BRPI0418905B1 - Processo para recuperar catalisador de metal de uma corrente de purga de oxidador - Google Patents
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Description
“PROCESSO PARA RECUPERAR CATALISADOR DE METAL DE UMA CORRENTE DE PURGA DE OXIDADOR” CAMPO DA INVENÇÃO
Esta invenção está relacionada à recuperação de catalisador de metal de uma corrente de purga de oxidador produzida na síntese de ácido carboxílico, tipicamente o ácido terefitálico, enquanto utilizando fíltração sob pressão. Mais particularmente, o processo envolve a combinação de água com um líquido mãe para recuperar o catalisador de metal e submetendo em seguida a mistura aquosa assim formada a um estágio único de extração, com um solvente de extração, para remover as impurezas orgânicas, produzindo uma corrente de extrato e uma corrente de refinado compreendendo o catalisador de metal.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO O ácido tereftálico é produzido comercialmente pela oxidação do para-xileno, na presença de um catalisador tal como, por exemplo, Co, Mn, Br, e um solvente. O ácido tereftálico usado na produção de fibras de poliéster, em filmes e resinas, precisa ser tratado adicionalmente para remover as impurezas formadas como resultado da oxidação do para-xileno. O ácido tereftálico (TPA) é um intermediário na produção de poliésteres para aplicações em plásticos e fibras. Os processos comerciais para a fabricação do TPA são baseados com freqüência na oxidação do p- xileno catalisada com metal pesado, e em geral com um promotor brometo em um solvente de ácido acético. Devido à solubilidade limitada do TPA no ácido acético nas condições práticas de oxidação, uma suspensão de cristais de TPA é formada, usualmente, no reator de oxidação. Tipicamente, a suspensão de oxidador do TPA é removida do reator de TPA e os sólidos separados do líquido mãe de oxidador com o uso de técnicas convencionais de separação sólido-líquido. O líquido mãe de oxidador, o qual contém a maior parte do catalisador e do promotor usados no processo, é reciclado para o reator de oxidação. Além do catalisador e do promotor, a corrente de líquido mãe de oxidador contém ainda TPA dissolvido e muitos sub-produtos e impurezas. Esses sub-produtos e impurezas se originam parcialmente de impurezas mínimas presentes na corrente de alimentação de p-xileno. Outras impurezas se originam devido à oxidação incompleta do p-xileno, resultando em produtos parcialmente oxidados. Ainda outros sub-produtos resultam de reações colaterais competitivas formadas como resultado da oxidação do p- xileno a ácido tereftálico. As patentes que divulgam a produção de ácido tereftálico tais como as Patentes US Nos. 4.158.738 e 3.996.271, são aqui incorporadas como referencia, na sua totalidade, ate o ponto em que elas não venham a contradizer o aqui estabelecido.
Os sólidos de TPA sofrem uma separação sólido-líquido na qual é utilizado solvente fresco para deslocar uma grande parte do componente líquido do líquido mãe de oxidador. Após uma secagem, os sólidos de TPA estão contaminados com impurezas que se achavam presentes no líquido mãe de oxidador, uma vez que essas impurezas podem estar incorporadas nos sólidos de TPA. As impurezas estão presentes também devido a oclusões na estrutura do cristal de TPA e devido à remoção incompleta do líquido mãe de oxidador pela lavagem com solvente fresco.
Muitas das impurezas na corrente de líquido mãe de oxidador, que são recicladas, são relativamente inertes à uma oxidação adicional. Essas impurezas incluem, por exemplo, acido isoftalico, acido ftalico e acido trimelítico. Impurezas que podem sofrer uma oxidação adicional se acham presentes também, como por exemplo, 4-carboxibenzaldeído, ácido p-toluico e p-tolualdeído. As impurezas inertes à oxidação tendem a acumular do líquido mãe de oxidador pelo reciclo. A concentração dessas impurezas inertes vai aumentar no líquido mãe de oxidador até que um equilíbrio seja alcançado, onde a razão de remoção de cada impureza por meio do TPA produto se acha em balanço com a razão de formação e a razão de adição ao processo de oxidação. O nível normal de impurezas no TPA bruto comercial toma o mesmo impróprio para uso direto na maioria das aplicações para polímeros.
Da forma convencional, o TPA bruto tem sido purificado, ou pela conversão ao dimetil éster, ou pela dissolução em água e subsequente hidrogenação sobre catalisadores padrão para hidrogenação. Mais recentemente, tratamentos oxidantes secundários têm sido usados para produzir TPA grau-polímero. É desejável minimizar a concentração de impurezas no líquido mãe e deste modo facilitar uma subseqiiente purificação do TPA. Em alguns casos não é possível produzir TPA purificado, grau- polímero, a menos que algum meio para remoção das impurezas do líquido mãe de oxidador seja utilizado.
Uma técnica para remoção de impurezas da corrente de reciclo, usada comumente em processamentos na indústria química, é remover ou “purgar” uma parte da corrente de reciclo. De modo típico, a corrente de purga é simplesmente descartada ou, caso seja economicamente justificável, submetida a diversos tratamentos para remover as impurezas indesejáveis enquanto são recuperados componentes valiosos. Um exemplo é a Patente US No. 4.939.297, incorporada aqui na sua totalidade até o ponto em que ela não venha a contrariar o aqui estabelecido. A quantidade de purga requerida para o controle das impurezas é dependente do processo; no entanto, uma quantidade de purga igual a 10-40% do total da corrente de líquido mãe de oxidador é usualmente suficiente para produzir TPA adequado como matéria prima para fabricação de polímero comercial. Na produção de TPA, o percentual de purga da corrente de líquido mãe de oxidador necessário para manter concentrações aceitáveis de impurezas, acoplado ao valor econômico do catalisador de metal e os componentes solvente na corrente de purga de oxidador, tomam o simples descarte da corrente de purga de oxidador economicamente não-atraente. Assim sendo, existe a necessidade para um processo que venha a recuperar essencialmente todos os catalisadores de metal e o ácido acético, valiosos, contidos na corrente de purga de oxidador, removendo ao mesmo tempo uma grande parte das impurezas presentes na corrente de purga de oxidador. O catalisador de metal pode ser recuperado em uma forma ativa apropriada para reutilização, pela reciclagem diretamente para a etapa de oxidação do p-xileno.
