BR112017014497B1 - Processo para a preparação de eteno por desidratação química em fase de vapor de etanol - Google Patents
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Abstract
processo e aparelho para a desidratação de etanol. a presente invenção proporciona um processo para a preparação de eteno por desidratação química em fase de vapor de etanol utilizando um reator adiabático, em que o interior do reator adiabático é separado em pelo menos três zonas de reação, compreendendo uma primeira zona de reação, pelo menos uma zona de reação intermédia e uma zona de reação final, e em que cada zona contém um catalisador de desidratação de etanol; o referido processo compreendendo as etapas de; a) alimentar uma corrente de alimentação de reagente préaquecida para uma entrada da primeira zona de reação; b) extrair uma corrente de efluente a partir de uma saída da primeira zona de reação; c) alimentar a referida corrente de efluente para uma entrada de uma zona de reação intermediária subsequente; d) extrair uma corrente de efluente a partir de uma saída da zona de reação intermediária; e) repetir as etapas (c) e (d) para quaisquer zonas de reação intermédia subsequentes, se presentes; f) alimentar, em uma entrada da zona de reação final, da corrente de efluente da zona de reação intermediária anterior; g) extrair uma corrente de produto de uma saída da zona de reação final; em que as correntes de efluentes são reaquecidas antes de serem alimentadas em uma zona de reação subsequente por meio de um ou mais trocadores de calor; e em que um único trocador de calor reaquece simultaneamente pelo menos duas das correntes de efluente, de modo que não exista mais de um trocador de calor para cada duas correntes de efluentes que são reaquecidas no processo.
Description
[0001] A presente invenção se refere a um processo e aparelho para produzir eteno através da desidratação química de fase vapor de etanol. Em particular, o processo da invenção inclui o uso de um reator adiabático compreendendo múltiplas zonas de reação em combinação com um sistema de reaquecimento de corrente de efluente onde duas ou mais correntes de efluente intermediárias diferentes são reaquecidas por meio de um único trocador de calor, sem comprometer a eficácia do processo de desidratação de etanol.
[0002] Eteno é um monômero e produto químico do tipo commodity importante que tradicionalmente tem sido produzido industrialmente por craqueamento catalítico ou a vapor de hidrocarbonetos derivados a partir de óleo cru. No entanto, como as reservas de óleo cru diminuem e os preços sobem tem se tornado uma necessidade crescente encontrar métodos alternativos economicamente viáveis para fabricar este produto. Em virtude da sua pronta disponibilidade a partir de tecnologias com base em fermentação de biomassa e gás de síntese, etanol está emergindo como uma carga de alimentação potencial importante a partir do qual o eteno pode ser feito no futuro.
[0003] A desidratação de etanol para eteno é uma reação bem conhecida, e tem sido usada em vários processos comerciais desde os anos de 1930s. A reação é altamente endotérmica e assim requer altas temperaturas para alcançar a conversão eficiente de etanol para eteno. Sistemas anteriores usam reatores isotérmicos para alcançar este objetivo, apesar de serem bastante substituídos pelos sistemas de reator adiabático nos anos 1970.
[0004] Em um processo de desidratação típico, uma alimentação compreendendo etanol, opcionalmente água e outros componentes é continuamente alimentada para um reator contendo um leito de catalisador de heteropoliácido e os produtos continuamente removidos. Sob as condições de estado estacionário, a alimentação que entra no reator é rapidamente convertida próximo da entrada para uma mistura em equilíbrio de água, etanol e etoxi etano (o produto de uma desidratação rápida de primeiro estágio do etanol). Tais processos tipicamente são conduzidos em temperatura e pressão elevadas.
[0005] A desidratação de etanol pode ser realizada vantajosamente usando múltiplos reatores adiabáticos arranjados em série, com aquecimento intermediário entre os reatores. Tais sistemas tipicamente incluem vários vasos de pressão individuais em que cada uma das correntes de efluente a partir de cada reator é aquecida por uma fonte de calor antes de ser alimentada para um subsequente reator.
[0006] US 4,232,179 divulga um processo para desidratar etanol em que vários reatores adiabáticos são arranjados em série. Um fluido que porta calor é introduzido para cada reator e misturado com a alimentação do reator de maneira a manter a alta temperatura necessária dentro de cada reator. Os reatores separados deste processo permitem a operação de um reator, ou série de reatores, a ser interrompidos para os serviços de manutenção sem interferir com o desempenho de outros reatores no sistema, e permitindo desta forma a continuidade do processo.
