BR112019016806B1 - Processo para a produção de etileno por desidrogenação oxidativa de etano - Google Patents

Processo para a produção de etileno por desidrogenação oxidativa de etano Download PDF

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Abstract

A presente invenção se refere a um processo para a produção de um alcano por desidrogenação oxidativa de alcano que compreende: (a) submeter um fluxo que compreende um alcano a condições de desidrogenação oxidativa que compreende colocar o alcano em contato com oxigênio na presença de um catalisador que compreende um óxido de metal misturado, o que resulta em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, água, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino; (b) remover água de pelo menos parte do fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, água, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino resultante da etapa (a), o que resulta em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente alcino; (c) remover oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente alcino de pelo menos parte do fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente alcino resultante da etapa (b), em que monóxido de carbono e, opcionalmente, alcino são oxidativas em dióxido de carbono, oi que resulta em um fluxo que compreende alceno,(...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se a um processo para a produção de um alceno por desidrogenação oxidativa alcano (oxidosidrogenação; ODH) que compreende uma etapa de remoção de oxigênio não convertido, de monóxido de carbono e, opcionalmente, alcino de efluente de ODH de alceno.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] A desidrogenação é conhecida por desidrogenar de maneira oxidativa alcanos, tais como alcanos que contêm 2 a 6 átomos de carbono, por exemplo, etano ou propano, o que resulta em etileno e propileno, respectivamente, em um processo de desidrogenação oxidativa (oxidesidrogenação ODH). Os exemplos de processos de ODH de alcano que incluem catalisadores e outras condições de processos são revelados, por exemplo, nos documentos n° US7091377, WO2003064035, US20040147393, WO2010096909 e US20100256432. Os catalisadores de óxido de metal misturados que contêm molibdênio (Mo), vanádio (V), nióbio (Nb) e opcionalmente, telúrio (Te) como os metais, podem ser usados como tais catalisadores de oxidesidrogenação.
[003] Em particular, no dito processo de ODH de alcano o oxigênio pode ser usado como o agente oxidantes. Além de alceno e alcano não convertido, o efluente de ODH de alcano pode compreender oxigênio não convertido. De modo geral, a fim de evitar risco de operar o processo de ODH de alcano em condições de depleção de oxigênio, alimenta-se mais oxigênio do que o necessário, esse caso o efluente de ODH de alcano compreende oxigênio não convertido. Além disso, em alguns casos, uma quantidade adicional de oxigênio pode ter que ser adicionada temporariamente após algum tempo, a fim de aumentar uma atividade reduzida do catalisador. Portanto, de modo geral, a possibilidade de usar uma quantidade alta de oxigênio no processo de ODH de alcano fornece vantajosamente flexibilidade na operação de reator de ODH em condições desejadas. A alternativa menos desejada é alimentar menos oxigênio e/ou a fim de converter adicionalmente o oxigênio no reator de ODH. No entanto, por outro lado, a presença de oxigênio não convertido no efluente de ODH aumenta o risco de perigos de explosão devido à presença de hidrocarbonetos (alcanos; alcenos) em combinação com uma concentração relativamente alta de oxigênio na seção de separação na retaguarda, sendo que nessa seção a destilação pode ser aplicada a gim de obter as separações desejadas. Além disso, tal oxigênio não convertido pode estar envolvido em alguma característica química, por exemplo, resultando em peróxidos que, desse modo, também podem resultar em um risco indesejado de perigos de explosão.
[004] Tendo em vista o supracitado, deseja-se remover oxigênio não convertido do efluente de ODH antes do último efluente entrar na seção de separação retaguarda mencionada acima.
[005] Além do oxigênio não convertido, o efluente de ODH pode compreender monóxido de carbono. O monóxido de carbono pode causar problemas nos processos de conversão a jusante. Por exemplo, monóxido de carbono pode ser um veneno para um catalisador usado em tal processo de conversão a jusante adicional em uma atividade de catalisador reduzida. Um exemplo de tal processo de conversão a jusante é um processo no qual o produto de alceno do processo de ODH de alcano é convertido adicionalmente. Além disso, pode não haver capacidade suficiente para a remoção de monóxido de carbono e quaisquer outros componentes leves, por exemplo, por destilação, na seção de separação de retaguarda que também está a jusante da etapa de ODH de alcano. Adicionalmente, pode não haver capacidade suficiente para converter monóxido de carbono e água em metano em qualquer reator e metanação a jusante.
[006] Portanto, tendo em vista o supracitado, pode-se desejar remover o monóxido de carbono do efluente de ODH antes de o último efluente entrar na seção de separação de retaguarda mencionada acima.
[007] Além de oxigênio e monóxido de carbono não convertidos, o efluente de ODH pode compreender um alcino. Tal alcino pode ser produzido por uma desidrogenação oxidativa adicional do alceno desejado. Por exemplo, o acetileno pode ser produzido a partir de etileno dessa maneira. Os alcinos, tais como acetileno, podem causar problemas nos processos de conversão a jusante. Por exemplo, podem ser um veneno para um catalisador usado em tal processo de conversão a jusante adicional em uma atividade de catalisador reduzida. Um exemplo de tal processo de conversão a jusante é um processo no qual o produto de alceno do processo de ODH de alcano é convertido adicionalmente. Além disso, pode não haver capacidade suficiente para a remoção dos alcinos, por exemplo por destilação ou hidrogenação, na seção de separação de retaguarda que também está a jusante da etapa de ODH de alcano. É dispendioso separar, por exemplo, acetileno de etileno, normalmente por destilação de extração e/ou hidrogenação seletiva ao alceno correspondente, por exemplo acetileno para etileno.
[008] Portanto, tendo em vista o supracitado, pode-se desejar remover o alcinos, tais como acetileno, do efluente de ODH antes de o último efluente entrar na seção de separação de retaguarda mencionada acima.
[009] O documento n° WO2010115108 revela um processo para a desidrogenação oxidativa de etano em etileno que compreende: colocar uma alimentação de etano em contato com um gás que contém oxigênio na presença de um catalisador de desidrogenação oxidativa em uma zona de reação de desidrogenação oxidativa sob condições para desidrogenar de maneira oxidativa pelo menos uma porção do etano a fim de produzir um fluxo de produto que compreende etileno, óxidos de carbono, água e oxigênio e etano não reagidos, sendo que uma concentração de oxigênio no fluxo de produto é pelo menos 0,1% em mol; colocar o fluxo de produto em contato com um catalisador de eliminação de oxigênio em uma zona de reação de eliminação de oxigênio para combustar pelo menos uma porção do oxigênio; recuperar da zona de reação de eliminação de oxigênio um efluente que tem um teor reduzido de oxigênio; separar água do efluente; separar óxidos de carbono e qualquer gás não condensável (gases não condensáveis) do etileno e o etano não reagido; e separar o etileno do etano não reagido.
