BRPI0613500A2

BRPI0613500A2 - método e equipamento para a utilização do calor da reação envolvido na preparação de 1,2-dicloroetano

Info

Publication number: BRPI0613500A2
Application number: BRPI0613500-5A
Authority: BR
Inventors: Sven Petersen; Michael Benje; Peter Kammerhofer
Original assignee: Uhde Gmbh
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2011-01-11
Also published as: TWI373461B; JP2008546819A; TW200720223A; JP4914441B2; US20090306439A1; EP1899287A2; WO2007000304A2; WO2007000304A3; NO20080449L; EP1899287B1; KR101385915B1; KR20080074022A; US7671243B2; MX2008000126A; BRPI0613500B1; NO340478B1; AU2006264022A1

Abstract

MéTODO E EQUIPAMENTO PARA A UTILIZAçãO DO CALOR DA REAçãO ENVOLVIDO NA PREPARAçãO DE 1 ,2-DICLOROETANO. Método de utilização do calor da reação da preparação de 1 ,2-dicloroetano a partir de eteno e cloro em um reator de cloração direta, com o cloro sendo produzido em uma eletrólise de cloreto de sódio, em que pelo menos parte do calor da reação na formação do 1 ,2-dicloroetano no reator de cloração direta é utilizado para a evaporação do NaOH produzido como subproduto na eletrólise de NaCI para a preparação do cloro necessário para a obração direta e um aparelho para realizar o método, compreendendo um trocador de calor que tem tubos envolvidos por camisas, o qual tem 2 partes de tubo fixos e uma parte no fundo de NaOH e é configurado de modo que a solução de hídróxido de sódio é para ser convertida no interior dos tubos e o 1 ,2-dicloroetano é para ser convertido no lado externo dos tubos, e também tendo meios para introduzir e distribuir a solução de hidróxido de sódio para o interior dos tubos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO EEQUIPAMENTO PARA A UTILIZAÇÃO DO CALOR DA REAÇÃO ENVOLVIDO NA PREPARAÇÃO DE 1,2-DICLOROETANO".

A presente invenção refere-se a um método e a um aparelhopara a utilização do calor de reação desenvolvido na preparação de 1,2-dicloroetano, a partir deste ponto referido como EDC. O EDC serve predo-minantemente como um intermediário na preparação de cloreto de vinilamonomérico, a partir deste ponto referido como VCM1 a partir do qual cloretode polivinila, PVC1 é finalmente preparado. A conversão de EDC em VCMforma cloreto de hidrogênio HCI. O EDC, portanto, preferencialmente, é pre-parado a partir de eteno C2H4 e cloro Cl2, de modo que um equilíbrio sejaobtido entre o cloreto de hidrogênio HCI produzido e consumido nas rea-ções, de acordo com as equações de reação a seguir:Cl2+ C2H4 -» C2H4Cl2(EDCpuro) +218kJ/Mol (1)C2H4CI2 (EDC de dissociação) C2H3CI(VCM) +HCI -71kJ/Mol (2)C2H4 + 2HCI +1/2 O2 -> C2H4CI2 (EDC bruto)+ H2O +238kJ/Mol (3)

O processo para preparação de VCM tendo um equilíbrio de H-Cl, a partir deste ponto referido como "processo de VCM equilibrado", pararesumir, compreende:

• uma cloração direta na qual uma parte do EDC requerido é produzida apartir de eteno C2H4 e cloro Cl2 e é passada como EDC puro; a utilização docalor de reação produzido nesta cloração direta é um aspecto central da in-venção;

• uma oxicloração, na qual a outra parte do EDC é produzida a partir deeteno C2H4, cloreto de hidrogênio Hcl e oxigênio O2, e é passada como umEDC bruto;

• uma purificação de EDC de fracionamento, na qual o EDC bruto em con-junto com o EDC de recirculação recirculado a partir do fracionamento deVCM é liberado dos subprodutos formados na oxicloração e na pirólise deEDC, de modo a se obter um EDC de alimentação adequado para uso napirólise de EDC; a utilização do calor de reação da cloração direta na purifi-cação de EDC é um aspecto central da invenção;• uma pirólise de EDC, na qual o EDC puro é combinado com o EDC dealimentação e na qual a mistura então conhecida como EDC de dissociaçãoé termicamente dissociada; o gás de dissociação obtido contém VCM, clore-to de hidrogênio HCI e EDC não reagido e também subprodutos;

um fracionamento de EDC, no qual o VCM puro desejado como produtoé separado do gás de dissociação e os outros constituintes de gás de disso-ciação significativos cloreto de hidrogênio HCI e EDC não reagido são sepa-radamente recuperados como materiais de valor e são recirculados comoalimentação reusável na forma de HCI de recirculação ou EDC de recircula-ção no processo de VCM equilibrado.

As plantas as quais servem para a preparação de EDC puro enão operam de acordo com o processo de VCM equilibrado usualmente sãodesignadas como clorações diretas puras, as quais operam apenas de acor-do com a equação (1). A invenção, da mesma forma, se refere a plantas asquais são projetadas de acordo com o processo de VCM equilibrado e tam-bém àquelas as quais têm apenas uma cloração direta, e a formas mistasdos dois tipos.

O cloro Cl2 requerido na cloração direta usualmente é produzidoa partir de cloreto de sódio NaCI em uma planta de eletrólise. Hidróxido desódio NaOH tendo uma concentração de em torno de 33% é formado aquicomo um co-produto. Devido à alta toxicidade do cloro Cl2 produzido, sãofeitos esforços para evitação do transporte por longas distâncias, se possí-vel. Por esta razão, uma planta para a cloração direta de etileno C2H4, naqual o cloro Cl2 é diretamente processado ainda está localizada, usualmente,na vizinhança imediata de uma planta para preparação de hidróxido de sódioNaOH e cloro Cl2.

