BR112017015935B1

BR112017015935B1 - Processo aprimorado para produzir ácido (met)acrílico e instalação para a recuperação do mesmo

Info

Publication number: BR112017015935B1
Application number: BR112017015935-0A
Authority: BR
Inventors: Sandeep Jain; Christian Lacroix; Michel Fauconet
Original assignee: Arkema France
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2021-07-27
Also published as: KR20170128262A; CN107428659B; WO2016142608A1; CN107428659A; EP3268345B1; US20180079706A1; FR3033558A1; TW201708178A; EP3268345A1; MX2017011048A; SG11201707364UA; BR112017015935A2; JP2018507893A; US10239816B2; KR102466296B1; JP6716597B2; FR3033558B1

Abstract

processo aprimorado para produzir ácido (met)acrílico. um objeto da invenção é um processo para recuperar/purificar ácido (met)acrílico que não utiliza solvente azeotrópico e baseia-se no uso de duas colunas para purificar uma mistura reacional compreendendo ácido (met)acrílico. o processo de acordo com a invenção inclui um sistema de condensação de bomba a vácuo seca, que possibilita reduzir a quantidade de rejeitos aquosos finais. a invenção também se refere a uma instalação adequada para a implementação deste processo.

Description

Campo Técnico

[001] A presente invenção refere-se à produção de ácido (met)acrílico.

[002] Um objeto da invenção é mais particularmente um processo para recuperar/purificar ácido (met)acrílico que não utiliza solvente azeotrópico e baseia-se no uso de duas colunas para purificar uma mistura reacional compreendendo ácido (met)acrílico. O processo de acordo com a invenção inclui um sistema de condensação de bomba a vácuo seca, que possibilita reduzir a quantidade de rejeitos aquosos finais.

[003] A invenção também se refere a uma instalação adequada para a implementação deste processo.

Campo Técnico e Problema Técnico

[004] Os fabricantes vêm desenvolvendo processos para a sínte se de ácido acrílico há décadas.

[005] O processo que hoje é o mais amplamente explorado in dustrialmente usa uma reação de oxidação catalítica de propileno na presença de oxigênio.

[006] Esta reação geralmente é conduzida em fase gasosa, e mais frequentemente em duas etapas: a primeira etapa realizada a oxidação substancialmente quantitativa de propileno para dar uma mistura rica em acroleína, e então, durante a segunda etapa, realiza- se a oxidação seletiva de acroleína para dar ácido acrílico.

[007] As condições reacionais dessas duas etapas, realizadas em dois reatores em série ou em um único reator contendo as duas etapas reacionais em série, são diferentes e requerem catalisadores adequados para a reação; contudo, não é necessário isolar a acroleína intermediária durante esse processo de duas etapas.

[008] A mistura gasosa resultante da segunda etapa consiste, além do ácido acrílico: - em impurezas resultantes da primeira etapa reacional que não reagiram; - em compostos leves que são incondensáveis nas condições de temperatura e pressão normalmente usadas, não convertidos na primeira etapa ou formados na segunda etapa: nitrogênio, oxigênio não convertido, monóxido e dióxido de carbono formados em pequena quantidade por oxidação final ou dando voltas, por reciclagem, no processo; - em compostos leves condensáveis não convertidos na primeira etapa ou formados na segunda etapa: água, acroleína não convertida, aldeídos leves tais como formaldeído e acetaldeído, ácido fórmico, ácido acético ou ácido propiônico; - em compostos pesados: furfuraldeído, benzaldeído, ácido maleico, ácido benzoico, ácido 2-butenoico, fenol, protoanemonina.

[009] A complexidade da mistura gasosa obtida nesse processo faz com que seja necessário realizar um conjunto de operações para recuperar o ácido acrílico contido nesse efluente gasoso e convertê-lo para um grau de ácido acrílico que seja compatível com o uso final do mesmo, por exemplo, a produção de polímeros de ácido acrílico, ou a produção de polímeros de éster acrílico.

[0010] A primeira etapa dessa fase de recuperação/purificação consiste em uma extração do ácido acrílico por absorção contracorren- te em um solvente, geralmente água fornecida por uma fonte externa e/ou proveniente do processo. As quantidades de água e de mistura reacional gasosa são tais que o teor em peso de ácido acrílico na solução aquosa bruta produzida geralmente é da ordem de 40% a 80%.

[0011] Não obstante, apresenta-se um problema econômico signi- ficativo, devido principalmente ao alto custo da energia necessária para eliminar a água usada como solvente de absorção de ácido acrílico, na medida em que a eliminação eficaz da água sem perda excessiva de ácido (met)acrílico é complicada pela existência de interações (ligações hidrogênio) entre os dois compostos.

[0012] Assim sendo, essa operação de separação geralmente é realizada em escala industrial por destilação com um terceiro solvente azeotrópico, que contribui para aumentar o número de colunas de destilação e seus custos energéticos associados. Além disso, o aumento no número de colunas de destilação leva a um custo adicional associado ao consumo suplementar de inibidores de polimerização que devem ser introduzidos em cada uma das referidas colunas para purificar o produto desejado e eliminar os subprodutos, porém prevenindo os problemas de formação de incrustações no equipamento pela polime- rização do monômero.

[0013] Uma alternativa para este processo que utiliza água como solvente de absorção de ácido acrílico é o uso de um solvente pesado hidrófobo para extrair o ácido acrílico, mas tal processo não simplifica o processo de purificação de ácido acrílico.

[0014] Recentemente, a fim de superar estas várias desvantagens, surgiram novas tecnologias "sem solvente" para recuperar/purificar ácido acrílico, envolvendo um número reduzido de etapas de purificação e eliminando a introdução de solvente orgânico externo.