[0010] No processo documento n° WO2010115108 mencionado acima, a remoção de oxigênio (eliminação de oxigênio) ocorre antes da remoção de água (separação de água). Além disso, de acordo com o dito documento n° WO2010115108, um catalisador de oxidação pode ser usado para fazer com que o oxigênio no efluente no reator de ODH de etano combuste o monóxido de carbono. No último caso, o oxigênio e monóxido de carbono são convertidos em dióxido de carbono, desse modo, resultando na remoção simultânea tanto de oxigênio quanto de monóxido de carbono.
[0011] Ainda adicionalmente, de acordo com o dito documento n° WO2010115108, outro tipo de reator de eliminação de oxigênio pode incorporar a adição de H2 e um catalisador de hidrogenação para hidrogenar o oxigênio (em vez do catalisador de oxidação para obter combustão). De acordo com o dito documento n° WO2010115108, tal sistema pode ter o benefício adicional de hidrogenar vários subprodutos até o ponto em que alguns estejam presentes, tais como acetileno e oxigenados. No último caso, o oxigênio e o alcino (por exemplo acetileno) are hidrogenados adicionando-se gás hidrogênio (H2) como agente de hidrogenação, desse modo resultando, na remoção simultânea tanto do oxigênio quanto do alcino. No entanto, de modo geral, a introdução de outro produto químico (nesse caso: o agente de hidrogenação H2) no processo a fim de converter um contaminante é considerada trabalhosa. Além disso, o uso de H2 pode ser perigoso, especialmente quando combinado com oxigênio. Em particular, o hidrogênio (H2) é mais reativo do que acetileno na reação com oxigênio. Além disso, de modo geral, tal introdução pode resultar em outros problemas de separação, por exemplo, separar a água conforme produzida. Adicionalmente, pode ser trabalhoso controlar a hidrogenação indesejada do produto de alceno no alcano inicial.
[0012] Pode ser um objetivo fornecer um processo que compreende uma etapa de remover oxigênio não convertido, monóxido de carbono e, opcionalmente, alcino (por exemplo, acetileno) do efluente, conforme produzido em uma etapa de ODH de alcano, por meio de conversão, em que tal conversão na etapa de oxigênio e monóxido de carbono do produto de alceno e/ou do alcano não convertido é impedida o quanto possível. Além disso, pode ser um objetivo fornecer tal processo em que oxigênio, monóxido de carbono e, opcionalmente, alcino são removidos do efluente de ODH de alcano, que é tecnicamente vantajoso, eficiente e acessível. Tal processo tecnicamente vantajoso resulta, de preferência, em uma baixa demanda de energia e/ou em um baixo gasto de capital.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0013] Constatou-se que um ou mais dentre os objetivos mencionados acima podem ser alcançados em um processo em que após a remoção de água de um efluente de desidrogenação oxidativa de alcano (ODH) que compreende alceno, alcano não convertido, água, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente alcino são removidos desse fluxo, em que monóxido de carbono e opcionalmente alcino são oxidados em dióxido de carbono, o que resulta em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido e dióxido de carbono.
[0014] Consequentemente, a presente invenção se refere a um processo para a produção de um alceno por desidrogenação oxidativa de alcano que compreende: (a) submeter um fluxo que compreende um alcano a condições de desidrogenação oxidativa que compreende colocar o alcano em contato com oxigênio na presença de um catalisador que compreende um óxido de metal misturado, resultando em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, água, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino; (b) remover água de pelo menos parte do fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, água, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino resultante da etapa (a), resultando em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente alcino; (c) remover oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente alcino de pelo menos parte do fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente alcino resultante da etapa (b), sendo que o monóxido de carbono e, opcionalmente, alcino são oxidados em dióxido de carbono, o que resulta em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido e dióxido de carbono; (d) opcionalmente remover dióxido de carbono de pelo menos parte do fluxo que compreende alceno, alcano não convertido e dióxido de carbono resultante da etapa (c), o que resulta em um fluxo que compreende alceno e alcano não convertido; (e) separar opcionalmente pelo menos parte do fluxo que compreende alceno e alcano não convertido resultante da etapa (d), em um fluxo que compreende alceno e um fluxo que compreende alcano não convertido; (f) opcionalmente reciclar alcano não convertido de pelo menos parte do fluxo que compreende alcano não convertido resultante da etapa (e), para a etapa (a).
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0015] A Figura 1 retrata uma modalidade do processo da presente invenção em que oxigênio, monóxido de carbono e alcino são removidos após remover água do fluxo, o que resulta da etapa de desidrogenação oxidativa de alcano (ODH).
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0016] O processo da presente invenção compreende as etapas (a), (b) e (c) e as etapas opcionais (d), (e) e (f). O dito processo pode compreender uma ou mais etapas intermediárias entre as etapas (a) e (b), entre as etapas (b) e (c), entre as etapas (c) e (d), entre as etapas (d) e (e), e entre as etapas (e) e (f). Além disso, o dito processo pode compreender uma ou maias etapas adicionais que antecedem a etapa (a) e/ou após a etapa (f).
[0017] Embora o processo da presente invenção e o fluxo ou fluxos usados no dito processo sejam descritos em termos de “compreender”, “conter” ou “incluir” uma ou mais várias etapas descritas ou componentes, os mesmos também podem “consistir essencialmente” ou “consistir” nas ditas uma ou mais várias etapas ou componentes descritos.
[0018] No contexto da presente invenção, em um caso que um fluxo compreende dois ou mais componentes, esses componentes devem ser selecionados em uma quantidade geral que não excede 100% em volume ou 100% em peso.
[0019] Dentro do presente relatório descritivo, “substancialmente nenhum(a)” significa que não há quantidade presente detectável do componente em questão.
[0020] O presente processo para a produção de um alceno por desidrogenação oxidativa de alcano pode compreender: (a) submeter um fluxo que compreende um alcano a condições de desidrogenação oxidativa que compreende colocar o alcano em contato com oxigênio na presença de um catalisador que compreende um óxido de metal misturado, resultando em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, água, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino; (b) remover água de um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, água, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino, de preferência, o fluxo resultante da etapa (a), resultando em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente alcino; (c) remover oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente alcino de um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente alcino, de preferência o fluxo resultante da etapa (b), sendo que o monóxido de carbono e, opcionalmente, alcino são oxidados em dióxido de carbono, o que resulta em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido e dióxido de carbono; (d) remover opcionalmente dióxido de carbono de um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido e dióxido de carbono, de preferência, o fluxo resultante da etapa (c), o que resulta em um fluxo que compreende alceno e alcano não convertido; (e) separar opcionalmente um fluxo que compreende alceno e alcano não convertido, de preferência o fluxo resultante da etapa (d), em um fluxo que compreende alcano e um fluxo que compreende alcano não convertido; (f) reciclar opcionalmente alcano não convertido de um fluxo que compreende alcano não convertido, de preferência, o fluxo que compreende alcano não convertido resultante da etapa (e), para a etapa (a).
