BR112019025844B1 - Processo de reação de hidroformilação - Google Patents

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Abstract

Em um aspecto, um processo de reação de hidroformilação compreende contatar uma olefina, hidrogênio e CO na presença de um catalisador homogêneo em um reator cilíndrico para fornecer um fluido de reação, em que o reator tem uma altura fixa e em que uma energia de mistura total de pelo menos 0,5 kW/m3 é distribuída ao fluido no reator; remover uma porção do fluido de reação do reator; e retornar pelo menos uma porção do fluido de reação removido ao reator, em que o fluido de reação de retorno é introduzido em pelo menos dois locais de retorno posicionados a uma altura que é inferior a 80% da altura fixa em que os pelo menos dois locais de retorno estão posicionados acima de um local no reator onde hidrogênio e monóxido de carbono são introduzidos no reator e em que pelo menos 15% da energia de mistura são fornecidos pelo fluido de reação de retorno.

Description

Campo
[001] A presente invenção se refere geralmente a processos de reação de hidroformilação.
Introdução
[002] Hidroformilação é a reação de olefinas com H2 e CO na presença de um catalisador de ródio homogêneo modificado por ligando organofosforoso para produzir aldeídos de acordo com a seguinte equação: Catalisador Olefina + H2 + CO ^ Aldeído -ΔHr Tipicamente, a reação de hidroformilação é realizada na fase líquida onde gás de síntese (uma mistura gasosa de H2 e CO) é aspergido para o fluido de reação contendo a olefina líquida, aldeído de produto, pesados e o catalisador de ródio/ligando homogêneo.
[003] A fim de que a reação ocorra, H2 e CO devem ser dissolvidos no fluido de reação - daí a mistura gás/líquido efetiva é crítica tanto para iniciar quanto para manter a reação de hidroformilação.
[004] Além disso, o calor gerado pela reação de hidroformilação exotérmica deve ser removido e a temperatura do reator controlada em condições de reação desejadas. Isto tipicamente é alcançado por serpentinas de resfriamento internas ou recirculando o fluido de reação através de um trocador de calor externo e retornando o fluido de reação resfriado ao reator.
[005] Além disso, nas mesmas condições que a reação de hidroformilação acima, o aldeído resultante pode reagir ainda e ser hidrogenado in situ para dar o álcool correspondente, e a hidroformilação em condições aminantes pode ser considerada uma variante de uma reação de hidroformilação.
[006] Outra atividade catalítica secundária de alguns catalisadores de hidroformilação é a hidrogenação ou isomerização de ligações duplas, por exemplo, de olefinas tendo ligações duplas internas, para hidrocarbonetos saturados ou α-olefinas e vice-versa. É importante evitar estas reações secundárias dos catalisadores de hidroformilação para estabelecer e manter condições de reação de hidroformilação específicas no reator. Mesmo pequenos desvios dos parâmetros de processo podem levar à formação de quantidades consideráveis de produtos secundários indesejados, e a manutenção de parâmetros de processo virtualmente idênticos através do volume de todo o volume de líquido de reação no reator de hidroformilação pode, portanto, ser de considerável importância.
[007] Em geral, na hidroformilação de olefinas com catalisadores de ródio homogêneos modificados por ligandos organofosforosos, é vantajoso estabelecer uma concentração ótima de hidrogênio e monóxido de carbono dissolvido no meio de reação líquido.
[008] A concentração de monóxido de carbono dissolvido (CO) no líquido de reação é especialmente importante e é uma variável de controle de reator de hidroformilação chave. Embora a concentração de CO dissolvido no líquido de reação não possa ser medida diretamente, ela é tipicamente monitorada e aproximada usando um analisador on-line para medir a pressão parcial de CO no espaço de vapor do reator, que se presume estar em equilíbrio com a fase de líquido da reação. Essa aproximação melhora se o fluido de reação no reator for misturado de maneira mais uniforme e se aproximar melhor do modelo CSTR.
[009] A reação de formação de hidrocarboneto (parafina), a formação de condensados de alta ebulição dos aldeídos (isto é, alto fervedores), bem como a taxa de degradação do catalisador à base de Rh organofosforoso também são influenciadas pela temperatura de reação. É importante evitar a formação de gradientes em relação à temperatura de reação e à concentração de CO dissolvido dentro do volume do líquido de reação presente no reator; em outras palavras, é importante que condições de operação quase idênticas sejam estabelecidas e mantidas através do volume de líquido total. Assim, é necessário evitar a distribuição de reagentes e temperatura não homogêneas dentro de uma zona de reação.
[0010] Portanto, é desejável ter um projeto de reator de hidroformilação que forneça distribuição de syngas e temperatura altamente dispersa e uniforme no reator e mantenha controle da temperatura do reator enquanto fornecendo uso de energia aceitável.
Sumário
[0011] A presente invenção se refere geralmente a processos para a preparação de aldeídos e/ou álcoois reagindo olefinas na fase líquida com gases monóxido de carbono e hidrogênio, uma parte destes gases sendo dispersa na forma de bolhas de gás em um líquido de reação e outra parte sendo dissolvida no líquido da reação, na presença de um catalisador a temperaturas elevadas de 50 °C a 145 °C e a pressões de 98 KPa a 9800 KPa (1 a 100 bar). Modalidades da presente invenção proporcionam vantajosamente mistura completa gás-líquido de um fluido de reação em um reator sem o uso de um agitador mecânico ou, em algumas modalidades, além de um agitador mecânico.
[0012] Verificou-se que fluxo de fluido de alta velocidade pode ser utilizado para formar fluxos internos no meio para o fundo do reator na forma de jatos de líquido dirigidos, em algumas modalidades, para conferir momento e cisalhamento ao líquido de reação para não apenas misturar o conteúdo do reator, mas também para dispersar as bolhas de syngas produzidas por um aspersor de gás convencional. Apesar de não estar no topo do reator, como em projetos de reatores de mistura de gás/líquido de venturi anteriores, com algumas modalidades do projeto inventivo, o fluido de reator global pode atingir temperatura e mistura de gás-líquido notavelmente uniformes, como evidenciado por fração de gás ou carregamento de gás mais altos e mais uniformes e temperatura constante no reator.
[0013] Em uma modalidade, um processo de reação de hidroformilação compreende contatar uma olefina, hidrogênio e monóxido de carbono na presença de um catalisador homogêneo em um reator cilíndrico para fornecer um fluido de reação, em que o reator cilíndrico tem uma altura fixa e em que uma energia de mistura total de pelo menos 0,5 kW/m3 é distribuída ao fluido no reator cilíndrico; remover uma porção do fluido de reação do reator cilíndrico; e retornar pelo menos uma porção do fluido de reação removido ao reator cilíndrico, em que o fluido de reação de retorno é introduzido em pelo menos dois locais de retorno posicionados a uma altura que é inferior a 80% da altura fixa em que os pelo menos dois locais de retorno estão posicionados acima de um local no reator onde hidrogênio e monóxido de carbono são introduzidos no reator, em que pelo menos 15% da energia de mistura são fornecidos pelo fluido de reação de retorno.
[0014] Estas e outras modalidades são descritas em mais detalhes na Descrição Detalhada.
Breve Descrição das Figuras
[0015] Figura 1 é um fluxograma ilustrando um sistema para realizar um processo de reação de hidroformilação de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0016] Figura 2 é uma vista em seção transversal superior ilustrando um reator cilíndrico que pode ser usado em algumas modalidades da presente invenção.
[0017] Figura 3 é uma vista em seção transversal superior ilustrando outro reator cilíndrico que pode ser usado em algumas modalidades da presente invenção.
[0018] Figura 4 ilustra a colocação relativa de uma modalidade de um desviador de fluxo que pode ser usado em algumas modalidades da presente invenção.
[0019] Figura 5 é um esquemático de um projeto de reator simulado nos Exemplos de acordo com algumas modalidades da presente invenção.
[0020] Figura 6 é uma vista esquemática superior ilustrando um sistema para realizar um processo de reação de hidroformilação de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0021] Figura 7 ilustra uma modalidade de um desviador de fluxo que pode ser usado em algumas modalidades da presente invenção.
[0022] Figura 8 mostra as distribuições de fração de gás com base na modelagem de CFD para o Exemplo 1 e o Exemplo Comparativo A.
[0023] Figura 9 mostra as distribuições de fração de gás com base na modelagem de CFD para os Exemplos 2 e 3.
[0024] Figura 10 mostra as distribuições de fração de gás com base na modelagem de CFD para o Exemplo 4.
Descrição Detalhada
[0025] Um processo de hidroformilação compreende geralmente contatar CO, H2 e pelo menos uma olefina em condições de hidroformilação suficientes para formar pelo menos um produto de aldeído na presença de um catalisador compreendendo, como componentes, um metal de transição e um ligando organofosforado. Os componentes de processo opcionais incluem uma amina e/ou água.
[0026] Todas as referências à Tabela Periódica dos Elementos e aos vários grupos na mesma são à versão publicada no CRC Handbook of Chemistry and Physics, 72â Ed. (1991-1992), CRC Press, na página I-10.
[0027] A menos que declarado em contrário, ou implícito do contexto, todas as partes e percentagens são baseadas em peso e todos os métodos de teste são atuais quando da data de depósito deste pedido. Conforme usado no presente documento, o termo “ppm” significa partes por milhão em peso. Para fins de prática de patente nos Estados Unidos, o conteúdo de qualquer patente, pedido de patente ou publicação referenciado é incorporado a título de referência em sua totalidade (ou sua versão US equivalente é incorporada a título de referência) especialmente com relação à divulgação de definições (na medida em que não seja inconsistente com quaisquer definições especificamente fornecidas nesta divulgação) e aos conhecimentos gerais da técnica.