[0015] No processo de produção de ácido acrílico descrito na pa tente US 7.151.194, a mistura reacional gasosa é enviada para uma coluna de absorção e colocada em contanto com uma solução de absorção aquosa, para obter uma solução aquosa de ácido acrílico, que é então destilada na ausência um solvente azeotrópico. Uma corrente de ácido acrílico bruto é obtida como resíduos ou como um trasfego lateral da coluna de destilação, que é então enviado para uma unidade para purificação por cristalização. Uma desvantagem deste processo é que a introdução de água externa como solvente de absorção dificulta a eliminação da água no topo da coluna de absorção sem perda significa de ácido acrílico, e a recuperação da qualidade do ácido acrílico com baixa concentração de água como um trasfego lateral, quando este processo em uma configuração de duas colunas.

[0016] A patente EP 2 066 613 descreve um processo para recu perar ácido acrílico sem utilizar água, ou solvente azeotrópico e que usa apenas duas colunas para purificar a mistura reacional gasosa resfriada: a) uma coluna de desidratação, b) e uma coluna de acabamento (ou coluna de purificação) alimentada por uma porção da corrente inferior da coluna de desidratação.

[0017] A coluna de desidratação geralmente opera à pressão at mosférica ou a uma pressão levemente acima da pressão atmosférica.

[0018] Na coluna de desidratação, a corrente gasosa destilada como uma corrente superior é condensada e parcialmente enviada de volta para a coluna de desidratação na forma de refluxo para absorver o ácido acrílico.

[0019] A coluna de acabamento geralmente opera a uma pressão abaixo da pressão atmosférica, o que possibilita sua operação a temperaturas relativamente baixas, para assim prevenir a polimerização dos produtos insaturados presentes, e minimizar a formação de subprodutos pesados.

[0020] Na coluna de acabamento, o destilado superior compreen dendo água e subprodutos leves é condensado e então reciclado para o fundo da primeira coluna, e uma corrente compreendendo ácido acrílico rico em subprodutos pesados é eliminada como resíduos para serem usados possivelmente para a produção de ésteres acrílicos.

[0021] Uma corrente de ácido acrílico purificado correspondendo a um grau técnico é recuperada por decantação como um trasfego late ral na forma de líquido ou de vapor. O ácido acrílico técnico obtido geralmente tem uma pureza maior que 98,5% em peso e contém menos de 0,5% em peso de água.

[0022] Neste processo, uma porção das correntes (do fundo da coluna de desidratação ou do topo da coluna de acabamento) é vanta-josamente enviada de volta para os dispositivos de aquecimen- to/recozimento da coluna de desidratação e/ou usada para resfriar a mistura reacional gasosa, o que possibilita otimizar as exigências energéticas do processo. Apesar das vantajosas oferecidas pelo processo descrito no documento EP 2 066 613, ainda existem desvantagens relacionadas à implementação do mesmo.

[0023] Em particular, no topo da coluna de acabamento que funci ona a vácuo, o condensador libera vapores residuais compreendendo impurezas orgânicas que devem ser eliminadas, por exemplo, por incineração, que é nociva ao meio ambiente.

[0024] Existem disponíveis muitos sistemas geradores de vácuo para reduzir a pressão de operação das colunas de destilação (vide, por exemplo, Techniques de l'Ingénieur, Pompes à vide [Bombas a vácuo], B4030, 10/11/1983). Geralmente faz-se distinção entre bombas "volumétricas" que geram o vácuo usando vedações líquidas (óleos, produtos orgânicos ou água), tais como, por exemplo, bombas de palheta e bombas de anel líquido, e bombas "propulsoras", nas quais é o fluxo de um líquido que cria o vácuo (bombas ejetoras, bombas a jato de vapor, etc.). Os sistemas mais comumente usados envolvem bombas a jato de água ou de vapor ou bombas de anel líquido, principalmente bombas de anel líquido.

[0025] Estes sistemas não são adequados para reduzir a pressão de operação da coluna de acabamento de um processo de purificação de ácido (met)acrílico sem solvente, tal como aquele descrito no documento EP 2 066 613.

[0026] Tais sistemas, por exemplo, descritos no documento US 6.677.482 ou US 7.288.169, usam vapor d'água e geram uma grande quantidade de efluentes aquosos contendo ácido acrílico e impurezas orgânicas, que não podem ser economicamente recicladas para o laço de purificação formado pela coluna de desidratação e a coluna de acabamento. De fato, observou-se que a reciclagem de uma quantidade grande demais de água na coluna de desidratação leva a perdas consideráveis de ácido acrílico no topo desta coluna, a menos que seja usada uma coluna superdimensionada, levando a um investimento elevado. Esses efluentes aquosos precisam, portanto, ser enviados para uma instalação de tratamento de água ou diretamente para um oxidador térmico, ocasionando assim, de um lado, uma perda de produto de alta qualidade e, de outro lado, um rejeito nocivo ao meio ambiente. Os efluentes desses sistemas a vácuo, ricos em compostos incondensáveis que são incinerados ou enviados diretamente para a atmosfera, liberam, no primeiro caso, produtos de oxidação e, no segundo caso, compostos orgânicos que são poluentes ambientes.

[0027] Por conseguinte, continua havendo a necessidade de elimi nar e/ou reduzir a geração de rejeitos aquosos em um processo de recuperação/purificação sem solvente que permita que a coluna de acabamento opere a vácuo.

[0028] Os inventores descobriram agora que o uso de uma bomba a vácuo seca vinculada à operação da coluna de acabamento em um processo de recuperação/purificação de ácido acrílico sem solvente permite satisfazer esta necessidade, com as vantagens econômicas e ambientais que resultam disso.

[0029] Ficou evidente para os inventores que esta invenção pode ria ser aplicada ao ácido acrílico produzido a partir de fontes que não propileno, ao ácido metacrílico e também aos ácidos derivados de matérias-primas renováveis, que são capazes de apresentar os mesmos problemas de purificação.