Esta invenção é uma melhoria marcante em relação ao processo típico de purga. Algumas das vantagens são: 1) operabilidade e confiabilidade acentuadas devido à redução do potencial de entupimentos; 2) redução no uso de energia como um todo; 3) redução da quantidade de água para a etapa de extração com solvente. A invenção acentua a eficácia da remoção das impurezas do processo, bem como a operabilidade do processo, se comparado com os processos existentes. Em adição, deverá ser observado que esta invenção não se aplica somente ao processo para TPA bruto, mas também a qualquer processo que venha a produzir uma corrente de purga de oxidador onde a recuperação do catalisador de metal seja necessária.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Esta invenção está relacionada à remoção de impurezas e à recuperação de um catalisador de metal de uma corrente de purga de oxidador, produzida na síntese de ácidos carboxilicos, tipicamente ácido tereftálico. De um modo mais particular, o processo envolve a combinação de água com um líquido mãe para recuperar o catalisador de metal e, em seguida, submetendo a mistura aquosa assim formada a um único estágio de extração, com um solvente de extração, para produzir uma corrente de extrato e uma corrente de refinado que compreende o catalisador de metal. É um objeto desta invenção proporcionar um processo para recuperar uma corrente de catalisador de metal de uma corrente de purga de oxidador, através do uso de filtro sob pressão. É ainda outro objeto desta invenção proporcionar um processo para remoção de impurezas e recuperação de uma corrente de catalisador de metal, de uma corrente de purga de oxidador, produzida na síntese de ácido carboxílico, processo esse que incorpora o uso de filtro sob pressão.
Em uma primeira forma de realização desta invenção, é proporcionado um processo. O processo compreende: (a) filtrar uma suspensão de purga super-concentrada, em uma zona de separação sólido-líquido, para formar uma torta de filtro e um líquido mãe; (b) lavar a dita torta de filtro com uma alimentação de lavagem, na dita zona de separaçao solido-liquido, para formar uma torta lavada e um filtrado de lavagem; e, opcionalmente, remover a agua da dita torta de filtro na dita zona de separação sólido-líquido para formar uma torta com a água removida; onde a dita zona de separação sólido-líquido compreende pelo menos um dispositivo para filtração sob pressão.
Em outra forma de realização da invenção, é proporcionado um processo. O processo compreende: (a) submeter uma corrente de purga de oxidador compreendendo um ácido carboxílico, um catalisador de metal, impurezas, água e um solvente, a uma evaporação em uma primeira zona de evaporador para produzir uma corrente de vapor e uma suspensão concentrada de purga, e (b) submeter a dita suspensão concentrada de purga a uma evaporação em uma segunda zona de evaporador para produzir uma corrente rica em solvente e uma suspensão super-concentrada de purga, onde a dita segunda zona de evaporador compreende uma zona de evaporador operada a uma temperatura de cerca de 20°C a cerca de 70°C; (c) filtrar a dita suspensão super-concentrada de purga, em uma zona de separação sólido-líquido, para formar uma torta de filtro e um líquido mãe; (d) lavar a dita torta de filtro com uma alimentação de lavagem, na dita zona de separação sólido-líquido, para formar uma torta lavada e um filtrado de lavagem; e, de modo opcional, remover a água da dita torta lavada, na dita zona de separação sólido-líquido, para formar uma torta com a água removida; onde a dita zona de separação sólido-líquido compreende pelo menos um dispositivo para filtração sob pressão.
Em outra forma de realização da invenção, é proporcionado um processo para recuperar um catalisador de metal de uma corrente de purga de oxidador. O processo compreende: (a) submeter a dita corrente de purga de oxidador, compreendendo um ácido carboxilico, o dito catalisador de metal, impurezas, água e um solvente, a uma evaporação em uma primeira zona de evaporador, para produzir uma corrente de vapor e uma suspensão concentrada de purga; (b) submeter a dita suspensão concentrada de purga, em uma segunda zona de evaporador, para formar uma corrente rica em solvente e uma suspensão super-concentrada de purga; (c) filtrar a suspensão super-concentrada de purga em uma zona de separação sólido-líquido para formar uma torta de filtro e um líquido mãe; (d) lavar a dita torta de filtro com uma alimentação de lavagem, na dita zona de separação sólido-líquido, para formar uma torta lavada e um filtrado de lavagem; e, de modo opcional, remover a água da dita torta lavada na dita zona de separação sólido-líquido, para formar uma torta com a água removida; onde a dita zona de separação sólido-líquido compreende pelo menos um dispositivo para filtração sob pressão; (e) misturar em uma zona de mistura, água, e opcionalmente um solvente de extração, com o dito líquido mãe e todo ou parte do dito filtrado de lavagem para formar uma mistura aquosa; (f) colocar em contato um solvente de extração com a dita mistura aquosa, em uma zona de extração, para formar uma corrente de extrato e uma corrente de refinado; e (g) separar a dita corrente de extrato, em uma zona de separação, para formar uma corrente de impurezas orgânicas com alto ponto de ebulição, e uma corrente de solvente de extração recuperado.