[0028] Conforme usado no presente documento, “um”, “uma”, “o/a”, “pelo menos um” e “um ou mais” são usados de forma intercambiável. Os termos “compreende”, “inclui” e variações dos mesmos não têm um significado limitante quando esses termos aparecem na descrição e nas reivindicações. Dessa forma, por exemplo, uma composição aquosa que inclui particulados de “um” polímero hidrofóbico pode ser interpretada como significando que a composição inclui particulados de “um ou mais” polímeros hidrofóbicos.
[0029] Além disso, no presente documento, as recitações de faixas numéricas por pontos de extremidade incluem todos os números englobados nessa faixa (por exemplo, 1 a 5 inclui 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4, 5, etc.). Para os propósitos da invenção, deve-se compreender, em consistência com o que uma pessoa de habilidade comum na técnica compreenderia, que uma faixa numérica destina-se a incluir e suportar todas as possíveis subfaixas que estejam incluídas nessa faixa. Por exemplo, a faixa de 1 a 100 se destina a expressar de 1,01 a 100, de 1 a 99,99, de 1,01 a 99,99, de 40 a 60, de 1 a 55, etc.
[0030] Como aqui utilizado, o termo “hidroformilação” é contemplado para incluir, mas não se limitando a, todos os processos de hidroformilação assimétricos e não assimétricos permissíveis que envolvem converter um ou mais compostos olefínicos substituídos ou não substituídos ou uma mistura de reação compreendendo um ou mais compostos olefínicos substituídos ou não substituídos em um ou mais aldeídos substituídos ou não substituídos ou uma mistura de reação compreendendo um ou mais aldeídos substituídos ou não substituídos.
[0031] Os termos “fluido de reação”, “meio de reação” e “solução de catalisador” são usados aqui de forma intercambiável e podem incluir, mas não estão limitados a, uma mistura compreendendo: (a) um catalisador de complexo de ligando de metal-organofosforoso, (b) ligando organofosforoso livre, (c) produto de aldeído formado na reação, (d) reagentes não reagidos (por exemplo, hidrogênio, monóxido de carbono, olefina), (e) um solvente para o referido catalisador de complexo de ligando metal-organofosforoso e o referido ligando organofosforoso livre e, opcionalmente, (f) um ou mais compostos acídicos de fósforo formados na reação (que podem ser homogêneos ou heterogêneos, e estes compostos incluem aqueles aderidos às superfícies de equipamento de processo). Deve ser entendido que o fluido de reação pode ser uma mistura de gás e líquido. Por exemplo, o fluido de reação pode incluir bolhas de gás (por exemplo, hidrogênio e/ou CO e/ou inertes) arrastadas dentro de um líquido ou gases (por exemplo, hidrogênio e/ou CO e/ou inertes) dissolvidos no líquido. O fluido de reação pode abranger, mas não está limitado a, (a) um fluido em uma zona de reação, (b) uma corrente de fluido a caminho de uma zona de separação, (c) um fluido em uma zona de separação, (d) um corrente de reciclo, (e) um fluido retirado de uma zona de reação ou zona de separação, (f) um fluido retirado sendo tratado com uma solução de tampão aquosa, (g) um fluido tratado retornado a uma zona de reação ou zona de separação, (h) um fluido a caminho de um resfriador externo, (i) um fluido em um resfriador externo, (j) um fluido sendo retornado para uma zona de reação de um resfriador externo e (k) produtos de decomposição de ligando e seus sais.
[0032] Um solvente é vantajosamente empregado em modalidades do processo de hidroformilação. Qualquer solvente adequado que não interfira indevidamente no processo de hidroformilação pode ser usado. A título de ilustração, solventes adequados para processos de hidroformilação catalisados com ródio incluem aqueles divulgados, por exemplo, nas Patentes US 3.527.809; 4.148.830; 5.312.996; e 5.929.289. Exemplos não limitativos de solventes adequados incluem hidrocarbonetos saturados (alcanos), hidrocarbonetos aromáticos, água, éteres, aldeídos, cetonas, nitrilas, álcoois, ésteres e produtos de condensação de aldeído. Exemplos específicos de solventes incluem: tetraglima, pentanos, ciclo- hexano, heptanos, benzeno, xileno, tolueno, éter dietílico, tetra-hidrofurano, butiraldeído e benzonitrila. O solvente orgânico também pode conter água dissolvida até o limite de saturação. Solventes preferidos ilustrativos incluem cetonas (por exemplo, acetona e metiletil cetona), ésteres (por exemplo, acetato de etila, ftalato de di-2-etilhexil, monoisobutirato de 2,2,4-trimetil-1,3-pentanodiol), hidrocarbonetos (por exemplo tolueno), nitro-hidrocarbonetos (por exemplo, nitrobenzeno), éteres (por exemplo, tetra-hidrofurano (THF)) e sulfolano. Em processos de hidroformilação catalisados com ródio pode ser preferido empregar, como um solvente primário, compostos de aldeído correspondendo aos produtos de aldeído que se desejam produzir e/ou subprodutos de condensação de líquido de aldeído de ebulição mais alta, por exemplo, como poderiam ser produzidos in situ durante o processo de hidroformilação, como descrito, por exemplo, nas patentes US 4.148.830 e US 4.247.486. O solvente primário normalmente compreenderá eventualmente tanto produtos de aldeído e subprodutos de condensação de líquido de aldeído de ebulição mais alta (“pesados”), devido à natureza do processo contínuo. A quantidade de solvente não é especialmente crítica e só precisa ser suficiente para fornecer ao meio de reação a quantidade desejada de concentração de metal de transição. Tipicamente, a quantidade de solvente varia de cerca de 5 por cento a cerca de 95 por cento em peso, com base no peso total do fluido de reação. Podem ser empregadas misturas de solventes.
[0033] Hidrogênio e monóxido de carbono podem ser obtidos de qualquer fonte adequada, incluindo operações de craqueamento de petróleo e de refinaria. Misturas de syngas são uma fonte preferida de hidrogênio e CO. Syngas (de gás de síntese) é o nome dado a uma mistura de gás que contém quantidades variáveis de CO e H2. Métodos de produção são bem conhecidos. Hidrogênio e o CO são tipicamente os principais componentes de syngas, mas syngas pode conter CO2 e gases inertes, tal como N2 e Ar. A razão molar de H2 para CO varia grandemente, mas geralmente varia de 1:100 a 100:1 e geralmente entre 1:10 e 10:1. Syngas está disponível comercialmente e é frequentemente usado como uma fonte de combustível ou como um intermediário para a produção de outros produtos químicos. A razão molar H2:CO para produção de produtos químicos está frequentemente entre 3:1 e 1:3 e geralmente tem como alvo entre cerca de 1:2 e 2:1 para a maioria das aplicações de hidroformilação.
[0034] Modalidades da presente invenção são aplicáveis a melhorar qualquer processo de hidroformilação catalisado por complexo de ródio-fósforo CSTR de fase de gás/líquido misturados convencional para produzir aldeídos, cujo processo é realizado na presença de ligando organofosforoso livre. Tais processos de hidroformilação (também chamados de processos “oxo”) e as condições dos mesmos são bem conhecidos na arte como ilustrado, por exemplo, pelo processo de reciclo de líquido contínuo da Patente US 4.148.830 e processos à base de fosfito das Patentes US 4.599.206 e 4.668.651. Também estão incluídos processos como os descritos nas Patentes US 5.932.772 e 5.952.530. Tais processos de hidroformilação em geral envolvem a produção de aldeídos reagindo um composto olefínico com hidrogênio e gás monóxido de carbono em um meio de reação líquido que contém um catalisador de complexo ródio-organofosforoso solúvel, ligando organofosforoso livre e subprodutos de condensação de aldeído de ebulição mais alta. Em geral, concentrações de metal ródio na faixa de cerca de 10 ppm a cerca de 1.000 ppm em peso, calculadas como metal livre, devem ser suficientes para a maioria dos processos de hidroformilação. Em alguns processos, cerca de 10 a 700 ppm em peso de ródio são empregadas, frequentemente de 25 a 500 ppm em peso de ródio, calculadas como metal livre.
[0035] Por conseguinte, como no caso do catalisador de complexo ródio- organofosforoso, qualquer ligando organofosforoso convencional pode ser empregado como o ligando livre e esses ligandos, bem como métodos para sua preparação, são bem conhecidos na técnica. Uma ampla variedade de ligandos organofosforosos pode ser empregada com a presente invenção. Exemplos incluem, mas não estão limitados a, fosfinas, fosfitos, fosfino-fosfitos, bifosfitos, fosfonitos, bifosfonitos, fosfinitos, fosforamiditas, fosfino-fosforamiditas, bifosforamiditas, fluorofosfitos e similares. Os ligandos podem incluir estruturas de quelato e/ou podem conter múltiplas frações P(III), tal como polifosfitos, polifosforamiditos, etc. e frações P(III) misturadas, tal como fosfito-fosforamiditos, fluroposfito-fosfitos e similares. Obviamente, também podem ser empregadas misturas de tais ligandos, se desejado. Assim, o processo de hidroformilação desta invenção pode ser realizado em qualquer quantidade em excesso de ligando de fósforo livre, por exemplo, pelo menos 0,01 mol de ligando de fósforo livre por mol de metal ródio presente no meio de reação. A quantidade de ligando de organofósforo livre empregada, em geral, depende apenas do produto de aldeído desejado e da olefina e do catalisador de complexo empregados. Por conseguinte, quantidades de ligando de fósforo livre presentes no meio de reação variando de cerca de 0,01 a cerca de 300 ou mais por mol de ródio (medido como metal livre) presente devem ser adequadas para a maioria dos propósitos. Por exemplo, em geral, grandes quantidades de ligando de triarilfosfina livre, por exemplo, trifenilfosfina, tal como mais de 50 mol ou, em alguns casos, mais de 100 mols de ligando livre por mol de ródio, foram empregadas para obter atividade catalítica satisfatória e/ou estabilização de catalisador, enquanto outros ligandos de fósforo, por exemplo, alquilarilfosfinas e cicloalquilarilfosfinas, podem ajudar a fornecer estabilidade e reatividade de catalisador aceitáveis sem retardar indevidamente as taxas de conversão de certas olefinas em aldeídos quando a quantidade de ligando livre presente no meio de reação é tão pequena quanto 1 a 100 e, em alguns casos, 15 a 60 mols por mol de ródio presente. Além disso, outros ligandos de fósforo, por exemplo, fosfinas, fosfinas sulfonadas, fosfitos, diorganofosfitos, bisfosfitos, fosforamiditas, fosfonitas, fluorofosfitas, podem ajudar a fornecer estabilidade e reatividade de catalisador aceitáveis sem retardar indevidamente as taxas de conversão de certas olefinas em aldeídos quando a quantidade do ligante livre presente no meio de reação é tão pequena quanto 0,01 a 100 e, em alguns casos, 0,01 a 4 mols por mol de ródio presente.