Sumário da Invenção

[0030] A presente invenção refere-se em primeiro lugar a um pro cesso para recuperar ácido (met)acrílico sem o uso de solvente azeo- trópico, partindo de uma mistura reacional gasosa compreendendo ácido (met)acrílico obtido por oxidação em fase gasosa de um precursor de ácido (met)acrílico, compreendendo pelo menos as seguintes etapas: i) a mistura reacional gasosa é submetida à desidratação sem o uso de solvente azeotrópico em uma primeira coluna, denominada coluna de desidratação, resultando em uma corrente superior, pelo menos uma porção da qual é condensada e enviada de volta para a coluna de desidratação na forma de refluxo, e em uma corrente inferior; ii) a corrente inferior na coluna de desidratação é submetida, pelo menos em parte, a uma destilação a uma pressão abaixo da pressão atmosférica em uma segunda coluna, denominada coluna de acabamento, resultando em uma corrente superior e em uma corrente inferior contendo compostos pesados; iii) uma corrente de ácido (met)acrílico é recuperada por decantação como um trasfego lateral da coluna de acabamento, e/ou como resíduos da coluna de acabamento;

[0031] o referido processo sendo caracterizado pelo fato de que a corrente superior da coluna de acabamento é submetida, pelo menos em parte, a um sistema de condensação de bomba a vácuo seca, formando um condensando que é enviado de volta para a coluna de desidratação, e um efluente gasoso final.

[0032] Na presente invenção, o termo "(met)acrílico" significa "acrí lico" ou "metacrílico".

[0033] O termo "solvente azeotrópico" denota qualquer solvente orgânico exibindo a propriedade de formar uma mistura azeotrópica com água.

[0034] O termo "leve" que descreve os compostos subproduzidos denota os compostos para os quais o ponto de ebulição é mais baixo que aquele do ácido (met)acrílico e, analogamente, o termo "pesado" denota os compostos para os quais o ponto de ebulição é mais alto que aquele do o ácido (met)acrílico.

[0035] O processo de acordo com a invenção pode adicionalmente compreender outras etapas com o objetivo de continuar a purificação da corrente de ácido (met)acrílico recuperada na etapa iii).

[0036] De acordo com certas modalidades específicas, a invenção também apresenta uma ou preferivelmente diversas das características vantajosas listadas abaixo: - o sistema de condensação de bomba a vácuo seca compreende pelo menos um condensador e uma bomba a vácuo seca (que também pode ser chamada de bomba a vácuo seca primária); - o sistema de condensação de bomba a vácuo seca pode compreender opcionalmente, além da bomba a vácuo seca primária, um separador de líquidos, um ou mais pára-chamas, um ou mais filtros, sistemas de vedação e isolamento, uma bomba de reforço seca ou uma combinação de bombas de reforço secas, tais como, por exemplo, bombas do tipo "Roots" (bombas volumétricas que usam dois rotores sincronizados girando em direções opostas); - pelo menos uma porção da corrente de ácido (met)acrílico decantada como um trasfego lateral é submetida a um sistema de condensação de bomba a vácuo seca, idêntico ou diferente daquele utilizado para a corrente superior da coluna de acabamento.

[0037] De acordo com uma modalidade da invenção, o precursor de ácido (met)acrílico é acroleína.

[0038] De acordo com uma modalidade da invenção, a acroleína é obtida por oxidação de propileno ou por oxidesidrogenação de propano.

[0039] De acordo com uma modalidade da invenção, o precursor de ácido (met)acrílico é metacroleína.

[0040] De acordo com uma modalidade da invenção, a metacrole- ína é obtida por oxidação de isobutileno e/ou de terc-butanol.

[0041] De acordo com uma modalidade da invenção, a metacrole- ína é obtida a partir de oxidesidrogenação de butano e/ou isobutano.

[0042] De acordo com uma modalidade da invenção, a mistura re- acional gasosa compreendendo ácido (met)acrílico obtido por oxidação em fase gasosa de um precursor de ácido (met)acrílico compreende carbono de origem renovável.

[0043] De acordo com uma modalidade da invenção, o precursor de ácido (met)acrílico é derivado de glicerol, ácido 3-hidroxipropiônico ou ácido 2-hidroxipropanoico (ácido láctico).

[0044] De acordo com uma modalidade preferida da invenção, a mistura reacional gasosa compreende ácido acrílico derivado de propi- leno obtido de acordo com um processo de oxidação de duas etapas.

[0045] O processo de acordo com a invenção produz uma corrente de ácido (met)acrílico sem produzir rejeitos aquosos, e não requer o uso de um solvente azeotrópico para eliminar a água do processo. O processo de acordo com a invenção também contribui para limitar as perdas de ácido (met)acrílico no topo da coluna de desidratação.

[0046] Um outro objeto da presente invenção é uma instalação pa ra recuperar ácido (met)acrílico, adequada para implementar o processo de acordo com a invenção.

[0047] A instalação de acordo com a invenção compreende pelo menos: a) uma coluna de desidratação; b) uma coluna de acabamento fluidicamente conectada ao fundo da referida coluna de desidratação; c) pelo menos um sistema de condensação de bomba a vácuo seca fluidicamente conectado ao topo da referida coluna de acabamento; d) opcionalmente um sistema de condensação de bomba a vácuo seca E230/300 fluidicamente conectado lateralmente à referida coluna de acabamento.

[0048] Por "conexão fluídica" ou "fluidicamente conectado" deseja- se indicar que há uma conexão por um sistema de tubos capazes de transportar uma corrente de material. Este sistema de conexão pode compreender válvulas, desvios, trocadores de calor ou compressores.

[0049] De acordo com certas modalidades específicas, a invenção também apresenta uma ou preferivelmente diversas das características vantajosas listadas abaixo: - o sistema de condensação de bomba a vácuo seca compreende pelo menos um condensador fluidicamente conectado a uma bomba a vácuo seca; - o sistema de condensação de bomba a vácuo seca compreende diversos condensadores; - o sistema de condensação de bomba a vácuo seca pode opcionalmente compreender um separador de líquidos, um ou mais pára-chamas, um ou mais filtros, sistemas de vedação e isolamento, uma bomba de reforço seca ou uma combinação de bombas de reforço secas, tais como, por exemplo, bombas "Roots"; - a coluna de acabamento é fluidicamente conectada a um sistema de condensação de bomba a vácuo seca, no topo da coluna, ou no topo da coluna e lateralmente à coluna; - o sistema de condensação de bomba a vácuo seca é flui- dicamente conectado à coluna de acabamento para condensar uma corrente destilada no topo da coluna de acabamento, ou para conden- sar uma corrente decantada lateralmente da coluna de acabamento, ou uma mistura destas duas correntes.