[0007] US 2013/0178674 descreve um processo para a desidratação de etanol usando um reator compreendendo uma pluralidade de estágios dentro de um único reator, em que cada estágio possui um diferente comprimento, diâmetro interno, volume e quantidade de catalisador. O aquecimento da alimentação para cada estágio é controlado individualmente por meio de múltiplos trocadores de calor, permitindo desta forma a otimização do perfil de temperatura de cada estágio individual. Adicionalmente, cada uma das zonas de reação é designada para operar sob diferentes condições de temperatura e pressão, tempo de residência de reagente, e quantidade de catalisador, de maneira a obter a maior eficiência para a conversão de etanol, seletividade de eteno, e produtividade. Um benefício adicional deste projeto, como para US 4,232,179, é que o caráter separado de cada estágio permite que os estágios individuais sejam desligados para a manutenção sem interrupção de todo o processo.
[0008] No entanto, uma desvantagem notável do sistema divulgado em US 4,232,179 é a complexidade e a impressão associada com o aparelho usado. Por exemplo, de maneira a prover zonas de reação que operam sob diferentes condições de processo, redes de tubulação complexas são necessárias para as correntes de efluente que são submetidas aos diferentes níveis de reaquecimento, de acordo com as condições de processo particulares implementadas em subsequentes zonas de reação.
[0009] Foi descoberto inesperadamente que, apesar da preferência em otimizar a temperatura de cada reator ou zona de reação individualmente de acordo com a técnica anterior, trocadores de calor usados para reaquecer correntes de efluente de reatores ou zonas de reação de um sistema de desidratação de etanol podem ser comumente combinados em únicas unidades para simplificar o sistema global. Surpreendentemente, foi descoberto que o reaquecimento de duas ou mais diferentes correntes de efluente até substancialmente o mesmo grau por meio de um único trocador de calor não compromete a eficácia de um processo de desidratação de etanol operado com múltiplas zonas de reação e pode reduzir a complexidade e os custos globais pelo uso de menos vasos de pressão e arranjos de tubulação simplificados. Isto é de significância particular quando o número de zonas de reação se torna grande (por exemplo, mais do que 4), como o desenho de instrumento e tubulação na vizinhança destes reatores se torna extremamente complicado devido ao número de conexões e itens externos necessários.
[00010] O arranjo de tubulação e o desenho complicado de múltiplos sistemas de reator com grandes números de reatores ou zonas de reação os torna excessivamente difíceis e custosos de montar e manter, tornando o uso de tais sistemas muito caro. Em particular, a conexão de um grande número de trocadores de calor com um único reator com múltiplas zonas de reação é geometricamente inábil, e, portanto provável de ser custoso e logisticamente difícil de manter. Um benefício particular da presente invenção é que ela reduz o número de trocadores de calor que precisam ser arranjados em torno do reator, permitindo arranjos de tubulação mais simples e acesso de manutenção aprimorado.
[00011] Assim, a presente invenção está direcionada a um processo e aparelho que simplifica o desenho de instrumento e tubulação na vizinhança de reatores de desidratação de etanol combinando múltiplos reatores para um único vaso de pressão compreendendo múltiplas zonas de reação, e combinando o reaquecimento de duas ou mais correntes de efluente intermediárias em um único dispositivo externo. Referência aqui a uma "corrente de efluente intermediárias" ou uma "corrente de efluente" está intencionada a se referir a uma corrente de efluente a partir de uma zona de reação do reator que é reaquecida antes de ser transportada para uma subsequente zona de reação do reator para o processamento adicional.
[00012] Em um primeiro aspecto, a presente invenção provê um processo para o preparo de eteno através da desidratação química de fase vapor de etanol usando um reator adiabático, em que o interior do reator adiabático é separado para pelo menos três zonas de reação, compreendendo uma primeira zona de reação, pelo menos uma zona de reação intermediária e uma zona de reação final, e em que cada zona contém um catalisador de desidratação de etanol; o dito processo compreendendo as etapas de; a) alimentar uma corrente de alimentação de reagente pré-aquecida para uma entrada da primeira zona de reação; b) extrair uma corrente de efluente a partir de uma saída da primeira zona de reação; c) alimentar a dita corrente de efluente para uma entrada de uma subsequente zona de reação intermediária; d) extrair uma corrente de efluente a partir de uma saída da zona de reação intermediária; e) repetir as etapas (c) e (d) para quaisquer subsequentes zonas de reação intermediárias, se presentes; f) alimentar, para uma entrada da zona de reação final, a corrente de efluente a partir da zona de reação intermediária anterior; g) extrair uma corrente de produto a partir de uma saída da zona de reação final; em que as correntes de efluente são aquecidas novamente antes de ser alimentadas para uma subsequente zona de reação por meio de um ou mais trocadores de calor; e em que um único trocador de calor simultaneamente reaquece pelo menos duas das correntes de efluente, tal que não mais do que um trocador de calor está presente para cada duas correntes de efluente sendo reaquecidas no processo.