[0036] Mais particularmente, catalisadores de complexo de ródio-fósforo ilustrativos e ligandos de fósforo livres ilustrativos incluem, por exemplo, aqueles divulgados na Patente US 3.527.809; 4.148.830; 4.247.486; 4.283.562; 4.400.548; 4.482.749; Pedidos de Patente Europeia, Publicações N° 96.986; 96.987 e 96.988 (todas publicadas em 28 de dezembro de 1983); Pedido de Patente PCT, Publicação N° WO 80/01690 (publicada em 21 de agosto de 1980) e Pedidos US 581.352, depositados em 17 de fevereiro de 1984 e 685.025, depositado em 28 de dezembro de 1984. Dentre os ligandos e catalisadores de complexos mais preferidos que podem ser mencionados estão, por exemplo, o ligando trifenilfosfina e catalisadores de complexos ródio-trifenilfosfina das Patentes US 3.527, 809 e 4.148.830 e 4.247.486; os ligandos de alquilfenilfosfina e cicloalquilfenilfosfina e catalisadores de complexo ródio-alquilfenilfosfina e ródio- cicloalquilfenilfosfina da Patente US 4.283.562; e os ligandos de diorganofosfito e catalisadores de complexo ródio-diorganofosfito da Patente US 4.599.206 e Patente US 4.668.651.
[0037] Como observado acima, a reação de hidroformilação é tipicamente realizada na presença de subprodutos de condensação de aldeído de ebulição mais alta. É da natureza dessas reações de hidroformilação contínuas empregáveis aqui produzir esses subprodutos de aldeído de ebulição mais alta (por exemplo, dímeros, trímeros e tetrâmeros) in situ durante o processo de hidroformilação, conforme explicado mais detalhadamente, por exemplo, nas Patentes US 4.148.830 e 4.247.486. Tais subprodutos de aldeído fornecem um excelente transportador para o processo de reciclo de catalisador líquido. Por exemplo, inicialmente a reação de hidroformilação pode ser realizada na ausência ou na presença de pequenas quantidades de subprodutos de condensação de aldeído de ebulição mais alta como um solvente para o catalisador de complexo de ródio, ou a reação pode ser realizada na presença de mais de 70 por cento em peso, ou mesmo até 90 por cento em peso e mais desses subprodutos de condensação, com base no meio de reação líquido total. Em geral, razões de aldeído para subprodutos de condensação de aldeído de ebulição mais alta na faixa de cerca de 0,5:1 a cerca de 20:1 em peso devem ser suficientes para a maioria dos propósitos. Da mesma forma, deve ser entendido que quantidades menores de outros cossolventes orgânicos convencionais podem estar presentes, se desejado.
[0038] Embora as condições de reação de hidroformilação possam variar através de limites amplos, como discutido acima, em geral, é mais preferido que o processo seja operado a uma pressão de gás total de hidrogênio, monóxido de carbono e composto de partida insaturado olefínico de menos de cerca de 3.100 kiloPascals (kPa) e mais preferencialmente menos de cerca de 2.415 kPa. A pressão total mínima dos reagentes não é particularmente crítica e é limitada principalmente apenas pela quantidade de reagentes necessária para obter a taxa de reação desejada. Mais especificamente, a pressão parcial de monóxido de carbono do processo de reação de hidroformilação desta invenção pode ser de cerca de 1 a 830 kPa e, em alguns casos, de cerca de 20 a 620 kPa, enquanto a pressão parcial de hidrogênio pode ser de cerca de 30 a 1.100 kPa e, em alguns casos, de cerca de 65 a 700 kPa. Em geral, a razão molar H2:CO de hidrogênio gasoso para monóxido de carbono pode variar de cerca de 1:10 a 100:1 ou mais alta, cerca de 1:1,4 a cerca de 50:1, em alguns casos.
[0039] Além disso, como observado acima, o processo de reação de hidroformilação desta invenção pode ser conduzido a uma temperatura de reação de cerca de 50 °C a cerca de 145 °C. Contudo, em geral, reações de hidroformilação a temperaturas de reação de cerca de 60 °C a cerca de 120 °C, ou cerca de 65 °C a cerca de 115 °C são típicas.
[0040] Naturalmente, será entendido que a maneira particular pela qual a reação de hidroformilação é realizada e as condições de reação de hidroformilação particulares empregadas não são estritamente críticas para a invenção em questão e podem ser variadas amplamente e adaptadas para atender necessidades individuais e produzir o produto de aldeído particular desejado.
[0041] Circuitos de resfriamento externos (circulação bombeada do conteúdo do reator através de um trocador de calor externo (resfriador)) são tipicamente usados para reações de hidroformilação altamente exotérmicas, tal como para olefinas de carbono mais baixo (C2 a C5), uma vez que as serpentinas de resfriamento internas frequentemente carecem de capacidade de remoção de calor suficiente (área de transferência de calor limitada por volume de serpentina). Além disso, serpentinas de resfriamento internas deslocam o volume de reator interno tornado o tamanho do reator maior para uma dada taxa de produção. No entanto, em algumas modalidades, pelo menos uma serpentina de resfriamento interna é posicionada dentro do reator. Essas serpentinas resfriamento internas podem ser além de um circuito de resfriamento externo, em algumas modalidades.
[0042] Exemplos preferidos das olefinas usadas na presente invenção incluem etileno, propileno, buteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-noneno, 1-deceno, 1-undeceno, 1-trideceno, 1-tetradeceno, 1-pentadeceno, 1-hexadeceno, 1-heptadeceno, 1- octadeceno, 1-nonadeceno, 1-eicoseno, 2-buteno, 2-metil propeno, 2-penteno, 2- hexeno, 2-hepteno, 2-etil hexeno, 2-octeno, estireno, 3-fenil-1-propeno, 1,4- hexadieno, 1,7-octadieno, 3-ciclohexil-1-buteno, acetato de alila, alil butirato, metil metacrilato, vinil metil éter, vinil etil éter, alil etil éter, n-propil-7-octenoato, 3- butenonitrila, 5-hexenamida, 4-metil estireno, 4-isopropil estireno e similares. Misturas de isômeros (por exemplo, rafinatos de buteno) também podem ser empregadas. Os produtos de aldeídos resultantes podem ser submetidos a hidrogenação e, assim, convertidos em álcoois correspondentes que podem ser usados como um solvente ou para a preparação de plastificante, ou podem sofrer outras reações subsequentes, tal como condensação de aldol em aldeídos mais altos, oxidação para os ácidos correspondentes, ou esterificação para produzir os correspondentes ésteres acéticos, propiônicos ou acrílicos.
[0043] O material de partida de olefina é introduzido no reator por qualquer técnica conveniente ou como um gás (opcionalmente com a alimentação de syngas entrante), como um líquido no reator ou como parte de um circuito de recirculação antes da entrada no reator. Um método particularmente útil é usar um aspersor de olefina separado próximo ou abaixo do aspersor de syngas (discutido abaixo) para introduzir as alimentações de olefina e syngas muito próximas uma da outra.
[0044] Para fornecer contexto para o local onde o hidrogênio e o monóxido de carbono (por exemplo, como syngas) podem ser introduzidos, agora será feita referência ao reator 1 mostrado na Figura 1 (a Figura 1 é discutida em mais detalhes abaixo). O reator 1 mostrado na Figura 1 é um vaso de reação cilíndrico que inclui fluido de reação. O reator 1 tem uma altura fixa (h) que é a distância entre o fundo do reator e o topo do reator. A localização de certas características em modalidades de processos da presente invenção pode ser dada em relação à altura fixa de um vaso de reação. Como usado aqui, o termo “altura fixa” se refere à distância entre o fundo do vaso de reação e o topo do vaso de reação e pode ser prontamente confirmada para um reator particular. Um local que está a 20% da altura fixa do vaso de reação significa que o local está a 20% da altura fixa quando medida do fundo do vaso de reação (um local a 0% da altura fixa está no fundo do vaso de reação e um local a 100% da altura fixa está no topo do vaso de reação).
[0045] O syngas é introduzido na reação por um aspersor de gás convencional que é posicionado no vaso de reação a uma altura de 20% ou menos da altura fixa (por exemplo, nos 20% inferiores do vaso de reação). Em algumas modalidades, o aspersor de syngas é posicionado no vaso de reação a uma altura de 10% ou menos da altura fixa, tal como em um local próximo ao fundo do vaso de reação. O aspersor de syngas é frequentemente uma placa, um anel ou série de anéis concêntricos e os projetos de tais aspersores de gás são bem conhecidos na técnica. Em geral, tais aspersores de syngas devem ser projetados para introduzir bolhas de um tamanho adequado e fornecer o fluxo de syngas desejado contemplado para a taxa de fluxo de olefina. Em algumas modalidades, o aspersor de syngas para uso em processos de reação de hidroformilação da presente invenção introduz o syngas de uma maneira a formar bolhas discretas de menos de 15 mm de diâmetro. Em algumas modalidades, o aspersor de syngas para uso em processos de reação de hidroformilação da presente invenção introduz o syngas de uma maneira a formar bolhas discretas de menos de 10 mm de diâmetro. O uso de anéis, anéis concêntricos, placas e outros desenhos não é crítico para a presente invenção, que não para fornecer tamanhos de bolhas adequados. Também podem ser empregados múltiplos aspersores de syngas, embora um possa ser adequado.
