BR112017028105B1

BR112017028105B1 - Aparelho de destilação e processo para realizar uma destilação ou destilação extrativa

Info

Publication number: BR112017028105B1
Application number: BR112017028105-8A
Authority: BR
Inventors: Norbert Asprion; Bernd Heida; Jan-Oliver WEIDERT; Ortmund Lang
Original assignee: Basf Se
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2022-10-11
Also published as: JP6822984B2; WO2017005565A1; JP2018519156A; BR112017028105A2; CN107847809B; KR102531934B1; EP3316981B1; RU2018104091A; US10569192B2; CN107847809A; RU2018104091A3; KR20180022952A; RU2720775C2; EP3316981A1; US20180361270A1

Abstract

APARELHO DE DESTILAÇÃO E PROCESSO PARA REALIZAR UMA DESTILAÇÃO OU DESTILAÇÃO EXTRATIVA. A invenção se refere a um dispositivo de destilação que compreende uma coluna (K) para separar uma corrente de alimentação (1) em uma corrente de produto principal (2), uma corrente inferior de produto (3) e opcionalmente uma ou mais correntes de extração lateral que têm três ou mais células (I, II, III) em série através das quais o fluido flui, sendo que pelo menos a primeira célula é integrada no fundo da coluna (K), para aquecimento de multiestágio e evaporação parcial do líquido que flui através das células com a exceção do líquido da última célula em um estágio de evaporação.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a um aparelho de destilação que compreende uma coluna que tem três ou mais células em série atravessadas por líquido e a um processo para destilação ou destilação extrativa com o uso do dito aparelho de destilação.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os processos industriais de grande escala para destilação fracionada de misturas de substâncias por destilação e em particular por destilação extrativa exigem frequentemente energia muito intensiva. Consequentemente em usinas conhecidas o líquido inferior é frequentemente submetido ao aquecimento de multiestágio, particularmente em evaporadores conectados em série. Isso forma uma mistura de vapor/líquido bifásico em cada caso, que precisa ser distribuída uniformemente durante a transferência a partir de um estágio de evaporador ao próximo. Isso pode ser alcançado de maneira simples organizando-se os estágios individuais de evaporador verticalmente um em cima do outro, embora isso tenha a desvantagem de que as colunas que já são relativamente altas sem essa medida precisam ser feitas ainda mais altas, o que resulta em dificuldades de construção correspondentes, particularmente problemas de estabilidade, e custos correspondentes para superar essas dificuldades.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[003] O problema mencionado acima poderia ser evitado por uma disposição horizontal de estágios de evaporador atravessados em série, mas tal disposição é desvantajosa devido aos problemas de distribuição encontrados quando uma mistura bifásica a partir de um estágio de evaporador entra no próximo estágio de evaporador.

[004] Foi consequentemente um objetivo da presente invenção proporcionar um aparelho de destilação, particularmente para processos industriais de grande escala, que não sofre dos problemas mencionados acima e que, além disso, torna possível utilizar fontes de energia existentes para os estágios individuais de evaporador de maneira recuperativa o mais adequadamente possível, portanto, economizando os custos de energia e capital.

[005] O objetivo é alcançado por um aparelho de destilação que compreende uma coluna para fracionar uma corrente de alimentação em uma corrente superior de produto, uma corrente inferior de produto e opcionalmente uma ou mais correntes de estiramento lateral, sendo que cada uma tem especificações previstas, que tem três ou mais células em série atravessadas por líquido para aquecimento de multiestágio e evaporação em parte do líquido que atravessa em série as três ou mais células, com a exceção do líquido a partir da última dentre as células dispostas em série, em um ou mais estágios paralelos de evaporador em cada caso, à temperatura na última dentre as células dispostas em série que é necessária para a corrente inferior de produto ser extraível a partir da mesma com a especificação prevista, sendo que o aquecimento e evaporação em parte do líquido que atravessa em série as três ou mais células em cada um dos estágios de evaporador, com a exceção do líquido a partir da última dentre as células dispostas em série, são efetuados com o uso de fontes de energia adequadas em cada caso.

[006] Os processos de separação térmica mais empregados comumente na indústria química são processos de destilação.

[007] A separação de substância por destilação é baseada no princípio de que, quando parcialmente evaporada/condensada, as misturas de substâncias que têm pontos de ebulição diferentes acumulam na fase de vapor e na fase líquida em medidas diferentes. A destilação multiestágio em colunas de destilação é geralmente realizada por evaporação parcial do líquido inferior e condensação parcial da saída superior. O vapor do evaporador e alguns dos condensados são reciclados na coluna. Componentes internos de separação tal como gaxetas aleatórias, gaxetas estruturadas ou bandejas alcançam calor e troca de material eficazes entre o líquido que desce e o vapor que sobe e, portanto, geralmente, a realização de separação equivale a uma pluralidade de estágios de vapor/líquido conectados em série teoricamente em equilíbrio.