Estes objetos, e outros objetos, tomar-se-ão mais evidentes para outras pessoas com uma especialização normal nesta tecnologia apos a leitura desta divulgação.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS A Figura 1 ilustra diferentes formas de realização da invenção onde um processo para recuperar um catalisador de metal de uma corrente de purga de oxidador 101, e um processo para separar impurezas orgânicas de uma suspensão super-concentrada de purga 145 são proporcionados. A Figura 2 ilustra uma forma de realização da invenção do processo, que ocorre na zona de separação sólido-liquido 151, a qual compreende uma zona de filtração 153, uma zona de lavagem 155 e, opcionalmente, uma zona de remoção de água 157. A Figura 3 ilustra uma forma de realização da invenção onde um filtro rotativo de tambor, sob pressão, é utilizado na zona de separação sólido-líquido.
DESCRICÃQ DA INVENÇÃO
Em uma forma de realização da invenção, um processo para recuperar um catalisador de metal de uma corrente de purga de oxidador 101 é proporcionado, conforme mostrado na Figura 1 e na Figura 2. O processo compreende as seguintes etapas. A etapa (a) compreende submeter uma corrente de purga de oxidador 101 a uma evaporação em uma primeira zona de evaporação 121, para produzir uma corrente de vapor 104 e uma suspensão concentrada de purga 105. A corrente de purga de oxidador 101 é retirada de um processo de síntese oxidante de ácido carboxílico. A corrente de purga de oxidador 101 serve como a corrente de alimentação para o presente processo. A corrente de purga de oxidador 101 compreende ácido carboxílico, água, um solvente, catalisador de metal e impurezas. As impurezas compreendem brometos orgânicos, metais de corrosão, sub-produtos da oxidação do p-xileno, e impurezas derivadas como resultado de impurezas no p-xileno. Os brometos orgânicos poderão ser usados como promotores na reação de oxidação. Os exemplos de metais de corrosão são compostos de ferro e cromo, os quais inibem, reduzem ou destroem inteiramente a atividade do catalisador de metal. Além do catalisador e do promotor, a corrente de líquido mãe de oxidador contém também sub-produtos e impurezas. Esses sub-produtos e impurezas se originam em parte de pequenas impurezas presentes na corrente de alimentação de p-xileno. Outras impurezas se originam de uma oxidação incompleta do p-xileno, o que resulta em produtos parcialmente oxidados.
Ainda outros sub-produtos resultam de reações colaterais competitivas na oxidação do p-xileno a ácido tereftálico.
Os ácidos carboxílicos incluem ácidos carboxílicos aromáticos produzidos através da oxidação controlada de um substrato orgânico. Esses ácidos carboxílicos aromáticos incluem compostos com pelo menos uma grupo ácido carboxílico fixado a um átomo de carbono que é parte de um anel aromático, possuindo de preferencia pelo menos 6 átomos de carbono, e ainda mais preferido possuindo somente átomos de carbono. Os exemplos apropriados desses anéis aromáticos incluem, mas não se limitam a, benzeno, bifenil, terfenil, naftaleno, e outros anéis aromáticos fundidos, à base de carbono. Os exemplos de ácidos carboxílicos apropriados incluem, mas não se limitam a, ácido tereftálico, ácido benzóico, ácido p-tolúico, ácido isoftálico, ácido trimelítico, ácido naftaleno dicarboxílico, ácido 2,5-difenil-tereftálico, e misturas dos mesmos.
Os solventes apropriados incluem, mas não se limitam a, ácidos monocarboxílicos alifáticos, contendo de preferência de 2 a 6 átomos de carbono, ou ácido benzóico e as misturas dos mesmos, e as misturas desses compostos com água. De preferência, o solvente é ácido acético misturado com água, em uma relação de cerca de 5:1 a cerca de 25:1, sendo mais preferido entre cerca de 8:1 e cerca de 20:1. Ao longo de toda esta especificação o ácido acético será referido como o solvente. No entanto, deve ser observado que outros solventes apropriados, tais como aqueles precedentemente divulgados, poderão ser utilizados também.
Na primeira etapa do presente processo, a corrente de purga de oxidador 101 é concentrada por meios convencionais, em uma primeira zona de evaporador 121 que compreende um evaporador, para produzir uma corrente de vapor 104 e uma suspensão concentrada de purga 105. O evaporador é operado em condições atmosféricas ou ligeiramente sobre- atmosféricas, em geral de cerca de 1 atm a cerca de 10 atm. A corrente de vapor 104 compreende uma parte maior de água e solvente, e a suspensão concentrada de purga 105 compreende o restante da água e do solvente não removidos da corrente de purga de oxidador 101. A evaporação remove de cerca de 50% em peso a cerca de 80% em peso do solvente e da água, tipicamente ácido acético e água, que se acham presentes na corrente de purga de oxidador 101. A etapa (b) submete a dita suspensão concentrada de purga 105 a uma evaporação, em uma segunda zona de evaporador 150, para produzir uma corrente rica em solvente 144 e a dita suspensão super- concentrada de purga 145. A segunda zona de evaporador 150 compreende pelo menos um evaporador operado em condições de vácuo. A evaporação pode ser conduzida a uma temperatura de cerca de 20°C a cerca de 70°C; outra faixa é de cerca de 30°C a cerca de 50°C. A combinação dos evaporadores 121 e 150 é operada de modo a concentrar a corrente de purga de oxidador, representada pela corrente 101, a uma condição onde cerca de 75% em peso a cerca de 99% em peso do solvente e da água, tipicamente ácido acético e água, são removidos. Outra faixa de operação para a combinação dos evaporadores 121 e 150, para concentrar a corrente de purga de oxidador representada pela corrente 101, para uma condição onde cerca de 85% em peso a cerca de 99% em peso do solvente e da água, tipicamente ácido acético e água, são removidos. Mais ainda, as faixas estabelecidas nesta divulgação e nas reivindicações que se seguem deverão ser entendidas como divulgando toda a faixa, especificamente, e não somente o(s) ponto(s) extremos(s). Por exemplo, a divulgação da faixa 0 a 10 deverá ser tomada para, especificamente, divulgar 2,2,5, 3,17 e todos os números incluídos, e não somente 0 e 10.