[0046] Também importante para gerar e manter tamanho de bolha adequado é a turbulência suficiente no fluido de reação para impedir que as bolhas coalesçam e introduzam cisalhamento para criar bolhas menores. Isso tem sido tradicionalmente conseguido misturando o fluido de reação com agitadores convencionais, mas descobrimos que o fluxo dirigido (jatos) de fluido, preferencialmente fluido de reação contendo catalisador, pode ser igualmente eficaz. Verificámos ainda que uma combinação destes dois métodos é eficaz, desde que a soma da potência fornecida por volume unitário pelo agitador e a(s) bomba(s) de recirculação ultrapasse 0,5 kW/m3. Na ausência do acima, a turbulência mais baixa (ou zero) no fluido de reação resulta em tamanhos de bolhas de gás de diâmetro maior que rapidamente sobem para a interface gás/líquido devido às elevadas forças de flutuação e desengatam do líquido, resultando em retenção de gás mais baixa no reator. A geração e manutenção de pequenas bolhas são importantes para produzir um fluido de reação uniforme que dá melhor mistura gás/líquido, retenção de gás e desempenho do reator mais reprodutível. Bolhas menores permitem retenção máxima de gás e maximizam a área de transferência de massa entre as bolhas e o líquido para dissolver o syngas (razão otimizada de volume de gás/superfície).
[0047] A localização do aspersor de syngas em relação ao bico de saída do circuito de recirculação, que está localizado no fundo ou no lado do reator, deve ser tal que quantidades mínimas das bolhas de syngas sejam introduzidas no fluxo do circuito de recirculação externo através da bomba, tubulação e resfriador externo (discutido abaixo), pois isto pode impactar negativamente a operação da bomba (cavitação, vibração, morosidade) e pode causar variações no desempenho do trocador de calor e, portanto, no controle de temperatura do reator. O uso de um defletor de saída ou algum outro dispositivo que impeça e desvie linhas de corrente diretas para longe do bocal de saída de recirculação do reator é uma opção preferida.
[0048] Defletores verticais fixados às paredes internas do reator proporcionam mistura adicional e minimizam fluxo rotacional cisalhando e elevando linhas de corrente radiais da parede do vaso.
[0049] Sem estar limitado pela teoria, a alta velocidade do líquido e a mistura completa com o tamanho de bolha inicial pequeno (<15 mm) fornecido pelas modalidades da presente invenção minimizam a coalescência de bolha de syngas, promovem redução de tamanho de bolha por cisalhamento e dão uma distribuição uniforme de gás/líquido e temperatura em todo o reator. O movimento de pequenas bolhas de syngas devido à sua flutuabilidade natural para cima e através da interface de líquido para o espaço de vapor do reator é compensado pela viscosidade do líquido e pelo fluxo turbulento da massa de líquido. Bolhas excessivamente grandes subirão rapidamente demais, assim resultando em baixa retenção de gás e distribuição não uniforme. Apesar de não estarem localizados no topo do corpo do reator, os bocais ou desviadores de fluxo usados em algumas modalidades da presente invenção para criar jatos de líquido que fornecem um fluxo descendente e contracorrente para contrabalançar a flutuabilidade natural das bolhas e manter o arrastamento das bolhas no líquido que circula por todo o reator, o que resulta em uma distribuição mais uniforme das bolhas de syngas por toda a fase líquida. Quando o syngas dissolve e reage, as bolhas encolherão, o que ajuda ainda mais a manter sua distribuição dentro da fase líquida e a promover boa transferência de massa de gás para a fase líquida.
[0050] Em uma modalidade, a presente invenção fornece um processo de reação de hidroformilação que compreende contatar uma olefina, hidrogênio e monóxido de carbono na presença de um catalisador homogêneo em um reator cilíndrico orientado verticalmente para fornecer um fluido de reação, em que o reator cilíndrico tem uma altura fixa e em que uma energia de mistura total de pelo menos 0,5 kW/m3 é distribuída ao fluido no reator cilíndrico; remover uma porção do fluido de reação do reator cilíndrico; e retornar pelo menos uma porção do fluido de reação removido ao reator cilíndrico, em que o fluido de reação de retorno é introduzido em pelo menos dois locais de retorno posicionados a uma altura que é inferior a 80% da altura do reator fixo em que os pelo menos dois locais de retorno estão posicionados acima de um local no reator onde hidrogênio e monóxido de carbono são fornecidos introduzidos no reator e em que pelo menos 15% da energia de mistura são fornecidos pelo fluido de reação de retorno. Em algumas modalidades, pelo menos dois locais de retorno compreendem um ou mais bocais que se projetam para o reator cilíndrico por uma distância não inferior a 10% e não superior a 50% do raio do reator cilíndrico para dirigir o fluxo do fluido de reação de retorno.
[0051] Em algumas modalidades, o fluxo do fluido de reação de retorno é dirigido por um desviador de fluxo posicionado em cada local de retorno. Em algumas modalidades, pelo menos um desviador de fluxo dirige o fluxo do fluido de reação de retorno horizontalmente. Em algumas modalidades, pelo menos um desviador de fluxo dirige o fluxo do fluido de reação de retorno verticalmente. Em algumas modalidades, pelo menos um desviador de fluxo dirige o fluxo do fluido de reação de retorno horizontalmente e pelo menos um desviador de fluxo dirige o fluxo do fluido de reação de retorno verticalmente.
[0052] O fluxo do fluido de reação de retorno, em algumas modalidades, é dirigido pelo desviador de fluxo para evitar induzir fluxo rotacional do fluido em torno do eixo vertical central do reator cilíndrico. Em algumas modalidades, o fluxo do fluido de reação de retorno é dividido e dirigido em uma pluralidade de direções que não são em direção a um eixo vertical central do reator cilíndrico e não são perpendiculares ao eixo vertical central.
[0053] Em algumas modalidades, a combinação da área de fluxo do desviador de fluxo e da taxa de fluxo do fluido de reação de retorno resulta na formação de um jato de fluido dentro do reator cilíndrico, o que confere momento e induz mistura no fluido a granel no reator cilíndrico e em que o fluido de reação de retorno é dividido e dirigido em uma pluralidade de direções.
[0054] Em algumas modalidades, hidrogênio e monóxido de carbono são introduzidos no reator cilíndrico a uma altura inferior a 20% da altura fixa do reator e os locais de retorno são posicionados a uma altura inferior a 80% da altura de reator fixa.
[0055] Em algumas modalidades, hidrogênio e monóxido de carbono são fornecidos como syngas e o syngas é introduzido de maneira a formar bolhas discretas na faixa de tamanho inferior a 15 mm de diâmetro no reator cilíndrico.
[0056] Uma pluralidade de defletores (horizontais e/ou verticais) é posicionada dentro do reator cilíndrico em algumas modalidades, como discutido adicionalmente neste documento.
[0057] Em algumas modalidades, um agitador é posicionado no reator cilíndrico. Em algumas modalidades quando um agitador é posicionado no reator cilíndrico, o agitador e o fluido de reação de retorno fornecem a energia de mistura no reator cilíndrico. Em algumas modalidades onde um agitador é posicionado no reator cilíndrico, o agitador não está operando e apenas o fluido de reação de retorno fornece a energia de mistura no reator cilíndrico.
[0058] Várias modalidades da presente invenção podem ser entendidas mais prontamente por referência aos desenhos anexos.
[0059] A Figura 1 é um fluxograma ilustrando um sistema para realizar um processo de reação de hidroformilação de acordo com uma modalidade da presente invenção. A Figura 1 mostra um reator cilíndrico ou vaso de reação 1 tendo um topo, um fundo e uma altura fixa (h). O reator 1 é mostrado contendo um nível de fluido de reação e uma interface gás/líquido. Como mostrado na Figura 1, uma corrente de fluido de reação 2 é retirada de perto do fundo do reator 1 via bomba 3. O fluxo é enviado para os bocais de retorno 5 após passar através de um trocador de calor 4 e/ou linha de desvio 10. Um agitador 14 tanto com uma dispersão de gás de pá de disco de fluxo radial quanto impelidor de bombeamento de líquido é mostrado na modalidade da Figura 1, embora, como estabelecido aqui, um agitador não seja necessário em todas as modalidades da presente invenção. Além disso, mesmo em modalidades em que um agitador está presente, o agitador pode estar operando em algumas modalidades e não operando em outras modalidades. Quando presente, e como mostrado na Figura 1, um agitador tipicamente está localizado em uma linha central vertical do reator 1.
[0060] O fluido de reação 2 que é removido do fundo do reator 1 é retornado ao reator através de dois ou mais bocais 5. Os dois ou mais bocais 5, em algumas modalidades, podem ser orientados em pares simétricos, tríades simétricas ou outros arranjos simétricos. O fluxo de recirculação que sai desses bocais e entra no fluido do reator a granel forma um ou mais jatos de líquido do fluido de reação de retorno que conferem momento e mistura de gás/líquido no fluido de reator a granel. Como discutido adicionalmente em relação com as Figuras 2-4, os bocais 5 podem ser orientados de modo a dirigir os jatos de líquido em uma direção descendente ou ascendente. Em algumas modalidades, os bocais podem ser orientados de modo que os jatos de líquido não sejam dirigidos em direção a um eixo vertical central do reator 1 (por exemplo, não em direção à linha central do reator ou em direção ao eixo do agitador do reator e impelidores 14 na Figura 1). É preferível que os jatos de líquido não sejam orientados em uma direção estritamente horizontal ou estritamente vertical ou diretamente em direção ao eixo vertical ou ao centro do agitador ou em direção ao eixo ou aos impelidores do agitador do reator (isto é, α e β, discutidos abaixo, são ambos maiores que zero). Em algumas modalidades, múltiplos conjuntos de bocais simétricos podem ser posicionados em diferentes orientações de bocal (posição radial) e/ou diferentes alturas no reator 1.
