BR112021020674B1 - Sistemas e processos para manter a atividade do catalisador de desidrogenação de etilbenzeno - Google Patents

Abstract

SISTEMAS E PROCESSOS PARA MANTER A ATIVIDADE DO CATALISADOR DE DEIDROGENAÇÃO DE ETILBENZENO. Processos e sistemas para desidrogenar etilbenzeno podem incluir misturar uma corrente de vapor e uma corrente de etilbenzeno para formar uma mistura de alimentação. A mistura de alimentação de etilbenzeno/vapor pode então ser alimentada a um reator de desidrogenação contendo um catalisador promovido com metal alcalino. Um líquido, selecionado de um líquido de metal alcalino, um líquido de composto de metal alcalino ou uma solução líquida compreendendo um metal alcalino, pode ser injetado em uma corrente de alimentação, como a corrente de vapor, a corrente de etilbenzeno ou a mistura de alimentação de etilbenzeno/vapor. Após a injeção, o líquido vaporiza e se dispersa na corrente de alimentação a montante do reator de desidrogenação. O líquido pode ser mantido como um líquido de um ponto a montante da injeção a um bico de injeção. O líquido é disperso através do bico de injeção, na forma líquida, para formar gotas de líquido dispersas na corrente de alimentação, que evaporam e/ou se dissolvem na corrente de alimentação em forma de vapor.

Description

Campo da Invenção

[001] As concretizações divulgadas neste documento referem-se, em geral, à desidrogenação de alquil aromáticos para formar alquenil aromáticos, tal como a desidrogenação de etilbenzeno para formar estireno. Mais especificamente, as concretizações neste documento se referem aos processos e sistemas para manter a atividade do catalisador dentro do reator de desidrogenação.

Descrição do Estado da Técnica

[002] Durante a desidrogenação do etilbenzeno para produzir estireno, o catalisador de óxido de ferro é desativado. Uma das principais razões para a desativação do catalisador é a migração do promotor de potássio no catalisador. A injeção de uma pequena quantidade de solução de potássio com a alimentação mista de (vapor) água/etilbenzeno foi proposta para desencorajar a migração do potássio e manter o catalisador em uma forma ativa por um período de tempo mais longo. O vapor, metano e gás inerte foram propostos como carreadores para transportar a solução para a alimentação de EB. No entanto, o aquecimento e a vaporização de uma solução de hidróxido de potássio ou um sal de potássio podem fazer com que o sal precipite e obstrua o tubo de transferência.

[003] O documento US6936743 ensina que a vida útil de um catalisador de desidrogenação estabilizado com potássio ou cromo pode ser estendida pela injeção de 0,1 a 10 ppm de um "extensor de vida de catalisador". Um extensor de vida observado é o acetato de potássio.

[004] O documento US5739071 ensina que a vida útil de um catalisador estabilizado com metal alcalino/à base de ferro pode ser estendida pela injeção contínua de metal alcalino ou composto de metal alcalino, tal como pela injeção de cerca de 0,01 a 100 ppm do metal alcalino ou do composto de metal alcalino. Os compostos mencionados incluem hidróxido de potássio, carbonato de potássio e óxido de potássio. Os metais também são mencionados, incluindo potássio ou sódio metálico. A patente '071 ensina que o nitrogênio inerte pode ser usado para transportar o composto de metal alcalino ou metal alcalino vaporizado para a corrente de alimentação do reator.

[005] O documento US8648007 ensina que a injeção de sais de potássio deve ser feita com cuidado, ou o sal de potássio pode se depositar no dispositivo de injeção. Nos exemplos, a temperatura do dispositivo de vaporização precisava estar entre 200°C e 480°C para a injeção de uma solução de acetato de potássio a 10%.

[006] O documento US20060224029 divulga que os compostos de Cs podem ser usados para estender a vida útil dos catalisadores de desidrogenação à base de Fe.

[007] O aquecimento e a vaporização de uma solução de hidróxido de potássio ou sal de potássio podem fazer com que o sal precipite e obstrua o tubo de transferência. O trabalho é apresentado nas patentes mencionadas acima, como a patente '007, como uma solução para este problema. No entanto, é difícil volatilizar um sal de potássio porque os pontos de fusão são bastante altos. Por exemplo, KOH funde a 360°C, K2CO3 funde a 891°C, acetato de potássio funde a 292°C e K2SO4 funde a 1069°C. Como tal, os sistemas na patente '007 podem ainda estar sujeitos a obstrução se houver algum tipo de problema operacional ou se for utilizado um composto diferente de acetato de potássio.