[008] Para as misturas de substâncias que são difíceis de separar devido aos pontos de ebulição que são próximos ou em razão de uma ordem de ebulição desfavorável, a adição de um solvente líquido pode simplificar a separação em virtude do comportamento de dissolução diferente das substâncias no solvente líquido. Em contraste à absorção em que normalmente nenhum evaporador ou condensador é empregado, quando um solvente é empregado na coluna de destilação, a dita destilação é denominada de destilação extrativa. A separação alcançada com a mesma é às vezes melhorada adicionalmente pela formação de uma segunda fase líquida.

[009] Tanto as colunas de destilação quanto as colunas de destilação extrativa têm pelo menos um evaporador integrado no fundo da coluna ou pelo menos um evaporador externo conectado ao fundo da coluna, através do qual parte ou toda a energia exigida para a destilação fracionada é introduzida. Opcionalmente, parte da energia exigida para a destilação fracionada também pode ser introduzida por meio de pré-evaporadores e/ou evaporadores laterais dispostos abaixo da corrente de alimentação e acima do fundo.

[010] Para isso, é frequentemente necessário, particularmente em usinas industriais de grande escala, introduzir grandes quantidades de energia com o efeito de que o líquido inferior precisa ser aquecido em uma pluralidade de estágios.

[011] As colunas de destilação nas usinas industriais de grande escala frequentemente têm um diâmetro de cerca de 0,5 m a cerca de 6 m ou até mesmo 7 m, em particular entre cerca de 2 e 5 m. As colunas de destilação nas usinas industriais de grande escala têm uma altura normalmente cerca de 10 a 30 m ou superior. Quando usados como evaporadores de circulação natural, os trocadores de calor de feixe de tubo externo frequentemente têm um comprimento na direção do tubo de cerca de 2 a 3 m.

[012] Os ditos trocadores de calor são configurados para velocidades altas de fluxo: as correntes inferiores de produto estão frequentemente na faixa de centenas de toneladas por hora.

[013] De acordo com a invenção, propõe-se um aparelho de destilação, em particular, para processos de separação industrial de grande escala, que assegura o aquecimento de multiestágio e evaporação em parte do líquido e que, por meio da configuração especificada acima no presente documento e esclarecida em detalhes abaixo no presente documento, permite a evaporação parcial do líquido programada em etapas em uma pluralidade de estágios alimentada com uma fase única de líquido, e o aquecimento do dito líquido à temperatura necessária para a corrente inferior de produto líquido a ser extraível com a especificação prevista.

[014] A invenção procede a partir de um aparelho de destilação que compreende, conforme normalmente, uma coluna para fracionar uma corrente de alimentação que compreende uma pluralidade de componentes em uma corrente superior de produto, uma corrente inferior de produto e opcionalmente uma ou mais correntes de estiramento lateral em que cada uma tem especificações previstas.

[015] O aparelho de destilação proposto, de acordo com a invenção, é dotado de três ou mais células dispostas em série na direção da corrente de líquido. O líquido ou uma subcorrente do líquido a partir dessas células, com a exceção das últimas dentre as células dispostas em série a partir das quais a corrente inferior de produto é extraída, é alimentado, na forma de uma fase única de líquido, a um estágio respectivo de evaporador para aquecimento e evaporação em parte.

[016] As células são, em cada caso, recipientes atravessados em série por líquido e o líquido que atravessa cada recipiente é aquecido separadamente a uma temperatura, que em cada caso aumenta na direção de fluxo, e evaporado parcialmente. A temperatura nas células individuais, portanto, aumenta na direção do fluxo enquanto, simultaneamente, em razão da evaporação em parte, a concentração de componentes de ebulição em baixa temperatura aumenta.

[017] Esses recipientes podem estar dispostos em uma proximidade imediata um ao outro, caso contrário podem estar dispostos com uma distância relativamente grande entre um e o outro. Contudo, é importante que o líquido não flua diretamente a partir do recipiente anterior ao próximo recipiente respectivo. Em contraste, o refluxo parcial do líquido a partir do próximo recipiente no recipiente anterior respectivo é permitido em realizações específicas da invenção.

[018] Duas, três ou todas dentre as três ou mais células podem ser integradas no fundo da coluna.

[019] Em uma realização preferencial, o aparelho de destilação compreende uma coluna que tem o fundo dividido em três partes, ou seja, três células em série atravessadas por líquido são integradas no fundo da coluna. Para isso, a região inferior de coluna é dividida em três sub-regiões dividindo-se verticalmente as paredes que se projetam a partir da bandeja inferior da coluna na região inferior de coluna até uma certa altura, sendo que a altura das paredes divisoras entre as sub-regiões individuais aumenta na direção do fluxo.

[020] As paredes divisoras podem, em particular, ser cilindros concêntricos ou placas divisoras planas que, quando vistas no corte transversal da coluna, estão dispostas ao longo de linhas circulares ou raios circulares.

[021] Uma, duas ou todas as células que seguem a primeira célula atravessada por líquido podem estar dispostas no exterior do fundo da coluna e podem, em particular, ser configuradas como a parte atravessada por líquido de um separador de líquido/gás.