[0021] A etapa (a) do processo da presente invenção compreende submeter um fluxo que compreende um alcano às condições de desidrogenação oxidativa (ODH), o que compreende colocar o alcano em contato com oxigênio (O2) na presença de um catalisador que compreende um óxido de metal misturado, o que resulta em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, água, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino.
[0022] Na etapa (a) de ODH de alcano, o alcano pode ser um alcano que contém 2 a 6 átomos de carbono, sendo que o alcano é, de preferência, um alcano linear, nesse caso, o dito alcano pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em etano, propano, butano, pentano e hexano. Além disso, de preferência, o dito alcano contém 2 a 4 átomos de carbono e é selecionado a partir do grupo que consiste em etano, propano e butano. Com mais preferência, o dito alcano é etano ou propano. Com máxima preferência, o dito alcano é etano.
[0023] O produto da etapa (a) de ODH de alcano pode compreender o equivalente desidrogenado do alceno, ou seja, o alcano correspondente. Por exemplo, no caso de etano, tal produto pode compreender etileno, no caso de propano tal produto pode compreender propileno e assim por diante. Tal equivalente desidrogenado do alcano é formado inicialmente no dito processo de desidrogenação oxidativa de alcano. No entanto, no dito mesmo processo, o dito equivalente desidrogenado pode ser oxidado adicionalmente sob as mesmas condições no ácido carboxílico correspondente que pode ou não conter uma ou mais ligações duplas carbono-carbono insaturadas. Conforme mencionado acima, é preferencial que o alcano seja etano ou propano. No caso de etano, o produto do dito processo de desidrogenação oxidativa de alcano pode compreender etileno e/ou ácido acético, de preferência, etileno. Além disso, no caso de propano, o produto do dito processo de desidrogenação oxidativa de alcano pode compreender propileno e/ou ácido acrílico, de preferência, ácido acrílico.
[0024] O fluxo resultante da etapa (a) de ODH de alcano pode compreender uma alcino. Tal alcino é o equivalente desidrogenado do produto de alceno desejado. Por exemplo, no caso de etano ODH, tal alcino pode compreender acetileno (etino). No caso do propano ODH, tal alcino pode compreender propino (metilacetileno).
[0025] Na etapa (a) de ODH de alcano, um reator pode ser alimentado com o alcano e oxigênio (O2). O reator pode ser alimentado com os ditos componentes juntos ou separadamente. Ou seja, o reator pode ser alimentado com um ou mais fluxos de alimentação, adequadamente, fluxos de gás, que compreendem um ou mais dentre os ditos 2 componentes. Por exemplo, o reator pode ser alimentado com um fluxo de alimentação que compreende oxigênio e alcano. Alternativamente, o reator pode ser alimentado com dois ou mais fluxos de alimentação, adequadamente fluxos de gás, sendo que os fluxos de alimentação podem formar um fluxo combinado no interior do reator. Por exemplo, o reator pode ser alimentado com um fluxo de alimentação que compreende oxigênio e com outro fluxo de alimentação que compreende o alcano separadamente.
[0026] Na etapa (a) de ODH de alcano, um reator pode ser alimentado adequadamente com alcano e oxigênio na fase gasosa.
[0027] De preferência, na etapa (a) de ODH de alcano, ou seja, durante o contato do alcano com oxigênio na presença de um catalisador, a temperatura é de 300 a 500 °C. Com mais preferência, a dita temperatura é de 310 a 450 °C, com mais preferência, de 320 a 420 °C, com mais preferência, de 330 a 420 °C.
[0028] Além disso, na etapa (a) de ODH de alcano, ou seja, durante o contato do alcano com oxigênio na presença de um catalisador, as pressões típicas são 10 a 3.000 kPa ou 10 a 2.000 kPa, isto é, quilopascal (0,1 a 30 bara ou 0,1 a 20 bara, isto é “bar absoluto”). Além disso, de preferência, a dita pressão é de 10 kPa a 1.500 kPa (0,1 a 15 bara), com mais preferência, de 10 a 800 kPa (1 a 8 bara), com mais preferência, de 300 a 800 kPa (3 a 8 bara).
[0029] Além do oxigênio e do alcano, pode ocorrer a alimentação de um gás inerte. O dito gás inerte pode ser selecionado a partir do grupo que consiste nos gases nobres e nitrogênio (N2). De preferência, o gás inerte é nitrogênio ou argônio, com mais preferência, nitrogênio.
[0030] O dito oxigênio um agente oxidante, desse modo, resultante em desidrogenação oxidativa do alcano. O dito oxigênio pode se originar de qualquer fonte, tal como, por exemplo ar. As faixas para a razão molar entre oxigênio e o alcano que são adequados, partem de 0,01 a 1 mais adequadamente 0,05 a 0,5. A dita razão entre oxigênio e o alcano é a razão antes de o oxigênio e o alcano entrarem em contato com o catalisador. Em outras palavras, a dita razão entre o oxigênio e o alcano é a razão entre o oxigênio conforme alimentado e o alcano conforme alimentado. Obviamente, após o contato com o catalisador, pelo menos parte do oxigênio e alcano é consumida.
[0031] Na etapa (a), o catalisador de ODH de alcano é um catalisador que compreende um óxido de metal misturado. De preferência, o catalisador de ODH é um catalisador heterogêneo. Além disso, de preferência, o catalisador de ODH é um catalisador de óxido de metal misturado que contêm molibdênio, vanádio, nióbio e opcionalmente telúrio como os metais, sendo que o catalisador pode ter a seguinte fórmula: Mo1VaTebNbcOn em que: a, b, c e n representam a razão entre a quantidade molar do elemento em questão e a quantidade molar de molibdênio (Mo); a (para V) é de 0,01 para 1, de preferência, 0,05 para 0,60, com mais preferência, 0,10 a 0,40, com mais preferência, 0,20 a 0,35, com mais preferência, 0,25 a 0,30; b (para Te) é 0 ou de >0 a 1, de preferência, 0,01 a 0,40, com mais preferência, 0,05 a 0,30, com mais preferência, 0,05 a 0,20, com mais preferência, 0,09 a 0,15; c (para Nb) é de >0 a 1, de preferência, 0,01 a 0,40, com mais preferência, 0,05 a 0,30, com mais preferência, 0,10 a 0,25, com mais preferência, 0,14 a 0,20; e n (para O) é um número que é determinado pela valência e frequência de elementos diferentes de oxigênio.
[0032] A quantidade do catalisador na etapa (a) de ODH de alcano não é essencial. De preferência, uma quantidade cataliticamente eficaz do catalisador é usada, ou seja, uma quantidade suficiente para promover a reação de oxidesidrogenação de alcano.
[0033] O reator de ODH que pode ser usado na etapa (a) de ODH de alcano pode ser qualquer reator, incluindo reatores de leito fixo e leito fluidizado. Adequadamente, o reator é um reator de leito fixo.
[0034] Os exemplos de processos de oxidesidrogenação, incluindo condições de catalisadores e processo, são, por exemplo, revelados nos documentos mencionados acima n° US7091377, WO2003064035, US20040147393, WO2010096909 e US20100256432 cujas revelações são incorporadas no presente documento a título de referência.