Descrição Resumida da Invenção

[008] Processos e sistemas já foram desenvolvidos para injetar potássio, seja como um metal puro ou um hidróxido dissolvido ou um sal dissolvido, para evitar a obstrução do sistema de injeção. Ao contrário dos sistemas existentes, as concretizações neste documento podem injetar potássio metálico fundido ou uma solução de sal de potássio ou hidróxido de potássio diretamente na alimentação de EB, na linha de vapor principal ou na alimentação de EB/vapor principal que está indo para o reator. O bico de injeção pode ser projetado para limitar a transferência de calor para a solução de potássio ou potássio, de modo que a solução de potássio ou potássio não ferva até passar pelo bico e para a corrente quente de vapor, EB ou EB/vapor. Após a injeção, o potássio ou composto de potássio pode evaporar no tubo de processo antes de atingir o leito do catalisador e se misturar completamente com a corrente de alimentação para que o potássio seja bem disperso por todo o leito do catalisador. Embora a prática anterior se concentre na vaporização do material antes de injetá-lo na alimentação do reator, as concretizações neste documento usam uma abordagem diferente e, propositalmente, não vaporizam o potássio, o composto de potássio ou a solução de potássio antes da injeção.

[009] Em um aspecto, as concretizações neste documento divulgadas se referem a processos para desidrogenar o etilbenzeno. Os processos podem incluir misturar uma corrente de vapor e uma corrente de etilbenzeno para formar uma mistura de alimentação de etilbenzeno/vapor. A mistura de alimentação de etilbenzeno/vapor pode então ser alimentada a um reator de desidrogenação contendo um catalisador promovido com metal alcalino para converter uma porção do etilbenzeno em estireno. Um líquido, selecionado de um líquido de metal alcalino, um líquido de composto de metal alcalino ou uma solução líquida compreendendo um metal alcalino, pode ser injetado em uma corrente de alimentação compreendendo pelo menos uma dentre a corrente de vapor, a corrente de etilbenzeno ou a mistura de alimentação de etilbenzeno/vapor. Após a injeção, o líquido vaporiza e se dispersa na corrente de alimentação a montante do reator de desidrogenação. O líquido (o metal alcalino, o líquido de composto de metal alcalino ou a solução líquida compreendendo um metal alcalino) pode ser mantido no estado líquido de um ponto a montante da injeção a um bico de injeção. O líquido é disperso através do bico de injeção, na forma líquida, para formar gotas de líquido dispersas na corrente de alimentação e, em seguida, o líquido evapora e/ou se dissolve na corrente de alimentação em forma de vapor.

[0010] Em outro aspecto, as concretizações neste documento divulgadas se referem a sistemas para manter a atividade do catalisador em um reator de desidrogenação de etilbenzeno. Os sistemas podem incluir uma corrente de alimentação de álcali líquida, onde a corrente de alimentação é aquecida ou isolada, conforme necessário, para manter em um estado líquido uma alimentação de álcali líquida selecionada de pelo menos um de um metal alcalino, um líquido de composto de metal alcalino e uma solução líquida compreendendo um metal alcalino. O sistema pode incluir também um bico de injeção para injetar a alimentação de álcali líquida, como um líquido, em uma corrente de alimentação de processo selecionada de uma corrente de vapor, uma corrente de alimentação de etilbenzeno e uma corrente de alimentação de etilbenzeno/vapor para formar uma alimentação contendo álcali. O sistema também inclui um reator de desidrogenação contendo um catalisador promovido com metal alcalino e tendo uma entrada para receber a alimentação contendo álcali ou uma mistura compreendendo a alimentação contendo álcali.

[0011] Para manter a alimentação de líquido no estado líquido, a corrente de alimentação de álcali pode ser traçada a vapor (steam traced), isolada ou traçada a refrigerante (coolant traced) a montante do bico de injeção. O traçamento a vapor, isolamento, etc., pode ser continuado até o bico de injeção, ou o mais próximo possível.

[0012] Em algumas concretizações, o sistema pode incluir ainda uma corrente de alimentação de água fluidicamente conectada ao bico de injeção. Um sistema de controle pode ser proporcionado, em algumas concretizações, para alternar a alimentação da alimentação de álcali líquida e da corrente de alimentação de água ao bico de injeção.

[0013] Em outro aspecto, as concretizações neste documento divulgadas se referem a processos para manter a atividade catalítica em um reator. Os processos podem incluir injetar um líquido compreendendo um composto de rejuvenescimento de catalisador em uma corrente de alimentação em forma de vapor que compreende um inerte e/ou um reagente a montante de uma entrada de um reator. O líquido pode ser vaporizado e disperso na corrente de alimentação em forma de vapor dentro de um tubo de fluxo a montante do reator para formar uma mistura em forma de vapor compreendendo o composto de rejuvenescimento de catalisador e pelo menos um de um inerte ou um reagente. Um catalisador contido no reator pode ser colocado em contato com o composto de rejuvenescimento de catalisador em forma de vapor para aumentar a atividade dos catalisadores dentro do reator, enquanto o catalisador no reator está realizando simultaneamente sua reação pretendida.