[022] De acordo com a invenção, o líquido que atravessa cada uma das três ou mais células dispostas em série, com a exceção da última dentre as células dispostas em série a partir da qual a corrente inferior de produto é extraída, é, em cada caso, independente um ao outro, aquecido e evaporado em parte em um estágio respectivo de evaporador com uma fonte de energia adequada em cada caso.

[023] A configuração específica, de acordo com a invenção, do aparelho de destilação, torna possível, em cada caso, aquecer uma corrente de líquido monofásico com a fonte de energia disponível mais adequada com base no conteúdo de energia. Essas fontes de energia adequadas podem ser fontes de energia interna ao processo e/ou uma fonte de energia externa.

[024] As fontes de energia preferenciais são os fluxos de massa.

[025] Em uma configuração adicional, a fonte de energia empregada também pode ser energia elétrica.

[026] Os fluxos de massa preferenciais são vapor ou condensado quente.

[027] A fonte de energia empregada pode ser de maneira vantajosa vapor ou condensado quente gerado interno ao processo.

[028] Em uma realização preferencial, os estágios de evaporador, em que o líquido a partir de cada uma dentre as três ou mais células em série atravessadas por líquido, com a exceção da célula final atravessadas por líquido, é passado, aquecido nas mesmas e evaporado em parte para obter uma corrente de parte evaporada em cada caso, que é completamente ou parcialmente alimentada à próxima célula a jusante respectiva, são configurados como trocadores individuais de calor. Esses trocadores de calor podem, em cada caso, ser fixados como trocadores simples de calor ou caso contrário como uma pluralidade de trocadores de calor dispostos paralelamente.

[029] A disposição composta de um trocador de calor e uma célula próxima a jusante também pode ser substituída por uma disposição equivalente termodinamicamente diferente, em particular, por um evaporador do tipo filme descendente ou um refervedor do tipo caldeira (evaporador de caldeira).

[030] Nos evaporadores do tipo filme descendente, o líquido a ser evaporado flui ao longo de uma parede de tubo como um filme ininterrupto.

[031] Os evaporadores de caldeira ou evaporadores do tipo caldeira são evaporadores que compreendem um feixe de tubo que pode ser aquecido imerso em um líquido. O feixe de tubo e o líquido estão dispostos em um recipiente que serve como um separador. Tais evaporadores são frequentemente usados para gerar vapor de aquecimento a partir de água líquida.

[032] O feixe de tubo que pode ser aquecido está disposto geralmente horizontalmente, em um recipiente relativamente grande que serve como o separador. O líquido a ser evaporado é alimentado ao recipiente na região do feixe de tubo reforçado por uma barragem de transbordamento de modo que o feixe de tubo seja imerso. O aquecimento faz o líquido ferver de modo que bolhas sejam formadas que, devido ao volume grande do separador, são separadas do líquido e descarregadas a partir da região superior. O líquido não evaporado transborda em uma barragem e é, então, extraído a partir do evaporador (fonte: Wikipédia).

[033] Nesses casos os estágios de evaporador correspondem em cada caso ao feixe de tubo do evaporador do tipo filme descendente/evaporador de caldeira do recipiente. As células são formadas pelo fundo do evaporador do tipo filme descendente/pela região do evaporador de caldeira que está disposto próximo à barragem e em que o trocador de calor de feixe de tubo do evaporador de caldeira não está disposto.

[034] Um refluxo de líquido a partir de uma ou mais dentre as três ou mais células em série atravessadas por líquido, com a exceção da primeira célula atravessada por líquido, na célula imediatamente anterior respectiva pode ser proporcionado preferencialmente, em particular, como um transbordamento de líquido direto sobre uma barragem, como uma alimentação imersa ou como um sifão.

[035] A invenção proporciona adicionalmente um processo para realizar uma destilação ou destilação extrativa com o uso da unidade de destilação descrita no presente documento acima.

[036] O processo é, por exemplo, um processo para separar uma corrente de alimentação (1) que compreende as substâncias A e B por destilação extrativa com o uso de um agente de extração que tenha uma afinidade maior por B do que por A, que compreende a) conduzir a corrente de alimentação (1) em contracorrente ao agente de extração na coluna (K) para obter uma corrente superior de produto (2) que compreende A e um líquido que compreende B e agente de extração, b) permitir que o líquido que compreende B e agente de extração em coluna escorra na primeira célula integrada no fundo da coluna (K), c) passar o líquido a partir de cada uma dentre as três ou mais células (I, II, III) exceto a última célula através de estágios respectivos de vapor e, portanto, aquecer e evaporar em parte nos mesmos para obter correntes respectivas de parte evaporada (4, 5) em que cada um é completamente ou parcialmente alimentado à próxima célula respectiva na direção da corrente e d) extrair a corrente inferior de produto (3) a partir da última célula.

[037] Em uma realização do processo, A representa butano e B representa buteno. Em outra realização do processo, A representa buteno e B representa 1,3-butadieno.