Em uma forma de realização da presente invenção, a condição da suspensão super-concentrada de purga 145 pode ser uma mistura sólido- líquido com somente o solvente suficiente para proporcionar a possibilidade de bombeamento. A etapa (c) compreende filtrar a suspensão super-concentrada de purga 145 em uma zona de separação sólido-líquido 151 para formar uma torta de filtro 154 e um líquido mãe 147; e A etapa (d) lavar a dita torta de filtro 154 com uma alimentação de lavagem 149 na dita zona de separação sólido-líquido 151 para formar uma torta lavada 146 e um filtrado de lavagem 148; e, opcionalmente, remover a água da dita torta lavada 146 na dita zona de separação sólido-líquido 151, para formar uma torta com a água removida 159; onde a dita zona de separação sólido-líquido 151 compreende pelo menos um dispositivo para filtração sob pressão; A suspensão super-concentrada de purga 145 é introduzida na zona de separação sólido-líquido 151 que compreende uma zona de filtração 153 e uma zona de lavagem 155 e, opcionalmente, uma zona de secagem 157, como mostrado na Figura 2. A zona de filtração 153 compreende uma célula de filtro, ou uma série de células de filtro, situadas fisicamente para permitir à torta de filtro 154 desenvolver uma distribuição por toda a área da célula de filtro de modo a impedir ou evitar a canalização da alimentação de lavagem 149 através da torta de filtro 154.
De modo apropriado, uma torta de filtro 154 com pelo menos 0,635 cm de profundidade a cerca de 20,3 cm de profundidade, sendo de preferência de pelo menos 1,27 cm de profundidade, e mais preferido de pelo menos 2,54 cm de profundidade, e ainda mais preferido cerca de 5,08 cm a cerca de 10,16 cm de profundidade é distribuída por toda a área da célula de filtro. A torta lavada 146 pode ser recuperada para um tratamento adicional, reciclada e/ou enviada para facilidades para tratamento de rejeitos.
Quando é obtida uma altura apropriada ou preferida para a torta de filtro 154, cerca de 1,27 cm a 10,16 cm, a torta de filtro deixa a zona de filtração 153, que compreende o filtro ou a série de filtros, e entra em uma zona de lavagem 155 onde a torta de filtro 154 é colocada em contato com uma alimentação de lavagem 149. Existe uma pressão suficiente através da torta de filtro 154 para permitir um reservatório ou um acúmulo da alimentação de lavagem 149 sobre a torta de filtro 154 até uma profundidade apropriada, de preferência até uma profundidade mínima de 0,635 cm. Um gradiente de pressão de pelo menos 3,45 kPa, de preferência de cerca de 34,5 kPa a cerca de 448,2 kPa, através da torta de filtro 154 e o reservatório de alimentação de lavagem 149 pode ser aplicado para deslocar qualquer soluto na torta de filtro 154 pela alimentação de lavagem 149.
Uma profundidade da torta de filtro 154 de pelo menos 1,27 cm é apropriada para obter uma torta de filtro 154 com uma compactação suficiente para proporcionar um veículo para lavagem, i.e., a torta de filtro 154 da qual um filtrado de lavagem 148, contendo o soluto da torta de filtro 154, pode ser removido de forma eficiente pela lavagem por deslocamento.
Caso a profundidade da torta de filtro 154 seja menor que cerca de 0,63 cm, uma canalização da alimentação de lavagem 149, na torta de filtro 154, poderá ocorrer, resultando em uma lavagem não-uniforme da torta de filtro 154.
Por causa da perda de eficiência na lavagem por deslocamento da torta de filtro 154, uma profundidade mínima da torta de filtro 154 de pelo menos 0,635 cm, de ácido tereftálico purificado, é preferida.
Uma altura mínima de líquido acima da superfície da torta de filtro 154 é requerida para assegurar que uma lavagem por deslocamento venha a ocorrer. Esta altura precisa ser suficiente para assegurar que a superfície da torta de filtro 154 seja completamente coberta com a alimentação de lavagem 149. Caso a superfície da torta de filtro 154 não seja coberta pela alimentação de lavagem 149, um desvio da alimentação de lavagem 149 poderá ocorrer sem que haja um adequado deslocamento do soluto na torta de filtro 154. Por causa de irregularidades na superfície da torta de filtro 154, uma altura mínima de líquido de cerca de 0,635 cm é preferida, acima da superfície da torta de filtro 154.
Foi verificado que o deslocamento do soluto da torta de filtro 154, usando a alimentação de lavagem 149 com alta pressão, permite uma eficiente separação dos metais do catalisador da torta de filtro 154. Um outro benefício da pressão elevada é a redução da alimentação de lavagem 149 requerida para recuperar cobalto, conforme mostrado nos exemplos. A utilização de estágios adicionais na zona de separação sólido-líquido 151 pode diminuir a quantidade de alimentação de lavagem 149 requerida para reduzir a quantidade total de catalisador de metal retida na torta de filtro 154. É conveniente portanto que um número apropriado de estágios para lavagem por deslocamento positivo seja usado para minimizar a alimentação de lavagem 149 total usada na lavagem por deslocamento, para reduzir a necessidade de facilidades para tratamento de rejeitos a jusante.