A planta para cloração direta de etileno não tem que estar pre-sente em uma instalação integrada, mas pode produzir EDC em uma "ope-ração independente", com a "forma de transporte" relativamente não perigo-sa do cloro sendo transportada para outros locais, de modo a ser processa-da no VCM ali. O EDC preparado pelo processo descrito, por exemplo, naWO 01/34542 A2, em particular, é tão puro que não requer uma série de o-perações de manipulação adicionais por destilação. Por esta razão, quandouma planta como essa é operada no "modo independente", não há mais aoportunidade de recuperar calor por meio de aquecimento em coluna de co-lunas de destilação de EDC, por exemplo, aquelas as quais estavam presen-tes na instalação integrada para o "processo de VCM equilibrado", o qual éconstituído por cloração direta, oxicloração e dissociação de EDC.

Nesta configuração, o calor considerável de reação, portanto,tem que ser removido por meio de grandes quantidades de água de resfria-mento e/ou resfriadores a ar, mas cada um destes é indesejável por razõeseconômicas. Portanto, é um objetivo da invenção passar o calor desenvolvi-do na cloração direta para um uso e para obtenção de uma redução signifi-cativa na exigência de água de resfriamento.

Se a cloração direta for usada em um processo de VCM equili-brado, tem que ser levado em consideração que os componentes secundá-rios formados no gás de dissociação na pirólise de EDC reduzem a purezade produto do VCM. A purificação do VCM pela remoção dos componentessecundários, assim sendo, é complicada. Um EDC de dissociação, o qual foigrandemente liberado de impurezas, portanto, é usado na pirólise de EDC.

Para o grande número de técnicas por meio das quais os subprodutos cor-respondentes e desvantajosos e/ou os componentes secundários podem serevitados ou, se apropriado, removidos, uma referência pode ser feita, de no-vo, ao documento WO 01/34542 A2, em particular à técnica anterior reco-nhecida ali. Foi possível ser mostrado aqui que o calor de reação liberado noprocesso de cloração direta por uma reação de eteno C2H4 e cloro Cl2 para aformação de EDC líquido é suficiente para operação de colunas de purifica-ção para o EDC produzido no processo de VCM equilibrado.

Contudo, uma desvantagem do processo apresentado ali é quea utilização do calor presente no EDC pode ocorrer apenas em temperaturasrelativamente altas, isto é, predominantemente acima de em torno de 100°C. Embora a operação dos aparelhos para purificação do EDC possa serobtida por meio do calor desenvolvido apenas, o resfriamento adicional doEDC produzido, por exemplo, para uso posterior, ainda tem que ser realiza-do por meio de água de resfriamento, pelo que grandes quantidades de á-gua de resfriamento ainda são requeridas.

Uma desvantagem adicional do processo apresentado ali é queo calor de reação usado para aquecimento das colunas de purificação re-quer a remoção de uma quantidade correspondente de calor de condensa-ção do vapor. Esta remoção, de acordo com o estado convencional da técni-ca, usualmente, da mesma forma, é obtida por meio de água de resfriamen-to, a qual tem que ser provida em grandes quantidades.

Portanto, é um objetivo adicional da invenção obter uma otimiza-ção adicional da utilização do calor desenvolvido do processo de VCM equi-librado, em particular a cloração direta, para a obtenção de uma reduçãosignificativa na exigência de água de resfriamento total.

A invenção atinge este objetivo pela utilização de pelo menosparte do calor de reação da formação de 1,2-dicloroetano no reator de clora-ção direta para a evaporação de NaOH produzido como co-produto na ele-trólise de NaCI para a preparação do cloro requerido para a cloração direta.

Especialmente em regiões remotas, os custos de transporte paratransporte do hidróxido de sódio NaOH produzido na eletrólise de NaCI temum papel importante. Estes custos de transporte podem ser reduzidos signi-ficativamente, se a solução de hidróxido de sódio produzida a uma concen-tração de em torno de 33% for evaporada para 50%. Uma planta como essapara a evaporação de hidróxido de sódio NaOH pode ser operada, por e-xemplo, sob uma pressão reduzida a uma pressão absoluta de 133 mbar(13,3 kPa) e a uma temperatura de 60 °C. A evaporação naturalmente tam-bém pode ser realizada a partir de outras concentrações além de 33% a ou-tras concentrações além de 50%, dependendo do que é desejado pelo con-sumidor e da quantidade de calor desenvolvido.

O calor de reação o qual é liberado na cloração direta pode serusado de várias formas para a evaporação do hidróxido de sódio. As moda-lidades a seguir do método podem ser combinadas prontamente e permitemgrande flexibilidade na combinação da utilização de calor em plantas exis-tentes e também no caso de plantas recém-projetadas.Em uma modalidade da invenção, pelo menos parte do calor decondensação do vapor de EDC retirado da cloração direta é usada para aevaporação do hidróxido de sódio produzido. Uma modalidade como essa évantajosa especialmente quando uma cloração direta em uma "operaçãoindependente" é usada ou se a purificação por destilação do EDC produzidono processo de VCM equilibrado não puder assumir o calor inteiro de reaçãotornado disponível desta forma. Neste caso, um vapor de EDC do topo doreator de cloração direta é usado para aquecimento, por meio de seu calorde condensação, do exterior de tubos de evaporador, os quais podem serconfigurados como tubos de evaporador de filme descendente e nos quaishidróxido de sódio é evaporado. O condensado composto por EDC purotambém pode servir para a evaporação de hidróxido de sódio com um resfri-amento adicional em um trocador de calor adicional, por exemplo, um troca-dor de tubo de conectar.