[0061] Syngas é introduzido no reator 1 via corrente 6 com o aspersor de syngas. Da mesma forma, a olefina é introduzida via corrente 7. A olefina também pode ser introduzida através de um aparelho aspersor em algumas modalidades. Em algumas modalidades, a olefina pode ser misturada com syngas ou corrente 11 antes da introdução no reator 1. Um defletor de saída 8 é usado para minimizar a entrada de gases arrastados na linha 2 na modalidade mostrada na Figura 1, embora um defletor de saída não seja usado em outras modalidades.
[0062] Em relação à corrente de fluido de reação 2 removida do fundo do reator, o produto bruto e uma mistura de catalisador podem ser removidos da corrente 2, como representado pela corrente 9. Embora na Figura 1, a corrente de mistura de produto bruto/catalisador 9 seja mostrada como sendo separada da corrente de recirculação 2, em outras modalidades, uma corrente de fluido de reação pode ser retirada de local(is) diferente(s) no reator 1 e processada para separar uma corrente de mistura de produto bruto/catalisador. Em qualquer caso, a corrente de produto bruto e a mistura de catalisador podem ser enviada para outro reator em algumas modalidades ou para uma zona de separação de catalisador/produto em outras modalidades (uma zona de separação de catalisador/produto também pode seguir reatores a jusante em modalidades onde múltiplos reatores são usados). Na modalidade mostrada na Figura 1, o catalisador reciclado de uma zona de separação de catalisador/produto é retornado ao reator 1 via corrente 11 combinando a corrente de catalisador reciclado 11 com o fluxo de fluido de reação sendo retornado ao reator 1 através da corrente de desvio 10 e/ou da corrente saindo do trocador de calor 4. Em outras modalidades, uma porção do fluxo de recirculação pode ser removida (Corrente 9) para outro processamento ou adicionada por outras correntes de processo (Corrente 11), de modo que a Corrente 2 não tenha necessariamente que igualar as Correntes 15 e 16.
[0063] Como mostrado na Figura 1, uma corrente de purga de gás opcional 12 do reator pode ser ventilada, queimada ou enviada ao coletor de gás combustível da planta ou a outro reator em modalidades em que múltiplos reatores são dispostos em série. A análise desta corrente de purga 12 pode fornecer um meio conveniente para medir pressão parcial de CO no reator 1 para controle de reação.
[0064] Embora não seja mostrado na Figura 1, o sistema também inclui outros equipamentos padrão, tal como válvulas, sensores de temperatura e sensores de pressão, que são facilmente reconhecidos e implementados pelos especialistas na técnica.
[0065] O fluido de reação sendo retornado ao reator 1 pode ser introduzido em pelo menos dois locais de retorno simetricamente opostos (representados pelos bocais 5 na Figura 1). Os pelo menos dois locais de retorno estão posicionados a uma altura inferior a 80% da altura fixa do reator, mas também acima do local no reator em que o hidrogênio e o monóxido de carbono são introduzidos no reator (por exemplo, acima do aspersor de syngas 6 para a modalidade mostrada na Figura 1). Em algumas modalidades, pelo menos dois locais de retorno são posicionados a uma altura inferior a 60% da altura fixa do reator, mas também acima do local no reator onde hidrogênio e monóxido de carbono são introduzidos no reator. Em algumas modalidades, pelo menos dois locais de retorno são posicionados a uma altura inferior a 50% da altura fixa do reator, mas também acima do local no reator onde hidrogênio e monóxido de carbono são introduzidos no reator.
[0066] O fluido de reação de retorno pode fornecer pelo menos 15% da energia de mistura total no reator. Em várias modalidades, o fluido de reação de retorno pode fornecer pelo menos 25% da energia de mistura total, ou pelo menos 30% da energia de mistura total, ou pelo menos 40% da energia de mistura total, ou pelo menos 50% da energia de mistura total, ou pelo menos 60% da energia de mistura total, ou pelo menos 70% da energia de mistura total, ou pelo menos 75% da energia de mistura total, ou pelo menos 80% da energia de mistura total, ou pelo menos 85% da energia de mistura total, ou pelo menos 90% da energia de mistura total, ou pelo menos 95% da energia de mistura total. Em algumas modalidades, o fluido de reação de retorno pode fornecer substancialmente toda ou 100% da energia de mistura total ao reator. Deve ser entendido que a energia de mistura total compreende energia de mistura fornecida por um agitador em operação (se presente), pelos jatos de líquido produzidos pelo fluido de reação de retorno ou por qualquer outra fonte de energia de mistura, mas não inclui nenhuma energia de mistura diminuta que possa ser fornecida pela introdução do syngas, olefina ou outra alimentação de reagente no reator. Nas modalidades em que os jatos de líquido produzidos pelo fluido de reação de retorno fornecem substancialmente toda ou 100% da energia de mistura, o reator ou não inclui um agitador ou inclui um agitador que não está em operação. Em algumas modalidades em que os jatos de líquido produzidos pelo fluido de reação de retorno não fornecem 100% da energia de mistura, um agitador em operação no reator pode fornecer o balanço da energia de mistura.
[0067] Conforme usado neste documento, a energia de mistura total fornecida a um reator é medida calculando a energia de mistura transmitida pelo agitador e a energia de mistura transmitida pelo fluido de reação de retorno. A energia de mistura transmitida pelo agitador e pelo fluido de reação de retorno pode ser calculada medindo a voltagem e a corrente do agitador e dos motores da bomba de recirculação (por exemplo, agitador 14 e bomba 3 na Figura 1).
[0068] A maneira pela qual o fluido de reação é retornado impacta a eficácia da energia de mistura fornecida. Em algumas modalidades, o fluido de reação pode ser retornado usando tubos com uma ou mais placas desviadoras de fluxo 17 sendo instaladas na extremidade de uma seção de tubo 18 que é, então, inserida e fixada nos bocais de retorno de recirculação do reator, como mostrado na Figura 4 e discutido adicionalmente abaixo. Em algumas modalidades, o fluido de reação é retornado usando bocais ou orifícios de fluxo posicionados na extremidade de uma seção de tubo que é, então, inserida e fixada nos bocais de retorno de recirculação do reator, como discutido adicionalmente abaixo. Em cada caso, a velocidade do(s) jato(s) de líquido resultante(s) é uma função da área de fluxo dos bocais ou orifícios, ou da área de fluxo criada entre a(s) placa(s) desviadora(s) de fluxo 17 e a parede interna do tubo 18 e da taxa de fluxo de massa e da densidade do fluido de reação de retorno. A combinação de área de fluxo e taxa de fluxo resulta em um jato de fluido de reação dentro do reator que transmite momento e induz a mistura de gás/líquido e líquido/líquido do fluido a granel no reator. Além disso, o fluido de reação de retorno é dividido e dirigido em uma pluralidade de direções.
[0069] O termo “desviador de fluxo” é usado aqui para abranger tanto bocais quanto placas desviadoras posicionadas em tubos de retorno de recirculação do reator. Em qualquer um dos casos, os desviadores de fluxo dirigem o fluxo do fluido de reação de retorno. Como discutido adicionalmente abaixo, os desviadores de fluxo dirigem o fluxo do fluido de reação de retorno horizontalmente em algumas modalidades. Em algumas modalidades, os desviadores de fluxo dirigem o fluxo do fluido de reação de retorno verticalmente. Os desviadores de fluxo dirigem o fluxo do fluido de reação de retorno tanto horizontalmente quanto verticalmente em algumas modalidades.
[0070] Em algumas modalidades, os desviadores de fluxo dirigem o fluxo do fluido de reação de retorno, de modo a evitar induzir fluxo rotacional em torno do eixo vertical central do reator (por exemplo, o eixo correspondendo ao eixo do agitador 14 mostrado na Figura 1).
[0071] Em algumas modalidades, o fluxo do fluido de reação de retorno é dividido e dirigido em uma pluralidade de direções que não são em direção a um eixo vertical central do reator e não perpendicular e não paralelo ao eixo vertical central. Esta característica pode ser importante em algumas modalidades em que o reator inclui um agitador (ou em operação ou não). Por exemplo, dirigir o fluxo de retorno de recirculação em direção ao eixo do agitador poderia induzir vibração e causar danos ao agitador, vedação do agitador ou mancal fixo.
[0072] A Figura 2 mostra uma vista em seção superior de um arranjo de dois desviadores de fluxo 5 em um reator de acordo com uma modalidade da presente invenção. A Figura 3 mostra uma vista em seção superior de um arranjo de três desviadores de fluxo 5 de acordo com outra modalidade da presente invenção. As Figuras 2 e 3 ilustram cada qual como os desviadores de fluxo dirigem os jatos de líquido formados pelo fluxo de retorno de recirculação. Outros arranjos de desviadores de fluxo podem ser selecionados (por exemplo, quatro ou mais desviadores de fluxo e/ou localização diferente dos desviadores de fluxo). Em algumas modalidades, os desviadores de fluxo são uniformemente espaçados em torno da circunferência de uma parede cilíndrica de um reator.
[0073] As Figuras 2-4 ilustram o ângulo de desvio dos jatos de líquido produzidos pelo fluido de recirculação de reator quando ele sai dos desviadores de fluxo 5. Nas modalidades mostradas, os desviadores de fluxo 5 são tubos tendo placas divisoras de fluxo (tal como a modalidade mostrada no diagrama superior da Figura 4) que dividem o fluxo deixando cada tubo em dois jatos de líquido e com o desviador de fluxo girado pelo ângulo α resulta em um jato de líquido fluindo para cima e um jato de líquido fluindo para baixo.
