispensadas em estágios separados do compressor. Tal compressão compartilhada está também presente quando a corrente de reciclo é alimentada entre dois estágios do compressor de um compressor, através do qual a corrente de gás de síntese flui completamente.

[0049] Especificamente, os componentes não reagidos da corrente de alimentação, provenientes da corrente de produtos brutos, podem ser adicionados em uma corrente de reciclo, contendo predominantementehidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono, pelo menos em parte a uma corrente de gás de síntese. A separação de dióxido de carbono não é, como mencionado, necessária, ou não completamente necessária, de tal maneira que um processo de acordo com a invenção é favorável em termos econômicos e energéticos.

[0050] Pode também provar ser vantajoso além de produzir uma corrente de metanol, proveniente da corrente de produtos brutos, adicionar a referida corrente de metanol pelo menos em parte junto com a corrente de reciclo à corrente de gás de síntese. Como resultado, o metanol presente na corrente de metanol pode ser convertido ainda mais em éter dimetílico em paralelo à produção direta de éter dimetíli- co a partir do gás de síntese.

[0051] No contexto do processo de acordo com a invenção, pelo menos uma etapa de síntese é realizada vantajosamente a um nível de temperatura de 190 a 310 °C e/ou a um nível de pressão de 20 a 100 bar (2 a 10 MPa). Em condições correspondentes, especificamente a um nível de pressão acima de 50 bar (5 MPa), as etapas de reação descritas acima prosseguem de modo especialmente eficiente. Em contrapartida, de acordo com a técnica anterior previamente citada acima, níveis de pressão acentuadamente mais baixos são utilizados.

[0052] No contexto do processo de acordo com a invenção, em pelo menos uma etapa de síntese, utiliza-se, vantajosamente, pelo menos um catalisador que seja capaz de formar éter dimetílico a partir dos referidos compostos de partida via metanol como intermediário, por exemplo, um catalisador de cobre-zinco. Isso também opera efetivamente sob as condições indicadas.

[0053] A invenção é adequada em particular para processos nos quais, da corrente de produtos brutos, são separados adicionalmente água, éter dimetílico, dióxido de carbono e/ou metanol. Os componen- tes resultantes podem, de acordo com os requisitos, ser utilizados em um processo empregado como também descrito abaixo.

[0054] Um sistema para a produção de éter dimetílico a partir de gás de síntese constitui igualmente matéria da presente invenção. O sistema possui pelo menos um reator de éter dimetílico que é equipado para submeter pelo menos uma corrente de alimentação formada a partir de gás de síntese a ao menos uma etapa de síntese, na qual componentes que estão presentes na corrente de alimentação são convertidos pelo menos em parte em éter dimetílico. Isso, portanto, diz respeito ao menos a um reator de éter dimetílico utilizado para a produção em estágio único de éter dimetílico. Se uma pluralidade de reatores de éter dimetílico estiver presente, esses reatores podem ser dispostos em série ou em paralelo e ser carregados com uma ou mais correntes de alimentação.

[0055] Na produção em estágio único de éter dimetílico, como já explicado, é obtida pelo menos uma corrente de produtos brutos que contém pelo menos éter dimetílico, metanol e água, além dos componentesnão reagidos provenientes da corrente de alimentação. De acordo com a invenção, tal sistema é distinguido por ser equipado para formar a corrente de alimentação de tal maneira que a última possui pelo menos hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono de acordo com um número estequiométrico de 2,1 a 5,0, em que a proporção de dióxido de carbono para monóxido de carbono na corrente de alimentação situa-se em uma faixa de 0,5 a 4, e contém pelo menos 4 a 20 moles por cento de dióxido de carbono. Além disso, de acordo com a invenção, é provido ao menos um equipamento de res-friamento que é equipado para operar ao menos um reator de éter di- metílico durante ao menos uma etapa de síntese de forma isotérmica. Como mencionado, as reações para formar éter dimetílico prosseguem exotermicamente, de tal maneira que, para uma operação exclusiva- mente isotérmica do reator ou reatores utilizados, uma remoção de calor correspondente deve ser assegurada.

[0056] Tal sistema é equipado, especificamente, para realizar um processo conforme foi extensamente explicado acima. O sistema de acordo com a invenção beneficia-se das vantagens explicadas, às quais é feita explicitamente referência.

[0057] A invenção será descrita mais detalhadamente com referência aos desenhos que mostram modalidades da invenção.

Breve Descrição dos desenhos

[0058] A Figura 1 mostra um processo para a produção de éter dimetílico a partir de gás de síntese de acordo com uma modalidade da invenção em uma representação esquemática.

[0059] A Figura 2 mostra um processo para a produção de éter dimetílico a partir de gás de síntese de acordo com uma modalidade da invenção em uma representação esquemática.

[0060] A Figura 3 mostra um processo para a produção de éter dimetílico a partir de gás de síntese de acordo com uma modalidade da invenção em uma representação esquemática.