[0050] Um outro objeto da invenção é um processo para produzir ácido (met)acrílico compreendendo pelo menos as seguintes etapas: A) pelo menos um precursor de ácido (met)acrílico é submetido à oxidação em fase gasosa para formar uma mistura reacional gasosa compreendendo ácido (met)acrílico; B) a mistura reacional gasosa é resfriada; C) a mistura reacional gasosa resfriada é submetida ao processo de recuperação de ácido (met)acrílico definido acima.

[0051] A presente invenção possibilita superar as desvantagens da técnica anterior associadas ao uso de um processo de recupera- ção/purificação sem solvente que requer a obtenção de um ácido (met)acrílico purificado.

[0052] Outras características e vantagens da invenção surgirão de forma mais clara a partir da leitura da descrição detalhada que se segue, com referências às Figuras 1 a 4 anexas, que representam: - Figura 1: diagrama de um processo para produzir ácido acrílico que ilustra o processo de recuperação/purificação sem solvente de acordo com a invenção. - Figura 2: instalação adequada para implementação do processo de recuperação ilustrando uma modalidade da invenção. - Figura 3: instalação da técnica anterior que inclui um sistema de condensação de bomba de anel de líquido. - Figura 4: instalação da técnica anterior com um sistema de condensação que incorpora ejetores de vapor. Descrição Detalhada da Invenção

[0053] A invenção baseia-se na incorporação de uma bomba a vá cuo seca fluidicamente conectada a um condensador que forma um sistema de condensação de bomba a vácuo seca em um processo pa- ra produzir ácido (met)acrílico.

[0054] Visto na Figura 1 encontra-se um reator R que produz uma mistura reacional gasosa 10 compreendendo ácido (met)acrílico obtido por oxidação em fase gasosa de um precursor de ácido (met)acrílico. A mistura reacional gasosa compreendendo uma razão em peso de água/ácido (met)acrílico geralmente entre 0,3 e 2 pode ser pré- resfriada antes de ser submetida a uma desidratação de acordo com a etapa i) do processo de acordo com a invenção em uma primeira coluna C100 denominada coluna de desidratação. A coluna de desidratação resulta em uma corrente superior 14, uma porção da qual é condensada e enviada de volta para a coluna de desidratação na forma de refluxo 13 para absorver o ácido (met)acrílico, a outra porção 19 compreendendo os compostos leves incondensáveis sendo geralmente enviada, parcial ou completamente, para um dispositivo de purificação ou sendo parcialmente reciclada para outras etapas do processo de produção de ácido (met)acrílico, preferivelmente para uma etapa localizada a montante do reator R.

[0055] De acordo com uma modalidade, o reator R é um conjunto de dois reatores em série ou compreende pelo menos duas zonas de reação em série, o primeiro reator ou a primeira zona de reação sendo usada para a síntese do precursor de ácido (met)acrílico.

[0056] De acordo com uma modalidade, toda a corrente superior 14 da coluna de desidratação é enviada para o condensador superior.

[0057] O objetivo da etapa i) é eliminar, em uma corrente superior, a maior parte da água presente na mistura reacional, mas também os compostos leves incondensáveis e os compostos leves condensáveis. A coluna de desidratação opera, pelo menos parcialmente, como uma coluna de destilação. Ela é alimentada em sua parte inferior pela mistura reacional 10. Ela gera uma corrente superior 14 compreendendo a maior parte da água e dos compostos leves, esta corrente superior sendo esgotada em ácido (met)acrílico, e uma corrente inferior 11 compreendendo a maior parte do ácido (met)acrílico com subprodutos pesados.

[0058] Vantajosamente, a coluna de desidratação opera à pressão atmosférica ou levemente acima da pressão atmosférica, até 1,5 x 105 Pa.

[0059] Vantajosamente, a temperatura na parte superior da coluna de desidratação é pelo menos 40°C, preferivelmente varia entre 40°C e 80°C. A temperatura da corrente inferior da coluna de desidratação preferivelmente não excede 120°C.

[0060] De acordo com a invenção, a maior parte da água presente na mistura reacional gasosa compreendendo ácido (met)acrílico é eliminada durante a etapa i) sem que haja perda excessiva de ácido acrílico na corrente superior 19.

[0061] Nenhum solvente azeotrópico é acrescentado à coluna de desidratação.

[0062] O teor em peso de água na corrente inferior da coluna de desidratação geralmente é menor que 10%, preferivelmente menor que 7%.

[0063] De acordo com a etapa ii) do processo de acordo com a invenção, a corrente inferior 11 da coluna de desidratação é enviada, pelo menos em parte (corrente 15), para o topo de uma segunda coluna de destilação denominada coluna de acabamento, ou coluna de purificação, C200, na qual uma corrente superior 17 e uma corrente inferior 20 são separadas.

[0064] Alternativamente, a corrente inferior da coluna de desidra tação é enviada, pelo menos em parte, entre o topo e o trasfego lateral da coluna de purificação.

[0065] A corrente inferior da coluna de desidratação pode passar, em parte, para um tanque intermediário antes de entrar na coluna de purificação.

[0066] De acordo com uma modalidade, uma porção 12 da corren te líquida inferior 11 da coluna de desidratação é enviada via uma bomba P110 para um trocador de calor E110, que pode ser um aquecedor ou um refrigerador e é reinjetada na coluna de desidratação, de modo a formar um laço inferior. Preferivelmente, a porção 12 da corrente inferior é reinjetada entre a alimentação da mistura reacional gasosa e o topo da coluna de desidratação. O restante (corrente 15) da corrente líquida 11 é enviado pela mesma bomba P110 como alimentação para a coluna de acabamento (ou purificação) C200.