[0035] Na etapa (a) de ODH de alcano, forma-se água que acaba no fluxo de produto além do produto de alceno desejado. Além disso, o dito fluxo de produto compreende alcano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino. Ou seja, a etapa (a) de ODH de alcano resulta em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, água, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino.
[0036] A etapa (b) do processo da presente invenção compreende remover água de um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, água, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino, de preferência, o fluxo resultante da etapa (a), em particular, de pelo menos parte do fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, água, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino resultante da etapa (a), o que resulta em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente alcino.
[0037] Na etapa de remoção de água (b), água é removida adequadamente por condensação. A água no fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, água, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino pode ser condensada resfriando-se o último fluxo a uma temperatura inferior, por exemplo, temperatura ambiente, após isso a água condensada pode ser separada, resultando em um fluxo que compreende água condensada e um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente alcino.
[0038] Na etapa de remoção de água (b), a temperatura pode ser de 10 a 150 °C, por exemplo, de 20 a 80 °C. Adequadamente, na dita etapa (b), a temperatura é pelo menos 10 °C ou pelo menos 20 °C ou pelo menos 30 °C. Além disso, adequadamente, na dita etapa (b), a temperatura é, no máximo 150 °C ou, no máximo 120 °C ou máximo 100 °C ou máximo 80 °C ou no máximo 60 °C.
[0039] Além disso, na etapa de remoção de água (b), as pressões típicas são 10 a 3.000 ou 10 a 2.000 kPa (isto é, quilopascal) (0,1 a 30 ou 0,1 a 20 bara (isto é, “bar absoluto”). Além disso, de preferência, a dita pressão é de 10 kPa a 1.500 kPa (0,1 a 15 bara), com mais preferência, de 10 a 800 kPa (1 a 8 bara), com mais preferência, de 300 a 800 kPa (3 a 8 bara).
[0040] Em um caso que o fluxo com o qual a etapa de remoção de água (b) foi alimentada compreende adicionalmente um ácido carboxílico, por exemplo, ácido acético e/ou ácido acrílico, o dito ácido carboxílico é removido na etapa de remoção de água (b) junto da água do dito fluxo, adequadamente junto da água, conforme condensada do dito fluxo. Durante ou após a etapa de remoção de água (b), pode-se adicionar mais água para facilitar a remoção de qualquer ácido carboxílico.
[0041] A etapa (c) do processo da presente invenção compreende remover oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente alcino de um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino, de preferência, o fluxo resultante da etapa (b), em particular, de pelo menos parte do fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino resultante da etapa (b), sendo que o monóxido de carbono e opcionalmente alcino são oxidados em dióxido de carbono, o que resulta em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido e dióxido de carbono. Conforme com qualquer oxidação de hidrocarbonetos, tais como alcinos, a água é produzida.
[0042] Na etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono, a temperatura pode variar dentro de amplas faixas e é, de modo geral, de 50 a 500 °C, por exemplo, de 100 a 400 °C. De preferência, na dita etapa (c), a temperatura está na faixa de 100 a 400 °C, com mais preferência, 150 a 300 °C, com mais preferência, 200 a 260 °C. Na dita etapa (c), a temperatura pode ser pelo menos 50 °C ou pelo menos 100 °C ou pelo menos superior a 100 °C ou pelo menos 110 °C ou pelo menos superior a 110 °C ou pelo menos 120 °C ou pelo menos superior a 120 °C ou pelo menos 130 °C ou pelo menos superior a 130 °C ou pelo menos 140 °C ou pelo menos superior a 140 °C ou pelo menos 150 °C ou pelo menos superior a 150 °C ou pelo menos 160 °C ou pelo menos superior a 160 °C ou pelo menos 170 °C ou pelo menos superior a 170 °C ou pelo menos 180 °C ou pelo menos superior a 180 °C ou pelo menos 190 °C ou pelo menos superior a 190 °C ou pelo menos 200 °C ou pelo menos superior a 200 °C ou pelo menos 210 °C ou pelo menos 220 °C ou pelo menos 230 °C ou pelo menos 240 °C. Além disso, na edita etapa (c), a temperatura pode ser no máximo 500 °C ou no máximo 400 °C ou no máximo 350 °C ou no máximo 340 °C ou no máximo 330 °C ou no máximo 320 °C ou no máximo 310 °C ou no máximo 300 °C ou no máximo 290 °C ou no máximo 280 °C ou no máximo 270 °C ou no máximo 260 °C ou no máximo 250 °C.
[0043] Além disso, na etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono, típicas pressões são 10 a 3.000 ou 10 a 2.000 kPa (isto é, quilopascal) 0,1 a 30 ou 0,1 a 20 bara (isto é, “bar absoluto”). Além disso, de preferência, a dita pressão é de 10 kPa a 1.500 kPa (0,1 a 15 bara), com mais preferência, de 10 a 800 kPa (1 a 8 bara), com mais preferência, de 200 a 700 kPa (2 a 7 bara).
[0044] Além disso, no processo da presente invenção, a etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono pode ser alimentada com oxigênio adicional. Tal oxigênio adicional é adicionado além do oxigênio a partir do fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino que é fornecida à dita etapa (c). Tal oxigênio adicional pode ser necessário em um caso que o último fluxo não contém oxigênio não convertido suficiente para oxidar todos dentre monóxido de carbono e qualquer alcino a partir do mesmo fluxo em dióxido de carbono. Tal oxigênio adicional pode ser adicionado ou indireta ou diretamente à etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono, em particular, em qualquer ponto antes e/ou durante etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono.
[0045] Na etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono, o oxigênio e opcionalmente alcino são removidos do fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino por oxidação de monóxido de carbono e qualquer alcino em dióxido de carbono. Ou seja, o oxigênio não convertido do último fluxo é usado para oxidar monóxido de carbono e qualquer alcino em dióxido de carbono. Conforme mencionado acima, o oxigênio adicional pode ser alimentado para converter completamente todo o monóxido de carbono e alcino (caso haja) em dióxido de carbono. Tal oxidação também pode ser denominada de combustão. Desse modo, a dita etapa (c) resulta em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido e dióxido de carbono.
[0046] Além disso, prevê-se que em um caso que uma alcino (por exemplo, acetileno) é produzida na etapa (a) de ODH de alcano, tal alcino pode ser removida antes da etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono, por exemplo, entre as etapas (b) e (c) e, em particular, por meio de hidrogenação da alcino no alceno correspondente.