[00013] A combinação e o reuso de elementos do processo simplifica bastante o arranjo de sistemas de múltiplos reatores, permitindo custos reduzidos se comparado com os processos convencionais. Em particular, a combinação de trocadores de calor em unidades únicas permite que múltiplas correntes de efluente sejam reaquecidas simultaneamente. Isto reduz bastante o número de trocadores de calor que precisam ser arranjados em torno do reator, e, portanto a complexidade do desenho de instrumento e tubulação na vizinhança do reator, que de outra forma se torna extremamente complicado devido ao número de conexões e itens externos necessários quando múltiplas zonas de reação estão presentes.
[00014] O reator usado no processo de acordo com a presente invenção compreende pelo menos três zonas de reação; uma primeira zona de reação, pelo menos uma zona de reação intermediária e uma zona de reação final. A presente invenção é particularmente eficaz onde o número de zonas de reação intermediárias é três ou mais (por exemplo, 4 ou 5 zonas de reação intermediárias), quando o desenho de instrumento e tubulação em torno do reator se torna cada vez mais complicado. A presente invenção é compatível com sistemas de desidratação de etanol escalonados tendo grandes reatores com números aumentados de zonas de reação (por exemplo, 4 ou 5 zonas de reação intermediárias).
[00015] Os trocadores de calor da presente invenção podem ser selecionados a partir de quaisquer trocadores de calor de múltiplas correntes comumente conhecidos na técnica. Preferivelmente, os trocadores de calor usados na presente invenção são trocadores de calor de casco e tubo ou trocadores de calor de placa/armação. Os trocadores de calor podem ser trocadores de calor de fase única ou de duas fases.
[00016] Um trocador de calor de casco e tubo comumente compreende um grande vaso de pressão (casco) , através do qual os tubos ou feixes de tubos passam. Um fluido corre através do casco enquanto um segundo fluido corre através dos tubos, em que os ditos fluidos estão em contato térmico através da superfície dos tubos. O calor é transferido entre um fluido no casco e um fluido nos tubos, através das paredes de tubo.
[00017] Um trocador de calor de placas/armação comumente compreende câmaras semelhantes à placa, finas em profundidade, e termicamente contatadas na sua maior superfície. As correntes de fluido "quente" e "frio" passam através das placas alternadas na série, facilitando a transferência de calor eficiente entre os fluidos.
[00018] Em uma modalidade da presente invenção, pelo menos um dos um ou mais trocadores de calor é um trocador de calor do tipo casco e tubo. Preferivelmente, o trocador de calor de casco e tubo reaquece entre duas e quatro correntes de efluente simultaneamente, mais preferivelmente duas correntes de efluente simultaneamente. Múltiplas correntes de efluente podem ser simultaneamente reaquecidas passando correntes de efluente separadas através de separados tubos ou grupos de tubos dentro de um único casco.
[00019] Em outra modalidade da presente invenção, pelo menos um dos um ou mais trocadores de calor é um trocador de calor de placas/armação. Preferivelmente, o trocador de calor de placas/armação reaquece pelo menos quatro correntes de efluente simultaneamente. Múltiplas correntes de efluente podem ser reaquecidas simultaneamente passando correntes de efluente separadas através de placas separadas ou séries de placas dentro de um único trocador de calor.
