BRPI0519200B1 - Processo e dispositivo para a produção de 1, 2 dicloroetano de alta pureza - Google Patents

Processo e dispositivo para a produção de 1, 2 dicloroetano de alta pureza Download PDF

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Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO
E DISPOSITIVO PARA A PRODUÇÃO DE 1,2 DICLOROETANO DE ALTA PUREZA". A invenção refere-se a um processo para a produção de 1,2 di- cloroetano, doravante doravante referido como EDC que serve principalmen- te como um produto intermediário na produção de monômero de cloreto de vinila, doravante referido como VCM, que, por sua vez, é usado para produ- zir cioreto de polivinila (PVC). Quando EDC reage para formar VCM, cloreto de hidrogênio (HCI) é obtido. Por conseguinte, EDC é preferivelmente pro- duzido a partir de etileno (C2-H4) e cioro (Cl2) de uma maneira tal para man- ter o equilíbrio entre o cloreto de hidrogênio <HC1) produzido e consumido em várias reações, como representado pelas seguintes equações de reação: Cl2 + C2H4 —> C2-H4CI2 {pure EDC) + 180 kJ/Mol (1) C2H4CI2 (cracked EDC) —> C2H3CI (VCM) HCI - 71 kJ/Mol (2) C2H4+ 2 HCI + 1/2 02—> C2H4CI2 (raw EDC) + H20 + 238 kJ/Mol (3) O processo para a produção de VCM com um equilíbrio de HCI adequado - doravante referido como "processo VCM equilibrado" - compre- ende as seguintes etapas de processo: cioração direta em que uma porção do EDC requerido é produ- zido a partir de etileno (C2H4) e cloro (Cl2) na presença de um catalisador homogêneo e é colocado a disposição como o assim chamado ECD puro; oxicloração direta em que a porção restante do EDC requerido é produzida a partir de etileno (C2H4), cloreto de hidrogênio (HCI) e oxigênio (02) e colocada a disposição como 0 chamado EDC bruto; fracionamento da purificação do EDC em que 0 EDC bruto, junto com 0 EDC reciclado retornado da etapa de fracionamento de VCM e, op- cionalmente junto com 0 EDC puro é liberado dos produtos secundários for- mados na oxicloração e etapas de pirólise de EDC a fim de obter um assim chamado EDC de alimentação apropriadas para uso na etapa de pirólise de EDC; como uma opção, é também possível destilar o EDC puro da etapa de cioração direta na coluna de extremidades pesadas da seção de destilação do EDC; pirólise de EDC em que o EDC alimentado é termicamente fra- cionado, a mistura que sai do reator, conhecida como gás fracionado, que consiste de VCM, cloreto de hidrogênio (HC1) e EDC não reagido como tam- bém produtos secundários; fracionamento de VCM em que o produto VCM puro desejado é separado do gás fracionado enquanto outras substâncias essenciais, isto é, cloreto de hidrogênio (HCI) e o EDC não reagido contido no gás fracionado (cracked gas), são separadamente recuperados como materiais valiosos e retornados como HCI de reciclo ou EDC de reciclo para o processo VCN balanceado.
Na maior parte dos processos industriais, um fluxo circulante do produto de reação EDC é usado como agente de reação na cloração direta.
Isso pode ser realizado em um reator do tipo "loop" com circulação externa ou interna. A circulação pode também ser realizada em um sistema com cir- culação natural ou forçada. Na maior parte dos casos o cloreto férrico é usa- do como catalisador e, adícionalmente, cloreto de sódio que é capaz de inibir a formação de extremidades pesadas, podendo ser admisturado como um aditivo A tecnologia de ponta no que diz respeito a cloração direta está, por exemplo, descrita na Patente DE 199 10 964 Al. O processo de acordo com a Patente DE 199 10 964 A1 visa suprimir as reações colaterais, espe- cialmente a continuação do processo de cloração de EDC para 1,1,2 triclo- roetano, fazendo com que a maior parte da reação de cloração ocorra na fase líquida homogênea. O etileno, que é menos prontamente solúvel em EDC do que o cloro, é completamente dissolvido no fluxo principal do fluido de reação EDC circulante em uma coluna de bolhas co-corrente. O cloro, que é mais prontamente solúvel em EDC do que o etileno, é dissolvido em uma peça-fluxo de EDC supergelada e a solução resultante do cloro no EDC é alimentada para o fluxo principal circulante que já contém o etileno dissolvido. A reação (1), geralmente, é processada com um ligeiro exceden- te de etileno a fim de evitar em qualquer caso alguma corrosão no sistema de reação, a formação de produtos secundários no fim da reação de clora- ção direta e outfos problemas associados ao tratamento de fluxos de esco- amento portadores de cloro. Cloro e etileno são alimentados no reator por meio de um controlador de relação, a variável de controle sendo o conteúdo de etileno do fluxo de escoamento da reação. Nesse caso, o objetivo é sem- pre minimizar o excedente de etileno no escoamento do reator até onde for possível a fim de impedir uma perda de etileno muito grande.