[0074] Nas modalidades que utilizam desviadores de fluxo, a orientação dos desviadores de fluxo no tubo e os ângulos transmitidos ao fluido de reação de retorno para fornecer os jatos de líquido podem ser importantes. A Figura 4 ilustra exemplos de tal orientação e a determinação da direção do fluxo do(s) jato(s) de líquido do fluido de reação de retorno.
[0075] Voltando agora à Figura 4, o componente direcional vertical do jato de líquido resultante do fluxo que sai de um desviador de fluxo pode ser definido em relação a um plano horizontal definido (H) pelo ângulo, β (beta), onde:
[0076] Ângulo β1 é definido como o ângulo do jato de líquido que sai do desviador de fluxo acima do plano horizontal de referência (H) localizado na linha central do bocal de reator através do qual o desviador de fluxo é inserido e fixado como mostrado na Figura 4 e,
[0077] Ângulo β2 é definido como o ângulo do jato de líquido que sai do desviador de fluxo abaixo do plano horizontal de referência (H) localizado na linha central do bocal de reator através do qual o desviador de fluxo é inserido e fixado como mostrado na Figura 4.
[0078] Da mesma forma, o componente direcional horizontal do jato de líquido resultante do fluido de reação deixando um desviador de fluxo também pode ser definido em relação a um plano vertical definido (V) pelo ângulo, α (alfa), em que:
[0079] Ângulo α1 é definido como o ângulo do jato de líquido que sai do desviador de fluxo em um lado do plano vertical de referência (H) localizado na linha central do bocal de reator através do qual o desviador de fluxo é inserido e fixado como mostrado na Figura 4.
[0080] Ângulo α2 é definido como o ângulo do jato de líquido que sai do desviador de fluxo no lado oposto do plano vertical de referência (H) localizado na linha central do bocal de reator através do qual o desviador de fluxo é inserido e fixado como mostrado na Figura 4.
[0081] Ângulo α também representa o grau de rotação do desviador de fluxo a partir do plano vertical localizado na linha central do bocal através do qual o desviador de fluxo é inserido e fixado.
[0082] As direções de fluxo dos jatos de líquido do desviador de fluxo em relação a um plano horizontal (β) e um plano vertical (α) são características chaves de algumas modalidades da presente invenção. Em algumas modalidades, os desviadores de fluxo podem ser configurados de modo a fornecerem fluido de reação de retorno com β1 e β2 dentro da faixa de 0° a 90° (isto é, desviados para cima e/ou para baixo em relação ao desviador de fluxo) e com α1 e α2 na faixa de 0° a 90° (isto é, desviados para a esquerda e/ou direita em relação ao desviador de fluxo) com a condição de que α1 e α2, bem como β1 e β2, não sejam necessariamente iguais - mas possam ser - e que α1, α2, β1, β2 sejam todos maiores que 0°. Em algumas modalidades, os desviadores de fluxo são configurados de modo a fornecerem um ângulo α1, α2 de 20° a 60° e um ângulo β1, β2 de 20° a 60°. Em algumas modalidades, os desviadores de fluxo são configurados de modo a fornecerem um ângulo α1, α2 de 25° a 50° e um ângulo β1, β2 de 25° a 50°. Deve ser entendido que o fluxo de fluido de retorno não estará em uma única linha em algumas modalidades, mas que a maioria da corrente retornando ao reator em um único desviador de fluxo estará dentro de uma faixa relativamente estreita de valores α e β. Para os fins deste pedido, quando os termos “vertical” e “horizontal” são usados em conexão com o fluxo de fluido de reação de retorno em um desviador de fluido, os termos podem ser entendidos usando ângulos α e β, respectivamente. Isto é, uma “corrente vertical” ou “jato vertical” é orientado para cima e/ou para baixo em β maior que zero, mas α essencialmente zero. Uma “corrente horizontal” ou “jato horizontal” é orientado indo para a esquerda e/ou direita em β essencialmente zero, mas α maior que zero. O termo “correntes dirigidas” geralmente se refere a correntes que têm α e β maiores que zero.
[0083] Em algumas modalidades, conjuntos adicionais de desviadores de fluxo podem ser fornecidos nas mesmas ou diferentes alturas, como mostrado na Figura 1 ou em diferentes ângulos (α e/ou β). Como mostrado na Figura 3, a saída do desviador de fluxo, em algumas modalidades, pode ser inserida no corpo do reator a uma distância (δ) da parede do reator. Em algumas modalidades, δ não é maior que 50% do raio do reator cilíndrico. Em algumas modalidades, δ é de pelo menos 10% do raio do reator cilíndrico. δ é de 10% a 45% do raio do reator cilíndrico, em algumas modalidades. Em algumas modalidades, a fim do desviador de fluxo pode estar geralmente nivelado com a parede do reator de modo que δ seja de ~0% do raio do reator cilíndrico.
[0084] Em algumas modalidades, o reator pode incluir defletores verticais. Como mostrado nas Figuras 2 e 3, os defletores verticais 13 podem ser acoplados à parede 1 do reator. Defletores verticais podem ser vantajosamente usados em algumas modalidades para facilitar a mistura e/ou impedir um fluxo circular global.
[0085] Desviadores de fluxo para uso em modalidades da presente invenção podem ter uma série de formas. Em algumas modalidades, uma placa desviadora é posicionada próxima à extremidade do tubo que retorna o fluido de reação ao reator. A Figura 4 ilustra uma modalidade de uma placa desviadora 17 projetada para dividir o fluxo de fluido de reação deixando um tubo de retorno 18 verticalmente (para cima e para baixo) ou horizontalmente (esquerda e direita) se girado em 90°. O projeto particular das placas desviadoras não é crítico para a presente invenção. Como mostrado na Figura 4, as placas podem ser peças simples de metal formando um ângulo. Alternativamente, um simples “T” ou “Y” na extremidade do tubo de retorno que entra no reator pode ser empregado ou placas podem ser montadas dentro do reator para desviar o fluxo. Além disso, redutores de tubulação, bocais, extremidades cônicas ou tampas de tubos com orifícios perfurados podem ser fixados à extremidade dos tubos de retorno e podem ser usados para criar jatos de líquido direcionais, em vez de placas divisórias de fluxo (ou desviadores de fluxo), como mostrado na Figura 4. Para os fins deste pedido, o termo desviador de fluxo inclui “bocais”, “bocais de jato” e “placas desviadoras” e estes termos são geralmente usados de forma intercambiável, a menos que claro do contexto que apenas um deles está sendo discutido.
[0086] A presente invenção pode ser empregada com um agitador ativo (o agitador 14 é mostrado na Figura 1), embora a direção do(s) fluxo(s) de jato de líquido com base em (α) e especialmente (β) não deva interferir ou impactar diretamente sobre as pás de agitador ou o eixo, pois isto pode gerar torque ou vibração inaceitável no agitador. Em algumas modalidades, um agitador 14 pode ser posicionado no reator 1, mas pode estar ocioso (isto é, não está operando). Em algumas modalidades, um agitador não está presente.
[0087] Para modalidades em que as placas desviadoras são posicionadas em um tubo de retorno, deve ser reconhecido que a colocação de placas dentro da linha de retorno aumentará a velocidade do fluido reduzindo a área de fluxo de seção transversal do tubo. A restrição e o aumento da velocidade geram um jato de líquido que é geralmente descrito como uma corrente de fluido que é injetada em um meio circundante (fluido de reator bruto) que pode percorrer longas distâncias sem dissipar. A forma, a direção e o comprimento do jato de líquido é uma função de muitos fatores, tal como velocidade no desviador de fluxo, viscosidade do fluido bruto e da corrente de jato, massa de fluido e momento, forma e direção do desviador de fluxo e comprimento desobstruído do caminho de jato. O momento de fluido do fluxo de jato de líquido transmite energia de mistura ao fluido de reator bruto por forças de cisalhamento. Deve ser entendido que as várias configurações dos desviadores de fluxo (por exemplo, placas desviadoras, bocais, etc.) criam um jato de líquido ou jatos de líquido no fluido de reator bruto a partir do fluido de reator de retorno. Em geral, deve ser entendido que, em tais modalidades, a combinação da área de fluxo do desviador de fluxo e da taxa de fluxo do fluido de reação de retorno resulta na formação de um jato de fluido dentro do reator cilíndrico que transmite momento e induz mistura gás/líquido e líquido/líquido no fluido bruto no reator cilíndrico.
[0088] Em modalidades em que desviadores de fluxo fornecem fluxo de jato ao fluido de reação de retorno, os desviadores de fluxo podem ser orientados para maximizar ou fornecer um comprimento de caminho de jato substancial dentro do reator para fornecer energia de mistura. Ao fornecer comprimento de caminho de jato substancial (isto é, aumentar a penetração do fluido de reação de retorno dentro do fluido bruto no reator), o fluido de reação de retorno contata mais do fluido bruto no reator, a fim de conferir momento adicional e, assim, energia de mistura do fluido bruto. A orientação dos desviadores de fluxo pode maximizar o comprimento do caminho de jato, por exemplo, dirigindo o fluido de reação de retorno de modo a evitar contato com uma parede de reator antes da dissipação natural do jato.
[0089] É a velocidade elevada resultante do(s) desviador(es) de fluxo que gera a mistura necessária no reator e permite a fácil adaptação de um reator existente sem uma despesa de capital substancial, tal como em uma atualização de verificação de desconexão.