[038] No processo de acordo com a invenção, o agente de extração tem uma afinidade maior por B que por A, ou seja, o agente de extração passa por interações mais fortes com B que com A. Um técnico no assunto pode determinar a afinidade do agente de extração para A/para B determinando-se a solubilidade de A/B no agente de extração. Por exemplo, o técnico no assunto pode misturar uma alíquota respectiva de agente de extração sob uma atmosfera de A e uma atmosfera de B e determinar quanto de A/B foi dissolvido no agente de extração.

[039] Quando A representa butano e B representa buteno e quando A representa buteno e B representa 1,3-butadieno, o agente de extração pode ser selecionado, por exemplo, a partir de dimetilformamida, N- metilpirrolidona, acetonitrila, furfural e dimetilsulfóxido. Quando A representa buteno e B representa 1,3-butadieno, uma N-metilpirrolidona que compreende agente de extração preferencialmente compreende 85 a 95% em peso de N- metilpirrolidona e 6 a 12% em peso de água é empregada, por exemplo.

[040] Uma realização do processo, de acordo com a invenção, se refere a um processo para separar butano e buteno por destilação extrativa. A corrente de alimentação compreende um ou mais butenos isoméricos além de um ou mais butanos isoméricos. Além do butano (ou butanos) e ao buteno (ou butenos), a corrente também pode, em particular, compreender butadieno (ou butadienos) que então acumula além do buteno (ou butenos) na corrente inferior de produto.

[041] Outra realização do processo, de acordo com a invenção, se refere a um processo para separar butano e butadieno por destilação extrativa. A corrente de alimentação compreende butadieno (ou butadienos) além de um ou mais butenos isoméricos. Além do buteno (ou butenos) e ao butadieno (ou butadienos), a corrente também pode, em particular, compreender butano (ou butanos), butano (ou butanos) e buteno (ou butenos) que acumula na corrente superior de produto e butadieno (ou butadienos) que acumula agente de extração de corrente inferior de produto.

[042] O processo pode ser particularmente, de maneira vantajosa, uma destilação extrativa para fracionar uma mistura de reação a partir da desidrogenação de butanos para produzir butenos ou a partir de uma oxidesidrogenação de butanos para produzir butadieno. No caso de destilações extrativas, uma fonte de energia particularmente adequada é o solvente regenerado quente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[043] A invenção é mais esclarecida particularmente no presente documento abaixo com referência a uma Figura e uma realização ilustrativa.

[044] Nas Figuras, os números de referência idênticos descrevem funções correspondentes ou idênticas.

[045] Em particular: - a Figura 1 mostra uma representação esquemática de uma realização preferencial de um aparelho de destilação, de acordo com a invenção, que tem um fundo dividido em três partes, sendo que representações em corte transversal para configurações preferenciais das paredes divisoras no fundo da coluna são mostradas nas Figuras 1A a 1C; - a Figura 2 mostra uma representação esquemática de uma realização adicional preferencial de um aparelho de destilação, de acordo com a invenção, que tem duas células integradas no fundo da coluna e uma terceira célula III disposta no exterior da coluna e configurada como um separador de fase, sendo que variações adicionais para a célula III disposta no exterior da coluna K com o trocador de calor WT2 (representado em detalhe na Figura 2A) são mostradas nas Figuras 2B e 2C; - a Figura 3 mostra uma representação esquemática de uma realização adicional para um aparelho preferencial de destilação que tem duas células II e III dispostas no exterior da coluna K; - a Figura 4 mostra uma variação adicional para um aparelho preferencial de destilação que tem duas células II e III dispostas no exterior da coluna K; - a Figura 5 mostra uma variação adicional para um aparelho preferencial de destilação que tem duas células II e III dispostas no exterior da coluna K; - a Figura 6 mostra uma representação esquemática de um aparelho de destilação que tem células de coluna integrada I e III e uma célula II dispostas no exterior da coluna; - a Figura 7 mostra aparelho de destilação do estado da técnica com aquecimento de dois estágios do líquido a partir do fundo da coluna em dois trocadores de calor dispostos verticalmente um em cima do outro; - a Figura 8 mostra uma representação esquemática de uma realização adicional de aparelho de destilação do estado da técnica com aquecimento de dois estágios do líquido a partir do fundo da coluna em dois trocadores de calor dispostos em série horizontalmente; - a Figura 9 mostra uma representação esquemática de uma realização adicional de aparelho de destilação do estado da técnica que tem um fundo dividido em duas partes; e - a Figura 10 mostra uma representação esquemática de uma realização preferencial de um aparelho de destilação, de acordo com a invenção, com um fundo dividido em três partes.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[046] A Figura 1 mostra uma representação esquemática de uma realização preferencial de um aparelho de destilação, de acordo com a invenção, com uma coluna K para fracionar uma corrente de alimentação 1 em uma corrente superior de produto 2 com uma corrente inferior de produto 3, com três células em série atravessadas por líquido I, II e III, sendo que todas as células atravessadas por líquido I a III são integradas no fundo da coluna K e são separadas umas das outras por barragens W1, W2. A corrente inferior a partir da célula I que é a primeira na direção de corrente é extraída e alimentada ao trocador de calor WT1 em que a corrente é aquecida e evaporada parcialmente para obter uma corrente de parte evaporada 4 que é alimentada à segunda célula II. A corrente inferior a partir da segunda célula II é extraída da mesma maneira em forma líquida e aquecida em um trocador de calor externo WT2 e evaporada parcialmente e alimentada como corrente de parte evaporada 5 à terceira célula atravessadas por líquido III.