[00020] É possível prover os trocadores de calor que acomodam múltiplas correntes de efluente para o reaquecimento, em que o grau de aquecimento das múltiplas correntes de efluente é substancialmente o mesmo. Isto pode ser alcançado garantindo que a área de superfície de contato entre uma corrente de efluente e o elemento de aquecimento do trocador de calor é tão próxima quanto for possível daquela da corrente de efluente adicional reaquecida na mesma unidade. Em uma modalidade preferida da presente invenção, a diferença na área de superfície de contato entre as duas ou mais correntes de efluente sendo reaquecidas em um único trocador de calor e respectivos elementos de aquecimento do trocador de calor é menor do que 10 %, preferivelmente menor do que 5%, mais preferivelmente menor do que 2 %. Em uma modalidade mais preferida da presente invenção, a área de superfície de contato entre as duas ou mais correntes de efluente sendo reaquecidas em um único trocador de calor e os respectivos elementos de aquecimento do trocador de calor é idêntica.
[00021] Acredita-se que a desidratação da carga de alimentação de acordo com a presente invenção (Chem. Eng Comm. 1990, 95, 27 a 39) prossiga tanto através da desidratação direta para olefinas quanto água (Equação 1); ou através de um intermediário de éter (Equações 2 e 3).
[00022] A conversão direta do éter para dois mols de olefina e água também foi reportada (Chem. Eng. Res. e Design 1984, 62, 81 a 91). Todas as reações mostradas acima são tipicamente catalisadas por ácidos de Lewis e/ou Bronsted. A Equação 1 mostra a eliminação direta endotérmica de etanol para eteno e água; competindo com a Equação 1 estão as Equações 2 e 3 isto é a reação de eterificação exotérmica (Equação 2), e a eliminação endotérmica de etoxietano para produzir eteno e etanol (Equação 3) . No entanto, a reação de desidratação de etanol para eteno no geral é dita de ser altamente endotérmica.
[00023] O catalisador de desidratação de etanol usado no processo da presente invenção pode ser selecionado a partir destes comumente conhecidos na técnica, tais como um catalisador de desidratação de leito fixo. O catalisador preferivelmente é um catalisador de heteropoliácido selecionado a partir daqueles descritos em WO2008062157, WO2007063282, WO2007063281, WO2007063280, WO2007063279, EP 1925363 e EP 1982761.
[00024] De acordo com a presente invenção, é provido um processo para o preparo de eteno através da desidratação química de fase vapor de uma corrente de alimentação compreendendo etanol (e preferivelmente água e/ou etoxietano) , o dito processo compreendendo contatar a corrente de alimentação com um catalisador em múltiplas zonas de reação de um reator adiabático, em que a complexidade do desenho de instrumento e tubulação na vizinhança do reator é bastante reduzido.
[00025] Preferivelmente, a quantidade de água na corrente de alimentação do processo da presente invenção é no máximo de cerca de 50 % em peso, mais preferivelmente no máximo de cerca de 20 % em peso, ainda mais preferivelmente no máximo de cerca de 10 % em peso, ou ainda no máximo de cerca de 7 % em peso, com base no peso total de água, etanol e etoxietano na corrente de alimentação de reagente. Preferivelmente, a quantidade de água na corrente de alimentação de reagente é de pelo menos cerca de 0,1 % em peso, mais preferivelmente pelo menos cerca de 0,5 % em peso) e ainda mais preferivelmente pelo menos cerca de 1 % em peso, com base no peso total de água, etanol e etoxietano na corrente de alimentação de reagente.
[00026] A corrente de produto líquida que segue a remoção de olefina compreende na sua maioria etanol não reagido, dietil éter e água. Os Depositantes descobriram que é particularmente preferível reciclar a porção maior dos alcoóis e éteres de volta para o reator de desidratação de fase vapor após a remoção de subproduto de água.
[00027] Em algumas modalidades da invenção, a corrente de alimentação compreende um diluente inerte. Em outras modalidades, um diluente inerte é adicionado entre as zonas de reação. Diluentes preferidos compreendem nitrogênio, hélio, eteno e/ou hidrocarbonetos saturados, por exemplo, hexanos, 2-metilpropano ou n-butano. Mais preferivelmente, o diluente da corrente de alimentação é selecionado a partir de nitrogênio e/ou hélio.
[00028] Em uma modalidade, as zonas de reação em que o etanol é desidratado de acordo com a presente invenção, preferivelmente são operadas em uma temperatura de 160 °C a 270 °C, mais preferivelmente de 180 °C a 270 °C, mais preferivelmente de 190 °C a 260 °C e ainda mais preferivelmente de 200 °C a 250 °C. As zonas de reação preferivelmente são operadas em uma pressão de 0,1 MPa a 4,5 MPa, preferivelmente em uma pressão de 1,5 MPa a 3,5 MPa, e ainda mais preferivelmente em uma pressão de 1,8 MPa a 2,8 MPa.