Deve ser entendido que múltiplos estágios no procedimento de lavagem por deslocamento podem substituir um procedimento de lavagem por deslocamento de um único estágio quando a quantidade da alimentação de lavagem 149 seja suficiente para obter pelo menos 80% de recuperação do catalisador de metal da suspensão super-concentrada 145, para o líquido mãe 147 e o filtrado de lavagem 148. Além disso, um procedimento que utiliza múltiplos estágios com lavagem em contra-corrente pode ser útil caso a redução da quantidade da alimentação de lavagem 149 seja determinada como sendo vantajosa.
No processo da atual invenção, a suspensão super-concentrada de purga 145 é introduzida em uma ou mais de uma série de células de filtro situadas fisicamente de modo a permitir que o requisito de espessura da torta de filtro 154 venha a se desenvolver.
Quando obtida a altura mínima da torta de filtro 154, cerca de 0,635 a cerca de 10,16 cm, a torta de filtro 154 deixa o filtro, ou a série de filtros, e entra em uma zona de lavagem 155 onde a torta de filtro 154 é lavada com uma alimentação de lavagem 149. Uma pressão pode ser então aplicada à alimentação de lavagem 149 para deslocar o soluto (i.e., o líquido e quaisquer compostos dissolvidos, tal como catalisador de metal, na torta de filtro) da torta de filtro 154. Pelo deslocamento do soluto com a alimentação de lavagem, a torta de filtro 154 pode ser descarregada da zona de filtração 155, por qualquer meio apropriado, e o ciclo repetido. Em uma forma de realização da invenção, a relação da alimentação de lavagem 149 para a descarga da torta de filtro 154 se acha dentro da faixa de cerca de 1:20 a cerca de 20:1, para reduzir o catalisador de metal na torta de filtro em mais de 95%. O equipamento para levar a efeito o requisito de ciclo de lavagem pode compreender uma série de células de filtro mantidas em uma posição apropriada de modo a permitir que uma inundação pela alimentação de lavagem 149 se desenvolva sobre as células de filtro. Em uma forma de realização da invenção, o equipamento apropriado pode compreender um filtro pressurizado de tambor rotativo, com múltiplas células de filtro, adaptado com meios para descarregar a torta lavada 146 das células de filtro. A torta de filtro 154 pode ser lavada tantas vezes conforme for requerido para que venha a desenvolver uma concentração mínima do catalisador de metal na torta lavada 146, antes de descarregar a torta lavada 146 do filtro de tambor rotativo.
Um filtro pressurizado apropriado que pode ser adaptado para o requerido pela atual invenção é o filtro pressurizado de tambor rotativo BHS-FEST™, da BHS-WERK, Sonthofen, D-8972, Sonthofen, Alemanha Ocidental, embora outros filtros pressurizados que possam levar a efeito a operação requerida podem ser usados também. Os exemplos de outros dispositivos que podem ser usados na zona de separação sólido-líquido 151 incluem, mas não se limitam a; filtros de correia sob pressão, filtros prensa, centrífugas, filtros de folhas sob pressão, e filtros de fluxo cruzado. O filtro pressurizado pode ser operado em uma temperatura e pressão suficientes para obter pelo menos 80% de recuperação do catalisador de metal do soluto no líquido mãe 147. De preferência o filtro pressurizado pode ser operado a uma temperatura de cerca de 25°C a cerca de 160°C, e uma pressão desde 1 atm até 50 atm.
Na operação do filtro BHS-FEST™, o tambor rotativo contém uma série de células de filtro localizadas na periferia do tambor rotativo. Na medida em que o tambor gira, as células de filtro recebem uma suspensão super-concentrada de purga 145 e uma torta de filtro 154 se acumula até a requerida profundidade. O líquido mãe 147 é produzido pela filtração da suspensão super-concentrada de purga 145. Pela rotação do tambor, a torta de filtro 154 entra em uma zona de lavagem 155 onde um reservatório de alimentação de lavagem 149 se acumula sobre a torta de filtro 154 até uma profundidade requerida. A pressão aplicada ao reservatório da alimentação de lavagem força a água através da torta de filtro 154, para deslocar o soluto (com catalisador de metal dissolvido) retido na suspensão super-concentrada de purga 145, para produzir uma torta lavada 146. Pela rotação continuada do tambor, o ciclo de lavagem pode ser repetido pelo menos mais três vezes, caso necessário, de uma forma em contra-corrente, após o que a pressão do sistema é liberada, com a conseqüente diminuição da temperatura, até as condições do ambiente. De modo opcional, a torta lavada 146 pode ter a água removida em uma zona para remoção de água 157, com um vapor através do duto 152, para produzir uma torta com a água removida 159 e um vapor úmido 160. A torta com a água removida resultante 159 pode ser então descarregada do tambor, por qualquer meio convencional. A Figura 3 ilustra uma forma de realização da invenção onde um filtro de tambor pressurizado rotativo é utilizado como o dispositivo de processo para filtração. Em uma forma de realização da invenção, o filtro de tambor pressurizado rotativo compreende uma zona de filtração 153, uma zona de lavagem 155, opcionalmente uma zona de remoção de água 157, uma zona de descarga 164 e uma zona de lavagem do pano 162. A zona de lavagem do pano mostrada na Figura 3 é uma forma de realização da invenção onde o filtro de tambor pressurizado rotativo compreende uma zona de lavagem do pano 162, onde os filtros são lavados apos a descarga da torta com a água removida 159. O filtrado da lavagem 148 é produzido pela lavagem por deslocamento da torta de filtro com a alimentação de lavagem 149. A torta de filtro 154, dentro da zona de separação sólido-líquido 151, sofre uma extração do catalisador de metal, pela introdução da alimentação de lavagem 149, para formar um filtrado de lavagem 148 onde, em uma forma de realização da invenção, pelo menos 80% do catalisador de metal é recuperado no filtrado de lavagem e no líquido mãe 147. Em uma forma de realização da invenção, pelo menos 90% do catalisador de metal é recuperado no filtrado de lavagem 148 e no líquido mãe 147. O líquido mãe 147 e o filtrado de lavagem 148 podem ser, opcionalmente, combinados antes de deixarem a zona de separação sólido-líquido 151. A alimentação de lavagem 149 compreende água e opcionalmente um solvente de oxidação adicional.