[0061] A Figura 4 mostra um processo para a produção de éter dimetílico a partir de gás de síntese de acordo com uma modalidade da invenção em uma representação esquemática.

Descrição detalhada dos desenhos

[0062] Nas figuras, elementos que correspondem uns com outros recebem sinais idênticos de referência e, por uma questão de clareza, não são descritos repetidamente.

[0063] As Figuras 1 a 4 mostram modalidades de um processo de acordo com a invenção para a produção de éter dimetílico DME a partir de gás de síntese SG. Uma etapa de síntese que pode prosseguir em um ou mais reatores operados isotermicamente é designada A e uma etapa de separação é designada B. Todas as modalidades mos- tradas têm em comum o fato de que uma corrente de gás de síntese 1, após combinação com pelo menos mais uma corrente, é submetida como corrente de alimentação 2 à etapa de síntese A.

[0064] A corrente de gás de síntese 1 pode conter gás de síntese SG proveniente de uma ou mais etapas anteriores (upstream) adequadas do processo (por exemplo, proveniente de reforma a vapor, reforma autotérmica, reforma a seco ou oxidação parcial). A corrente de gás de síntese 1 contém hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono, além de tipicamente também componentes menores como metano e nitrogênio.

[0065] Para formar a corrente de alimentação 2, a corrente de gás de síntese 1 (corrente de reposição (make-up)), em contraste aos processos convencionais para a produção em estágio único de éter dime- tílico a partir de gás de síntese, não é liberada de dióxido de carbono ou é somente liberada parcialmente do dióxido de carbono. Para formar a corrente de alimentação 2, a corrente de gás de síntese 1 é misturada adicionalmente com pelo menos uma corrente de reciclo 6 que é formada a partir dos componentes produzidos na etapa de separação B. A corrente de reciclo 6 pode ser comprimida em um compressor de reciclo de tal maneira que a corrente de gás de síntese 1 e a corrente de reciclo 6 estejam presentes no mesmo nível de pressão, ou é comprimida junto com a corrente de gás de síntese 1. Nesse caso, a corrente de reciclo 6 contém ao menos alguns dos componentes da corrente de gás de síntese 1 ou da corrente de alimentação 2, não reagidos na etapa de síntese. A corrente de alimentação 2 distingue-se na modalidade ilustrada da invenção da técnica anterior por um númeroestequiométrico comparativamente alto e um teor de dióxido de carbono comparativamente alto, como indicado acima.

[0066] Na etapa de síntese A, um corrente de produtos brutos contendoéter dimetílico 3 é produzida a partir da corrente de alimentação 2. A corrente de produtos brutos 3, além de éter dimetílico, pode também conter gás de síntese não reagido, metanol, água e possivelmente (pelo menos na etapa de síntese (A)) gases inertes. Essa corrente é submetida à etapa de separação B, na qual pelo menos uma corrente de produtos 4 contendo predominantemente éter dimetílico é produzida. A corrente de produtos 4, além de éter dimetílico, pode também conter quantidades relativamente grandes de metanol e água, e também impurezas como dióxido de carbono e alcanos. A pureza gerada baseia-se em considerações econômicas.

[0067] Na modalidade da invenção mostrada na Figura 1, além da corrente de produtos 4, é obtida uma corrente de fora (off-stream) 5 de gás de síntese SG não reagido ou dos componentes não reagidos da corrente de gás de síntese 1 ou da corrente de alimentação 2. A corrente de fora 5 contém predominantemente hidrogênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano e ainda gases inertes leves. A corrente de fora 5 é dividida, obtendo-se a corrente de reciclo 6 e uma corrente residual 7, em que a corrente residual 7 é normalmente formada por apenas 1 a 10% da corrente de fora 5. A corrente residual 7 pode ser utilizada como gás combustível, por exemplo, no queimador de um reformador, para produzir o gás de síntese SG, como alimentação em tal reformador, para a geração de uma corrente rica em hidro-gênio, por exemplo, por absorção por variação de pressão, como produto de exportação e/ou em outras partes do sistemas, por exemplo, para dessulfurização de gás natural a montante de um reformador.

[0068] Na Figura 2, é mostrada uma modalidade adicional da invenção na qual uma corrente rica em dióxido de carbono 8 surge na etapa de separação B. O dióxido de carbono presente nessa corrente rica em dióxido de carbono 8, por exemplo, pelo menos a 80%, é encontrada de acordo com a Figura 1 na corrente de fora 5. O dióxido de carbono pode, portanto, dependendo da configuração da unidade de separação B, ser obtido junto com componentes adicionais (Figura 1) ou como uma corrente separada 8 (Figuras 2 a 4) e, nesse caso, estar presente em estado gasoso ou líquido. A corrente 8 pode ser misturada, por exemplo, com a corrente de fora 5 (opcionalmente após elevação da pressão), reciclada como alimentação para gerar o gás de síntese SG, misturada com a corrente de gás de síntese 1 antes ou durante uma compressão e/ou empregada, por exemplo, no queimador de um reformador para produzir o gás de síntese SG. Prover uma corrente separada 8 aumenta, portanto, a flexibilidade.