[0047] De modo adequado, na etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono, o oxigênio pode ser removido até tal ponto em que o fluxo resultante da dita etapa (c) não compreende oxigênio ou uma quantidade residual de oxigênio que é, no máximo, 10.000 partes por milhão em volume (ppmv) ou, no máximo, 1,000 ppmv ou, no máximo, 500 ppmv ou, no máximo, 100 ppmv ou, no máximo, 50 ppmv ou, no máximo, 10 ppmv ou, no máximo, 2 ppmv ou, no máximo, 1 ppmv, com base no volume total do fluxo resultante da dita etapa (c). Além disso, adequadamente, na etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono, o monóxido de carbono e qualquer alcino pode ser removido até tal ponto em que o fluxo resultante da dita etapa (c) não compreende monóxido de carbono e alcino ou uma quantidade residual de monóxido de carbono e alcino que é, no máximo, 15% em volume ou, no máximo, 10% em volume ou, no máximo, 5% em volume ou, no máximo, 1 % em volume ou, no máximo, 500 partes por milhão em volume (ppmv) ou, no máximo, 100 ppmv ou, no máximo, 50 ppmv ou, no máximo, 10 ppmv ou, no máximo, 2 ppmv ou, no máximo, 1 ppmv, com base no volume total do fluxo resultante da dita etapa (c).
[0048] A etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono pode realizada na presença de um catalisador, adequadamente um catalisador de oxidação. Adequadamente, o dito catalisador de oxidação catalisa a oxidação de monóxido de carbono e qualquer alcino no dióxido de carbono. Em particular, adequadamente, o dito catalisador de oxidação catalisa a conversão de monóxido de carbono e qualquer alcino e oxigênio em dióxido de carbono por meio de oxidação de monóxido de carbono e qualquer alcino em dióxido de carbono.
[0049] Na etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono, qualquer catalisador de oxidação que catalisa a oxidação de monóxido de carbono em dióxido de carbono pode ser usado. Por exemplo, um dentre os catalisadores de oxidação de monóxido de carbono conforme descrito nos documentos n° EP499402A1, US4956330, EP306945A1, EP421169A1, US5157204 e US5446232 pode ser usado na dita etapa (c), cujas revelações são incorporadas no presente documento a título de referência. De preferência, o dito catalisador também catalisa a oxidação de qualquer alcino, por exemplo acetileno, em dióxido de carbono.
[0050] De preferência, o catalisador de oxidação mencionado acima que pode ser usado na etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono compreende um metal de transição. Com mais preferência, o dito catalisador compreende um ou mais metais selecionados a partir do grupo que consiste em níquel (Ni), cobre (Cu), zinco (Zn), paládio (Pd), prata (Ag), platina (Pt), ouro (Au), ferro (Fe), manganês (Mn), cério (Ce), estanho (Sn), rutênio (Ru) e cromo (Cr), com mais preferência, um ou mais metais selecionados a partir do grupo que consiste em níquel, cobre, zinco, prata, platina e rutênio, com mais preferência, um ou mais metais selecionados a partir do grupo que consiste em níquel, cobre, zinco, platina e rutênio, com mais preferência, um ou mais metais selecionados a partir do grupo que consiste em níquel, cobre, zinco e prata, ainda com mais preferência, um ou mais metais selecionados a partir do grupo que consiste em níquel, cobre e zinco. Com máxima preferência, o dito catalisador compreende cobre e/ou platina. De modo adequado, o dito catalisador compreende cobre ou platina, mais adequadamente cobre. Por exemplo, o dito catalisador pode compreender cobre e zinco. Em particular, o dito catalisador pode ser um catalisador de óxido de metal, que pode ser um catalisador de óxido de metal reduzido parcialmente, em que o metal (ou metais) é conforme descrito acima, por exemplo, um catalisador que compreende óxido de cobre e opcionalmente óxido de zinco. O catalisador pode ser um catalisador sustentado, em que um ou mais dentre os ditos metais são transportados por um suporte ou um catalisador não suportado. Caso o catalisador seja um catalisador sustentado, o suporte pode ser qualquer suporte, por exemplo, alumina, titânia, sílica, zircônia, carbeto de silício, adequadamente, alumina. Além disso, o catalisador sustentado pode ter qualquer formato, incluindo comprimidos e extrudados, ou pode ser revestido em um substrato.
[0051] Além disso, na presente invenção, o catalisador de oxidação mencionado acima que pode ser usado na etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono pode compreender um ou mais metais selecionados a partir do grupo que consiste em paládio, prata, platina, ouro, cobre e rutênio, ou um ou mais metais selecionados a partir do grupo que consiste em paládio, prata, platina e ouro ou platina.
[0052] Conforme descrito acima, no processo de WO2010115108, a remoção de oxigênio e qualquer monóxido de carbono e acetileno (uma alcino) ocorre antes da remoção de água. Isso é diferente do processo da presente invenção em que apenas após a remoção de água de um efluente de desidrogenação oxidativa de alcano (ODH) que compreende alceno, alcano não convertido, água, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente uma alcino, remoção de oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente alcino do fluxo é realizado por oxidação de monóxido de carbono e qualquer alcino em dióxido de carbono.
[0053] Tal mudança na ordem de etapas, ou seja, a etapa de remoção de água e a etapa de remoção de oxigênio e monóxido de carbono, resulta nas vantagens a seguir para a presente invenção.
[0054] Visto que no processo da presente invenção, a água já foi removida na etapa (b) antes de a etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono ser realizada na última etapa, um fluxo que tem um volume relativamente pequeno pode ser processado. Por exemplo, isso pode resultar vantajosamente no fato de que um reator usado na dita etapa (c) pode ser relativamente pequeno.
[0055] Além disso, no processo do documento n° WO2010115108, durante a etapa de remover oxigênio e qualquer monóxido de carbono e acetileno que é realizado antes da remoção de água, a água ainda está presente. Durante a dita etapa, a condensação de água deve ser impedida a fim de evitar molhamento do catalisador de remoção de oxigênio. Isso implica no fato de que a etapa de remoção de oxigênio no processo do documento n° WO2010115108 tem que ser realizada em uma temperatura relativamente alta.
[0056] Como consequência de tal temperatura alta, uma reação de comutação de gás em água pode ocorrer durante a etapa de remoção de oxigênio no processo do documento n° WO2010115108, o que é indesejado. Uma reação de comutação de gás de água envolve a reação de monóxido de carbono com água em hidrogênio (H2) e dióxido de carbono, o que pode ocorrer a uma temperatura de 200 °C ou maior. No entanto, vantajosamente, na etapa (b) do processo da presente invenção a água pode ser removida em uma temperatura relativamente baixa (por exemplo, de 10 a 150 °C), como consequência disso, vantajosamente nenhuma ou substancialmente nenhuma reação de comutação de gás de água pode ocorrer durante a dita etapa (b). Visto que na dita etapa (b), a reação de comutação de gás de água pode ser minimizada, nenhum, ou substancialmente nenhum hidrogênio, pode ser formado, sendo que o hidrogênio pode ser, de outro modo, reduzir indesejavelmente o produto de alceno desejado para alcano.
[0057] Além disso, na etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono do processo da presente invenção, o monóxido de carbono e qualquer alcino (por exemplo, acetileno) pode ser removido por combustão em dióxido de carbono, ao passo que ainda minimiza vantajosamente a oxidação indesejada do produto de alcano não convertido e alceno.