[0014] Outros aspectos e vantagens serão evidentes a partir da descrição seguinte e das reivindicações anexas.

Breve Descrição dos Desenhos

[0015] Figura 1 é um fluxograma de processo simplificado de um sistema para a desidrogenação de etilbenzeno para formar estireno de acordo com as concretizações deste documento.

[0016] Figura 2 é um fluxograma de processo simplificado de um sistema para injetar um composto em um processo de desidrogenação de acordo com as concretizações deste documento.

[0017] Figura 3 apresenta o resultado gráfico de simulações de injeção de compostos em uma corrente de fluxo de um processo de desidrogenação de acordo com as concretizações deste documento.

Descrição Detalhada da Invenção

[0018] As concretizações neste documento divulgadas referem-se, em geral, à desidrogenação de alquil aromáticos, como alquilbenzenos, para formar alquenil aromáticos, tal como para a desidrogenação de etilbenzeno para produção de estireno. Mais especificamente, as concretizações neste documento se referem aos processos e sistemas para manter a atividade do catalisador dentro do reator de desidrogenação. Ainda mais especificamente, as concretizações neste documento se referem à injeção de compostos de rejuvenescimento de catalisador em um sistema de reação. Por exemplo, as concretizações neste documento podem ser direcionadas à injeção de potássio ou compostos de potássio para manter a atividade do catalisador dentro do reator de desidrogenação.

[0019] As concretizações neste documento são descritas abaixo em relação à desidrogenação de etilbenzeno para formar estireno. No entanto, um técnico no assunto pode facilmente considerar que os processos divulgados aqui podem ser aplicáveis a processos para a desidrogenação de outros hidrocarbonetos alquil aromáticos para formar hidrocarbonetos alquenil aromáticos, tal como para a desidrogenação de cumeno para formar alfa metil estireno, etiltolueno para formar vinil tolueno e muitos outros compostos alquenil aromáticos. Processos para a desidrogenação de butano para formar butadieno, bem como outros processos de conversão, como desalquilação de alquil aromáticos, síntese de amónia, síntese de anidrido maleico e outros processos de conversão também podem se beneficiar das concretizações deste documento.

[0020] Com referência agora à Figura 1, um fluxograma simplificado de uma configuração típica para a área de reação de desidrogenação de uma planta de estireno é ilustrado. O monômero de estireno é fabricado pela desidrogenação da alimentação de etilbenzeno (EB), que é uma reação endotérmica. Uma mistura azeotrópica vaporizada de etilbenzeno e água é alimentada através da linha de fluxo 24 para a zona de reação, que pode incluir dois a quatro reatores de desidrogenação 26, 28. O efluente de cada reator 26 pode ser reaquecido usando vapor antes de entrar no próximo reator 26 ou no reator final 28. O vapor usado para reaquecer os efluentes do reator é comumente referido como Vapor Principal (MS), que é fornecido a partir de um superaquecedor de vapor 30 via linha de fluxo 32 e bobina 38 e, eventualmente, entra na entrada 34 do primeiro reator 26 juntamente com a mistura vaporizada de EB/água, que também pode ser pré-aquecida com o efluente do reator final 28 no trocador 36. A Figura 1 é um sistema de desidrogenação exemplificative e outros processos e sistemas para desidrogenar etilbenzeno também podem se beneficiar das concretizações deste documento.

[0021] Como observado acima, o catalisador contido nos reatores 26, 28 pode perder a atividade devido à migração de componentes catalíticos ou cocatalíticos. É desejável injetar compostos para ajudar a manter ou reter a atividade do catalisador, estendendo, por conseguinte, a vida útil do catalisador e o tempo de execução geral do sistema de reação antes do encerramento necessário e substituição do catalisador. Por exemplo, um catalisador de desidrogenação estabilizado com potássio pode se beneficiar da introdução de potássio ou de um composto de potássio no reator. As concretizações neste documento podem fornecer o potássio em uma forma proveitosa, com mínimo ou nenhum acúmulo de potássio ou sais de potássio no sistema de injeção ou na tubulação associada.

[0022] Os processos e sistemas divulgados aqui podem, assim, ser usados para injetar potássio metálico fundido ou uma solução de sal de potássio ou hidróxido de potássio diretamente em uma corrente de alimentação de reator vaporizada por meio de um ou mais sistemas de injeção 50. Por exemplo, o metal ou solução líquida pode ser introduzido na alimentação de etilbenzeno (EB) 24/25, na linha de vapor principal 40 ou na alimentação de EB/vapor principal 42 que vai para o reator 26 por meio de um ou mais sistemas de injeção 50. Em algumas concretizações, por exemplo, o potássio líquido fundido pode ser injetado na corrente de EB/vapor.