[0067] A coluna de desidratação e a coluna de acabamento podem ter várias configurações, por exemplo, do tipo de uma coluna com recheio aleatório ou estruturado ou uma coluna de placas.

[0068] A coluna de desidratação geralmente compreende de 5 a 50 placas teóricas, preferivelmente de 20 a 30 placas teóricas; a coluna de acabamento geralmente compreende de 5 a 30 placas teóricas, preferivelmente de 8 a 20 placas teóricas. A escolha do tipo de internos nas colunas e a escolha do equipamento adicional tal como trocadores de calor, condensadores, bombas, entradas e saídas de fluido serão facilmente determinadas de acordo com as considerações conhecidas pelo especialista na técnica.

[0069] A coluna de acabamento (ou purificação) é uma coluna de destilação associada a uma caldeira de recozer e um condensador.

[0070] A temperatura e a pressão na coluna de purificação não são críticas, e podem ser determinadas de acordo com os métodos de destilação conhecidos na técnica anterior. No entanto, preferivelmente, a coluna de purificação opera a uma pressão abaixo da pressão atmosférica, possibilitando sua operação a temperaturas relativas baixas, dessa forma prevenindo a polimerização dos produtos insatura- dos presentes, e minimizando a formação de subprodutos pesados.

[0071] Vantajosamente, a coluna de purificação opera a uma pres são variando de 5 kPa a cerca de 60 kPa, a temperatura da corrente superior estando vantajosamente entre 40°C e cerca de 90°C, e a temperatura da corrente inferior estando entre 60°C e 120°C.

[0072] De acordo com o processo de recuperação da invenção, a corrente gasosa superior 17 da coluna de acabamento C200 é enviada, pelo menos em parte, preferivelmente completamente, para um sistema de condensação de bomba a vácuo seca S1, representado na Figura 1 pelo conjunto que consiste no condensador E220 e na bomba a vácuo seca 300. O líquido condensado 18 contendo principalmente compostos leves, em particular água e ácido acético, e também ácido (met)acrílico, é vantajosamente reciclado via uma bomba P220 para a coluna de desidratação C100. O efluente não condensado 22 na saída do condensador E220 é introduzido na bomba seca 300, antes de ser eliminado na forma de um efluente gasoso final 25.

[0073] O uso de tal sistema S1 incorporando uma bomba a vácuo seca fornece uma pressão abaixo da pressão atmosférica na coluna de acabamento, dessa forma possibilitando eliminar, à temperatura reduzida, os compostos leves residuais resultantes da etapa anterior de desidratação da mistura reacional compreendendo o ácido (met)acrílico.

[0074] Nenhum efluente aquoso é produzido pelo sistema de con densação de bomba a vácuo seca.

[0075] Exemplos de bombas a vácuo do tipo pistão secas estão descritos, por exemplo, no documento US 2005/260085 ou US 5.921.755. As bombas a vácuo secas também podem ser compostas de, por exemplo, um corpo cilíndrico no qual gira um rotor em uma posição descentralizada, provido de entalhes nos quais estão inseridas palhetas que permitem aspirar uma corrente gasosa. Qualquer outro tipo de configuração pode ser usado como uma bomba a vácuo seca. O termo "seca" indica que nenhuma corrente líquida, tal como um óleo lubrificante ou água, está em contato com a corrente gasosa que alimenta a bomba.

[0076] Como exemplos de bombas a vácuo secas, podem ser mencionadas, porém sem limitação, bombas mecânicas secas do tipo parafuso, bombas de vedação por fole, bombas de rolagem, bombas de pistão giratório, bombas de lóbulos giratórios, bombas de membranas sem óleo, por exemplo, as bombas mecânicas secas do tipo parafuso comercializadas pela Edwards, ou as bombas do tipo rotor comercializadas pela Sihi. Estas bombas criam um vácuo primário que, se necessário, pode ser complementadas por outras bombas a vácuo secas, tais como, por exemplo, bombas de reforço secas do tipo "Roots".

[0077] Vantajosamente, o vácuo obtido na coluna de acabamento pode ser ajustado em função da velocidade operacional da bomba a vácuo seca.

[0078] Uma corrente de ácido (met)acrílico 16 é recuperada por decantação como um trasfego lateral da coluna de acabamento (etapa iii), em um nível lateral localizado preferivelmente abaixo da alimentação da referida coluna. A corrente de produto 16 extraída pode ser uma corrente líquida ou corrente gasosa.

[0079] A corrente 16 extraída como um trasfego lateral correspon de a um grau técnico de ácido (met)acrílico. Em geral, ela consiste em ácido (met)acrílico tendo uma pureza de mais de 98%, preferivelmente mais de 99%. Preferivelmente, ela contém menos de 1,5%, preferivelmente menos de 0,5%, mais particularmente menos de 0,2% em peso de ácido acético, e menos de 1%, preferivelmente menos de 0,5%, mias particularmente menos de 0,3% em peso de água.

[0080] A corrente 16 também pode ser submetida a uma purifica ção por destilação, opcionalmente acoplada a um tratamento de crista- lização.

[0081] De acordo com uma modalidade preferida da invenção, pe lo menos uma porção da corrente de ácido (met)acrílico purificada 16 extraída como um trasfego lateral é submetida a um sistema de condensação de bomba a vácuo seca que pode compreender a bomba a vácuo seca 300 usada no topo da coluna de acabamento.

[0082] De acordo com uma modalidade, a corrente 16 é submetida a uma condensação em um condensador E230 e a corrente gasosa 23 é enviada para a bomba a vácuo 300.

[0083] De acordo com uma modalidade particular da invenção, como representado na Figura 2, a corrente gasosa 22, opcionalmente misturada com a corrente 23, que alimenta a bomba a vácuo seca, passa primeiro para um dispositivo separador de líquidos 310, que torna possível separar os vestígios de líquido residual, rico em compostos leves, em particular água e ácido acético, e também ácido (met)acrílico residual. Preferivelmente, esta corrente líquida será reciclada para a coluna de desidratação, por exemplo, como uma mistura com a corrente 18 que alimenta a bomba P220.