[0058] Além disso, na dita etapa (c), a água e outros compostos oxigenados oriundos da etapa de remoção de água (b) podem estar presentes sem impedir a dita remoção de monóxido de carbono e opcionalmente alcino. Tais outros compostos oxigenados podem incluir ácidos carboxílicos (por exemplo, ácido acético), aldeídos (por exemplo, acetaldeído) e cetonas (por exemplo, acetona). A dita água e outros compostos oxigenados pode estar presente, por exemplo, na quantidade que está em uma faixa de 10 partes por milhão em volume (ppmv) a 2% em volume, adequadamente de 50 ppmv a 1% em volume, mais adequadamente de 100 ppmv a 1.000 ppmv. De preferência, os ditos outros compostos oxigenados, especialmente, ácidos carboxílicos, também podem ser removidos vantajosamente por conversão, além da remoção de monóxido de carbono e opcionalmente alcino por combustão em dióxido de carbono.
[0059] De preferência, no fluxo que compreende alceno, alcano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e opcionalmente alcino enviado à etapa (c), substancialmente não há ácido carboxílico presente ou ácido carboxílico presente em uma quantidade de no máximo 2% em volume ou, no máximo, 1% em volume ou, no máximo, 1,000 ppmv ou, no máximo, 500 ppmv ou, no máximo, 100 ppmv ou, no máximo, 50 ppmv ou, no máximo, 20 ou, no máximo, 10 ppmv.
[0060] A partir do supracitado, conclui-se que com a presente invenção, pode ser fornecido um processo em que o oxigênio, monóxido de carbono e opcionalmente alcino são removidos do efluente de ODH de alcano, que é tecnicamente vantajoso, eficiente e acessível. Tal processo tecnicamente vantajoso resulta, de preferência, em uma demanda de energia relativamente baixa e/ou em um gasto de capital relativamente baixo.
[0061] Em uma modalidade do presente processo, a etapa (c) do presente processo pode coincidir com a conversão do alceno em um produto. Em particular, a etapa (c) do presente processo pode coincidir com a oxidação do alceno em um produto diferente de monóxido de carbono e dióxido de carbono, por exemplo, a oxidação de etileno em óxido de etileno. Desse modo, no último caso, a (i) oxidação de monóxido de carbono, conforme produzido na etapa (a) de ODH de alcano, em dióxido de carbono e a (ii) oxidação de etileno em óxido de etileno podem prosseguir simultaneamente, por exemplo, com o uso de um catalisador que contém prata catalisador que é adequado para a produção de óxido de etileno de etileno com o uso de oxigênio. Em outra modalidade do presente processo, na etapa (c) do presente processo, o alceno não substancialmente convertido em um produto diferente de monóxido de carbono ou dióxido de carbono, resultando em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido e dióxido de carbono cujo fluxo não contém substancialmente produto de alcano diferente de monóxido de carbono e dióxido de carbono. Em particular, na última modalidade, a etapa (c) do presente processo resulta em um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido e dióxido de carbono cujo fluxo não contém substancialmente óxido de etileno e não contém substancialmente acetato de vinila, adequadamente um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido e dióxido de carbono cujo fluxo não contém substancialmente óxido de etileno.
[0062] Em alguns casos, na etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono, pode não ser possível ou pode-se desejar não remover completamente oxigênio, monóxido de carbono e opcionalmente alcino por oxidação de monóxido de carbono e opcionalmente alcino em dióxido de carbono, com o uso de oxigênio não convertido e qualquer oxigênio adicional, conforme descrito acima. Se for o caso, e caso seja desejado remover qualquer quantidade restante de oxigênio e/ou monóxido de carbono e/ou alcino, após a dita oxidação, um tratamento de remoção adicional pode ser realizado como parte da etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono. Tal tratamento de remoção adicional pode compreender passar o fluxo através de um leito de proteção que compreende um sorvente (adsorvente e/ou absorvente) que tem capacidade para sorver seletivamente qualquer oxigênio, monóxido de carbono e alcino restante.
[0063] A etapa (d) do processo da presente invenção é opcional e compreende remover dióxido de carbono de um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido e dióxido de carbono, de preferência, o fluxo resultante da etapa (c), em particular, de pelo menos parte do fluxo que compreende alceno, alcano não convertido e dióxido de carbono resultante da etapa (c), o que resulta em um fluxo que compreende alceno e alcano não convertido.
[0064] Na etapa (d) de remoção de dióxido de carbono, o dióxido de carbono pode ser removido por qualquer um dentre os métodos bem conhecidos. Um agente de remoção de dióxido de carbono adequado com o qual a dita etapa (d) pode ser alimentada pode ser uma solução aquosa de uma base, por exemplo, hidróxido de sódio e/ou uma amina. Após tal remoção de dióxido de carbono, o fluxo do qual o dióxido de carbono é removido pode ser seco para remover qualquer água residual do fluxo antes que seja fornecido à próxima etapa. O contato com uma solução aquosa de uma amina com um dióxido de carbono que contém fluxo é preferencial em um caso que a quantidade de dióxido de carbono é relativamente alta, por exemplo, no caso de um efluente de ODH de alcano. O contato com uma solução aquosa de hidróxido de sódio com um dióxido de carbono que contém fluxo é preferencial caso a quantidade de dióxido de carbono seja relativamente baixa, por exemplo, no caso de um efluente de ODH de alcano que foi tratado com uma solução aquosa de uma amina e que ainda contém algum dióxido de carbono residual.
[0065] Prevê-se na presente invenção que na etapa (d) de remoção de dióxido de carbono do presente processo, um fluxo que compreende alceno, alcano não convertido e dióxido de carbono, de preferência, o fluxo resultante da etapa (c) de remoção de oxigênio e monóxido de carbono do presente processo, em particular, pelo menos parte do fluxo que compreende alceno, alcano não convertido e dióxido de carbono resultante da dita etapa (c), pode ser combinado com um dióxido de carbono que contém fluxo oriundo de outro processo.
[0066] Em um caso que o fluxo resultante da etapa (d) de remoção de dióxido de carbono também compreende água oriunda do agente de remoção de dióxido de carbono, tal fluxo que compreende alceno, alcano não convertido e água pode ser seco, o que resulta em um fluxo que compreende alceno e alcano não convertido que pode ser alimentado à etapa (e) do presente processo.
[0067] A etapa (e) do processo da presente invenção é opcional e compreende separar um fluxo que compreende alceno e alcano não convertido, de preferência, o fluxo resultante da etapa (d), em particular, pelo menos parte do fluxo que compreende alceno e alcano não convertido resultante da etapa (d), em um fluxo que compreende alcano e um fluxo que compreende alcano não convertido. O alceno desejado (por exemplo, etileno) e o alcano não convertido (por exemplo, etano) podem ser separados um do outro de qualquer maneira, por exemplo, por meio de destilação, absorção ou adsorção. Por exemplo, sabe-se que isso separa etano de etileno, por meio de destilação criogênica nas então chamadas colunas “separadores de C2”. Em tal destilação criogênica, uma pressão relativamente alta e uma temperatura relativamente baixa (criogênica) são aplicadas para efetuar separação de etano de etileno.