[047] As representações em corte transversal nas Figuras 1A a 1C mostram, cada uma, disposições preferenciais para as paredes divisoras para dividir o fundo da coluna nas três células dispostas em série atravessadas por líquido I a III: uma disposição concêntrica das paredes divisoras na Figura 1A, uma disposição no formato de linhas circulares na Figura 1B e uma disposição no formato de raios circulares na Figura 1C.

[048] A Figura 2 mostra uma representação esquemática de uma realização adicional preferencial de um aparelho de destilação, de acordo com a invenção, que tem duas células I e II dispostas no fundo da coluna K e uma terceira célula III disposta no exterior da coluna K e configurada como um aparelho separado, a saber, um separador de fase. A partir da dita célula, uma corrente de vapor 6 é reciclada novamente na região inferior da coluna K, acima do nível de líquido na mesma, e uma subcorrente do líquido é reciclada na célula II integrada no fundo da coluna K.

[049] A Figura 2A é uma vista em detalhes da usina da Figura 2, a saber, da disposição composta de célula III e o trocador associado de calor WT2.

[050] Essa disposição pode ser substituída por alternativas representadas nas Figuras 2B/2C: Como uma alternativa, a Figura 2B mostra um evaporador do tipo filme descendente que tem um trocador integrado de calor de feixe de tubo que nessa realização constitui o estágio de evaporador WT1 e uma região de fundo atravessadas por líquido que constitui a célula atravessadas por líquido III. Nessa realização o líquido flui através dos tubos aquecidos do trocador integrado de calor, evapora parcialmente, e é dividido em uma corrente de vapor 6 e duas subcorrentes líquidas 7 e 3.

[051] A realização na Figura 2C mostra um evaporador de caldeira que compreende um feixe de tubo disposto em um recipiente e corresponde ao estágio de evaporador WT1. Os tubos aquecidos com uma média de transferência de calor secundária aquecem o líquido e evaporam parcialmente o dito líquido para gerar uma corrente gasosa 6 e duas correntes líquidas 7 e 3 na região do evaporador de caldeira que é separado por uma barragem a partir da região em que o trocador de calor de feixe de tubo está disposto.

[052] A Figura 3 mostra uma representação esquemática de uma realização adicional preferencial de um aparelho de destilação que tem duas células II e III que estão dispostas no exterior da coluna K e são ambas separadoras de fase. A partir da célula II a corrente de vapor 8 é reciclada na região inferior da coluna K, acima do nível de líquido na mesma, e uma subcorrente do líquido, corrente 9, é reciclada na coluna K abaixo do nível de líquido, na célula I. A partir da célula III a corrente de vapor 6 é reciclada da mesma maneira na região inferior da coluna K, acima do nível de líquido na mesma, e uma subcorrente do líquido, corrente 7, é reciclada na célula II, abaixo do nível de líquido na mesma.

[053] A Figura 4 mostra uma variação da realização representada na Figura 3, sendo que as duas unidades que estão dispostas no exterior da coluna K que são cada uma formada por uma célula e um evaporador são evaporadores do tipo filme descendente. Aqui, o trocador de calor de feixe de tubo do evaporador do tipo filme descendente em cada caso forma o estágio de evaporador (WT1, WT2) e a região inferior do evaporador do tipo filme descendente forma as células atravessadas por líquido II/III. Ao contrário da realização na Figura 3, a corrente de vapor a partir da célula III é alimentada como corrente 10 à célula II acima do nível de líquido na mesma e não à coluna K como na realização na Figura 3.

[054] A Figura 5 mostra uma realização adicional preferencial de um aparelho de destilação, de acordo com a invenção, que tem duas células II e III dispostas no exterior da coluna K e que têm uma circulação comum. Nessa realização a corrente de líquido completa a partir da célula II é alimentada ao segundo trocador de calor WT2.

[055] As Figuras 7 e 8 mostram configurações do estado da técnica.

[056] De acordo com a realização representada na Figura 7, o fundo da coluna é meramente dividido em duas partes, em duas células I e II, e o líquido inferior extraído a partir da célula I é aquecido em dois estágios em dois trocadores de calor de feixe de tubo dispostos um em cima do outro. Isso aumenta adicionalmente a altura considerável em cada caso de uma usina de destilação industrial de grande escala correspondente às faixas que podem se tornar críticas por razões de estabilidade.