Em uma modalidade adicional da invenção, o calor sensível deuma corrente de recirculação de EDC líquido tirada do reator, da mesmaforma, é usado para a evaporação de hidróxido de sódio. Quando isto écombinado com outras correntes, as quais removem calor de reação, deve-se ter cuidado para garantir que o EDC contendo catalisador, o qual é paraser recírculado para o circuito de reator do reator de cloração direta não sejamisturado com EDC puro, o qual é para ser descarregado do processo comoum produto.

Em uma modalidade adicional da invenção, o EDC produzido, oqual é retirado em forma gasosa ou líquida do reator para a cloração direta,é primeiramente utilizado para um aquecimento indireto de colunas de purifi-cação e apenas após o EDC ter transferido parte de sua energia térmica alia uma temperatura relativamente alta ele é passado para uma transferênciaadicional de energia na evaporação de hidróxido de sódio, onde ele transfereenergia térmica a uma temperatura mais baixa para o hidróxido de sódio emuma troca de calor indireta. Se um processo de VCM equilibrado for usadopara a preparação de EDC e VCM, as colunas de purificação requeridas pa-ra esta finalidade preferencialmente poderão ser aquecidas, antes do calorremanescente de reação ser utilizado para a evaporação de hidróxido desódio.

Modalidades adicionais da invenção fazem uso do fato que omesmo calor de reação, o qual é introduzido no aquecimento indireto de co-Iunas de purificação, ter que ser removido de novo na condensação subse-qüente do vapor a partir destas mesmas colunas de purificação, de modoque ele apenas, por assim dizer, passe através da coluna de purificação eseja no processo termodinamicamente desvalorizado. Contudo, uma parteconsiderável deste calor de reação passando através da coluna ainda pode,apesar de uma temperatura reduzida, da mesma forma, ser usado para eva-poração de hidróxido de sódio.

Assim, em uma modalidade adicional da invenção, o vapor con-tendo EDC a partir de uma coluna de destilação para remoção de compo-nentes os quais têm um ponto de ebulição mais alto do que aquele de EDCsão usados para a evaporação de hidróxido de sódio. Uma coluna de desti-lação como essa, como uma coluna de solvente desacelerador de taxa deevaporação, é uma parte costumeira do processo de VCM equilibrado. Nãoé para confundir com a coluna de vácuo, a qual se segue à coluna de sol-vente desacelerador de taxa de evaporação e cuja temperatura no topo nãoseria suficientemente alta para o uso de acordo com a invenção.

Em uma modalidade adicional da invenção, o vapor contendoágua a partir de uma coluna de destilação para remoção de água e compo-nentes tendo um ponto de ebulição mais baixo do que aquele de 1,2-dicloroetano, da mesma forma, é usado para a evaporação de hidróxido desódio. Uma coluna de destilação como essa, como uma coluna de solventeacelerador de taxa de evaporação, é uma parte costumeira do processo deVCM equilibrado.

Os processos nos quais o EDC produzido na cloração direta étirado em forma de vapor e é a partir dali introduzido diretamente em umadestilação também são conhecidos; uma cloração direta deste tipo é descri-ta, por exemplo, na US 4.873.384. O reator de cloração direta neste casosimultaneamente forma a caldeira de fundo da coluna de purificação subse-qüente ou integra esta no fundo da coluna de purificação em si. O calor des-ta reação, desta forma, passa através da coluna de destilação adjunta e éobtido para remoção na condensação do vapor. Em uma modalidade da in-venção, pelo menos parte do calor de condensação do vapor obtido na puri-ficação por destilação de EDC produzido a partir de eteno e cloro em umreator de cloração direta é usada para a evaporação do hidróxido de sódioproduzido.

Outras modalidades da invenção concernem aos aparelhos usa-dos para a transferência de energia térmica do EDC para o hidróxido de só-dio NaOH a ser evaporado. É feito uso aqui, principalmente, de um trocadorde calor de casca e tubo vertical, preferencialmente um evaporador de filmedescendente, tendo duas placas de tubo fixas e uma parte de fundo de Na-OH na qual o hidróxido de sódio NaOH é convertido no interior dos tubos apartir do topo para baixo e o meio de transferência de calor, isto é, EDC ouvapor de colunas de destilação, é transportado em torno do exterior dos tubos.

Se EDC gasoso ou vapor de colunas de destilação for usado naevaporação de hidróxido de sódio, a transferência de calor no aparelho decasca e tubo ocorrerá em co-corrente. O vapor de EDC introduzido no topodo aparelho de casca e tubo se condensa durante uma passagem atravésdo aparelho e pode ser retirado em forma líquida no fundo.

Se EDC líquido for usado na evaporação de hidróxido de sódio,a transferência de calor poderá ser efetuada no aparelho de casca e tubo,mas, então, vantajosamente, em contracorrente, ou por meio de um feixeconectado de tubos de trocador de calor no líquido de hidróxido de sódio oupor meio de um trocador de calor o qual esteja localizado fora do líquido dehidróxido de sódio e seja operado no modo de circulação, por exemplo, dotipo de caldeira.

Todos os métodos descritos acima também podem ser empre-gados de forma aditiva ou em combinação. Se o aparelho de casca e tuboacima for para ser operado com vapor de EDC e com EDC líquido, o apare-lho de casca e tubo poderá ser dividido horizontalmente. Obviamente, temque ser assegurado que as correntes individuais de vapor de colunas dedestilação diferentes não sejam capazes de se tornarem misturadas umascom as outras.

A evaporação de hidróxido de sódio usualmente é realizada emplantas de evaporação de estágio múltiplo, as quais compreendem, por e-xemplo, uma pluralidade de aparelhos de evaporação conectados em série.

As medidas de acordo com a invenção descritas aqui podem ser aplicadas,portanto, separadamente a estágios diferentes ou aparelhos de evaporaçãode uma planta como essa. Assim, por exemplo, um estágio pode ser aqueci-do por meio de EDC gasoso, enquanto um outro estágio é aquecido pormeio de EDC líquido. Contudo, as medidas de acordo com a invenção tam-bém podem ser usadas apenas em um estágio ou simultaneamente em umapluralidade de estágios de uma planta de estágio múltiplo para a evaporaçãode hidróxido de sódio. Também é possível operar vários estágios em pres-sões reduzidas diferentes, de modo a se permitirem temperaturas diferentesdos meios de transferência de calor individuais.

A invenção é ilustrada abaixo com o auxílio de 8 desenhos, maso método da invenção não está restrito a estes casos específicos:

• a figura 1 mostra um arranjo possível com um reator de cloração diretae uma evaporação de hidróxido de sódio correspondente às reivindicaçõesde método 2 e 3,

• a figura 2 mostra um arranjo possível com um reator de cloração diretatendo uma coluna de purificação conectada e uma evaporação de hidróxidode sódio correspondente à reivindicação de método 4,

a figura 3 e a figura 4 mostram, cada uma, uma combinação possívelde uma evaporação de hidróxido de sódio com um reator de cloração diretae uma recuperação de calor de acordo com o processo de VCM equilibrado,com base nos ensinamentos da WO 01/34542 A2, e correspondente à rei-vindicação de método 5,

a figura 5 mostra um arranjo possível com um reator de cloração direta,colunas de purificação com condensação de vapor e uma evaporação dehidróxido de sódio correspondente às reivindicações de método 6 e 7,• as figura 6 a 8 mostram modalidades ilustrativas do parelho para a e-vaporação de hidróxido de sódio correspondente às reivindicações de aparelho.

A figura 1 mostra uma combinação de uma evaporação de hi-dróxido de sódio com um reator de cloração direta o qual produz EDC emuma "operação independente" e cujo calor de reação aquece a evaporaçãode hidróxido de sódio de acordo com a reivindicação de método 2 por meiode EDC gasoso e de acordo com a reivindicação de método 3 por meio deEDC líquido.

A cloração direta 100 compreende um laço 101 preenchido comlíquido, uma introdução de etileno 102, uma adição de cloro dissolvido emEDC 103, com o gás de cloro 104 tendo sido dissolvido de antemão, no inje-tar 105, no EDC líquido 106, o qual foi resfriado de antemão para uma tem-peratura baixa no resfriador de EDC 107 para melhoria da solubilidade, tam-bém um vaso de liberação de gás 108, uma instalação de retirada para oEDC líquido 109 e uma instalação de retirada para o EDC gasoso 110, e umponto de alimentação para EDC de recirculação 111, com os respectivospontos de alimentação e as instalações de retirada também sendo capazesde estarem presentes em forma múltipla por razões práticas. No laço 101preenchido com líquido, cloro e etileno reagem um com o outro para a for-mação de EDC de ebulição, o qual se vaporiza no vaso de liberação de gás108 em conjunto com materiais de partida não reagidos e um gás inerte as-sociado.

O EDC gasoso 110 é introduzido no espaço de camisa superior201 do trocador de calor de casca e tubo 202, aqui mostrado como sendodividido horizontalmente, da evaporação de hidróxido de sódio 200, onde elese condensa e, desse modo, libera calor, mas não é significativamente sub-resfriado de modo a se evitarem flutuações de pressão do vapor de EDC. Osconstituintes não condensáveis são descarregados através da retirada degás inerte 203. Aqui, tem que ser garantido por meio de medidas técnicasadequadas que uma mistura de gás explosiva não possa ser formada noespaço de camisa do trocador de calor de casca e tubo. Essas medidas sãoconhecidas por aqueles versados na técnica e não são o assunto da inven-ção. O condensado de EDC 204 é drenado para o espaço de camisa inferior205 do trocador de calor de casca e tubo dividido horizontalmente 202, ondeo EDC líquido é resfriado. A drenagem do EDC condensado para o espaçode camisa inferior pode ser opcionalmente assistida por meio de uma bomba(não mostrada).

O EDC puro resfriado 206 é retirado do trocador de calor decasca e tubo dividido horizontalmente 202 pela bomba de condensado 207 eé dividido em duas subcorrentes: EDC de produto 208 e EDC de recircula-ção 209. O EDC de produto 208, após um resfriamento em um resfriador deproduto (não mostrado), é transportado para os limites de bateria, e o EDCde recirculação 209 é retornado para o reator.

O EDC contendo catalisador retirado da instalação de retiradapara EDC líquido 109 é transportado por meio da bomba de EDC 210 para oresfriador de conexão 211, o qual é instalado na parte de fundo 214 da eva-poração de hidróxido de sódio 200 e é resfriado ali. O EDC resfriado 212 doresfriador de conexão 211 é resfriado mais no resfriador de circulação 107 ealimentado para o bocal injetor 105, onde ele atua como uma corrente dedirecionamento para succionar e dissolver cloro 104. A corrente 103 de clorodissolvido em EDC então é alimentada para o reator de cloração direta 100.

Uma solução de hidróxido de sódio de 33% de intensidade 213 éalimentada para a parte de fundo 214 da evaporação de hidróxido de sódio200 e evaporada sob uma pressão reduzida. A pressão é mantida pela bom-ba de vácuo 215, a qual descarrega o vapor d'água liberado 216. A bombade hidróxido de sódio 217 descarrega parte da solução de hidróxido de sódioa qual foi concentrada para em torno de 50% como NaOH de produto 218 etransporta uma outra parte para o distribuidor de hidróxido de sódio 219, oqual distribui a solução de hidróxido de sódio a ser concentrada para o inte-rior dos tubos do trocador de calor de casca e tubo 202. A energia de vapori-zação para a evaporação é introduzida aqui pelo calor de condensação e/oupelo calor sensível do EDC condensado.

O exemplo numérico a seguir baseado em um cálculo de simu-lação para uma planta tendo uma capacidade anular de 250000 toneladasmétricas de EDC serve como uma ilustração. Em uma planta deste tamanho,a entalpia de reação é de em torno de 19,1 MW (218 kJ/mol de EDC). Umacapacidade anual de 250000 toneladas métricas de EDC corresponde a umaquantidade de cloro de 22,5 toneladas métricas de cloro / hora, o que cor-responde, por sua vez, a uma produção de hidróxido de sódio de em tornode 25,4 toneladas métricas/h (calculado como NaOH a 100%). O hidróxidode sódio é obtido a uma concentração de 33% a uma temperatura de emtorno de 80 0C e é concentrado para 50% por evaporação a vácuo. Isto cor-responde a uma quantidade de água a ser evaporada de em torno de 26,2toneladas métricas/h ou uma potência de aquecimento de 14,6 MW.

Esta exigência de calor pode ser coberta completamente pelocalor desenvolvido na cloração direta; assim, em torno de 76% do calor dereação são recuperáveis nesta aplicação, o que é uma vantagem da inven-ção. A evaporação é operada a uma pressão reduzida de em torno de 133mbar absolutos (13,3 kPa) e a uma temperatura de 60 °C. O calor de reaçãoremanescente a ser removido é removido por meio de trocadores de calor naplanta de cloração direta.

A figura 2 mostra um reator de cloração direta com uma destila-ção conectada 300 para a purificação do EDC produzido. A constituição dosgrupos de aparelho de cloração direta 100 e de evaporação de hidróxido desódio 200 é a mesma que aquela descrita na figura 1. Em contraste com omodo de operação descrito na figura 1, o vapor de EDC o qual é tomado doreator de cloração direta é primeiramente purificado por destilação na colunade purificação 301. O vapor 302 da coluna de purificação 301 é introduzidono espaço de camisa superior 201 da evaporação de hidróxido de sódio 200.

A evaporação de hidróxido de sódio 200 serve como um condensador devapor da coluna de purificação 301. O condensado de vapor 303 é transpor-tado pela bomba de condensado 207 para o reservatório de topo 304 da co-Iuna de purificação 301 e a partir dali é alimentado por meio da bomba dereservatório 305 para o topo da coluna de purificação 301.

As figura 3 e 4 mostram como o EDC a partir da oxicloração e oEDC não reagido da pirólise de EDC são purificados em uma destilação deEDC de energia intensiva na purificação de EDC 400 do processo de VCMequilibrado. O EDC bruto 401 a partir da oxicloração, o qual não é mostradoaqui, é primeiramente liberado de água e solventes aceleradores de taxa deevaporação na coluna de solvente acelerador de taxa de evaporação 402 ea água e os solventes aceleradores de taxa de evaporação são descarrega-dos através da linha de solvente acelerador de taxa de evaporação 403. OEDC obtido como um produto de fundo a partir da coluna de solvente acele-rador de taxa de evaporação, o qual ainda contém solventes desacelerado-res de taxa de evaporação, então, é alimentado através da linha de EDC 404para a coluna de solvente desacelerador de taxa de evaporação 405. O EDCnão reagido da pirólise de EDC da mesma forma contém solventes desace-Ieradores de taxa de evaporação e é alimentado através da linha de EDC406 para a coluna de solvente desacelerador de taxa de evaporação 405.

Na coluna de solvente desacelerador de taxa de evaporação405, as correntes alimentadas são fracionadas. Um EDC purificado é retira-do no topo da coluna de solvente desacelerador de taxa de evaporação 405através da linha de vapor 407 e é obtido como EDC puro. Os solventes de-saceleradores de taxa de evaporação se acumulam no fundo da coluna desolvente desacelerador de taxa de evaporação 405. A corrente de fundo 408a partir da coluna de solvente desacelerador de taxa de evaporação 405 so-fre uma série de operações de manipulação na coluna de vácuo 409. Notopo da coluna de vácuo 409, EDC puro é retirado através da linha de vaporde EDC 410. A saída de fundo 411 ã partir da coluna de vácuo 409 compre-ende solventes desaceIeradores de taxa de evaporação e uma pequenaproporção residual de EDC.

O aquecimento das colunas 405 e 409 é efetuado conforme sesegue: o EDC líquido 109 é retirado do reator de cloração direta 100 e é ali-mentado e descarregado como um meio de aquecimento para / do evapora-dor de filme descendente 412 da coluna de vácuo 409. O vapor de EDC 413é ramificado a partir do EDC gasoso 110 a partir da cloração direta 100 ealimentado como um meio de aquecimento para o evaporador de filme des-cendente 414 da coluna de solvente desacelerador de taxa de evaporação405. Nos evaporadores de filme descendente 412 e 414, o líquido a ser a -quecido flui para baixo a partir do topo do corpo de evaporador como umfilme de ebulição uniformemente distribuído sobre o interior dos tubos deaquecimento sob a força da gravidade e é parcialmente vaporizado. A parteprincipal do vapor de EDC se condensa no exterior do evaporador de filmedescendente 414. Obviamente, outros trocadores de calor, por exemplo, re-fervedores de termossifão normal, também podem ser usados.

A corrente para cima 415 do evaporador de filme descendente414 pode ser alimentada para um condensador compensador 416, o qualserve para regulagem deste sistema. O EDC líquido é subseqüentementeseparado de componentes não condensáveis no receptor 417. Aqui, tem queser assegurado por meio de medidas adequadas que uma mistura explosivade oxigênio, de eteno residual e de vapor de EDC não possa ser formadadurante a condensação. Por esta razão, um instrumento de medição de oxi-gênio 418, por exemplo, mede o teor de oxigênio e um regulador associadoregula o fluxo de entrada de meio de resfriamento para o condensador com-pensador 416 de forma correspondente, mas reguladores adicionais tambémpodem ser conectados ao condensador compensador 416. Se uma instala-ção de regulagem não for necessária, o condensador compensador 416 po-derá ser omitido também. A formação de uma mistura de gás explosiva tam-bém pode ser impedida por meio de outras medidas, as quais não são o as-sunto da invenção.

Dependendo da exigência em particular da coluna de solventedesacelerador de taxa de evaporação 405, um excesso de vapor de EDCpode estar presente por pelo menos parte do tempo. Neste caso, uma sub-corrente de EDC 419 é ramificada do EDC gasoso 110 e combinada com oscomponentes não condensáveis 420 do receptor 417. Esta corrente de vaporde EDC combinada 421 serve para aquecimento da seção inferior 205 doaparelho de casca e tubo da evaporação de hidróxido de sódio 200, com oEDC sendo condensado e retirado como condensado de EDC 220. Os com-ponentes não condensáveis são retirados como gás excedente 221 e sub-metidos a um tratamento adicional, o qual não é mostrado aqui.

Uma corrente de EDC líquido 109 é retirada do vaso de libera-ção de gás 108 por meio da bomba de circulação 112 e alimentado para umevaporador de filme descendente 412 para aquecimento da coluna de vácuo409. A corrente de EDC 422, a qual foi resfriada ligeiramente após umatransferência para fora de calor sensível, é combinada com parte do EDCpuro 424 retirado do receptor 417 por meio da bomba 423 para a formaçãodo EDC puro 425 e alimentada para a evaporação de hidróxido de sódio200. A outra parte do EDC puro 424 retirada do receptor 417 por meio dabomba 423 serve como um EDC de produto 426.

A figura 3 mostra uma forma de obtenção de EDC de produto auma temperatura mais alta. Uma pessoa versada na técnica escolherá estemétodo, se desejar processar o EDC de produto diretamente na próximaetapa de processo para a produção de VCM, porque pode economizar partedo reaquecimento. Aqui, o EDC de produto 426 é usado sem uma utilizaçãoadicional do calor contido nele. Contudo, se o EDC for para ser transportadoem grandes tanques de armazenamento não pressurizados, o procedimentomostrado na figura 4 poderá ser utilizado: ali, o EDC de produto 426 é resfri-ado para abaixo de 70 0C no resfriador de conexão 211, o qual está Iocaliza-do na parte de fundo 214 da evaporação de hidróxido de sódio 200 e é apartir dali transportado como EDC de produto resfriado 222 para armazena-mento. Como uma alternativa, seria possível localizar o resfriador de EDC nocircuito de hidróxido de sódio de bomba.

A figura 3 e a figura 4 mostram como o EDC líquido pode serusado na evaporação de hidróxido de sódio 200. Na figura 3, a corrente deEDC 425 é ramificada e uma parte 223 dela é alimentada para a seção su-perior 201 do aparelho de casca e tubo da evaporação de hidróxido de sódio200, e a outra parte 224 é alimentada para um trocador de calor de conexão211,o qual serve como um aquecimento de fundo. As correntes de EDC 225e 226, as quais foram resfriadas para em torno de 65 a 70 °C, são combina-das com o condensado de EDC 220 e formam a corrente de recirculação227. Na figura 4, a corrente de EDC 425 não é dividida, mas, ao invés disso,é alimentada diretamente para a seção superior 201 do aparelho de casca etubo da evaporação de hidróxido de sódio 200. Como uma alternativa, umarranjo do ganho integral de ângulo Circuito de bomba de hidróxido de sódiotambém seria possível. A corrente de EDC 225, a qual foi resfriada para emtorno de 70 °C, é combinada com o condensado de EDC 220 e estes emconjunto formam a corrente de recirculação 227.

A corrente de recirculação 227 é dividida nas subcorrentes deEDC 209 e 212. O processo adicional mostrado nas figuras 3 e 4 correspon-de em termos da evaporação de hidróxido de sódio e da cloração direta à-quilo o qual já foi descrito para a figura 1.

O exemplo numérico a seguir com base em um cálculo de simu-lação serve para ilustração das variantes de processo descritas nas figura 3e 4: o cálculo é realizado para uma planta tendo uma capacidade anual de250000 toneladas métricas de EDC. Em uma planta deste tamanho, a ental-pia de reação é de em torno de 19,1 MW (218 kJ/mol de EDC). Disto, é pos-sível recuperar:

Por aquecimento de coluna usando-se vapor de EDC: 7900 kW

Por aquecimento de coluna usando-se EDC líquido: 2050 kW

Por pré-aquecimento de alimentação usando-se EDC líquido: 1310 kW

Total: 11260 kW

Estes se somam até em torno de 60% do calor total de reação.

Uma capacidade anual de 250000 toneladas métricas de EDCcorresponde a uma exigência de cloro de 22,5 toneladas métricas / hora, oque corresponde, por sua vez, a uma produção de hidróxido de sódio (calcu-Iada como NaOH a 100%) de em torno de 25,4 toneladas métricas/h. O hi-dróxido de sódio é obtido a uma concentração de 33% a uma temperaturade em torno de 80 0C e é concentrado para 50% por evaporação a vácuo.Isto corresponde a uma quantidade de água a ser evaporada de em torno de26,2 toneladas métricas/h ou uma potência de aquecimento de 14,6 MW.

Disto, em torno de 4,2 MW podem ser adicionalmente recuperados pelo res-friamento da corrente de EDC de recirculação a partir de 100 0C para 70 0Cem um evaporador de hidróxido de sódio. Isto melhora o grau de utilizaçãodo calor de reação de 60% para 80%. O calor remanescente de reação a serremovido é removido por meio de trocadores de calor na planta de cloraçãodireta.

A figura 5 mostra, como as figuras 3 e 4, o processo de VCMequilibrado no qual o calor de reação da cloração direta 100 é usado paracolunas de purificação de aquecimento. Independentemente de como a utili-zação adicional do calor nas correntes de EDC deixando as caldeiras é efe-tuada, isto é, por exemplo, da maneira da invenção, conforme mostrado nasfiguras 3 e 4, ou de uma outra forma, o vapor da coluna de solvente desace-Ierador de taxa de evaporação 405 também pode ser utilizado para evapora-ção de hidróxido de sódio. Para esta finalidade, o vapor de solvente desace-Ierador de taxa de evaporação 427 é alimentado não para um condensadorconvencional, mas para a seção superior 201 do aparelho de casca e tuboda evaporação de hidróxido de sódio 200 e o condensado de EDC retiradoda evaporação de hidróxido de sódio é recirculado como um gotejamento428 para a coluna de solvente desacelerador de taxa de evaporação 405 ealimentado ali para o topo da coluna.

O vapor de solvente desacelerador de taxa de evaporação 427 éEDC puro, o qual pode ser manipulado de uma maneira análoga ao EDCgasoso 110, conforme mostrado na figura 1, ou de uma maneira análoga aovapor de EDC 303, conforme mostrado na figura 2, para a qual uma referên-cia pode ser feita às respectivas descrições. Uma vez que esta corrente é deEDC puro, ela também pode ser misturada com outros vapores de EDC oucondensados de EDC no processo os quais têm uma pureza similar. Os pro-cessos descritos nas figuras 3, 4 e 5 podem ser, portanto, prontamentecombinados uns com os outros.

O exemplo numérico a seguir com base em um cálculo de simu-lação serve como uma ilustração: o cálculo é realizado para uma planta ten-do uma capacidade anual de 400000 toneladas métricas de EDC. Em umaplanta deste tamanho, em torno de 16,2 MW de potência térmica podem serrecuperados na coluna de solvente desacelerador de taxa de evaporação auma pressão no topo de 1,11 bar (110 kPa) e uma temperatura de em tornode 87 °C, por meio do que em torno de 44 toneladas métricas / h de hidróxi-do de sódio (calculado como NaOH a 100%) podem ser concentradas de 33para 50 por cento em peso.

As figuras 6 a 8 mostram modalidades ilustrativas do aparelho. Afigura 6 mostra um evaporador de filme descendente sem uma divisão hori-zontal compreendendo um trocador de calor de casca e tubo, o qual tem du-as placas de tubo fixas e uma parte de fundo de NaOH eé configurado demodo que uma solução de hidróxido de sódio seja para ser transportada nosinteriores dos tubos e 1,2-dicloroetano seja para ser transportado no exteriordos tubos e também tem instalações para a introdução e a distribuição deuma solução de hidróxido de sódio no interior dos tubos e instalações asquase tornam possível condensar 1,2-dicloroetano gasoso e a descarga degás inerte e de condensado de 1,2-dicloroetano.

A figura 7 adicionalmente mostra um aparelho de casca e tuboque tem instalações a quais tornam possível introduzir 1,2-dicloroetano líqui-do e também a descarga dele, com um aparelho de casca e tubo divididosendo usado.

A figura 8 mostra um vaporizador de circulação externa do tipode caldeira 228 para operação usando-se 1,2-dicloroetano líquido como ummeio de aquecimento para a parte de fundo do trocador de calor de casca etubo. Esta modalidade pode ser empregada, vantajosamente, quando umapluralidade de correntes de EDC líquido, as quais têm purezas diferentes oudas quais uma contém um catalisador para operação do reator de cloraçãodireta, é usada e estas não devem ser misturadas umas com as outras.

Listagem de Referência

100 Cloração direta

101 Laço preenchido com líquido

102 Alimentação de etileno

103 Clorodissolvido

104 Gás de cloro

105 Injetor

106 EDC líquido107 ResfriadordeEDC

108 Vaso de liberação de gás

109 EDC líquido

110 EDC gasoso

111 EDC de recirculação

112 Bomba de circulação

200 Evaporação de hidróxido de sódio

201 Espaço de camisa superior

202 Trocador de calor de casca e tubo

203 Retirada de gás inerte

204 Condensado de EDC

205 Espaço de camisa inferior

206 EDC puro

207 Bomba de condensado

208 EDC de produto

209 EDC de recirculação

210 BombadeEDC

211 Resfriador de conexão

212 EDC

213 Solução de hidróxido de sódio a 33% de intensidade

214 Partedefundo

215 Bomba de vácuo

216 Vapor d'água

217 Bomba de hidróxido de sódio

218 NaOHdeproduto

219 Distribuidor de hidróxido de sódio

220 Condensado de EDC

221 Gás excedente

222 EDC de produto resfriado

223 Parte

224 Parte225 Corrente de EDC

226 Corrente de EDC

227 Corrente de recirculação

228 Vaporizador de circulação do tipo de caldeira

300 Destilação

301 Coluna de purificação

302 Vapor

303 Condensado de vapor

304 Reservatório de topo

305 Bomba de reservatório

400 Purificação de EDC

401 EDC bruto

402 Coluna de solvente acelerador de taxa de evaporação

403 Linha de solvente acelerador de taxa de evaporação

404 Linha de EDC

405 Coluna de solvente desacelerador de taxa de evaporação

406 Linha de EDC

407 Linha de vapor

408 Corrente de fundo

409 Coluna de vácuo

410 Linha de vapor de EDC

411 Retirada de fundo

412 Evaporador de filme descendente

413 Vapor de EDC

414 Evaporador de filme descendente

415 Corrente de saída

416 Condensador compensador

417 Receptor

418 Instrumento de medição de oxigênio

419 Subcorrente de EDC420 Componentes não condensáveis

421 Corrente de vapor de EDC

422 Corrente de EDC

423 Bomba

424 EDC puro

425 EDC puro

426 EDC de produto

427 vapor de solvente desacelerador de taxa de evaporação

428 Gotejamento

Claims

1. Método de utilização do calor da reação da preparação de-1,2-dicloroetano a partir de eteno e cloro em um reator de cloração direta,com o cloro sendo produzido em uma eletrólise de cloreto de sódio, caracte-rizado pelo fato de que pelo menos parte do calor da reação na formação do-1,2-dicloroetano no reator de cloração direta é utilizado para a evaporaçãodo NaOH produzido como subproduto na eletrólise de NaCI para a prepara-ção do cloro necessário para a cloração direta.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que pelo menos parte do calor da condensação do vapor de 1,2-dicloroetano removido da cloração direta é usado para a evaporação do hi-dróxido de sódio produzido.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que pelo menos parte do calor sensível do 1,2-dicloroetano líquidoremovido da cloração direta é usado para a evaporação do hidróxido de só-dio produzido.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que pelo menos parte do calor da condensação do vapor obtido napurificação por destilação do 1,2-dicloroetano produzido a partir de eteno ecloro em um reator de cloração direta é usado para a evaporação do hidróxi-do de sódio produzido.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o 1,2-dicloroetano produzido, o qual é removido em forma gaso-sa ou líquida do reator de cloração direta, é primeiramente utilizado para oaquecimento indireto das colunas de purificação, e somente após o EDC tertransferido parte de sua energia térmica para lá, em uma temperatura relati-vamente elevada, é passado para uma transferência de energia adicional naevaporação do hidróxido de sódio, onde ele transfere energia térmica em umtemperatura mais baixa, para o hidróxido de sódio, em um trocador de calorindireto.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que pelo menos parte do calor da condensação do vapor da destila-ção, cujo aquecedor é operado usando calor da reação gerado na reação decloração direta do eteno e cloro, é usado para a evaporação do hidróxido desódio produzido.

7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que o vapor contendo 1,2-dicloroetano da coluna de destilação paraa remoção de componentes que tem um ponto de ebulição mais elevado doque o do 1,2-dicloroetano é usado para a evaporação do hidróxido de sódio.

8. Aparelho para realizar o método como definido em qualqueruma das reivindicações 1 a 7, compreendendo um trocador de calor que temtubos envolvidos por camisas, o qual tem 2 partes de tubo fixos e uma parteno fundo de NaOH e é configurado de modo que a solução de hidróxido desódio é para ser convertida no interior dos tubos e o 1,2-dicloroetano é paraser convertido no lado externo dos tubos, e também tendo meios para intro-duzir e distribuir a solução de hidróxido de sódio para o interior dos tubos.

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, compreendendoum trocador de calor que tem tubos envolvidos por camisas tendo meios quetornem possível condensar 1,2-dicloroetano no lado externo dos tubos, etambém permitir a introdução de 1,2-dicloroetano gasoso, e a descarga dogás inerte e do 1,2-dicloroetano condensado.

10. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, compreendendoum trocador de calor que tem tubos envolvidos por camisas tendo meios quetornem possível introduzir 1,2-dicloroetano líquido e também a sua descarga.

11. Aparelho de acordo com a reivindicação 9 ou 10, compreen-dendo um aparelho dividido que tem tubos envolvidos por camisas, cuja pri-meira parte e configurada de acordo com a reivindicação 9 e cuja outra parteé configurada de acordo com a reivindicação 10.

12. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 8a 11 tendo uma tomada no trocador de calor para operação usando 1,2-dicloroetano líquido como meio de aquecimento na parte do fundo do troca-dor de calor que tem tubos envolvidos por camisas.

13. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 8a 11 tendo um vaporizador de circulação externa usando 1,2-dicloroetanolíquido como meio de aquecimento na parte do fundo do trocador de calorque tem tubos envolvidos por camisas.