[00029] Em outra modalidade, as temperaturas de alimentação para as zonas de reação em que o etanol é desidratado de acordo com a presente invenção são preferivelmente pelo menos cerca de 252 °C, mais preferivelmente pelo menos cerca de 255 °C, ainda mais preferivelmente pelo menos cerca de 2 60 °C, ainda mais preferivelmente still pelo menos cerca de 280 °C e ainda mais preferivelmente pelo menos 300 °C. O limite superior da temperatura de alimentação está abaixo da temperatura em que a seletividade por eteno é negativamente impactada e/ou uma que é excessivamente intensiva em energia. Preferivelmente, o limite superior da temperatura de alimentação é de cerca de 350 °C, mais preferivelmente cerca de 325 °C. Assim, faixas de temperatura de alimentação preferidas para a reação de desidratação incluem: a) pelo menos cerca de 252 °C até cerca de 350°C; b) pelo menos cerca de 252 °C até cerca de 325 °C; c) pelo menos cerca de 255 °C até cerca de 350 °C; d) pelo menos cerca de 255 °C até cerca de 325 °C; e) pelo menos cerca de 260 °C até cerca de 350 °C; f) pelo menos cerca de 260 °C até cerca de 325 °C; g) pelo menos cerca de 280 °C até cerca de 350 °C; h) pelo menos cerca de 280 °C até cerca de 325 °C; i) pelo menos cerca de 300 °C até cerca de 350 °C; e j) pelo menos cerca de 300 °C até cerca de 325 °C. Nesta modalidade as zonas de reação possuem uma pressão interna de cerca de 0,90 MPa até cerca de 1,60 MPa e mais preferivelmente, uma pressão interna de cerca de 0, 95 MPa até cerca de 1,30 MPa. Ainda mais preferivelmente, as zonas de reação possuem uma pressão interna de cerca de 1,00 MPa até cerca de 1,20 MPa.
[00030] Referência a "temperatura de alimentação" aqui está intencionada a se referir à temperatura de uma corrente particular no ponto em que ela é alimentada para um reator ou zona de reação.
[00031] Referência aqui à pressão dentro das zonas de reação corresponde com a soma das pressões parciais dos reagentes, designadamente aquelas de etanol e (se presente) água e etoxietano, bem como a pressão parcial do produto de etileno. A menos que seja indicado de outra forma aqui, pressões parciais de diluentes inertes, tais como hélio e nitrogênio, ou outros componentes inertes são excluídos a partir da pressão total declarada. Assim, referência à pressão da zona de reação aqui é de acordo com a fórmula: Preator = Págua + Petanol + Petoxietano + Petileno. Adiciona lmente, a menos que seja indicado de outra forma, referência às pressões de reator aqui são para pressões absolutas, e não pressões manométricas.
[00032] Em uma modalidade preferida do processo de acordo com a presente invenção, a diferença entre as temperaturas das correntes de efluente intermediárias individuais, após elas serem reaquecidas, é menor do que 20 °C, mais preferivelmente menor do que 10 °C e ainda mais preferivelmente menor do que 5 °C. Preferivelmente, a diferença entre as temperaturas das correntes de efluente intermediárias individuais, antes de elas serem reaquecidas, é menor do que 20 °C, mais preferivelmente menor do que 10 °C e ainda mais preferivelmente menor do que 5 °C.
[00033] Preferivelmente, a diferença nas pressões de reação entre diferentes zonas de reação no processo de acordo com a presente invenção é menor do que 1 MPa, mais preferivelmente menor do que 0,5 MPa, e ainda mais preferivelmente menor do que 0,3 MPa.
[00034] A GHSV para a operação contínua do reator for desidratação de etanol de acordo com a presente invenção adequadamente pode estar na faixa de 50 a 50.000 h- 1, preferivelmente de 1.000 a 30.000 h-1, mais preferivelmente de 2.000 a 15.000 h-1 e ainda mais preferivelmente de 5.000 a 8.000 h-1. Velocidade espacial horário do gás (GHSV) é definida como o volume de gás alimentado por unidade de volume de catalisador por hora, na temperatura padrão (0 °C) e pressão padrão (0,101325 MPa) .