Talvez o mais surpreendente seja que, pela utilização de água como a alimentação de lavagem 149, em temperaturas na faixa de cerca de 20°C a cerca de 70°C, sendo de preferência de cerca de 30°C a cerca de 50°C, suficiente metal de corrosão fica retido na torta com a água retirada 159, onde a necessidade de remoção de metal de corrosão por outros meios fica eliminada. A torta com a água removida 159, que representa sólidos esgotados de catalisador de metal, pode ser descartada do sistema. A etapa (e) compreende misturar em uma zona de mistura 122, água 106, e opcionalmente um solvente de extração 108, com o líquido mãe 147 e o filtrado de lavagem 148, para formar uma mistura aquosa 107. Em uma forma de realização da invenção, a zona de mistura 122 compreende um misturador convencional. Caso necessário, a água 106 pode ser adicionada à zona de mistura 122 em uma quantidade suficiente para dissolver o catalisador de metal na corrente da mistura aquosa 107.
De modo geral, cerca de 0,1-1,0 partes de água por parte do líquido mãe 147 e filtrado de lavagem 148 combinados, são suficientes para dissolver o catalisador, sendo de preferência de cerca de 0,5 a 1 parte em peso. É desejável manter a mistura aquosa 107 circulando com um circuito de circulação externo. Uma pequena quantidade do solvente de extração 108, em geral cerca de 1 a cerca de 10% em peso, de preferência menos de 5% em peso, pode ser adicionada à zona de mistura 122, para melhorar o manuseio da suspensão pela redução da aderência de sólidos nas laterais dos vasos. Isto está representado pela seta pontilhada da corrente 108 na Figura 1. É desejável, mas não necessário, submeter a mistura aquosa 107, previamente à extração, a um tratamento por calor de cerca de 60°C a cerca de 95°C, sendo outra faixa de cerca de 80°C a cerca de 90°C, por cerca de 0,5 a cerca de 4 horas, sendo de preferência de cerca de 1 a cerca de 2 horas. Por este tratamento, os brometos orgânicos são reagidos para produzirem brometos inorgânicos, os quais ficam retidos preferencialmente na corrente de refinado 110. A quantidade de compostos contendo bromo purgados do sistema juntamente com as impurezas indesejáveis fica deste modo minimizada. O tratamento por calor conserva brometos e simplifica o descarte das impurezas orgânicas. A etapa (f) compreende colocar em contato um solvente de extração 108 com a mistura aquosa 107 em uma zona de extração 123, para formar um corrente de extrato 109 e uma corrente de refinado 110. A mistura aquosa 107 é alimentada a uma zona de extração 123 onde a mistura aquosa 107 e o solvente de extração 108 são colocados em contato na zona de extração 123. A mistura aquosa 107 e o solvente de extração 108 são misturados para formar uma corrente de extrato 109 que compreende solvente, água, impurezas orgânicas e o solvente de extração, que formam uma fase mais leve, e a corrente de refinado 110 que compreende o catalisador de metal, metais de corrosão, e água. A corrente de extrato 109 é retirada na forma de uma corrente de topo, e a corrente de refinado 110 é retirada pelo fundo do extrator, na zona de extração 123. Nesta invenção, uma forma de realização da zona de extração 123 é um extrator de estágio único. O solvente de extração 108 usado no extrator deverá ser substancialmente imiscível com água, para minimizar a quantidade de solvente orgânico dissolvido na fração aquosa. Em adição, o solvente de extração 108 é, de preferência, um agente azeotrópico que serve para auxiliar na recuperação do solvente do extrato orgânico. Os solventes que tem provado serem particularmente úteis são os Cl a C6 alquil acetatos, em particular acetato de n-propila, acetato de isopropila, acetato de isobutila, acetato de sec-butila, acetato de etila e acetato de n-butila, embora outros solventes orgânicos substancialmente imiscíveis com água, possuindo uma densidade apropriada e um ponto de ebulição suficientemente baixo, possam ser usados também, tal como o p-xileno. O acetato de n-propila e o acetato de isopropila são particularmente preferidos devido às suas miscibilidades com água relativamente baixas e excelentes comportamentos azeotrópicos. A extração pode ser levada a efeito com o uso de relações de solvente de cerca de 1 -4 partes em peso do solvente de extração por parte da mistura aquosa. Embora a extração possa ser operada na temperatura e pressão ambiente, o aquecimento do solvente e do extrator de cerca de 30°C a cerca de 70°C, sendo outra faixa de cerca de 40°C a cerca de 60°C, pode ser usado. Embora a corrente de extrato 109 compreenda pequenas quantidades do catalisador de metal e metais de corrosão, essencialmente todo o catalisador de metal e a maior parte dos metais de corrosão remanescentes ficam contidos na fase mais pesada, a corrente de refinado 110. A etapa (g) compreende separar a corrente de extrato 109, na zona de separação 124, para formar uma corrente de impurezas orgânicas de alto ponto de ebulição 115 e uma corrente de solvente de extração recuperado 117. A corrente de extrato 109 compreende solvente orgânico e impurezas orgânicas. A corrente de extrato 109 pode compreender ainda ácido acético e água, frequentemente em quantidades menores. A corrente de extrato 109 poderá ser destilada em uma zona de separação 124 que compreende um equipamento de destilação convencional. O equipamento de destilação convencional inclui, por exemplo, uma coluna de destilação. A maior parte das impurezas orgânicas são extraídas pelo solvente orgânico na zona de extração 123. Isto ocorre porque as impurezas orgânicas apresentam um elevado grau de solubilidade para o solvente orgânico, e em menor extensão para o ácido acético. Pela destilação da fase mais leve do extrator, o solvente orgânico é evaporado permitindo que as impurezas orgânicas fiquem concentradas no fluxo inferior da coluna. A corrente de solvente de extração recuperado 117 poderá ser reciclada para o extrator na zona de extração 123. A corrente de impurezas orgânicas com elevado ponto de ebulição 115, é removida como rejeito, da base da coluna de destilação, para descarte. EXEMPLOS: Esta invenção pode ser ainda ilustrada pelos exemplos a seguir, de outras formas de realização da mesma, embora deva ficar entendido que esses exemplos são incluídos meramente com a finalidade de ilustração, não pretendendo limitar o escopo da invenção, a menos que de outra forma indicado, de forma específica.