[0068] Além disso, na etapa (e) do processo da presente invenção, o fluxo a ser separado pode ser um fluxo que compreende componentes que têm um ponto de ebulição inferior ao dos alcenos e dos alcanos que têm 2 ou mais átomos de carbono. Tais componentes que têm um ponto de ebulição inferior podem compreender qualquer monóxido de carbono que não é removido na etapa (c) do presente processo; qualquer metano da alimentação para a etapa (a) do presente processo; nitrogênio de qualquer alimentação de ar para a etapa (a) do presente processo a fim de fornecer oxigênio como agente oxidante; qualquer argônio; e assim por diante. Em tal caso, os ditos componentes que têm um ponto de ebulição inferior podem ser separados primeiramente dos outros componentes que compreendem alceno e alcano não convertido que tem 2 ou mais átomos de carbono, após isso, o alcano que tem 2 ou mais átomos de carbono pode ser separado do alcano não que tem 2 ou mais átomos de carbono. Alternativamente, os ditos componentes que têm um ponto de ebulição inferior podem ser separados junto do alceno que tem 2 ou mais átomos de carbono do alcano não convertido que tem 2 ou mais átomos de carbono, após isso, o alceno que tem 2 ou mais átomos de carbono pode ser separado dos ditos componentes que têm um ponto de ebulição inferior. Todas as ditas separações podem ser realizadas por destilação criogênica.
[0069] A etapa (f) do processo da presente invenção é opcional e compreende reciclar alcano não convertido de um fluxo que compreende alcano não convertido, de preferência, sendo que o fluxo compreende alcano não convertido resultante da etapa (e), em particular, de pelo menos parte do fluxo que compreende alcano não convertido resultante da etapa (e), para a etapa (a).
[0070] O processo da presente invenção é ilustrado pela Figura 1.
[0071] Na Figura 1, a unidade de desidrogenação oxidativa (ODH) 3 que contém um catalisador de ODH que compreende um óxido de metal misturado e que opera sob condições de ODH é alimentada com o fluxo 1 que compreende etano e fluxo 2 que compreende oxigênio, sendo que o etano é convertido em etileno em conformidade com a etapa (a) descrita acima do processo da presente invenção. O fluxo de produto 4 que parte da unidade de ODH 3 compreende água, etano, etileno, oxigênio, monóxido de carbono, acetileno, dióxido de carbono e qualquer ácido acético. A unidade de condensação 5 de água é alimentada com o dito fluxo 4. Na unidade de condensação de água 5, a água e qualquer ácido acético são removidos por condensação por meio do fluxo 6 em conformidade com a etapa (b) descrita acima do processo da presente invenção. De modo opcional, a unidade de remoção de água 5 é alimentada com mais água por meio do fluxo 23. A unidade de remoção de oxigênio e monóxido de carbono 8 é alimentada com o fluxo 7 que parte da unidade de condensação de água 5, que compreende etano, etileno, oxigênio, monóxido de carbono, acetileno e dióxido de carbono. Na unidade de remoção de oxigênio e monóxido de carbono 8, o oxigênio, o acetileno e o monóxido de carbono são removidos em conformidade com a etapa (c) mencionada acima do processo da presente invenção, em que o monóxido de carbono e qualquer alcino (por exemplo, acetileno) são oxidados em dióxido de carbono. De modo opcional, a unidade de remoção de oxigênio e monóxido de carbono 8 é alimentada com mais oxigênio por meio do fluxo 24. O fluxo de produto 9 que parte da unidade de remoção de oxigênio e monóxido de carbono 8 compreende etano, etileno e dióxido de carbono. A unidade de remoção de dióxido de carbono 10 é alimentada com o duto fluxo 9. A unidade de remoção de dióxido de carbono 10 é alimentada com o agente de remoção de dióxido de carbono por meio do fluxo 11. O dito agente de remoção de dióxido de carbono é uma solução aquosa de uma base, por exemplo hidróxido de sódio e/ou uma amina. O dióxido de carbono é removido por meio de um fluxo 12 aquoso em conformidade com a etapa (d) descrita acima do processo da presente invenção. A unidade de secagem 14 é alimentada com o fluxo 13 que parte da unidade de remoção de dióxido de carbono 10, que compreende etano, etileno e água. Na unidade de secagem 14, a água é removida por meio do fluxo 15. A unidade de separação 17 é alimentada com o fluxo 16 que parte da unidade de secagem 14, que compreende etano e etileno, sendo que o dito fluxo é separado em conformidade com a etapa (e) descrita acima do processo da presente invenção. Na unidade de separação 17, o dito fluxo 16 é separado em um fluxo superior 18 que compreende etileno e um fluxo de fundo 19 que compreende etano que é reciclado para a unidade de ODH 3 em conformidade com a etapa descrita acima (f) do processo da presente invenção. Em um caso em que o dito fluxo superior 18 compreende adicionalmente componentes que têm um ponto de ebulição inferior ao etileno e etano, sendo a unidade de separação 20 é alimentada com o dito fluxo 18. Na unidade de separação 20, o fluxo 18 que compreende etileno e componentes que têm tal ponto de ebulição inferior é separado em um fluxo superior 21 que compreende componentes que têm um ponto de ebulição inferior ao etileno e etano e um fluxo de fundo 22 que compreende etileno.
EXEMPLO 1
[0072] Nos experimentos do Exemplo 1, o topo de um reator quartzo tubular verticalmente orientado foi alimentado com um fluxo de gás que tem a composição conforme descrito na Tabela 1 a seguir e, em seguida, o fluxo de gás enviado para baixo através do leito de catalisador para o fundo do reator. O reator teve um diâmetro interno de 4 mm e um comprimento de 480 mm. O reator foi situado dentro de um forno de radiação controlado por temperatura. A velocidade espacial gasosa horária foi 10.666 Nl/litro de catalisador/hora. “Nl” significa “litro normal” conforme medido em temperatura e pressão padrão, a saber, 0 °C (32 °F) e 100 kPa (1 bara). A pressão no reator foi 410 kPa (4,1 bara). TABELA 1
Figure img0001
[0073] A zona de temperatura isotérmica do reator foi carregada com um catalisador que compreende 41% em peso de CuO, 31% em peso de ZnO e 28% em peso de alumina. O catalisador estava na forma de péletes que tem um diâmetro de 5,2 mm e um comprimento de 3,0 mm. Além disso, o catalisador teve uma densidade aparente de 1,380 kg/m3 e uma resistência a esmagamento (axial) de 2.157,46 N (220 kgf). O catalisador teve um tamanho de 0,420 mm a 0,177 mm (40 a 80 mesh). A quantidade de catalisador usada foi 0,375 grama (0,502 ml). A altura do leito de catalisador no reator foi 4 cm.