Descobriu-se também que a reação (1) produziu uma variação particularmente alta de produtos secundários quando processada como rea- ção de fase líquida, como é apresentado no WO 03/070673 A1. Isso neces- sita que o etileno seja completamente dissolvido no tubo de reação antes de adicionar o cloro. As pequenas bolhas de gás geradas pelo distribuidor de gás crescem lentamente por coalescência quando se deslocam por essa seção e finalmente alcançam um equilíbrio constante como resultado das atividades de coalescência e decomposição. Esse impacto afeta adversa- mente a transferência de massa, pois o aumento do diâmetro da bolha, em um dado volume total de gás, reduz a área de superfície disponível para a transferência de massa. A cinética da reação (1) que acontece na zona de reação adja- cente de uma maneira largamente homogênea segue o princípio de veloci- dade de segunda ordem, por conseguinte, a uma velocidade muito alta. A velocidade de reação cai bruscamente no fim da zona de reação quando as concentrações de etileno e cloro diminuem gradualmente.
Os efeitos subrepostos que afetam o comportamento da solução de etileno, a reação em si e o início da ebulição claramente governam a cali- bragem de um reator de ebulição de ponta e provoca um aumento subse- quente de capacidade mais difícil. O objetivo da invenção, portanto, é fornecer um processo eco- nômico e eficiente que permita um alto rendimento do produto em um espa- ço tão pequeno quanto possível e, consequentemente, um aumento na ca- pacidade que não requer um diâmetro de reator externo maior e que simul- taneamente forneça EDC de alta pureza.
Essa tarefa é realizada de acordo com os detalhes técnicos n reivindicação 1. O dito objetivo e solucionado como descrito abaixo, os pon- tos de alimentação para cloro e etileno dissolvido sendo dispostos em uma perna do laço (loop) no qual o líquido pode subir, e qualquer ponto de ali- mentação contra a corrente para etileno sendo seguido por um ponto de ali- mentação para o cloro dissolvido: * qualquer ponto de alimentação para cloro é seguido de pelo me- nos um ponto de alimentação para EDC, • a adição de EDC líquido ocorre com tanta energia cinética que uma mistura completa de EDC, cloro dissolvido e etileno é efetuada. O EDC líquido está normalmente disponível na maior parte das instalações industriais desse tipo porque o EDC, em geral, é retirado do vaso de reação e reciclado para recuperação do calor, O EDC ligeiramente esfria- do é normalmente reciclado para a seção da perna do vaso de reação no qual o fluxo descendente do líquido enfraquece. Isso permite que o fluxo descendente do líquido seja aumentado por um pulso adicional reforçando a circulação natural. Foi agora descoberto que esse pulso adicional não é re- querido se o rendimento por espaço é aumentado de acordo e conseqüen- temente a conversão total de EDC, pois o efeito térmico assim obtido leva a um aumento adequado da circulação natural. Em vista do fato de que a inter- face da fase de gás/líquido continua ausente dentro da zona da reação prin- cipal, que poderia catalisar a formação de produtos secundários, em particu- lar 1,1 ,2 tricloroetano.
Uma modalidade adicional da invenção provê a admistura de 1,2 dicloroetano líquido usando um ou diversos misturadores a jato que são tam- bém chamados misturadores de tanque. O modo operacional de tal mistura- dor age de acordo com uma bomba a jato de líquido. Aplicações típicas de misturadores são a mistura do inventário de vasos ou tanques para líquidos a fim de suprimir qualquer temperatura ou concentração gradiente. O mistu- rador é operado em uma posição submersa de maneira a fazer com que a energia cinética do jato extraia o meio ambiente e misture o inventário do vaso ambiente ao agente propulsor. O fluxo de escoamento do misturadora jato é o múltiplo do jato propulsor de modo que mesmo inventários de vaso grande possam ser completamente misturados. O objetivo da invenção é usar misturadores a jato para explorar a energia cinética do laço EDC de modo que os parceiros da reação, cloro e etileno, possam ser misturados o mais rápido possível a jusante do ponto de alimentação para o cloro dissol- vido.