Exemplo 1 O objetivo destes exemplos é ilustrar a recuperação do catalisador de cobalto de uma suspensão super-concentrada de purga 145, com um mínimo de alimentação de lavagem 149. Os exemplos a seguir ilustram a capacidade da filtração a vacuo com o uso de um filtro tipo Buchner em escala de laboratório. Os dados gerados abaixo são aplicáveis a filtros a vácuo em batelada ou contínuos. O aparelho de filtração em escala de laboratório consiste de um filtro Buchner com 100 cm2 de área de filtro, colocado no topo de um frasco para vácuo de 4 litros. O sistema de vácuo proporciona 0,6 bar de vácuo com uma razão de fluxo de cerca de 150 m3/h por m2 de área de filtração. O sistema de vácuo é ligado e 600 gramas de uma suspensão a 40°C, contendo 20% de sólidos da suspensão super-concentrada de purga 145, são carregadas ao filtro. O tempo para a torta de filtro 154 primeiro aparecer é registrado (tempo de topo seco). A torta de filtro 154 e deixada perder agua por mais 10 segundos. Uma quantidade específica de alimentação de lavagem 149, a 40°C, compreendendo água, é então vertida no topo da torta de filtro 154. O tempo para a torta de filtro 154 aparecer após a adição da alimentação de lavagem 149 é registrado. A torta de filtro 154 é deixada perder água por 20 segundos adicionais. A altura da torta de filtro 154, a massa da torta de filtro 154, o percentual de umidade da torta de filtro 154, a massa do líquido mãe 147 e a massa do filtrado da lavagem 148 são registrados. As amostras da torta com a água removida são submetidas a uma análise do percentual em peso de cobalto. O procedimento delineado acima foi repetido 6 vezes com a razão de lavagem variando de 0 a 5. A razão de lavagem é definida como as gramas de alimentação de água 149 por grama de sólido seco na torta de filtro 154. Os % em peso de cobalto na torta lavada, com as correspondentes razões de lavagem, estão mostrados na Tabela 1 abaixo: Tabela 1 Razão de Lavagem % em Peso de Cobalto 0 2,93% 1 2,37% 2 0,78% 3 0,36% 4 0,05% 5 0,03% Uma formação de rachaduras severa, na torta de filtro 154, foi observada logo após ser alcançado o topo seco, em cada experiência, resultando em uma remoção de água não visível na torta de filtro 154 após alcançar o topo seco. As tortas resultantes possuíam uma umidade média de 56%.
Exemnlo 2 O exemplo a seguir ilustra a capacidade da filtração sob pressão com o uso de um filtro pressurizado BHS-FEST™ de 1 litro, de escala de laboratório. O aparelho em escala de laboratório consiste de um filtro pressurizado BHS-FEST™ de 1 litro, de escala de laboratório, com 20 cm2 de área de filtração. Um béquer de 1 litro em uma balança fica posicionado abaixo do filtro pressurizado para receber o líquido mãe e o filtrado de lavagem. O nitrogênio pressurizado, fornecido a 2 bar, flui para dentro do filtro após a adição da suspensão super-concentrada de purga 145. 89 gramas de uma suspensão super-concentrada de purga 145, com 20% de sólidos, são carregados ao filtro. O líquido mãe é recolhido no béquer de 1 litro. Após 7 segundos, ocorre a passagem do nitrogênio através. O fluxo de nitrogênio é interrompido, o filtro é aberto e 39 gramas, a 40°C, de alimentação de lavagem 149 são adicionados. O filtro é selado e o fluxo de nitrogênio reiniciado. Após 30 segundos ocorre a passagem do gás através, e mais 30 segundos de fluxo de nitrogênio são permitidos para remoção de água da torta de filtro 146. A torta, com a água removida, 159, é removida do filtro e a umidade percentual da torta resultante é de 40% de umidade. Os resultados da filtração sob pressão estão mostrados abaixo.