[0023] O potássio metálico funde a cerca de 63,5°C. Um recipiente traçado a vapor pode ser usado para armazenar o potássio metálico, e a tubulação isolada ou traçada a vapor pode manter o metal em uma forma líquida e permitir que ele flua para a unidade de processo. O potássio líquido pode ser medido diretamente no tubo que contém a alimentação de EB/vapor para o reator de desidrogenação, tal como a corrente 42, de acordo com a ilustração na Figura 1, por exemplo. O potássio ferve a aproximadamente 759°C. Geralmente, a alimentação para o reator de desidrogenação está a uma temperatura na faixa de 500°C a cerca de 650°C. A temperatura do processo do EB/vapor é alta o suficiente para manter o potássio fundido, mas não quente o suficiente para ferver o potássio.

[0024] O potássio metálico pode ser pulverizado ou atomizado com nitrogênio, ou outro gás inerte apropriado, através de um bico na mistura de alimentação de EB/vapor, por exemplo. Como o potássio metálico não será fervido ou vaporizado na tubulação que leva ao bico, ele não deixará nenhum depósito incrustante que possa obstruir a linha. A taxa de alimentação esperada de potássio no sistema pode ser, por exemplo, de 50 a 1000 g/h, dependendo do tamanho do reator e do teor de catalisador e, portanto, a taxa de alimentação pode ser controlada com componentes comumente disponíveis.

[0025] Em outras concretizações, uma solução de um sal de potássio ou hidróxido de potássio pode ser injetada na corrente de EB/vapor a montante do reator 26. Os sais de potássio dissolvidos em água podem começar a ferver ou podem vaporizar principalmente no tubo que leva ao bico de injeção, resultando em depósitos de sal de potássio ou hidróxido de potássio precipitado na tubulação, obstruindo o sistema. O ponto de ebulição de uma solução a 50% em peso de KOH em água é de cerca de 145°C, que é muito mais frio do que a temperatura de 500°C a 650°C da alimentação para o reator. No entanto, de acordo com as concretizações neste documento, uma solução de potássio é injetada na alimentação do reator por meio de um tubo isolado, mantendo a solução de potássio a uma temperatura suficientemente baixa de modo que a solução não ferva e o bico não obstrua.

[0026] Um fluxograma simplificado de um sistema 50 para injetar uma solução de potássio, sem ferver a solução, é ilustrado na Figura 2. A alimentação de EB/vapor principal 8 está atravessando o tubo 7 em direção à entrada do reator 6. Uma solução de potássio 1 é alimentada através de um conjunto de bico de injeção, que pode incluir um tubo de alimentação 4, bico 5 e invólucro 2 e isolamento 3. A camada de isolamento 3 envolve e mantém a temperatura da solução de potássio dentro do tubo de alimentação 4 a uma temperatura abaixo de seu ponto de ebulição em todo o caminho até o bico 5, onde a solução líquida é atomizada na alimentação de EB/vapor 8. Como a solução de potássio é mantida como um líquido dentro do tubo 4 até o bico 5, a incrustação do bico pode ser minimizada ou eliminada.

[0027] O tipo de isolamento e a espessura da camada de isolamento necessária para evitar a ebulição da solução de potássio dependerá do sal ou composto de potássio usado, bem como da taxa de fluxo esperada da solução que se desloca pelo tubo até o bico de injeção. Soluções de ebulição mais altas e taxas de fluxo mais altas das soluções exigirão menos isolamento. A taxa de fluxo da solução pode ser usada para direcionar a injeção de potássio na alimentação do reator a uma concentração entre 0,01 e 10 ppm em peso. Em algumas concretizações, a linha de alimentação de solução pode ser isolada. Em outras concretizações, a linha de alimentação de solução pode ser resfriada por meio da troca de calor com água ou outros meios de troca de calor frios ou refrigerantes, como via traceamento térmico (heat exchange tracing), por exemplo, onde o traceamento térmico pode incluir tubulação anular ou bobinas enroladas em torno do tubo de alimentação da solução. A tubulação ou bobinas anulares podem envolver a linha de alimentação de solução pelo menos próximo ao local de injeção de EB, vapor ou EB/vapor, como pelo menos dentro de alguns pés, para impedir qualquer troca de calor com a alimentação e tubulação de EB, vapor ou EB/vapor significativamente mais quente.

[0028] Conforme descrito acima, o sistema tal como ilustrado na Figura 2 pode ser usado para injetar continuamente ou intermitentemente uma solução de potássio na corrente de alimentação. Um tubo 4 incluindo uma camisa 2 também pode ser usado, onde um meio de troca de calor 3 é circulado através dos tubos para manter a solução de potássio como um líquido até o bico de injeção 5. Um técnico no assunto, com base nas discussões acima, pode também imaginar uma camisa 2 sendo usada para fornecer um meio de aquecimento 3 na região anular, tal como traceamento a vapor, para manter o metal de potássio fundido até o bico de injeção 5. A injeção intermitente pode incluir uma descarga contínua de água, mantendo assim o movimento de um uma solução ou fluido através do tubo 4.