[00035] A presente invenção adicionalmente provê um aparelho para preparar eteno através da desidratação química de fase vapor de etanol, compreendendo; i) um reator adiabático, em que o interior do reator adiabático é separado para pelo menos três zonas de reação, compreendendo uma primeira zona de reação, pelo menos uma zona de reação intermediária e uma zona de reação final; ii) um meio para alimentar uma corrente de reagente pré-aquecida para uma entrada da primeira zona de reação; iii) um meio para extrair uma corrente de efluente a partir de uma saída da primeira zona de reação; iv) um meio para alimentar a dita corrente de efluente para uma entrada de uma subsequente zona de reação intermediária; v) um meio para extrair uma corrente de efluente a partir de uma saída da zona de reação intermediária; vi) um ou mais meios para alimentar para, e um ou mais meios para extrair uma corrente de efluente a partir de quaisquer zonas de reação intermediárias adicionais se presentes; vii) um meio para alimentar, para uma entrada da zona de reação final, a corrente de efluente a partir da zona de reação intermediária anterior; viii) um meio para extrair uma corrente de produto a partir de uma saída da zona de reação final; ix) um ou mais trocadores de calor para reaquecer cada corrente de efluente, antes de ser alimentada para uma subsequente zona de reação, em que um único trocador de calor está configurado para reaquecer simultaneamente pelo menos duas das correntes de efluente, tal que não mais do que um trocador de calor está presente para cada duas correntes de efluente sendo reaquecidas.
[00036] O reator de acordo com o aparelho da presente invenção compreende pelo menos três zonas de reação; uma primeira zona de reação, pelo menos uma zona de reação intermediária e uma zona de reação final. A presente invenção é particularmente eficaz no caso em que o número de zonas de reação intermediárias é três ou mais, quando o desenho de instrumento e tubulação em torno do reator se torna cada vez mais complicado.
[00037] O reator adiabático de acordo com o aparelho da presente invenção pode compreender um único vaso de pressão, em que o interior do reator é dividido em três ou mais zonas de reação. Os meios para dividir o interior do reator podem compreender um defletor simples, em que o reator está configurado para permitir uma diferença nas pressões de reação entre diferentes zonas de reação de menos do que 1 MPa, mais preferivelmente menor do que 0,5 MPa, e ainda mais preferivelmente menor do que 0,3 MPa.
[00038] Cada uma das zonas de reação do reator adiabático de acordo com a presente invenção individualmente pode ter a função interior de um reator adiabático tal como aqueles comumente conhecidos na técnica, por exemplo, um reator tubular de leito fixo ou reator de fluxo radial.
[00039] Um reator tubular de leito fixo simples compreende uma passagem tubular preenchida com um leito fixo de catalisador através do qual uma alimentação é passada. Um reator de fluxo radial de leito fixo compreende um reator configurado tal que uma alimentação escoa de maneira radial para fora através de leitos anulares fixos de catalisador.
[00040] Os trocadores de calor do aparelho de acordo com a presente invenção podem ser selecionados a partir de quaisquer trocadores de calor de múltiplas correntes comumente conhecidas na técnica. Preferivelmente, os trocadores de calor usados na presente invenção são trocadores de calor de casco e tubo ou trocadores de calor de placa/armação. Os trocadores de calor podem ser trocadores de calor de fase única ou de duas fases.
[00041] Em uma modalidade da presente invenção, em que pelo menos um dos um ou mais trocadores de calor é um trocador de calor de casco e tubo, o aparelho está configurado tal que cada trocador de calor de casco e tubo reaquece entre duas e quatro correntes de efluente simultaneamente, preferivelmente duas correntes de efluente simultaneamente.
[00042] Em outra modalidade da presente invenção, em que pelo menos um dos um ou mais trocadores de calor é um trocador de calor de placas/armação, o aparelho está configurado tal que cada trocador de calor de placas/armação reaquece pelo menos duas correntes de efluente simultaneamente, preferivelmente pelo menos quatro correntes de efluente simultaneamente.
[00043] Os trocadores de calor de acordo com uma modalidade preferida do aparelho da presente invenção podem ser configurados tal que a diferença na área de superfície de contato entre as duas ou mais correntes de efluente sendo reaquecidas em um único trocador de calor e respectivos elementos de aquecimento do trocador de calor é menor do que 10 %, preferivelmente menor do que 5%, mais preferivelmente menor do que 2 %.