[0074] O reator foi aquecido: a temperatura de catalisador é mostrada na Tabela 2 a seguir. Além disso, os resultados experimentais são mostrados na Tabela 2 com relação à porcentagem de acetileno (C2H2) da alimentação que foi convertida em dióxido de carbono (CO2). A porcentagem de monóxido de carbono (CO) da alimentação que foi convertida em CO2 também é mostrada na Tabela 2. Além disso, a Tabela 2 mostra a porcentagem do total de etileno (C2H4) e etano (C2H6) da alimentação que foi convertida em CO2. TABELA 2
Figure img0002
[0075] A partir dos resultados experimentais na Tabela 2 acima, conclui-se que tanto monóxido de carbono quanto acetileno podem removidos vantajosamente por combustão em dióxido de carbono, na presença de outros componentes, tais como etileno e etano, ao mesmo tempo que a oxidação indesejada do dito etileno e etano pode ser vantajosamente minimizada.
EXEMPLO 2
[0076] Nos experimentos do Exemplo 2, um o topo de um reator de aço inoxidável tubular orientado verticalmente foi alimentado com um fluxo de gás que tem a composição conforme descrito na Tabela 3 a seguir e, em seguida, o fluxo de gás foi enviado para baixo através do leito de catalisador até o fundo do reator. O reator teve um diâmetro interno de 7,05 mm e um comprimento de 715 mm. O reator foi situado dentro de um forno de radiação controlado por temperatura. A velocidade espacial gasosa horária foi de 2.399 Nl/litro de catalisador/hora. A pressão no reator foi de 260 kPa (2,6 bara). TABELA 3
Figure img0003
[0077] A zona de temperatura isotérmica do reator foi carregada com um catalisador que compreende 41% em peso de CuO, 31% em peso de ZnO e 28% em peso de alumina. O catalisador estava na forma de péletes que tem um diâmetro de 5,2 mm e um comprimento de 3,0 mm. Além disso, o catalisador teve uma densidade aparente de 1,091 kg/m3 e uma resistência a esmagamento (axial) de 2.157,46 N (220 kgf). O catalisador teve um tamanho de 0,420 mm a 0,177 mm (40 a 80 mesh). A quantidade de catalisador usada foi 3,701 gramas (3,392 ml). A altura do leito de catalisador no reator foi 8,5 cm.
[0078] O reator foi aquecido: a temperatura de catalisador é mostrada na Tabela 4 a seguir. Além disso, os resultados experimentais são mostrados na Tabela 4 com relação à porcentagem de acetileno (C2H2) da alimentação que foi convertida em dióxido de carbono (CO2). A porcentagem de monóxido de carbono (CO) da alimentação que foi convertida em CO2 também é mostrada na Tabela 4. Além disso, a Tabela 4 mostra a conversão de oxigênio (O2). Adicionalmente, a Tabela 4 mostra a porcentagem do total de etileno (C2H4) e etano (C2H6) da alimentação que foi convertida em CO2. TABELA 4
Figure img0004
[0079] A partir dos resultados experimentais na Tabela 4 acima, conclui-se que tanto monóxido de carbono quanto acetileno podem ser removidos vantajosamente por combustão em dióxido de carbono, na presença de outros componentes, tais como etileno, etano, água e ácido acético, ao mesmo tempo que a oxidação indesejada do dito etileno e etano é minimizada vantajosamente e ao mesmo tempo que oxigênio é removido.
[0080] Além disso, para os Experimentos 7 e 8 da Tabela 4 acima, a conversão de ácido acético (C2H4O2) também foi determinada (por cromatografia de íons), sendo que a conversão foi 77,8% (Ex. 7, a 203 °C) e 51,4% (Ex. 8, a 216 °C), respectivamente. A partir desses resultados, conclui- se que não apenas monóxido de carbono e acetileno podem ser removidos vantajosamente na presença de ácido acético por combustão em dióxido de carbono como também o último ácido acético, por si só, é convertido vantajosamente.
EXEMPLO 3
[0081] O experimento do Exemplo 3 foi realizado da mesma maneira que os experimentos do Exemplo 2, com exceção de não houve água tampouco ácido acético presentes no fluxo de gás com o qual o reator foi alimentado (consultar a composição conforme descrito na Tabela 5 a seguir), uma temperatura diferente foi aplicada (consultar a Tabela 6 abaixo) e uma GHSV diferente foi usada, a saber, 2.407 Nl/litro de catalisador/hora. TABELA 5
Figure img0005
TABELA 6
Figure img0006
[0082] A partir dos resultados experimentais na Tabela 6 acima, conclui-se que tanto monóxido de carbono quanto acetileno podem ser removidos vantajosamente por combustão em dióxido de carbono, na presença de outros componentes, tais como etileno e etano, ao mesmo tempo que a oxidação indesejada do dito etileno e do dito pode ser minimizada e ao mesmo tempo que o oxigênio é removido.

Claims (8)

1. Processo para a produção de etileno por desidrogenação oxidativa de etano, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) submeter um fluxo que compreende etano a condições de desidrogenação oxidativa, que compreende colocar etano em contato com oxigênio na presença de um catalisador que compreende um óxido de metal misturado, resultando em um fluxo que compreende etileno, etano não convertido, água, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e acetileno; (b) remover água de pelo menos parte do fluxo que compreende etileno, etano não convertido, água, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e acetileno resultante da etapa (a), resultando em um fluxo que compreende etileno, etano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e acetileno; (c) remover oxigênio não convertido, monóxido de carbono e acetileno de pelo menos parte do fluxo que compreende etileno, etano não convertido, dióxido de carbono, oxigênio não convertido, monóxido de carbono e acetileno resultante da etapa (b), resultando em um fluxo compreendendo etileno, etano não convertido e dióxido de carbono, em que a remoção do oxigênio não convertido, do monóxido de carbono e do acetileno é realizada pela oxidação de monóxido de carbono e acetileno com oxigênio não convertido em dióxido de carbono; (d) remover dióxido de carbono de pelo menos parte do fluxo que compreende etileno, etano não convertido e dióxido de carbono resultante da etapa (c), resultando em um fluxo que compreende etileno e etano não convertido; (e) separar pelo menos parte do fluxo que compreende etileno e etano não convertido resultante da etapa (d), em um fluxo que compreende etileno e um fluxo compreendendo etano não convertido; (f) opcionalmente reciclar etano de pelo menos parte do fluxo que compreende etano não convertido resultante da etapa (e), para a etapa (a).
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma temperatura na etapa (c) está em uma faixa de 100 a 400 °C.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma temperatura na etapa (c) é pelo menos de 50 °C.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que uma temperatura na etapa (c) é no máximo de 500 °C.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que oxigênio adicional é alimentado à etapa (c).
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) é realizada na presença de um catalisador de oxidação compreendendo um metal de transição.
7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o catalisador de oxidação compreende um ou mais metais selecionados a partir do grupo que consiste em níquel, cobre, zinco, paládio, prata, platina, ouro, ferro, manganês, cério, estanho, rutênio e cromo.
8. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o catalisador de oxidação compreende cobre e/ou platina.
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