[0084] De acordo com outras modalidades, o gás 25 na saída da bomba a vácuo seca passa através de vários componentes, tais como aqueles descritos acima, em particular pelo menos um pára-chamas 320, e uma bomba de reforço seca 330, antes de ser finalmente enviado para um incinerador.

[0085] O condensado 18, formado pelo sistema de condensação de bomba a vácuo seca, é vantajosamente enviado, parcial ou completamente, para a coluna de desidratação, entre o fundo e o topo da coluna e preferivelmente acima da alimentação da mistura reacional gasosa. De acordo com uma modalidade, ele é misturado com a corrente 12 do laço inferior da coluna de desidratação, como representado na Figura 1.

[0086] Opcionalmente, a corrente 18 pode passar para um tanque de armazenamento intermediário antes de ser reciclada para o laço inferior da coluna de desidratação.

[0087] Uma corrente de ácido (met)acrílico 20 compreendendo a maior parte dos subprodutos pesados, especialmente produtos de adição de Michael e também inibidores de polimerização, é recuperada no fundo da coluna de acabamento (etapa iii).

[0088] A corrente inferior 20 da coluna de acabamento correspon de a um grau de ácido (met)acrílico bruto que pode ser usado diretamente como matéria-prima em uma unidade para a produção de ésteres acrílicos por esterificação direta, ou opcionalmente depois da etapa de decomposição térmica dos derivados de adição de Michael liberando ácido (met)acrílico. Alternativamente, a corrente inferior 20 pode ser purificada em uma terceira coluna de destilação a fim de obter um grau de ácido (met)acrílico técnico.

[0089] Vantajosamente, a corrente de produto 16 extraída como um trasfego lateral e a corrente inferior 20 da coluna de acabamento são recuperadas em uma relação em peso que varia de 99:1 a 25:75, preferivelmente de 98:2 a 50:50.

[0090] Os inibidores de polimerização podem ser introduzidos em vários locais na planta para implementação do processo da invenção, especialmente na corrente superior a partir do nível da coluna de desidratação com o condensador, ou na corrente superior a partir do nível da coluna de purificação com o condensador associado à referida coluna, ou na corrente de produto purificada extraída como um trasfego lateral da coluna de purificação, opcionalmente depois da condensação no caso em que a corrente extraída está na forma gasosa.

[0091] Os inibidores de polimerização são selecionados dentre os compostos que inibem a reação de polimerização do ácido (met)acrílico e são adicionados em uma quantidade conhecida por um especialista na técnica que é suficiente para prevenir ou reduzir a po- limerização do ácido (met)acrílico. Como exemplos de compostos que podem ser usados, pode-se mencionar fenotiazina, hidroquinona, 2,2,6,6-tetrametil-1-piperidinilóxi (TEMPO) ou um derivado do mesmo tal como 4-hidróxi TEMPO, sais de cobre solúveis, sais de manganês solúveis, isolados ou como uma mistura, opcionalmente em solução em água, em ácido (met)acrílico ou em uma mistura de água e ácido (met)acrílico.

[0092] De acordo com uma modalidade da invenção, a natureza dos inibidores varia dependendo do local em que eles são injetados.

[0093] De acordo com uma modalidade da invenção, ar ou um gás contendo oxigênio é introduzido, por exemplo, nos resíduos das colunas de desidratação e purificação, nas caldeiras de recozer das colunas, no laço de recirculação no fundo da coluna de desidratação ou nível com trasfego lateral da coluna de purificação ou nos condensadores.

[0094] O processo da invenção oferece diretamente, como trasfe go lateral da coluna de acabamento, uma qualidade de ácido (met)acrílico que corresponde a um grau de ácido (met)acrílico técnico, que pode ser então enviado para uma unidade de purificação, por exemplo, uma unidade para purificação por cristalização, a fim de obter um ácido (met)acrílico de qualidade de "glacial". Ela também oferece, no fundo da coluna de acabamento, uma qualidade de ácido (met)acrílico bruto que pode ser então purificado ou tratado termica- mente a fim de obter um grau de ácido (met)acrílico técnico.

[0095] A instalação de acordo com a invenção adequada para im plementar o processo de recuperação/purificação de ácido (met)acrílico descrito, compreende pelo menos: a) uma coluna de desidratação C100; b) uma coluna de acabamento C200 fluidicamente conecta- da ao fundo da referida coluna de desidratação; c) pelo menos um sistema de condensação de bomba a vácuo seca E220/300 S1, fluidicamente conectado ao topo da referida coluna de acabamento; d) opcionalmente um sistema de condensação de bomba a vácuo seca E230/300 fluidicamente conectado lateralmente à referida coluna de acabamento.

[0096] Um outro objeto da invenção refere-se a um processo para produzir ácido (met)acrílico compreendendo pelo menos as seguintes etapas: A) pelo menos um precursor de ácido (met)acrílico é submetido à oxidação em fase gasosa para formar uma mistura reacional gasosa compreendendo ácido (met)acrílico; B) a mistura reacional gasosa é resfriada; C) a mistura reacional gasosa resfriada é submetida ao processo de recuperação de ácido (met)acrílico definido acima.

[0097] O precursor de ácido (met)acrílico pode ser acroleína ou metacroleína, e pode ser derivado de matéria-prima renovável, dessa forma produzindo ácido (met)acrílico oriundo de fonte biológica.

[0098] Preferivelmente, o ácido (met)acrílico é ácido acrílico e o precursor de ácido acrílico é acroleína obtida por oxidação catalítica de propileno.

[0099] A reação de oxidação da etapa A), realizada de acordo com os conhecimentos da técnica, geralmente fornece uma mistura reacio- nal gasosa, super-aquecida até uma temperatura acima de 280°C.

[00100] Esta mistura é vantajosamente resfriada de acordo com a etapa B), em particular para uma temperatura abaixo de 250°C, preferivelmente abaixo de 190°C, para ser submetida, de acordo com a etapa C), ao processo de recuperação de ácido (met)acrílico sem o uso de um solvente azeotrópico e incluindo um sistema de condensa- ção de bomba a vácuo seca. Ela pode ser resfriada diretamente na coluna de desidratação, ou pode ser resfriada usando-se um trocador de calor localizado a montante da coluna de desidratação.