[0090] Surpreendentemente, verificou-se que o emprego de desviadores de fluxo, como descrito aqui, permite a operação do reator sem que um agitador seja operado, embora proporcionando o mesmo nível de gás/líquido e líquido/líquido misturando o fluido de reator bruto. Proporcionar um aumento no fluxo de fluido de reação de retorno pode permitir operação estável sem um agitador em operação. Para facilitar o elevado fluxo de recirculação e a queda de pressão adicional através do desviador de fluxo, pode ser necessária uma bomba maior ou impelidor de bomba maior ou motor de bomba maior ou múltiplas bombas podem ser requeridas em comparação com sistemas onde o fluido de reação é apenas resfriado e retornado ao reator usando técnicas convencionais (bomba de recirculação simples). Ao fornecer mistura adequada no reator sem o uso de um agitador, as modalidades da presente invenção podem vantajosamente permitir a operação continuada do reator se houver problemas com um motor de agitador, vedações de agitador, eixo/impelidor de agitador, mancal fixo ou questões relativas a agitador similares até o momento em que a unidade possa ser desligada e reparos possam ser feitos, evitando assim a perda não planejada de produção.
[0091] A fim de efetuar boa mistura no reator, a quantidade de energia gasta na agitação do fluido bruto no reator não mudará significativamente de um projeto baseado em agitador convencional, mas a energia de mistura é introduzida de uma nova maneira. Uma vez que a quantidade de mistura é bem conhecida de projetos anteriores, é direto calcular a energia necessária da bomba para gerar fluxo suficiente nas modalidades da presente invenção. Em algumas modalidades, uma energia de mistura total de pelo menos 0,5 kW por m3 é distribuída no fluido de reação no reator. Uma energia de mistura total de pelo menos 0,7 kW por m3 é distribuída para o fluido de reação no reator em algumas modalidades. Em algumas modalidades, uma energia de mistura total de pelo menos 0,9 kW por m3 é distribuída ao fluido de reação no reator. Como estabelecido acima, o fluido de reação de retorno, de acordo com algumas modalidades, pode fornecer pelo menos 15% (e até 100% em algumas modalidades) da energia de mistura total no reator. Nas modalidades em que o agitador está operando e é, então, desligado ou tem sua velocidade de rotação reduzida, a energia de mistura fornecida pelo fluido de reação de retorno pode ser aumentada aumentando a potência fornecida à bomba, empregando uma bomba sobressalente, ativando uma bomba maior, ou técnicas similares.
[0092] Um fluxo de recirculação que é suficiente para remover o calor de reação através de um trocador de calor externo terá uma taxa de fluxo substancial a fim de que o trocador de calor opere adequadamente. Fluxo excessivo em geral não é prejudicial à operação do trocador de calor, mas pode ser necessário para efetuar uma mistura suficiente no reator. Uma linha de derivação opcional (10) em torno do trocador de calor pode ser usada para tratar das limitações do trocador de calor. O projeto do fluxo de recirculação para conferir momento suficiente para misturar o conteúdo do reator não abrangerá uma mudança significativa do projeto convencional, que não o emprego de desviadores de fluxo muito simples no final da linha de recirculação, como descrito acima.
[0093] Para novos reatores, algumas modalidades da presente invenção podem eliminar vantajosamente o custo de um agitador, bem como a necessidade de vedações de agitador e mancais fixos que exijam manutenção/substituição e podem eliminar vazamentos de vedação.
[0094] Como mostrado nas Figuras 2 e 3, em algumas modalidades da presente invenção, defletores verticais podem ser fornecidos no reator. Em outras modalidades, defletores horizontais podem ser fornecidos no reator para gerar múltiplas zonas de reação dentro do corpo principal. Tais defletores horizontais são descritos, por exemplo, na Patente US 5.728.893. Em tais modalidades, linhas de retorno separadas e desviadores de fluxo para fluido de retorno de reação podem ser usados em cada zona de reação. Em algumas modalidades, o reator pode incluir tanto defletores horizontais quanto verticais, enquanto em outras modalidades, apenas defletores horizontais ou defletores verticais apenas são fornecidos.
[0095] Algumas modalidades da presente invenção serão agora descritas em detalhes nos Exemplos a seguir.
Exemplos Exemplos 1 e Exemplo Comparativo A
[0096] Um estudo de modelagem de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) foi empreendido para estabelecer a eficiência de mistura de um reator de hidroformilação CSTR convencional. Um esquema do sistema de reação é mostrado nas Figuras 5-6. As Figuras 5-6 mostram um esquemático do reator e a localização de certos dispositivos. Dimensões e localizações de vários componentes são fornecidas na Tabela 1. A pressão de operação é de cerca de 1568 kPag (16 barg). A densidade do propileno líquido é de aproximadamente 737 kg/m3 (cerca de 46 lb/ft3) e a densidade de syngas é de aproximadamente 21,5 kg/m3 (1,35 lb/ft3) a esta pressão. As taxas de fluxo de alimentação de syngas e propileno líquido para todos os exemplos também são dadas na Tabela 1. A viscosidade do propileno líquido é assumida ser de 0,0003 Pa.s e a viscosidade de syngas é assumida ser de 1,8e-5 Pa.s. A tensão superficial gás- líquido entre o syngas e o propileno líquido é assumida ser de 0,018 N/m (18 dinas/cm), de acordo com valores típicos para orgânicos semelhantes. O syngas é introduzido com um aspersor de anel localizado próximo à linha tangente inferior do reator. O aspersor tem um diâmetro de 102 cm com 69 furos tendo diâmetros de 7,9 mm cada e espaçados em intervalos de 15 mm. O modelo de reator CFD tem uma turbina de distribuição de gás padrão única de 134,16 cm (52 polegadas) de diâmetro localizada perto do fundo do reator e dois agitadores de mistura de líquido de pá inclinada de 152,4 cm (60 polegadas) de diâmetro localizados próximo ao meio e ao topo do reator operando a ~85 rpm.
[0097] O objetivo da modelagem de CFD é avaliar o carregamento ou a retenção de gás do gás no líquido, bem como uniformidade de distribuição do gás, onde o carregamento de gás ou a retenção de gás é definida como a % de gás por volume no fluido de reação e em que a soma da % em volume de gás e da % em volume de líquido no reator é igual ao volume de fluido de reação total. Como apenas o syngas que é disperso e dissolvido no fluido de reação pode reagir, é crítico que o syngas introduzido no reator seja rapidamente disperso e dissolvido no fluido de reação, em vez de subir como bolhas para a interface vapor/líquido, onde ele desengata e entra no espaço de vapor do reator e não está mais disponível para reação. Além disso, volumes dentro do reator sem syngas disperso ou dissolvido estão necessitados de um reagente e, assim, não contribuem para a reação ou produtividade do reator. Muitos catalisadores hidrolisáveis exibem degradação de catalisador na ausência de syngas em temperaturas de reação, de modo que estas regiões de syngas disperso ou dissolvido baixo contribuirão para o declínio no desempenho do catalisador. Alternativamente, muitos catalisadores de ródio fosfina exibem degradação em ambientes de alto CO, de modo que regiões de concentrações de syngas dissolvido excessivamente altas também devem ser evitadas. Assim, uma mistura de gás altamente dispersa (alta retenção de gás ou fração de gás) e uniforme é o resultado mais desejável.
[0098] Para avaliar as características de mistura da presente invenção, é conveniente examinar as distribuições de gás da modelagem de CFD para identificar tanto a uniformidade na distribuição de gás quanto a extensão de carregamento de gás. A experiência comercial com reatores CSTR bem agitados tem valores de carregamento de gás na faixa de 5 a 12%, de preferência acima de 8%.
[0099] Os programas de modelagem de CFD podem ser usados para predizer um valor global ou médio de carregamento de gás para todo o volume do reator, mas isto pode desenfatizar os efeitos localizados de áreas com carregamento de gás alto ou baixo e curto tempo de residência (por exemplo, entradas/saídas de tubos, perto de impelidores de agitador, etc.).
[00100] Para avaliar melhor a variação ou uniformidade na distribuição de gás resultante para um caso específico sendo avaliado, é conveniente não apenas avaliar visualmente o padrão dos resultados da distribuição de gás no volume de reator global (isto é, fração ou densidade de gás com código de cores), mas também, ser mais quantitativo, utilizar um pequeno número de fatias horizontais do volume de reator em intervalos uniformes definidos a partir da linha tangente de fundo (BTL) e calcular a fração de gás nos volumes menores e comparar o desvio padrão dos valores calculados de distribuição de gás de cada seção em comparação com a fração de gás global, o que permite uma comparação direta entre os resultados de modelagem de CFD para múltiplos casos de projeto. Valores menores para o desvio padrão são indicativos de menos variação ou uma distribuição de gás mais uniforme e boa mistura de gás/líquido. Valores maiores de desvio padrão são indicativos de mais variação ou distribuição de gás menos uniforme e menos mistura gás/líquido.
[00101] Os resultados da modelagem de CFD de um reator de hidroformilação em escala comercial típico com e sem um desviador de fluxo são discutidos abaixo. Nestes exemplos, quando um desviador de fluxo é usado (Exemplo 1), o desviador de fluxo é uma placa desviadora posicionada próxima da extremidade de uma linha de retorno, conforme ilustrado nas Figuras 1, 6 e 7. Tabela 1
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[00102] Os cálculos de modelagem de CFD foram realizados usando um sistema de reator como mostrado acima. Os resultados após 100 segundos (assumidos como estado estacionário) são comparados abaixo. Nenhuma reação foi assumida e a densidade de gás/líquido (como representada pela fração de gás) foi modelada por simplicidade. Fatias horizontais tomadas a cada metro da linha tangente de fundo são usadas para avaliar as características de mistura do reator. O Exemplo 1 empregou placas desviadoras com α1=90° e β1=β2=45°, como mostrado nas Figuras 6 e 7. O Exemplo Comparativo A não empregou as placas desviadoras. O Exemplo Comparativo B foi semelhante ao Exemplo 1, exceto que o agitador não estava funcionando. Em operação comercial com um projeto convencional de impelidor de agitador múltiplo, operação estável (boa mistura, controle de temperatura do reator) é observada quando a distribuição de gás média está acima de 5% em volume de gás, preferencialmente acima de 6% em volume de gás e mais preferencialmente acima de 8% em volume de gás. Os casos em que estas condições não foram atendidas exibiram operação instável (mistura, controle de temperatura ruins).