Modalidades adicionais da invenção referem-se à disposição de um misturador a jato para diversos misturadores, se for o caso. O(s) dito(s) misturadores) podem ser dispostos dentro reator de laço (loop) de tal manei- ra que o líquido que sai deles gera um fluxo tangencial, como visto a partir da seção cruzada do tubo, e com o fluxo principal fluindo para cima, ou um fluxo para cima como visto a partir da seção longitudinal e reforçando o fluxo para cima, ou de tal modo que ambas as direções do fluxo são intensifica- das. A disposição do misturador a jato está localizada transversalmente, co- mo visto a partir da seção longitudinal ou seção cruzada do tubo.
No último caso, o fluxo de escoamento do(s) misturador(es) a jato flui em uma direção orientada para cima. Quando o alinhamento do fluxo não é prejudicial para o fluxo, quando ele contém um componente radial, o critério é que não irá substancialmente afetar a relação da mistura nem au- mentá-la de alguma maneira. Um especialista versado na técnica vai optar por uma direção de alinhamento, quando e se um misturador estático está adicionalmente montado acima do nível dos misturadores a jato.
As medidas descritas acima revelam que um reator de ebulição de tamanho convencional pode ser reformado de acordo com a presente invenção de modo a dobrar a taxa de conversão de acordo com a reação (1). A vantagem essencial da invenção, por conseguinte, consiste na refor- ma, de maneira não sofisticada, da respectiva unidade, quando aumentar a capacidade das instalações industriais existentes. É lógico que esse método se torna particularmente eficiente no caso de indústrias de grande porte, se o planejamento inicial já inclui as tecnicalidades dos dispositivos de alimen- tação descritos nessa invenção. A invenção também abrange o dispositivo requerido para execu- tar esse processo por meio de um reator de ebulição que consiste em um vaso desgasificante, um laço de reação com circulação natural e dispositivos de retirada para o EDC produzido, e um ou diversos misturadores a jato ins- talados em pelo menos um nível e dispostos da maneira descrita acima. O dito dispositivo pode opcionalmente ser equipado com misturadores estáti- cos. A invenção é ilustrada na base do exemplo apresentado na Figu- ra 1 até a Figura 3. A Figura 1 mostra um reator de cloração direta que con- siste em desgaseiticar o vaso 1, do qual o EDC 2 gasoso e o EDC 3 líquido são retirados, e o EDC 5 do laço (loop) 4 circulante, que é representado por uma seta de direção e em que a reação (1) tem lugar. A seção ascendente do laço 4 abriga pontos de alimentação sucessivos para etileno 6, cloro dis- solvido 7 e EDC 8; entretanto, uma pluralidade de pontos de alimentação pode também ser disposta no próprio reator de laço. A figura 2 é uma visão seccional cruzada da seção tubular as- cendente do laço 4, com a disposição de três misturadores a jato, 9a, 9b e 9c, mencionados neste exemplo e alimentados com EDC 8. O EDC usado com essa finalidade pode se formar a partir da retirada do EDC 3 líquido mediante a liberação de calor, ou a partir do EDC 2 condensado que era ga- soso antes e é retornado. É naturalmente possível explorar uma mistura de ambos. De acordo com a Figura 1, um misturador estático pode ser montado acima do nível dos misturadores a jato. A Figura 3 mostra uma visão longitudinal da seção ascendente do laço 4, na qual a dissolução de etileno já teve lugar. Nesse caso, o cloro 7 dissolvido é medido e admisturado através de uma pluralidade de bocais dispostos sobre a seção em cruz inteira. O misturador a jato 9a alimentado com EDC 8 é montado diretamente acima da dita seção de medição de clo- ro; os outros misturadores a jato não são apresentados no desenho, mas podem ser fornecidos, e acima do misturador 9a existe um misturador estáti- co 10. O misturador a jato 9a é alinhado para cima e aumenta o fluxo contri- buindo com um componente de pulso que deverá compensar a perda de pressão causada pelo misturador estático, dessa maneira produzindo simul- taneamente um redemoinho tão perfeito quanto possível.