[00101] Embora o uso do sistema de condensação de bomba a vácuo seca esteja descrito na presente invenção em um processo para produzir ácido (met)acrílico incluindo um processo de purificação sem solvente com duas colunas de destilação, o sistema de condensação de bomba a vácuo seca também pode ser usado em outros processos que produzem uma mistura reacional gasosa, a fim de reduzir a quantidade de água e vapor usada, para assim reduzir a quantidade de efluentes aquosos despejados.

[00102] A invenção será agora descrita pelos exemplos que se seguem, cujo objetivo não está limitado ao escopo da invenção definida pelas reivindicações em anexo.

SEÇÃO EXPERIMENTAL Exemplo 1 (de acordo com a invenção)

[00103] Simulações usando o software ASPEN foram usadas para ilustrar o processo de acordo com a invenção.

[00104] Com referência à Figura 1, em um processo para a produção contínua de ácido acrílico a partir de propileno, uma mistura reaci- onal 10 foi submetida ao processo de recuperação/purificação de acordo com a invenção.

[00105] Neste processo, são produzidos 11 000 kg/h de ácido acrílico técnico (corrente 16), tendo uma pureza de 99,8%. As principais impurezas são ácido acético (0,05%), ácido propiônico (0,021%), furfural (0,014%), benzaldeído (0,008%) e anidrido maleico (0,037%).

[00106] A corrente gasosa 22 (67,6 kg/h) proveniente do condensador E220 no topo da coluna de acabamento C200 foi submetida a uma bomba a vácuo seca 300. Esta bomba fornece uma pressão de 12 kPa no topo da coluna C200. Uma corrente 23 (7,3 kg/h) proveniente do condensador E230 colocado na saída lateral da corrente de ácido acrílico técnico foi enviada ao mesmo tempo para a bomba a vácuo seca 300.

[00107] Os principais constituintes das correntes 22 e 23 de entrada, e também da composição da corrente gasosa 25 de saída, expressos como vazão mássica por hora (kg/h), estão dados na Tabela 1.

[00108] Nenhum efluente aquoso é produzido de acordo com este sistema.

[00109] Na saída da bomba a vácuo seca, apenas um efluente gasoso final 25 (74,9 kg/h) é emitido, que é de fácil eliminação por métodos conhecidos pelo especialista na técnica, por exemplo, por oxidação térmica ou catalítica.

[00110] A perda de ácido acrílico na corrente 19 resfriada para 57°C é de 0,69%, isto é, um rendimento de recuperação de ácido acrílico de 99,31%. Tabela 1

Exemplos 2 e 3 (comparativos)

[00111] A título de comparação, as mesmas correntes 22 e 23 foram respectivamente submetidas a uma bomba de anel líquido (Exemplo 2, Figura 3) substituindo a bomba a vácuo seca, e a um sistema incorporando ejetores de vapor (Exemplo 3, Figura 4).

[00112] Em particular, o Exemplo 3 envolve uma tecnologia de gerador de vácuo por ejetor de vapor descrita no documento US 6,677,482 ou US 7,288,169.

[00113] Representado na Figura 3 encontra-se um sistema S2 que incorpora uma bomba de anel líquido P240, alimentada por uma corrente de água 24. A taxa de fluxo da corrente 24 introduzida na bomba para fornecer uma pressão de 12 kPa é de 1000 kg/h. Este sistema S2 compreende uma bomba P240, um trocador E240 e um receptáculo para recolher os condensados R.

[00114] A bomba P240 é alimentada, por um lado, pelas correntes gasosas 22 e 23 provenientes da coluna C200 e, por outro lado, pela corrente aquosa 27. O papel principal desta corrente aquosa é constituir uma vedação líquida necessária para a geração de vácuo na bomba e para garantir a substituição do líquido por purga das impurezas condensadas. O calor liberado pela bomba é eliminado devido ao resfriamento da corrente condensada através do trocador.

[00115] A corrente que deixa a bomba é parcialmente líquida e parcialmente gasosa. As duas fases são suspendidas no receptáculo R e uma porção da fase líquida (essencialmente aquosa) é recirculada para a bomba P240 depois de ser resfriada no trocador E240.

[00116] Este sistema S2 produz, portanto, na saída, uma corrente gasosa 25 (43,2 kg/h), mas também um efluente líquido 26 em grande quantidade (1031,7 kg/h). Esta corrente 26 essencialmente aquosa contém compostos orgânicos em solução, em concentrações elevadas (principalmente 1,8% de ácido acrílico, 0,5% de ácido acético), que faz com que seja inadequada para descarga sem tratamento de purificação complementar.

[00117] Representado na Figura 4 encontra-se um sistema S3 que incorpora dois ejetores em série P240 e P250, respectivamente alimentados por 400 kg/h de vapor d'água (corrente 27) e 600 kg/h de vapor d'água (corrente 28), para garantir uma pressão de 12 kPa no topo da coluna C200.

[00118] Este sistema S3 compreende as duas bombas (ejetores) montadas em série que alimentadas por vapor a uma pressão de 1500 kPa e três condensadores.

[00119] O primeiro ejetor P240 é alimentado, de um lado, pelas correntes gasosas 22 e 23 provenientes da coluna C200 e, por outro lado, pela corrente de vapor d'água pressurizada. A corrente gasosa de saída a uma temperatura de 144°C é resfriada para uma temperatura de 42°C em um primeiro condensador E240. O condensado líquido 29 é enviado para um receptáculo para coleta dos condensados R e os efluentes gasosos não condensados 30 são enviados para a alimentação do segundo ejetor P250. Ao deixar este ejetor, a corrente gasosa a 162°C é resfriada para uma temperatura de 42°C no condensador E250. A corrente líquida condensada 31 é enviada para o receptáculo R. Os efluentes 32 não condensados neste segundo condensador são resfriados para 15°C no terceiro condensador E260, produzindo um terceiro condensado líquido recuperado no reservatório R. A corrente gasosa 25 não condensada neste terceiro condensador é eliminada.