[00103] Os resultados são dados na Tabela 2 e mostrados visualmente na Figura 8. Na Figura 8 (bem como nas Figuras 9-10), os valores mostrados à direita dos diagramas de reator são percentagens de fração de gás para as fatias horizontais a intervalos de 1 metro a partir da linha tangente de fundo. A escala de cinza na extrema esquerda está em unidades fracionárias de gás em volume (por exemplo, o valor médio é de 0,0075 ou 7,5%), com números uniformemente mais altos na escala sendo preferíveis. Na Figura 8, a distribuição de fração de gás do Exemplo 1 é mostrada à esquerda e a distribuição do Exemplo Comparativo A é mostrada à direita. A fração de gás global no fluido de reação no Exemplo 1 é de 8,3% em comparação com o Exemplo Comparativo A com uma fração de gás global de 5,3%. A média das fatias horizontais é de 6,4% no Exemplo 1 (em comparação com 4,6% no Exemplo Comparativo A). A uniformidade da mistura gás/líquido, como avaliada pelos desvios padrão das fatias, é de 2,0 no Exemplo 1, em comparação com 2,8 no Exemplo Comparativo A. A fração de gás é claramente mais alta e distribuída de maneira mais uniforme no Exemplo 1 (com o desviador de fluxo) em comparação com o Exemplo Comparativo A (sem desviador de fluxo).
Exemplos 2 e 3
[00104] Experimentos de modelagem de CFD comparativos adicionais foram realizados onde o fluxo de recirculação do fluido de reação de retorno foi aumentado por um fator de 1,73, que modela duas bombas de recirculação em operação. No exemplo 2, o agitador está funcionando e as duas bombas de recirculação (1,73 x fluxo do Exemplo 1 = 1,73x) estão em operação. No exemplo 3, o agitador não está funcionando e as duas bombas de recirculação (1,73x de fluxo) estão em operação. Os resultados são mostrados na Figura 9 e na Tabela 2. Na Figura 9, a distribuição de fração de gás do Exemplo 2 (agitador ligado) está à esquerda e a distribuição para o Exemplo 3 (agitador desligado) está à direita. Em contraste com os resultados mostrados acima, com o agitador desligado no Exemplo 3, praticamente não houve arrastamento para o circuito de recirculação, de modo que o “ponto quente” de syngas no fundo do reator é reduzido. Um fluido de reação notavelmente uniforme bem misturado é observado, apesar da falta de um agitador convencional em operação no Exemplo 3. Além disso, apesar de usar duas bombas, não ter o agitador funcionando resulta em menos energia total necessária no Exemplo 3 em comparação com os outros Exemplos.
Exemplo 4
[00105] Outro experimento de modelagem foi realizado exatamente como no Exemplo 2 acima, exceto que os jatos de entrada são orientados como um par de retornos simétricos e equilibrados com bocais duplos com α=30° e β1=β2=45°. Os jatos foram produzidos usando placas simples em forma de “V” (β1 = β2= 45°) giradas 30° para baixo a partir da vertical (α=30°). No Exemplo 4, o agitador não estava funcionando e duas bombas de recirculação estão em operação (fluxo de recirculação 1,73x). Os resultados são mostrados na Figura 10 e na Tabela 2. Não houve virtualmente nenhum arrastamento para o circuito de recirculação, de modo que o “ponto quente” do syngas no fundo é reduzido, o que leva a uma distribuição de gás muito uniforme. Um fluido de reação de gás/líquido notavelmente uniforme e bem misturado é observado, apesar da falta de um agitador convencional em operação no reator. Tabela 2
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*1,0x corresponde a 0,32 m³/s de taxa de fluxo de recirculação.
[00106] Os resultados da modelagem acima foram validados em uma instalação existente (Exemplo Comparativo B). A instalação foi operada como descrito no Exemplo 1 (1x), mas sem o agitador funcionando. Este arranjo exibiu operação de reator instável (mistura gás/líquido ruim no reator, temperatura do reator/controle de pressão parcial ruim). Quando a taxa de fluxo de recirculação foi aumentada como descrito nos Exemplos 2 e 3 para 1,73x, foi observada operação de reator muito estável (boa mistura de gás/líquido no reator, bom controle de temperatura do reator/pressão parcial) mesmo sem o agitador em operação (Exemplo 3). Isto estabeleceu que as necessidades mínimas de energia/volume de estão acima 10.5kw/50m3=0,21kW/m3. Uma potência/volume mínimo deve ser de 0,5 kW/irP, acima de 0,7 kW/irP para algumas modalidades e acima de 0,8 kW/m3 para algumas modalidades.
[00107] Estes resultados demonstram que um sistema de retorno de fluido de reação projetado adequadamente, usando uma modificação de um circuito de recirculação convencional, pode resultar em um fluido de reação bem misturado, de modo que um agitador não seja necessário e possa estar ocioso ou ser removido. Isto é particularmente importante em situações em que o agitador deve ser desligado devido a problemas mecânicos enquanto a planta continua a operar. No último caso, a energia de mistura adicional pode ser fornecida aumentando o fluxo através de desviadores de fluxo empregando uma bomba sobressalente, por exemplo.
Exemplo 5
[00108] Para avaliar o impacto do tamanho de bolha e da taxa de fluxo de reciclo, uma série de experimentos de modelagem foi realizada com duas taxas de fluxo de recirculação (1x = 0,32 m3/s (bomba única) e 1,73 x = 0,49 m3/s (duas bombas), respectivamente), uma série de tamanhos de bolhas fixos e sem agitador. Como em qualquer caso, a taxa de fluxo de reciclo e o número e tamanho do(s) bocal(is) de retorno de recirculação determinarão a velocidade do bocal. Os resultados são mostrados na Tabela 3. Neste caso, com o equipamento descrito na Tabela 1, um resultado de taxa de fluxo de 0,32 m3/s e um tamanho de bolha de 1 mm é grosseiramente equivalente ao Exemplo 3 acima, que replicou a boa experiência da planta, assim validando os resultados da modelagem de CFD. Tabela 3
Figure img0003
[00109] Exemplo 5 demonstra que a fração de gás e a uniformidade da mistura gás/líquido resultante podem ser aumentadas diminuindo o tamanho de bolha de gás ou aumentando a taxa de fluxo no circuito de recirculação.

Claims (13)

1. Processo de reação de hidroformilação, caracterizado pelo fato de compreender: - contatar uma olefina, hidrogênio e monóxido de carbono na presença de um catalisador homogêneo em um reator cilíndrico verticalmente orientado (1) para fornecer um fluido de reação (2), sendo que o reator cilíndrico (1) tem uma altura fixa e sendo que uma energia de mistura total de pelo menos 0,5 kW/m3 é fornecida ao fluido no reator cilíndrico (1); - remover uma porção do fluido de reação (2) do reator cilíndrico (1); e - retornar pelo menos uma porção do fluido de reação (2) removido ao reator cilíndrico (1), sendo que o fluido de reação de retorno é introduzido em pelo menos dois locais de retorno (5) posicionados a uma altura que é inferior a 80% da altura fixa, sendo que os pelo menos dois locais de retorno (5) estão posicionados acima de um local no reator onde hidrogênio e monóxido de carbono são introduzidos no reator, e sendo que pelo menos 15% da energia de mistura são fornecidos pelo fluido de reação (2) retornando.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos dois locais de retorno compreenderem um ou mais bocais (5) que se projetam para o reator cilíndrico (1) por uma distância não inferior a 10% e não superior a 50% do raio do reator cilíndrico (1) para dirigir o fluxo do fluido de reação (2) retornando.
3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o fluxo do fluido de reação (2) retornando ser dirigido por um desviador de fluxo (17) posicionado em cada local de retorno.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de pelo menos um desviador de fluxo (17) dirigir o fluxo do fluido de reação (2) retornando horizontalmente.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 3 ou reivindicação 4, caracterizado pelo fato de pelo menos um desviador de fluxo (17) dirigir o fluxo do fluido de reação (2) retornando verticalmente.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 3 a 5, caracterizado pelo fato de o fluxo do fluido de reação (2) retornando ser dirigido pelo desviador de fluxo (17) para evitar induzir fluxo rotacional do fluido em torno do eixo vertical central do reator cilíndrico (1).
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a 6, caracterizado pelo fato de o fluxo do fluido de reação (2) retornando ser dividido e dirigido em uma pluralidade de direções que não são em direção a um eixo vertical central do reator cilíndrico (1) e não são perpendiculares ao eixo vertical central.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de hidrogênio e monóxido de carbono serem introduzidos no reator cilíndrico (1) a uma altura que é inferior a 20% da altura fixa do reator, e sendo que os locais de retorno (5) são posicionados a uma altura que é inferior a 80% da altura fixa.
9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de hidrogênio e monóxido de carbono serem fornecidos como syngas, e sendo que o syngas é introduzido de maneira a formar bolhas discretas na faixa de tamanho inferior a 15 mm de diâmetro no reator cilíndrico (1).
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de uma pluralidade de defletores (13) estar posicionada dentro do reator cilíndrico (1).
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de compreender ainda um agitador (14) posicionado no reator cilíndrico (1).
12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o agitador (14) e o fluido de reação (2) retornando fornecerem a energia de mistura no reator cilíndrico (1).
13. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o agitador (14) não estar operando e apenas o fluido de reação (2) retornando fornecer a energia de mistura no reator cilíndrico (1).
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