[057] A realização representada na Figura 8 mostra uma variação adicional de aparelho de destilação do estado da técnica que tem da mesma maneira um fundo de coluna K dividido em duas partes. O líquido inferior a partir da primeira célula I é alimentado em dois estágios a dois trocadores de calor de feixe de tubo dispostos em série. A mistura líquida/vaporosa bifásica precisa ser alimentada ao segundo trocador horizontal de calor de feixe de tubo a partir de baixo e, portanto, entra no interior do transferidor de calor de feixe de tubo por meio de um ou mais locais puntiformes por meio do caso cilíndrico. A superfície em que a dita mistura flui contra se expande continuamente até alcançar a largura máxima que corresponde ao diâmetro do aparelho, e subsequentemente contrai novamente. Portanto, não é possível alcançar uma distribuição uniforme da mistura de líquido/vapor bifásico para essa realização.

[058] A realização representada na Figura 9 mostra uma variação adicional de aparelho de destilação do estado da técnica que tem da mesma maneira um fundo de coluna K dividido em duas partes. A corrente inferior a partir da célula I que é a primeira na direção de corrente é extraída em forma líquida. A corrente inferior é aplicada por meio de uma bomba de transporte ao trocador de calor WT1 em que a corrente inferior é aquecida. A corrente inferior é então descomprimida e, portanto, parcialmente evaporada. Desse modo, a corrente obtida de parte evaporada 4 é alimentada à segunda célula II. A média de aquecimento alimentada ao trocador de calor WT1 é o agente regenerado de extração 15.

[059] A Figura 10 mostra uma representação esquemática de uma realização preferencial de um aparelho de destilação, de acordo com a invenção, com uma coluna K para fracionar uma corrente de alimentação 1 em uma corrente superior de produto 2 com uma corrente inferior de produto 3, com três células em série atravessadas por líquido I, II e III, sendo que todas as células atravessadas por líquido I A III são integradas no fundo da coluna K e são separadas umas das outras por barragens. A corrente inferior a partir da célula I que é a primeira na direção de corrente é extraída em forma líquida. A corrente inferior é aplicada por meio de uma bomba de transporte ao trocador de calor WT1 em que a corrente inferior é aquecida. A corrente inferior é então descomprimida e, portanto, parcialmente evaporada. Desse modo, a corrente obtida de parte evaporada 4 é alimentada à segunda célula II. A corrente inferior a partir da segunda célula II é extraída da mesma maneira em forma líquida. A corrente inferior extraída a partir da segunda célula II é aplicada por meio de uma bomba de transporte ao trocador de calor WT2 em que a corrente inferior é aquecida. The corrente inferior é então descomprimida e, portanto, parcialmente evaporada. Desse modo, a corrente obtida de parte evaporada 5 é alimentada à terceira célula III. A média de aquecimento alimentada ao trocador de calor WT1 é o agente regenerado de extração 15 e a média de aquecimento alimentada ao trocador de calor WT2 é o agente parcialmente regenerado resfriado de extração 16.

[060] Os exemplos a seguir se referem a uma destilação extrativa em cada caso para separação de butanos/butenos com o uso de uma solução aquosa de N-metilpirrolidona (NMP) em uma coluna, conforme descrito no Documento de Patente WO 2012/117085 A1. Devido a uma etapa de absorção anterior, os butanos/butenos já são parcialmente dissolvidos em uma solução de NMP e devido a uma descompressão dessa solução a uma pressão mais baixa, a alimentação (corrente 1) na destilação extrativa é bifásica e compreende uma fase gasosa composta predominantemente de butanos e butenos e da solução NMP que compreende um componente de butano/buteno dissolvido.

[061] É exigida a separação na coluna de destilação extrativa para obter uma corrente superior de produto 2 que compreende 6% em mol de butenos e butadienos dissolvidos. Também é exigido que uma corrente inferior de produto seja obtida em que a fração de butenos e butadienos é 82,9% em mol com base na quantidade total de componentes não solventes. Essa separação é alcançada com todas as variações descritas no presente documento abaixo.

[062] A configuração foi calculada com um programa de simulação exclusivo à BASF (semelhante ao simulador disponível comercialmente ASPEN plus) com base nos modelos de fase em equilíbrio. A simulação da coluna de destilação foi realizada com o uso do modelo de etapa de equilíbrio. O equilíbrio de fase foi descrito com o uso do modelo de dois líquidos não aleatórios (Renon H., Prausnitz J. M.: Local Compositions in Thermodynamic Excess Functions for Liquid Mixtures, AIChE J., 14(1), páginas 135 a 144, 1968).

[063] Os resultados do cálculo de simulação que segue em cada caso consideram uma coluna de destilação que tem 32 placas teóricas (ou seja, estágios de equilíbrio). A numeração procede a partir do fundo (1) ao topo (32) e não inclui o fundo da coluna. Os evaporadores são modelados como estágios de equilíbrio. As correntes de gás a partir dos evaporadores, a saída a partir da qual é conectada diretamente à coluna, são introduzidas diretamente à na placa 1 da coluna. As células são um constituinte de separadores de líquido- gás e são representadas da mesma maneira como estágios de equilíbrio. Somente as correntes líquidas são introduzidas nesses estágios de equilíbrio e, desse modo, o gás formado é introduzido da mesma maneira na coluna na placa 1.