[00120] Este sistema S3 produz, assim, na saída, uma corrente gasosa 25 (42,8 kg/h), mas também um efluente aquoso 26 em grande quantidade (1032,1 kg/h). Esta corrente aquosa 26 contém compostos orgânicos em solução, em concentrações elevadas (principalmente 1,8% de ácido acrílico, 0,5% de ácido acético), que faz com que seja inadequada para descarga sem tratamento de purificação complemen- tar.

[00121] Os principais constituintes da corrente gasosa 25 e da corrente aquosa 26 na saída dos sistemas S2 e S3 estão indicados na Tabela 2. Tabela 2

[00122] Os sistemas a vácuo convencionais envolvendo uma bomba de anel líquido, ou ejetores a jato de vapor geram uma grande quantidade de efluente aquoso. Este efluente contém impurezas orgânicas e, portanto, deve ser tratado.

Exemplo 4

[00123] A fim de evitar o tratamento dispendioso d corrente aquosa resultante da bomba de anel líquido (Exemplo 2) ou do sistema de eje- tores (Exemplo 3), e para recuperar uma porção do ácido acrílico contido nessas correntes, pode-se considerar reciclar essas correntes para o processo de purificação sem solvente.

[00124] Uma simulação do processo de purificação sem solvente foi realizada usando-se o software ASPEN, incorporando uma reciclagem da corrente aquosa 26 condensada no Exemplo 3 (ejetores em série), como uma mistura com a corrente 18 enviada para a coluna de desidratação C100 (vide Figura 1).

[00125] Nessas condições, contrariamente ao objetivo desejado, observa-se que a reciclagem desta corrente aquosa (1032 kg/h) ocasiona uma perda significativa de ácido acrílico no topo da coluna de condensação C100.

[00126] A perda de ácido acrílico na corrente 19 resfriada para 61°C é de 1,74%, isto é, um rendimento de recuperação de ácido acrílico de 98,26%.

Claims

1. Processo para recuperar ácido (met)acrílico sem o uso de solvente azeotrópico, partindo de uma mistura reacional gasosa compreendendo ácido (met)acrílico obtido por oxidação em fase gasosa de um precursor de ácido (met)acrílico, compreendendo pelo menos as seguintes etapas: i) a mistura reacional gasosa é submetida à desidratação sem o uso de solvente azeotrópico em uma primeira coluna, denominada coluna de desidratação, resultando em uma corrente superior, pelo menos uma porção da qual é condensada e enviada de volta para a coluna de desidratação na forma de refluxo, e em uma corrente inferior; ii) a corrente inferior na coluna de desidratação é submetida, pelo menos em parte, a uma destilação a uma pressão abaixo da pressão atmosférica em uma segunda coluna, denominada coluna de acabamento, resultando em uma corrente superior e em uma corrente inferior contendo compostos pesados; iii) uma corrente de ácido (met)acrílico é recuperada por decantação como um trasfego lateral da coluna de acabamento, e/ou como resíduos da coluna de acabamento; o referido processo sendo caracterizado pelo fato de que a corrente superior da coluna de acabamento é submetida, pelo menos em parte, a um sistema de condensação de bomba a vácuo seca, de modo que a coluna de acabamento opera sob vácuo, por conseguinte, eliminando ou reduzindo a geração de rejeitos aquosos e formando um condensado compreendendo compostos leves que é enviado de volta para a coluna de desidratação, e um efluente gasoso final.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de condensação de bomba a vácuo seca compreende pelo menos um condensador e uma bomba a vácuo seca.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de condensação de bomba a vácuo seca compreende adicionalmente um separador de líquidos, ou um ou mais para-chamas, ou um ou mais filtros, ou sistemas de vedação e isolamento, ou uma bomba ou uma combinação de bombas de reforço secas.

4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção da corrente de ácido (met)acrílico decantada como um trasfego lateral é submetida a um sistema de condensação de bomba a vácuo seca, idêntico ou diferente daquele utilizado para a corrente superior da coluna de acabamento.

5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o precursor de ácido (met)acrílico é acroleína, obtida por oxidação de propileno ou por oxidesidrogenação de propano.

6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o precursor de ácido (met)acrílico é metacroleína, obtida por oxidação de isobutileno e/ou de terc-butanol ou a partir de oxi- desidrogenação de butano e/ou isobutano.

7. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o precursor de ácido (met)acrílico compreende carbono de origem renovável.

8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o precursor de ácido (met)acrílico é derivado de glice- rol, ácido 3-hidroxipropiônico ou ácido 2-hidroxipropanoico.

9. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de purificação da corrente de ácido (met)acrílico recuperada na etapa iii).

10. Processo para produzir ácido (met)acrílico, caracterizado por compreender pelo menos as seguintes etapas: A) pelo menos um precursor de ácido (met)acrílico é sub- metido à oxidação em fase gasosa para formar uma mistura reacional gasosa compreendendo ácido (met)acrílico; B) a mistura reacional gasosa é resfriada; C) a mistura reacional gasosa resfriada é submetida ao processo de recuperação de ácido (met)acrílico como definido na reivindicação 1.

11. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracteri-zado pelo fato de que o ácido (met)acrílico é ácido acrílico e o precursor de ácido acrílico é acroleína obtida por oxidação catalítica de propi- leno.

12. Instalação para recuperar ácido (met)acrílico sem o uso de solvente azeotrópico como definido na reivindicação 1, caracterizada por compreender pelo menos: a) uma coluna de desidratação; b) uma coluna de acabamento fluidicamente conectada ao fundo da referida coluna de desidratação; c) pelo menos um sistema de condensação de bomba a vácuo seca, fluidicamente conectado ao topo da referida coluna de acabamento; d) opcionalmente um sistema de condensação de bomba a vácuo seca fluidicamente conectado lateralmente à referida coluna de acabamento.