[00044] Em uma modalidade diferente, a área de superfície de contato entre as duas ou mais correntes de efluente sendo reaquecidas em um único trocador de calor e os respectivos elementos de aquecimento do trocador de calor está configurada para ser idêntica.
[00045] A invenção será descrita agora em maior detalhe com referência às modalidades da invenção ilustradas nas figuras anexas, em que; A Figura 1 mostra um sistema convencional compreendendo múltiplos reatores em série (01, 03, 05) com múltiplos meios de reaquecimento (02, 04), tais como trocadores de calor, em que a corrente de efluente a partir de cada reator é individualmente aquecida antes de ser alimentada para um subsequente reator; A Figura 2 mostra um sistema de reator simplificado compreendendo três zonas de reação em série, dividindo um único trocador de calor para reaquecer duas correntes, de acordo com a presente invenção; e A Figura 3 mostra uma diferente modalidade de um sistema de reator simplificado compreendendo cinco zonas de reação em série, com dois trocadores de calor que reaquecem duas correntes cada, de acordo com a presente invenção.
[00046] A modalidade da presente invenção mostrada na Figura 2 demonstra um sistema de reator simplificado comparado com o equivalente sistema de trocador de calor e múltiplos reatores convencional mostrado na Figura 1, Especificamente, na modalidade da invenção de acordo com Figura 2, um reator adiabático (10) é separado internamente para uma primeira zona de reação (11), uma zona de reação intermediária (12), e uma zona de reação final (13), cada uma contendo um catalisador de desidratação de leito fixo (11a, 12a, e 13a respectivamente).
[00047] Uma corrente de reagente pré-aquecida (1) é alimentada para uma entrada da primeira zona de reação (11) e entra em contato com o primeiro catalisador de desidratação (11a). Uma corrente de efluente (2a) é extraída a partir de uma saída da primeira zona de reação (11) e alimentada para um trocador de calor (5), em que a corrente de efluente (2a) é reaquecida pela troca térmica com uma corrente que porta calor (5a) . A corrente reaquecida (2b) é alimentada para uma entrada da zona de reação intermediária (12), em que ela entra em contato com o catalisador de desidratação intermediário (12a). Uma corrente de efluente (3 a) é extraída a partir de uma saída da zona de reação intermediária (12) e alimentada para o mesmo trocador de calor (5) mencionado anteriormente, em que a corrente de efluente (3 a) é reaquecida pela troca térmica com corrente que porta calor (5a). A corrente reaquecida (3b) é alimentada para uma entrada da zona de reação final (13), em que ela entra em contato com o catalisador de desidratação final (13a) . Uma corrente de produto de efluente (4) então é extraída a partir de uma saída da zona de reação final (13).
[00048] A invenção também é eficaz para simplificar o arranjo de maiores sistemas de reator. Isto é demonstrado na modalidade da invenção mostrada na Figura 3, em que um reator adiabático (20) é internamente separado para uma primeira zona de reação (21), três zonas de reação intermediárias (22, 23, e 24), e uma zona de reação final (25) , cada uma contendo um catalisador de desidratação de leito fixo (21a, 22a, 23a, 24a, e 25a respectivamente).
[00049] Uma corrente de reagente pré-aquecida (31) é alimentada para uma entrada da primeira zona de reação (21) e entra em contato com a catalisador de desidratação (21a). Uma corrente de efluente (32a) é extraída a partir de uma saída da primeira zona de reação (21) e alimentada para um primeiro trocador de calor (210), em que a corrente de efluente (32a) é reaquecida pela troca térmica com uma corrente que porta calor (210a). A corrente reaquecida (32b) é alimentada para uma entrada da primeira zona de reação intermediária (22), em que entra em contato com a catalisador de desidratação (22a). Uma corrente de efluente (33 a) é extraída a partir de uma saída da primeira zona de reação intermediária (22) e alimentada para o mesmo primeiro trocador de calor (210) mencionado anteriormente, em que a corrente de efluente (33 a) é reaquecida pela troca térmica com corrente que porta calor (210a).