Claims (11)

1. Processo para a produção de 1,2 dicloroetano de alta pureza a partir de cloro dissolvido e etileno dissolvido, que entram em contato um com o outro na presença de um agente de reação líquido circulante, o dito agente consistindo principal mente de 1,2 dicloroetano e um catalisador, usando pelo menos uma unidade de reação disposta verticalmente e proje- tada como um laço, e as seções de duas pernas do laço se comunicando com um vaso desgaseificante (1) disposto em cima da unidade, o vaso des- gaseificante (1) servindo para a retirada do produto de reação em forma lí- quida (3) ou gasosa (2) ou em ambas as formas, os pontos de alimentação para o cloro (7) e etileno (6) dissolvido estando localizados na seção da per- na do laço (4) em que o líquido ascende; em que qualquer ponto de alimen- tação contra a corrente para etileno sendo seguido por um ponto de alimen- tação a jusante para o cloro dissolvido, caracterizado pelo fato de que: oo qualquer ponto de alimentação para cloro é seguido por pelo menos um ponto de alimentação para 1,2-dicloroetano líquido, e oo a adição de 1,2-dicloroetano líquido ocorre com tanta energia ci- nética que uma mistura completa de 1,2-dicloroetano, cloro dissolvido e eti- leno é efetuada, em que a adição de 1,2-dicloroetano líquido é efetuada por meio de um ou diversos misturadores a jato.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o(s) misturador(es) a jato é/são disposto(s) no reator de laço de tal maneira que o líquido que sai dos misturadores flui transversal mente em direção ao curso principal para cima.
3. Processo de acordo com reivindicação 1, caraterizado pelo fato de que o(s) misturador(es) a jato é/são disposto(s) no reator de laço de tal maneira que o líquido que sai dos misturadores gera um fluxo tangencial como visto a partir da seção de tubo cruzado, o dito fluxo sobrepondo e se estendendo além da direção do fluxo principal para cima.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o(s) misturado(es) a jato é/são dispostos no reator de laço de tal maneira que líquido que sai dos misturadores gera um fluxo para cima como visto a partir da seção longitudinal, o dito fluxo reforçando a direção do fluxo principal para cima.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caraterizado pelo fato de que é possível adicionar também um misturador estático aos misturadores a jato, sendo que o misturador estático é disposto na seção de laço para cima do reator de laço.
6, Dispositivo para a produção de 1,2-dicloroetano de alta pure- za, como definido na reivindicação 1, a partir de cloro dissolvido e etíleno dissolvido, que entra em contato um com o outro na presença de um agente de reação líquida circulante, o agente de reação consistindo principalmente em 1,2-dicloroetano e um catalisador, usando os itens de equipamento des- critos abaixo: x pelo menos uma unidade de reação disposta vertí cal mente e projetada como laço, «as duas pernas do laço se comunicando com um vaso desgasi- ficante (1) disposto acima da unidade, o dito vaso servindo para a retirada do produto da reação em forma líquida (3} ou gasosa (2), «os pontos de alimentação para cloro (7) e etíleno (6) dissolvido estando localizados na seção da perna do laço (4) em que o líquido ascen- de, «qualquer ponto de alimentação contra a corrente para etíleno sendo seguido por um ponto de alimentação a jusante para o cloro dissolvi- do, o referido dispositivo sendo caraterizado pelo fato de que «qualquer ponto de alimentação para o cloro é seguido de pelo menos um ponto de alimentação para 1,2- dicloroetano, e «a adição de 1,2-dicloroetano líquido ocorre com tanta energia cinética que a mistura completa de 1,2-dicloroetano, cloro dissolvido e etile- no é efetuada, em que o dispositivo apropriado para a alimentação em alta energia cinética de modo que uma mistura completa de 1,2-dicloroetano, cloro dissolvido e etileno é garantida, que consiste em diversos misturadores a jato.
7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caraterizado pelo fato de que o(s) misturador(es) a jato é/são disposto(s) em um reator de laço de tal maneira que o líquido que sai do(s) misturador(es) flui transversal men- te para cima na direção do fluxo.
8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caraterizado pelo fato de que o(s) misturador(es) a jato é/são disposto(s) em um reator de laço de tal maneira que o líquido que sai do(s) misturador(es) gera um fluxo tan- gencial como visto a partir da seção de tubo cruzado, o dito fluxo se sobre- pondo e estendendo para além da direção do fluxo principal para cima.
9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caraterizado pelo fato de que o(s) misturador(es) a jato é/são disposto(s) em um reator de laço de tal maneira que o líquido que sai do(s) misturador(es) gera um fluxo para cima como visto a partir da seção longitudinal, o dito fluxo reforçando a dire- ção do fluxo principal para cima.
10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caraterizado pelo fato de o(s) misturador(es) a jato é/são disposto(s) em um reator de la- ço de tal maneira que o líquido que sai do(s) misturador(es) gera um fluxo tangencial como visto a partir da seção de tubo cruzado, o dito fluxo refor- çando a direção do fluxo principal para cima, como também um fluxo para cima como visto a partir da seção longitudinal, dessa maneira o fluxo para cima sendo reforçado.
11. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 10, caraterizado pelo fato de que é possível combinar também um mistu- rador estático com os misturadores a jato, o misturador estático sendo dis- posto na seção de laço para cima do reator de laço.
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