EXEMPLO COMPARATIVO 1

[064] A Tabela 1 apresenta um sumário das fases, concentrações, temperaturas e pressões das correntes que correspondem à Figura 7, de acordo com o estado da técnica (com dois trocadores de calor conectados em série) em que o evaporador no fundo da coluna é dividido em dois evaporadores WT1 e WT2 de modo que tenha capacidade para usar energia a partir do solvente regenerado em WT1 antes do dito solvente ser resfriado adicionalmente, uma parte do mesmo é reciclado como solvente para a etapa de absorção e a outra parte do mesmo é reciclada como corrente 13 na coluna de destilação extrativa (consultar o Documento de Patente WO 2012/117085 A1).

[065] No topo da coluna (na placa mais alta) o refluxo (corrente 14) a partir dos condensadores subsequentes é alimentado na coluna, sendo que o dito refluxo é composto essencialmente de butano. Em um ponto de certa forma menor que seu ponto de alimentação (cerca de 1 a 3 placas teóricas inferiores, aqui: 2) a solução aquosa de NMP regenerada é introduzida como agente de extração (corrente 13). A fração líquida da corrente de alimentação (corrente 1) é introduzida na placa 18 e a fração gasosa é introduzida na placa 19.

[066] O solvente 11 que escorre da coluna e é carregado essencialmente com butanos e butenos é misturado com o transbordamento a partir da célula II e, desse modo, o gás formado passa para a placa mais baixa da coluna. O evaporador WT1 é alimentado com líquido a partir da célula I. A corrente bifásica (gasosa e líquida) 4 precisa ser distribuída uniformemente no trocador de calor WT2 para assegurar a transferência de calor eficaz e uniforme. A corrente é aquecida adicionalmente e evaporada parcialmente no evaporador WT2. A fase gasosa formada ascende à primeira placa da coluna e o líquido passa pela célula II. Na mesma, o produto inferior 3 é extraído e o líquido excessivo flui sobre a barragem na célula 1. A relação de circulação de líquido (fluxo de massa de corrente 11) é frequentemente de uma magnitude em que entre 2% e 20% da corrente, em particular, 5 a 15%, é convertido na fase gasosa nos evaporadores.

EXEMPLO 1 (INVENTIVO)

[067] As correntes na variação, de acordo com a invenção, com reciclagem parcial do líquido a partir das células II e III nas células anteriores respectivas (I e II) são mostradas na tabela 2 presente a seguir e na Figura 1.

EXEMPLO 2 (INVENTIVO)

[068] Uma variação inventiva adicional em que somente líquido a partir da célula III é reciclado parcialmente na célula I é mostrada na tabela 3 presente a seguir e na Figura 6.

[069] Ambas as variações alcançam a mesma separação de acordo com o exemplo comparativo 1, mas não têm a mesma desvantagem em que a corrente bifásica precisa ser distribuída, caso contrário a coluna precisa ser feita extremamente alta devido a uma disposição de um evaporador no topo de outro como evaporadores verticais.

[070] As variações, de acordo com a invenção, têm a vantagem adicional que tanto a temperatura de entrada quanto a temperatura de saída para o trocador de calor WT1 é mais baixa que no exemplo comparativo 1, embora a mesma quantidade de calor seja transferida. Essas temperaturas são mostradas na tabela 4. A variação tanto na entrada quanto na saída é maior que 10 graus Kelvin pela variação de acordo com a Figura 1 e cerca de 4 graus Kelvin pela variação de acordo com a Figura 6. Consequentemente, um gradiente de temperatura de acionamento maior está disponível e transfere a mesma quantidade de calor que, desse modo, exige uma área de superfície de transferência de calor menor. Alternativamente, a princípio, também seria possível obter nessas variações mais calor a partir do solvente regenerado usado para o aquecimento, ou seja, o dito solvente poderia ser resfriado adicionalmente, caso contrário o calor seria recuperado a partir de outro processo de corrente em um nível de temperatura cerca de 10 graus mais baixo (para a variação de acordo com a Figura 1).

EXEMPLO 3 (INVENTIVO)

[071] Um processo de destilação extrativa para extrair 1,3- butadieno a partir de uma mistura de C4 (butanos, butenos, butadieno, C4 acetilenos + quantidades pequenas de moléculas de C3, C5+) foi simulado para um aparelho de destilação de acordo com a Figura 10 com uma corrente inferior de produto (corrente 3) de 380 t/h. As temperaturas de correntes individuais estão constatadas abaixo: Agente regenerado de extração 15: 150,4°C Agente regenerado de extração parcialmente resfriado 16: 138,6°C Agente resfriado de extração 17: 90,2°C

[072] As correntes inferiores foram aquecidas a partir de 68°C a 180°C em WT1 e a partir de 95°C a 106°C em WT2 (as temperaturas alcançadas após o aquecimento se referem à corrente inferior que escorre a partir do trocador respectivo de calor antes da descompressão da mesma. A temperatura da corrente inferior de produto líquido 3 foi 104°C. Em razão dos gradientes de temperatura de acionamento altos, uma área total de somente 878 m2 é exigida para a transferência de calor.