[00050] A corrente reaquecida (33 b) é alimentada para uma entrada da segunda zona de reação intermediária (23) , em que ela entra em contato com a catalisador de desidratação (23a). Uma corrente de efluente (34a) é extraída a partir de uma saída da segunda zona de reação intermediária (23) e alimentada para um segundo trocador de calor (211), em que a corrente de efluente (34a) é reaquecida pela troca térmica com corrente que porta calor (211a). A corrente reaquecida (34b) é alimentada para uma entrada da terceira zona de reação intermediária (24), em que ela entra em contato com um catalisador de desidratação (24a) . Uma corrente de efluente (35a) é extraída a partir de uma saída da terceira zona de reação intermediária (24) e alimentada para o mesmo segundo trocador de calor mencionado anteriormente (211), em que a corrente de efluente (35a) é reaquecida pela troca térmica com corrente que porta calor (211a). A corrente reaquecida (35b) é alimentada para uma entrada da zona de reação final (25) , em que ela entra em contato com o catalisador de desidratação final (25a). Uma corrente de produto de efluente (36) então é extraída a partir de uma saída da zona de reação final (25).
[00051] Um sistema convencional compreendendo cinco reatores pode necessitar de quatro trocadores de calor entre os reatores de maneira a reaquecer correntes intermediárias. O arranjo de tubulação e projeto de tal sistema grande pode ser geometricamente embaraçoso e custoso de montar e manter, potencialmente tornando o uso de um sistema do tamanho e complexidade não economicamente viável. A presente invenção provê um meio para reduzir o número de vasos de pressão necessário para um sistema de reator, que simplifica o desenho do sistema e reduz a dificuldade e o custo de operações de construção e manutenção.
Claims (10)
1. Processo para a preparação de eteno por desidratação química em fase de vapor de etanol usando um reator adiabático, em que o interior do reator adiabático é separado em pelo menos três zonas de reação, compreendendo uma primeira zona de reação, pelo menos uma zona de reação intermediária e uma zona de reação final, e em que cada zona contém um catalisador de desidratação de etanol; o referido processo caracterizado pelo fato de compreender as etapas de; a) alimentar uma corrente de alimentação de reagente pré-aquecida em uma entrada da primeira zona de reação; b) extrair uma corrente de efluente de uma saída da primeira zona de reação; c) alimentar a referida corrente de efluente em uma entrada de uma zona de reação intermediária subsequente; d) extrair uma corrente de efluente de uma saída da zona de reação intermediária; e) repetir as etapas (c) e (d) para quaisquer zonas de reação intermediárias subsequentes, se presentes; f) alimentar, em uma entrada da zona de reação final, a corrente de efluente da zona de reação intermediária anterior; g) extrair uma corrente de produto de uma saída da zona de reação final; em que as correntes de efluente são aquecidas novamente antes de serem alimentadas em uma zona de reação subsequente por meio de um ou mais trocadores de calor; e em que um único trocador de calor reaquece simultaneamente pelo menos duas das correntes de efluente, de modo que não mais do que um trocador de calor esteja presente para cada duas correntes de efluente que são reaquecidas no processo.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um único trocador de calor reaquece entre duas e quatro correntes de efluente simultaneamente.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que um único trocador de calor reaquece duas correntes simultaneamente.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que existem mais do que duas zonas de reação intermediárias; preferivelmente onde existem entre três e cinco zonas de reação intermediárias; mais preferivelmente onde existem três zonas de reação intermediárias.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os trocadores de calor são selecionados a partir de trocadores de calor de casco e tubo e/ou trocadores de calor de placa/armação.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a diferença na área de superfície de contato entre as duas ou mais correntes de efluente que são reaquecidas em um único trocador de calor e respectivos elementos de aquecimento do trocador de calor é menor do que 10 %, preferivelmente menor do que 5%, mais preferivelmente menor do que 2 %.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a área de superfície de contato entre as duas ou mais correntes de efluente sendo reaquecidas em um único trocador de calor e o respectivo elemento de aquecimento do trocador de calor é idêntica.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a diferença na pressão entre zonas de reação individuais é menor do que 1 MPa; preferivelmente em que a diferença na pressão entre zonas de reação individuais é menor do que 0,5 MPa; e mais preferivelmente em que a diferença na pressão entre zonas de reação individuais é menor do que 0,3 MPa.
9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a diferença entre as temperaturas das correntes de efluente intermediárias individuais, após elas serem reaquecidas, é menor do que 20 °C, mais preferivelmente menor do que 10 °C e ainda mais preferivelmente menor do que 5 °C.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a diferença entre as temperaturas das correntes de efluente intermediárias individuais, antes de serem reaquecidas, é menor do que 20 °C, mais preferivelmente menor do que 10 °C e ainda mais preferivelmente menor do que 5 °C.
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