[0029] Tanto para a injeção de potássio fundido quanto para a injeção da solução de potássio, é importante garantir também que a solução ou o potássio vaporize e se misture com a alimentação do reator. Por conseguinte, o ângulo de pulverização do bico pode ser configurado para propiciar uma boa distribuição, bem como para atomizar o metal ou solução injetada com um tamanho de partícula apropriado para mistura e vaporização sem que haja acúmulo na parede do tubo de alimentação de EB/vapor.

[0030] Em algumas concretizações, pode haver um único bico de pulverização central 5 disposto no centro do tubo de alimentação de EB/vapor. Em outras concretizações, múltiplos bicos de injeção podem estar localizados em torno da circunferência do tubo, pulverizando em direção ao centro da linha de alimentação; esta pode ser uma boa forma de distribuir o potássio nos casos em que o diâmetro do tubo de alimentação é muito grande (várias polegadas). Em ambas as concretizações, no entanto, os bicos de pulverização devem ser orientados de modo que a solução de sal ou metal fundido seja mantido longe da parede do tubo, o máximo possível, a fim de minimizar depósitos e corrosão.

[0031] Em algumas concretizações, verificou-se que é vantajoso utilizar soluções bastante diluídas de sal de potássio ou hidróxido de potássio. Por exemplo, soluções de 0,02 a 0,5% em peso podem ser usadas. Embora pareça contraintuitivo, como o ponto de ebulição da solução pode ser menor do que aquela para uma solução concentrada, verificou-se que ter uma viscosidade de solução mais baixa ajudará a solução a pulverizar em gotas menores e se dispersar/vaporizar mais rapidamente. Ter uma baixa concentração de solução também significa que água pura ou essencialmente pura pode ser alimentada continuamente através do injetor para mantê-lo livre e limpo. O sal de potássio ou hidróxido de potássio também pode ser introduzido intermitentemente, em algumas concretizações, para manter a atividade do catalisador. Se a solução for bastante diluída, isso dificilmente afetaria as condições do processo. Além disso, uma solução diluída pode exigir uma taxa de fluxo mais alta para introduzir a mesma quantidade de potássio e, assim, os requisitos de isolamento para manter a solução de potássio abaixo de seu ponto de ebulição podem ser diminuídos.

[0032] Conforme descrito acima, as concretizações neste documento são direcionadas a um processo para desidrogenar um alquilbenzeno, tal como etilbenzeno, enquanto mantém a atividade do catalisador. O processo pode incluir a mistura de uma corrente de vapor e uma corrente de etilbenzeno para formar uma mistura de alimentação de alquilbenzeno/vapor. A mistura de alimentação de alquilbenzeno/vapor pode então ser alimentada a um reator de desidrogenação, contendo um catalisador promovido com metal alcalino, para desidrogenar uma porção do alquilbenzeno, tal como a desidrogenação de etilbenzeno para formar estireno.

[0033] Para manter uma atividade do catalisador promovido com metal alcalino, os processos de acordo com as concretizações deste documento incluem injetar um líquido, selecionado de um líquido de metal alcalino, um líquido de composto de metal alcalino ou uma solução líquida compreendendo um metal alcalino, em uma corrente de alimentação compreendendo pelo menos uma de uma corrente de vapor, uma corrente de alimentação de alquilbenzeno ou uma mistura de alimentação de alquilbenzeno/vapor. O líquido é injetado na corrente de alimentação como um líquido e o líquido vaporiza e se dispersa na corrente de alimentação a montante do reator de desidrogenação.

[0034] Em algumas concretizações, o catalisador promovido com metal alcalino compreende um catalisador promovido com potássio. O catalisador promovido com metal alcalino pode incluir um catalisador de desidrogenação à base de ferro em algumas concretizações. Numerosos exemplos de catalisadores à base de ferro adequados são descritos no documento US5739071, tais como vários catalisadores incluindo Fe2Os promovido com potássio, por exemplo. Outros sistemas de catalisador também podem se beneficiar dos métodos de injeção divulgados aqui, como a injeção de vanádio ou compostos de vanádio em um reator de anidrido maleico, por exemplo.

[0035] Em algumas concretizações, o metal alcalino é injetado como uma solução líquida. A solução líquida pode ser, por exemplo, uma solução muito diluída de um composto de metal alcalino ou sal de metal alcalino em água. Por exemplo, uma solução líquida contendo um metal alcalino pode ser uma solução aquosa incluindo 0,01 a 1,0% em peso, tal como 0,02 a 0,5% em peso de metal alcalino em água.

[0036] Os sistemas de injeção neste documento podem ser configurados para manter o líquido (isto é, o metal alcalino, o líquido de composto de metal alcalino ou a solução líquida compreendendo um metal alcalino) em um estado líquido de um ponto a montante da injeção ao bico de injeção. O sistema de injeção pode então ser usado para dispersar o líquido através do bico de injeção e para formar gotas de líquido dispersas na corrente de alimentação, ponto em que o líquido injetado pode se dissolver ou evaporar na corrente de alimentação em forma de vapor.

[0037] Em várias concretizações, o bico de injeção pode ser configurado para dispersar gotas do líquido, onde as gotas podem ter um tamanho de partícula inicial de 100 micra ou menos, 75 micra ou menos, ou 50 micra ou menos. Como se pode compreender, o tamanho de partícula das gotas pode diminuir à medida que o líquido é disperso e se dissolve no vapor ou evapora de outra forma. Consequentemente, o tamanho de partícula "inicial" se refere ao tamanho das partículas de gota conforme elas são ejetadas do bico de injeção.

[0038] Em algumas concretizações, o bico de injeção pode ser disposto centralmente dentro da corrente de alimentação (como próximo a um eixo longitudinal do tubo da corrente de alimentação). Em outras concretizações, o líquido pode ser disperso através de dois ou mais bicos de injeção localizados circunferencialmente em torno da corrente de alimentação, onde os bicos são configurados para pulverizar em co-corrente com a alimentação (como EB, vapor ou EB/vapor) e em direção a um centro da corrente de alimentação. A injeção em co-corrente permite que os líquidos sejam puxados para jusante com a mistura de vapor/hidrocarboneto significativamente maior sendo alimentada ao reator. Além disso, a injeção em co-corrente pode ser configurada para evitar a pulverização direta do líquido nas paredes da tubulação, minimizando assim o acúmulo de gotas de líquido na tubulação de transferência.

[0039] A manutenção ou restauração da atividade do catalisador pode exigir injeção contínua de um metal alcalino ou composto de metal alcalino em algumas concretizações. Em outras concretizações, a manutenção ou restauração da atividade do catalisador pode exigir apenas injeção intermitente do metal alcalino ou composto de metal alcalino. Em algumas concretizações, por exemplo, os processos neste documento podem incluir alternar a injeção do líquido e a injeção de uma corrente de água pura através do bico de injeção. Em outras palavras, o processo pode incluir interromper intermitentemente a injeção do líquido e, em vez disso, injetar água pura através do bico de injeção. A injeção de água pode ser realizada de forma semelhante, onde a água é mantida na forma líquida até o bico de injeção que distribui a água. A presença intermitente de uma corrente liquida de água pura pode ajudar a manter as paredes da tubulação e o bico de injeção limpos, removendo qualquer acúmulo de metal alcalino ou composto de metal alcalino que possa ter ocorrido devido à operação normal ou a problemas.

[0040] Em algumas concretizações, o processo de injetar o líquido pode incluir atomizar o líquido com um gás inerte. Por exemplo, nitrogênio, dióxido de carbono, vapor, argônio ou outros gases considerados inertes para o sistema de reação de interesse podem ser usados. O gás inerte pode ser misturado com o líquido imediatamente a montante ou dentro do bico de distribuição, aumentando a dispersão do líquido no tubo de transferência de vapor/hidrocarboneto com um tamanho de partícula inicial desejado.

[0041] Após a dispersão das gotas na corrente de alimentação de vapor ou de vapor/hidrocarboneto, as gotas podem evaporar e se dispersar como um vapor na corrente de alimentação. A vaporização completa do líquido a montante da entrada do reator é desejável a fim de distribuir o metal alcalino ou composto de metal alcalino ao longo dos leitos do catalisador e evitar a deposição de líquido apenas nas partículas de catalisador próximas à entrada. Em algumas concretizações, por exemplo, verificou-se que a evaporação do líquido pode ser realizada a uma distância de cerca de 5 metros, 10 metros ou 15 metros, dependendo da atomização e do tamanho de partícula inicial, temperaturas da corrente, tamanho de partícula inicial da gota de líquido e outros fatores facilmente reconhecíveis por um técnico no assunto. Por conseguinte, o conjunto de bico de injeção e os componentes associados podem estar localizados a uma distância apropriada a montante da entrada do reator, tal como pelo menos 5 metros a montante da entrada do reator, pelo menos 10 metros a montante da entrada do reator, ou pelo menos 15 metros a montante da entrada do reator, em várias concretizações. Em algumas concretizações, o bico de injeção está localizado em uma corrente de alimentação principal de etilbenzeno/vapor a uma distância entre cerca de 5 metros e 10 metros a montante da entrada do reator de desidrogenação.

[0042] Em outras concretizações, tal como quando o líquido pode ser injetado em uma linha de vapor principal 40, por exemplo, é preferível que o líquido vaporize e se disperse na corrente bem antes de qualquer porção de mistura, curvas ou outras porções do sistema de tubulação. A introdução do líquido a uma distância muito curta antes de tais porções do sistema de tubulação pode resultar em choque direto dos líquidos atomizados, resultando em acúmulo indesejado, fluxo restrito e/ou entupimento dos componentes da tubulação. Por conseguinte, o conjunto de bico de injeção e os componentes associados podem estar localizados em um trecho reto do tubo a uma distância apropriada a montante de uma curva, porção em T ou outros componentes de tubulação, tal como pelo menos 5 metros a montante dos componentes de tubulação, pelo menos 10 metros a montante dos componentes da tubulação, ou pelo menos 15 metros a montante dos componentes da tubulação, em várias concretizações.

[0043] As concretizações neste documento também são direcionadas a um sistema para manter a atividade do catalisador em um reator. O sistema pode incluir uma corrente de alimentação de líquido, como uma corrente de alimentação de álcali líquida. A corrente de alimentação de álcali líquida pode ser configurada para manter, em um estado líquido, uma alimentação de álcali líquida selecionada de pelo menos um de um metal alcalino, um líquido de composto de metal alcalino e uma solução líquida compreendendo um metal alcalino. O sistema também pode incluir um bico de injeção para injetar a alimentação de álcali líquida, como um líquido, em uma corrente de alimentação de processo selecionada de uma corrente de vapor, uma corrente de alimentação de alquil aromático (etilbenzeno) e uma corrente de alimentação de alquil aromático (etilbenzeno)/vapor, para formar uma alimentação contendo álcali a montante de um reator. Os sistemas descritos aqui também podem incluir um reator de desidrogenação contendo um catalisador promovido com metal alcalino e tendo uma entrada para receber a alimentação contendo álcali ou uma mistura compreendendo a alimentação contendo álcali.

[0044] Sistemas de acordo com concretizações neste documento podem incluir uma corrente de alimentação alcalina que é traçada a vapor, isolada ou traçada a refrigerante de modo a manter a alimentação de álcali como um líquido a montante do bico de injeção. Em algumas concretizações, o bico de injeção pode ser disposto próximo a um centro axial da corrente de alimentação de processo. Em outras concretizações, dois ou mais bicos de injeção podem ser dispostos circunferencialmente em torno da corrente de alimentação de processo.

[0045] Os sistemas aqui podem incluir também uma corrente de alimentação de água fluidicamente conectada ao bico de injeção. Os sistemas de controle e válvulas associadas também podem ser usados para injetar intermitentemente uma corrente de alimentação de água líquida no lugar da corrente de alimentação de álcali. Por exemplo, o sistema de controle pode ser configurado para alternar a alimentação da alimentação de álcali líquida e da corrente de alimentação de água ao bico de injeção.

[0046] EXEMPLO

[0047] A injeção de uma solução de hidróxido de potássio em água (1996 ppm de KOH em água, em peso) foi simulada. A solução foi simulada como sendo injetada em um tubo que conduz a alimentação de vapor principal para o reator, onde a solução foi injetada com um tamanho de gota de 75 micra. Com uma temperatura da linha de vapor principal simulada a 860°C, determinou-se que as gotas evaporariam em cerca de 21,9 pés de percurso através do tubo. O tamanho de gota simulado é ilustrado na Figura 2, onde os traços de partícula são coloridos pelos tempos de residência das partículas.

[0048] Conforme descrito acima, as concretizações neste documento podem proporcionar a manutenção da atividade do catalisador pela injeção de um agente líquido em uma corrente de alimentação em forma de vapor. As concretizações neste documento entregam vantajosamente o agente líquido, como um líquido, à corrente de alimentação em forma de vapor, minimizando assim o acúmulo de sais ou metais dentro e ao redor do sistema de injeção e da tubulação associada.

[0049] Embora descritos acima em relação à desidrogenação de etilbenzeno, os sistemas de injeção divulgados neste documento podem ser usados para outras aplicações onde uma pequena quantidade de componente não volátil precisa ser injetada em uma fase gasosa. Por exemplo, os sistemas descritos aqui podem ser usados para injetar pequenas quantidades de vanádio na alimentação de um reator de anidrido maleico.

[0050] Ainda que a divulgação inclua um número limitado de concretizações, os técnicos no assunto, tendo o benefício desta divulgação, compreenderão que outras concretizações podem ser concebidas sem se afastarem do escopo da presente divulgação. Consequentemente, o escopo deve ser limitado apenas pelas reivindicações anexas.

Claims (17)

1. PROCESSO PARA MANTER A ATIVIDADE CATALÍTICA EM UM REATOR DE DESIDROGENAÇÃO DE ETILBENZENO, o processo caracterizado por compreender: injetar um líquido (1) compreendendo um composto de rejuvenescimento de catalisador em uma corrente de alimentação em forma de vapor que compreende um inerte e/ou um reagente a montante de uma entrada de um reator (6); vaporizar e dispersar o líquido na corrente de alimentação em forma de vapor dentro de um tubo de fluxo (7) a montante do reator para formar uma mistura em forma de vapor compreendendo o composto de rejuvenescimento de catalisador e um ou ambos os compostos, um inerte ou um reagente; e colocar os catalisadores contidos no reator em contato com o composto de rejuvenescimento de catalisador em forma de vapor para aumentar uma atividade dos catalisadores dentro do reator; em que o processo compreende ainda manter o líquido (1) em um estado líquido a montante da injeção.

2. PROCESSO DE DESIDROGENAÇÃO DO ETILBENZENO, caracterizado por compreender: o processo conforme definido na reivindicação 1, em que o reagente compreende uma corrente de etilbenzeno, o reator de desidrogenação (26) e o composto de rejuvenescimento de catalisador ser selecionado de um líquido de metal alcalino, um líquido de composto de metal alcalino ou uma solução líquida compreendendo um metal alcalino; misturar uma corrente de vapor (40) e uma corrente de etilbenzeno (24/25) para formar uma mistura de alimentação de etilbenzeno/vapor (8); alimentar a mistura de alimentação de etilbenzeno/vapor (8) a um reator de desidrogenação (26) contendo um catalisador promovido com metal alcalino para converter uma porção do etilbenzeno em estireno; em que a injeção do líquido (1) ser realizada na corrente de alimentação de vapor que compreende uma ou mais correntes de vapor, a corrente de etilbenzeno (24/25) ou a mistura de alimentação etilbenzeno/vapor (8).

3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo catalisador promovido com metal alcalino compreender um catalisador promovido com potássio.

4. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela solução líquida compreendendo um metal alcalino compreender 0,02 a 0,5% em peso de um metal alcalino em água.

5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela injeção compreender: manter o líquido (1) em um estado líquido de um ponto a montante da injeção a um bico de injeção (5); e dispersar o líquido (1) através do bico de injeção (5) para formar gotas de líquido dispersas na corrente de alimentação; e evaporar o líquido (1) na corrente de alimentação.

6. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelas gotas dispersas terem um tamanho de partícula inicial de 75 micra ou menos.

7. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender ainda alternar a injeção do líquido (1) e a injeção de uma corrente de água pura através do bico de injeção (5).

8. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela injeção compreender atomizar o líquido (1) com um gás inerte.

9. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela evaporação compreender evaporar as gotas dispersas na corrente de alimentação a uma distância de cerca de 10 metros.

10. SISTEMA PARA MANTER A ATIVIDADE DO CATALISADOR EM UM REATOR DE DESIDROGENAÇÃO DE ETILBENZENO, o sistema caracterizado por compreender: uma corrente de alimentação de álcali líquida configurada para manter, em um estado líquido, uma alimentação de álcali líquida selecionada dede pelo menos um de um metal alcalino, um líquido de composto de metal alcalino e uma solução líquida compreendendo um metal alcalino, ou combinações dos mesmos; um bico de injeção (5) para injetar a alimentação de álcali líquida como um líquido em uma corrente de alimentação de processo selecionada de uma corrente de vapor, uma corrente de alimentação de etilbenzeno e uma corrente de alimentação de etilbenzeno/vapor (8) para formar uma alimentação contendo álcali; e um reator de desidrogenação (26) contendo um catalisador promovido com metal alcalino e tendo uma entrada para receber a alimentação contendo álcali ou uma mistura compreendendo a alimentação contendo álcali; em que o bico de injeção (5) ser projetado para limitar a transferência de calor para a alimentação de álcali líquida, de modo que a alimentação de álcali líquida, introduzida como gotículas, não ferva até passar pelo bico de injeção (5) e para a corrente de vapor, na corrente de alimentação de etilbenzeno ou na corrente de alimentação de etilbenzeno/vapor (8).

11. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo bico de injeção (5) ser disposto próximo a um centro axial da corrente de alimentação de processo.

12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo bico de injeção (5) compreender dois ou mais bicos de injeção dispostos circunferencialmente em torno da corrente de alimentação de processo.

13. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo bico de injeção (5) ser configurado para dispersar a alimentação de álcali líquida na forma de gotas com um tamanho de partícula inicial de 75 micra ou menos.

14. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo bico de injeção (5) ser configurado para ser conectado fluidicamente a uma corrente de alimentação de água e o sistema compreender ainda um sistema de controle configurado para alimentar alternadamente a corrente de alimentação de álcali líquida e a corrente de alimentação de água ao bico de injeção (5).

15. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo bico de injeção (5) ser conectado fluidicamente a uma corrente de alimentação de gás inerte.

16. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo bico de injeção (5) estar localizado em uma corrente de alimentação principal de etilbenzeno/vapor (8) a uma distância entre cerca de 5 metros e 10 metros a montante do reator de desidrogenação (26).

17. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo bico de injeção (5) ser configurado para manter uma pulverização de gotas de líquido dentro de uma porção central da corrente de alimentação de processo.