[0069] Na Figura 3, é mostrada uma modalidade adicional da invenção, na qual uma corrente rica em e/ou em água 9 surge na etapa de separação B. Nessa modalidade da invenção, a corrente de produtos 4 pode ser especialmente rica em éter dimetílico e pobre em metanol e/ou água. A corrente rica em e/ou em água 9 pode ser reciclada para a produção de gás de síntese SG.

[0070] Na Figura 4, é mostrada uma modalidade adicional da invenção, na qual uma corrente rica em metanol 9 e uma corrente rica em água 10 surgem separadamente na etapa de separação B. A corrente rica em metanol 9 pode ser exportada ou reciclada para a produção do gás de síntese SG. A corrente rica em metanol 9 pode também ser recirculada para a etapa de síntese A e empregada para a formação de éter dimetílico. Não é necessário um reator adicional para a desidratação do metanol. A corrente rica em água 10 pode ser submetida a um tratamento de águas residuais.

Claims

1. Processo para a produção de éter dimetílico (DME) a partir de gás de síntese (SG), sendo que ao menos uma corrente de alimentação (2) formada a partir do gás de síntese (SG) é submetida ao menos a uma etapa de síntese (A), na qual componentes presentes na corrente de alimentação (2) são convertidos pelo menos em parte em éter dimetílico (DME), em que é obtida pelo menos uma corrente de produtos brutos (3) que contém pelo menos éter dimetílico (DME) e componentes não reagidos da corrente de alimentação (2), o referido processo sendo caracterizado pelo fato de que a corrente de alimentação (2) contém hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono correspondendo a um número estequiométrico de 2,1 a 5,0 e que contém 4 a 20 moles por cento de dióxido de carbono, em que a proporção de dióxido de carbono para monóxido de carbono na corrente de alimentação (2) situa-se em uma faixa de 0,5 a 2, em que pelo menos uma etapa de síntese (A) é realizada sob condições isotérmicas, e em que os componentes não reagidos da corrente de alimentação (2), provenientes da corrente de produtos brutos (3), são separados pelo menos em parte e utilizados junto com o gás de síntese (SG) para formar a corrente de alimentação (2).

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que hidrogênio, monóxido de carbono e/ou dióxido de carbono são convertidos em metanol em pelo menos uma etapa de síntese (A) e o metanol é convertido ainda em éter dimetílico na presença de outros componentes presentes na corrente de alimentação (2).

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- do pelo fato de que os componentes não reagidos da corrente de alimentação (2), provenientes da corrente de produtos brutos (3), são adicionados para formar uma corrente de reciclo (6), contendo predominantementehidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono, pelo menos em parte a uma corrente de gás de síntese (1).

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que é produzida adicionalmente uma corrente de metanol (9), provenientes da corrente de produtos brutos (3), e adicionada pelo menos em parte junto com a corrente de reciclo (6) à corrente de gás de síntese (1).

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que ao menos uma etapa de síntese (A) é realizada a um nível de temperatura de 190 a 310°C e/ou a um nível de pressão de 20 a 100 bar (2 a 10 MPa).

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que, em ao menos uma etapa de síntese (A), se utiliza pelo menos um catalisador que seja capaz de formar éter dimetílico, a partir de hidrogênio e monóxido de carbono, e ainda a partir de hidrogênio e dióxido de carbono via metanol como intermediário.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que, da corrente de produtos brutos (3), adicionalmente água, éter dimetílico, dióxido de carbono e/ou metanol são separados pelo menos em parte.

8. Sistema para produção de éter dimetílico (DME) a partir de gás de síntese (SG) que possui ao menos um reator de éter dimetí- lico que é equipado para submeter ao menos uma corrente de alimentação (2) formada a partir de gás de síntese (SG) a ao menos uma etapa de síntese (A) na qual componentes que estão presentes na corrente de alimentação (2) são convertidos pelo menos em parte em éter dimetílico (DME), cujo resultado é ser obtida ao menos uma corrente de produtos brutos (3) que contém pelo menos éter dimetílico (DME) e componentes não reagidos da corrente de alimentação (2), caracterizado pelo fato de que é equipado para formar a corrente de alimentação (2) de tal maneira que a última contém hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono correspondendo a um número estequi- ométrico de 2,1 a 5,0 e contém 4 a 20 moles por cento de dióxido de carbono, e a proporção de dióxido de carbono para monóxido de carbono na corrente de alimentação (2) situa-se em uma faixa de 0,5 a 2, e com pelo menos um equipamento de resfriamento que seja equipado para operar ao menos um reator de éter dimetílico isotermicamente durante ao menos uma etapa de síntese (A).

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que é equipado para realizar um processo, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.