EXEMPLO COMPARATIVO 2

[073] Realizar a mesma simulação que o exemplo 3, mas com um aparelho de destilação de acordo com a Figura 9, mostrou que sob os mesmos critérios (mesma composição, quantidade e temperatura das correntes que fluem e escorrem) uma área maior de 13,6% é exigida para a transferência de calor. TABELA 1

TABELA 2

TABELA 3

TABELA 4

LISTA DE REFERÊNCIAS 1, 13, 14 correntes de alimentação 2 corrente superior de produto 3 corrente inferior de produto 4, 5 correntes de parte evaporada 6, 8, 10 correntes de vapor 7, 9, 11, 12 subcorrentes líquidas 15, 16, 17 correntes de agente de extração regeneradas K coluna WT1, WT2 trocadores de calor W1, W2 barragens I, II, III células atravessadas por líquido

Claims

1. APARELHO DE DESTILAÇÃO, caracterizado por compreender: uma coluna (K) para fracionar uma corrente de alimentação (1) em uma corrente superior de produto (2) e uma corrente inferior de produto (3); e três ou mais células em série atravessadas por líquido (I, II, III), em que pelo menos uma primeira célula (I) das células em série atravessadas por líquido (I, II, III) é integrada no fundo da coluna (K), para um aquecimento de multiestágio e uma evaporação em parte do líquido que atravessa as células em série atravessadas por líquido (I, II, III); em que: o líquido de cada uma das três ou mais células em série atravessadas por líquido (I, II, III), com a exceção de uma última célula (III) das células em série atravessadas por líquido (I, II, III), é passado através de um estágio de evaporador respectivo e evaporado em parte no mesmo para obter uma corrente de parte evaporada (4,5) em cada estágio de evaporador respectivo, as correntes de parte evaporada sendo completamente ou parcialmente fornecidas a uma próxima célula a jusante respectiva; um fluxo direto do líquido de uma célula respectiva imediatamente anterior à próxima célula a jusante respectiva é impedido; um refluxo de líquido é proporcionado a partir de pelo menos uma das três ou mais células em série atravessadas por líquido (I, II, III), com a exceção da primeira célula (I), na célula respectiva imediatamente anterior; e em que todas as três ou mais células em série atravessadas por líquido (I, II, III) são integradas no fundo da coluna (K).

2. APARELHO DE DESTILAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo aquecimento e evaporação em parte serem efetuados por pelo menos uma dentre fonte de energia interna ao processo e fonte de energia externa.

3. APARELHO DE DESTILAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo aquecimento e evaporação em parte serem efetuados por fluxos de massa.

4. APARELHO DE DESTILAÇÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelos fluxos de massa serem vapor ou condensado quente.

5. APARELHO DE DESTILAÇÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelos fluxos de massa serem condensado quente.

6. APARELHO DE DESTILAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - o aquecimento e a evaporação em parte do líquido que atravessa a primeira célula (I) serem efetuados com o uso de fluxos de massa de processo; e - o aquecimento e evaporação em parte do líquido que atravessa uma penúltima célula (II) serem efetuados com o uso de fontes de energia externas.

7. APARELHO DE DESTILAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos estágios de evaporador respectivos serem trocadores de calor (WT1, WT2).

8. APARELHO DE DESTILAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo refluxo de líquido ser projetado como um transbordamento de líquido direto sobre uma barragem (W1, W2), como uma alimentação imersa ou como um sifão.

9. APARELHO DE DESTILAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo refluxo de líquido ser projetado como uma alimentação imersa.

10. APARELHO DE DESTILAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo refluxo de líquido ser projetado como um sifão.

11. PROCESSO PARA REALIZAR UMA DESTILAÇÃO OU DESTILAÇÃO EXTRATIVA com uso de um aparelho de destilação, conforme definido na reivindicação 1, caracterizado por uma corrente de alimentação (1) que compreende uma pluralidade de componentes ser fracionada em uma corrente superior de produto (2) e uma corrente inferior de produto (3).

12. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela corrente de alimentação (1) ser fracionada por destilação extrativa de forma que a corrente superior de produto (2) compreenda butano(s) e a corrente inferior de produto (3) compreenda buteno(s), e opcionalmente butadieno(s).

13. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela corrente de alimentação (1) ser fracionada por destilação extrativa de forma que a corrente superior de produto (2) compreenda buteno(s) e opcionalmente butano(s) e a corrente inferior de produto (3) compreenda butadieno(s).

14. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por ser uma destilação extrativa para fracionar uma mistura de reação a partir de uma desidrogenação de butanos para produzir butenos ou a partir de uma oxidesidrogenação de butanos para produzir butadieno.