Tabela 2 Razão de Lavagem % em Peso de Cobalto na Torta 2 0,13 em contraste, a filtração sob vácuo do Exemplo 1 requer uma razão de lavagem de 3,75 para obter um nível de cobalto na torta de 0,13% em peso, quando a filtração sob pressão do Exemplo 2 requer somente uma razão de lavagem de cerca de 2. A filtração sob vácuo requer 87% a mais de água de lavagem que a filtração sob pressão.
Claims (23)
1. Processo para recuperar catalisador de metal de uma corrente de purga de oxidador, caracterizado pelo fato de o dito processo compreender: (a) submeter a dita corrente de purga de oxidador, compreendendo um ácido carboxílico, o dito catalisador de metal, impurezas, água e um solvente para evaporação em uma primeira zona de evaporador, para produzir uma corrente de vapor e uma suspensão concentrada de purga; (b) submeter a dita suspensão concentrada de purga, em uma segunda zona de evaporador, para formar uma corrente rica em solvente e uma suspensão super-concentrada de purga; (c) filtrar a suspensão super-concentrada de purga em uma zona de separação sólido-líquido para formar uma torta de filtro e um líquido mãe; (d) lavar a dita torta de filtro com uma alimentação de lavagem compreendendo água a uma temperatura de 20°C até 70°C na dita zona de separação sólido-líquido, para formar uma torta lavada e um filtrado de lavagem; e opcionalmente remover a água do dito filtrado de lavagem, na dita zona de separação sólido-líquido, para formar uma torta com a água removida; onde a dita zona de separação sólido-líquido compreende pelo menos um dispositivo de filtração sob pressão, em que dito dispositivo de filtração sob pressão opera a uma pressão de cerca de 101325 Pa a cerca de 5066250 Pa (cerca de 1 a cerca de 50 atmosferas); (e) misturar em uma zona de mistura, água, e opcionalmente um solvente de extração, com o dito líquido mãe e todo ou parte do dito filtrado de lavagem para formar uma mistura aquosa; (f) colocar em contato um solvente de extração com a dita mistura aquosa, em uma zona de extração, para formar uma corrente de extrato e uma corrente de refinado; em que catalisador de metal remanescente é recoberto na dita corrente de refinado; (g) separar a dita corrente de extrato, em uma zona de separação, para formar uma corrente de impurezas orgânicas com alto ponto de ebulição, e uma corrente de solvente de extração recuperado.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cerca de 50% em peso a cerca de 80% em peso do dito solvente e da água são removidos da dita corrente de purga de oxidador na etapa (a).
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cerca de 75% em peso a cerca de 99% em peso do dito solvente e da água são removidos da dita corrente de purga de oxidador na etapa (a) e na etapa (b) combinadas.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cerca de 85% em peso a cerca de 99% em peso do dito solvente e da água são removidos da dita corrente de purga de oxidador na etapa (a) e na etapa (b) combinadas.
5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cerca de 90% em peso a cerca de 99% em peso do dito solvente e da água são removidos da dita corrente de purga de oxidador na etapa (a) e na etapa (b) combinadas.
6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita alimentação de lavagem é adicionada à dita zona de separação sólido-líquido em uma faixa de temperatura de cerca de 30°C a cerca de 50°C.
7. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita zona de extração compreende um extrator líquido- líquido em contra-corrente.
8. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita zona de extração compreende um extrator líquido- líquido de estágio único.
9. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita corrente de extrato compreende um solvente selecionado do grupo que consiste de p-xileno, acetato de n-propila, acetato de isopropila, acetato de isobutila, acetato de sec-butila, acetato de etila e acetato de n-butila.
10. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita segunda zona de evaporador compreende um evaporador operado a uma temperatura de cerca de 20°C a cerca de 70°C.
11. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito evaporador é operado em condições de vácuo.
12. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita segunda zona de evaporador compreende um evaporador que é operado em condições de vácuo.
13. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de fíltração sob pressão opera a uma temperatura entre cerca de 25°C e cerca de 160°C.
14. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de fíltração sob pressão compreende pelo menos uma célula de filtro e onde pelo menos uma célula de filtro acumula pelo menos 0,635 cm de profundidade da dita torta de filtro.
15. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de fíltração sob pressão compreende pelo menos uma célula de filtro e onde pelo menos uma célula de filtro acumula pelo menos 1,27 cm de profundidade da dita torta de filtro.
16. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de fíltração sob pressão compreende pelo menos uma célula de filtro e onde pelo menos uma célula de filtro acumula pelo menos 2,54 cm de profundidade da dita torta de filtro.
17. Processo de acordo com a reivindicação 14, 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que a dita alimentação de lavagem forma um reservatório sobre a dita torta de filtro que é de pelo menos 0,635 cm de profundidade.
18. Processo de acordo com a reivindicação 14, 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de filtração sob pressão rotativo opera a uma temperatura entre cerca de 25°C e cerca de 160°C.
19. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de filtração sob pressão é operado a uma pressão de cerca de 101325 Pa a cerca de 5066250 Pa (cerca de 1 atm a cerca de 50 atm).
20. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a dita secagem resulta na dita torta com a água removida possuindo um teor de umidade de cerca de 10% a cerca de 50%.
21. Processo de acordo com a reivindicação 1, 14, 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de filtração sob pressão é um filtro de tambor pressurizado rotativo.
22. Processo de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o dito filtro de tambor pressurizado rotativo é operado a uma pressão de cerca de 101325 Pa a cerca de 506625 Pa (cerca de 1 atm a cerca 5 atm).
23. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita lavagem é em contra-corrente.
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Owner name: EASTMAN CHEMICAL COMPANY (US) |
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| B25A | Requested transfer of rights approved |
Owner name: GRUPO PETROTEMEX, S.A. DE C.V. (MX) |
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| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 07/07/2015, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |