BRPI0806784A2 - processo para a produção de óxido de etileno e, opcionalmente, etileno glicol - Google Patents
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Abstract
PROCESSO PARA A PRODUçãO DE óXIDO DE ETILENO E, OPCIONALMENTE, ETILENO GLICOL. A invenção fornece um processo para a produção de óxido de etileno e, opcionalmente, etileno glicol. Uma base é adicionada em uma ou mais posições a jusante de uma seção de resfriamento brusco de um absorvedor de óxido de etileno para manter um pH na faixa de 5,5 a 9,5. Isto mitiga a corrosão nas instalações de óxido de etileno e etileno glicol.
Description
"PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ÓXIDO DE ETILENO E, OPCIONALMENTE, ETILENO GLICOL" Campo da invenção
A presente invenção diz respeito a um processo para a produção de óxido de etileno e a um processo para a produção de etileno glicol.
Fundamentos da invenção
Oxido de etileno é usado como um intermediário químico, principalmente para a produção de etilenos glicóis mas também para a produção de etoxilados, etanol-aminas, solventes e éteres de glicol. E produzido pela oxidação direta do etileno com oxigênio ou ar. Etileno e oxigênio são passados por um catalisador de óxido de prata, tipicamente em pressões de 10 a 30 bar e temperaturas de 200 a 300°C. A reação é exotérmica e um reator típico consiste de vários feixes de vários milhares de tubos que os quais estão cheios de catalisador. Um líquido refrigerante envolve os tubos do reator, removendo o calor da reação e permitindo o controle da temperatura.
A corrente do produto do reator de óxido de etileno é fornecida a um absorvedor de óxido de etileno. O absorvedor tem a princípio, uma seção de resfriamento brusco em que a corrente do produto é comunicada com uma corrente de resfriamento brusco aquosa recirculante e uma solução básica é continuamente adicionada à corrente de resfriamento brusco recirculante. Uma tal seção de resfriamento brusco é descrita na US 4.822.926. A corrente de resfriamento brusco aquosa é dita neutralizar os compostos ácidos tal como ácido acético e ácido fórmico que podem ser formados no reator. Outra seção de resfriamento brusco é descrita na US 5.336.791.
A corrente gasosa passa de uma seção de resfriamento brusco para a seção principal do absorvedor de óxido de etileno onde esta é depurada com água para recuperar o óxido de etileno. A corrente de água resultante, que é rica em óxido de etileno, é referida como o absorvente de gordura e este é enviado a um separador de óxido de etileno. No separador do óxido de etileno, o óxido de etileno é despojado e uma corrente concentrada de óxido de etileno é enviada aos processos que terminam com o óxido de etileno tais como condensação, destilação e re-absorção. Os líquidos restantes, indicados como o absorvedor pobre, são reciclados ao absorvedor de óxido de etileno.
Oxido de etileno de alta pureza pode ser resfriado, armazenado e transportado aos consumidores. Alternativamente, o óxido de etileno produzido nas instalações podem ser direcionados para uma unidade de etileno glicol. O etileno glicol é tipicamente fabricado reagindo-se o óxido de etileno com um excesso de água, tipicamente a temperaturas de 150 a 250°C. Sob essas condições as taxas de são mais rápidas e nenhum catalisador é necessário.
A reação do óxido de etileno com água tipicamente produz uma corrente de glicol do produto que consiste de quase 90 por cento em peso de monoetileno glicol, o restante sendo predominantemente dietileno glicol, pouco trietileno glicol e uma pequena quantidade de homólogos superiores. A corrente de glicol do produto é passada através das sucessivas colunas de destilação com pressão decrescente para remover a água, que é retornada ao reator de etileno glicol. O mono-, di- e tri- etileno glicol são separados pela destilação a vácuo.
Aço carbono foi tipicamente usado para os recipientes do reator e tubulação nas instalações de óxido de etileno e etileno glicol. Na entrada de "óxido de etileno" da Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (edição de 1987) é determinado que visto que o óxido de etileno não é corrosivo, os reatores e as seções da instalação que transporta o óxido de etileno são usualmente feitos de aço suave. Não obstante, os presentes inventores observaram a corrosão das seções da instalação de óxido de etileno/etileno glicol e procuraram entender o mecanismo desta corrosão e deste modo fornecer as soluções para mitigar esta corrosão. Sumário da invenção
Portanto, a presente invenção fornece um processo para a produção de óxido de etileno e, opcionalmente, etileno glicol que compreende as etapas de
(i) fornecer etileno e oxigênio a um reator de óxido de etileno em que etileno e oxigênio reagem para produzir óxido de etileno, deste modo produzindo uma corrente de produto do reator;
(ii) fornecer a corrente de produto do reator a um absorvedor de óxido de etileno tendo uma seção de resfriamento brusco e uma seção absorvedora a jusante de uma seção de resfriamento brusco, em que a corrente de produto do reator é comunicada com uma solução aquosa recirculante em uma seção de resfriamento brusco e uma base é adicionada à solução aquosa recirculante, e em que óxido de etileno é recuperado da corrente de produto do reator pela absorção em água na seção absorvedora, deste modo produzindo um corrente absorvente de gordura;
(iii) fornecer a corrente absorvente de gordura a um separador de óxido de etileno em que a corrente absorvente de gordura é separada por vapor, deste modo produzindo uma corrente de óxido de etileno concentrada e uma corrente absorvente pobre;
(iv) recircular a corrente absorvente pobre ao absorvedor de óxido de etileno; e
(v) opcionalmente, fornecer a corrente de óxido de etileno concentrada a uma unidade de acabamento de óxido de etileno, deste modo produzindo uma corrente de óxido de etileno purificada; e
(vi) opcionalmente, fornecer a corrente de óxido de etileno concentrada, a corrente de óxido de etileno purificada ou qualquer outra corrente contendo óxido de etileno a uma instalação de etileno glicol, produzindo etileno glicol;
em que o processo compreende a etapa adicional de (vii) adicionar uma base em uma ou mais posições a jusante de uma seção de resfriamento brusco do absorvedor de óxido de etileno para manter um pH na faixa de 5,5 a 9,5 em pelo menos uma região onde os ésteres de glicol são hidrolisados aos ácidos orgânicos e etileno glicol.
Breve Descrição dos Desenhos
A figura 1 é um diagrama esquemático que apresenta uma forma de realização preferida do processo de acordo com a invenção para produzir óxido de etileno.
A figura 2 é um diagrama esquemático que apresenta uma forma de realização preferida do processo de acordo com a invenção para produzir etileno glicol, que pode ser combinado com o processo apresentado na figura 1 para produzir óxido de etileno.
A figura 3 é um gráfico que apresenta pH em duas correntes diferentes em uma instalação de óxido de etileno.
A figura 4 é um gráfico que apresenta o relacionamento entre o teor de ferro e o pH em uma corrente em uma instalação de óxido de etileno. Descrição Detalhada da Invenção
Os inventores estudaram a corrosão da instalação de óxido de etileno/etileno glicóis e identificaram um mecanismo pelo qual a corrosão ocorre. Eles também identificaram as razões que explicam porque a corrosão foi recentemente observada nas instalações, mas em geral não observada antes deste estudo. Finalmente, os inventores inventaram métodos de mitigar a corrosão.
Os inventores surpreendentemente descobriram que os sais de ácidos orgânicos que estão presentes no absorvedor de óxido de etileno reagem com óxido de etileno para formar os ésteres de glicol. Por exemplo para formar sais:
<formula>formula see original document page 5</formula> O sal de sódio está presente se a solução básica fornecida é hidróxido de sódio; se outra base é usada, outro sal estará presente.) Estes ésteres de glicol são transportados a jusante do absorvedor de óxido de etileno para muitos pontos da instalação de óxido de etileno/ etileno glicol e, sob certas condições (tipicamente condições que são deficientes em óxido de etileno e ricas em água) os ésteres de glicol hidrolisam para formar o ácido orgânico mais o etileno glicol, por exemplo:
<formula>formula see original document page 6</formula>
Esta produção de ácido cria um ambiente ácido em qualquer ponto na instalação em que as condições promovem a hidrólise. Embora a concentração de sais de ácidos orgânicos no absorvedor de óxido de etileno seja baixa, a hidrólise continuada dos ésteres de glicol em posições a jusante do absorvedor de óxido de etileno pode levar a um aumento gradual nos ácidos orgânicos e uma diminuição resultante no pH. O pH pode alcançar níveis (por exemplo, abaixo do pH 4) o que leva à corrosão da instalação.
Em muitas instalações de óxido de etileno, o absorvente pobre é exposto a uma ponta de resfriamento aberta, mas por razões ambientais, instalações mais novas tendem a ter sistemas de resfriamento fechados. Os inventores acreditam que nos sistemas com uma ponta de resfriamento aberta, a maioria dos ácidos e ésteres de glicol evaporam e portanto existe pouca formação de ácido pela hidrólise do glicol éster a jusante do absorvedor de óxido de etileno. Nos sistemas mais novos com um sistema de resfriamento fechado, os ácidos e ésteres de glicol não podem evaporar e os níveis de ácido a jusante do absorvedor de óxido de etileno podem aumentar localmente tal que uma corrosão significante pode ocorrer. Adicionalmente, nos sistemas com sistemas de resfriamento abertos é necessário adicionar quantidades significantes de água de composição ao absorvedor de óxido de etileno porque a água é perdida para a atmosfera. Esta água de composição contem níveis baixos de aminas ou outros produtos químicos para controlar o pH da água de composição. Estas aminas ou outros produtos químicos podem neutralizar os ácidos formados através da hidrólise dos ésteres de glicol, então a adição de água de composição pode reduzir o efeito da hidrólise do éster e diminuir a corrosão. Com o sistema de resfriamento fechado, muito mais água de composição é necessária então a concentração de aminas ou outros produtos químicos serão menores e a neutralização de ácidos, portanto, reduziria com o possível aumento da corrosão.
Um método de prevenir a corrosão ácida é substituir as unidades de aço carbono com unidades de aço inoxidável, mas esta é uma opção dispendiosa e mesmo o aço inoxidável será corrosivo se exposto a um pH baixo o suficiente por períodos estendidos. Os presentes inventores identificaram que a corrosão ácida ocorre onde a hidrólise do éster de glicol ocorre e foi capaz de mitigar esta corrosão identificando-se onde a hidrólise do éster de glicol ocorre e adicionando-se uma base adequada. Este método alvo é prontamente implementado uma vez que as regiões da hidrólise do éster foram identificadas e permite o uso contínuo das unidades de aço carbono mesmo em sistemas com um sistema de resfriamento fechado. Até a identificação do mecanismo de hidrólise do éster de glicol pelos presentes inventores, não foi pensado que o pH poderia diminuir as regiões a jusante de uma seção de resfriamento brusco do absorvedor de óxido de etileno e deste modo causar a corrosão. Como não houve nenhuma adição de espécies básicas ou ácidas a jusante de uma seção de resfriamento brusco, mudanças significantes no pH seriam esperadas. Os presentes inventores surpreendentemente descobriram que pode haver mudanças significantes no pH a jusante do absorvedor de óxido de etileno, foi identificado um mecanismo que explica as mudanças do pH e foi desenvolvido um meio eficaz de prevenir a corrosão nas instalações de óxido de etileno/etileno glicóis. A reação do etileno e oxigênio para produzir óxido de etileno em um reator de óxido de etileno é bem conhecida ao técnico habilitado. O oxigênio pode ser fornecido como oxigênio ou como ar, mas é preferivelmente fornecido como oxigênio. Gás de lastro, por exemplo metano, é tipicamente fornecido para permitir a operação em altos níveis de oxigênio sem causar uma mistura inflamável. O inibidor, por exemplo monocloroetano ou dicloroetano, pode ser fornecido para o controle do desempenho do catalisador. O etileno, oxigênio, gás de lastro e inibidor são preferivelmente fornecidos ao gás reciclado que é fornecido ao reator de óxido de etileno a partir do absorvedor de óxido de etileno.
O reator de óxido de etileno é adequadamente um reator multitubular de leito fixo. O catalisador é preferivelmente prata finamente dispersada e opcionalmente metais promotores em um material de suporte, por exemplo, alumina. A reação é preferivelmente realizada em pressões de mais do que 10 bar e menos do que 30 bar e temperaturas de mais do que 200°C e menos do que 300°C.
A maioria do etileno reage para formar o óxido de etileno, mas uma porção do etileno será completamente oxidada, fornecendo dióxido de carbono e água. A corrente de produto do reator é fornecida a uma seção de resfriamento brusco de um absorvedor de óxido de etileno. Na seção de resfriamento brusco a corrente de produto do reator é comunicada com uma solução aquosa recirculante e uma base é adicionada à solução aquosa recirculante. A base é preferivelmente uma solução alcalina aquosa, por exemplo uma solução de hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio, mais preferivelmente uma solução de hidróxido de sódio. A concentração da solução alcalina é preferivelmente de 5 a 50% em peso, mais preferivelmente de 10 30% em peso. Subseqüentemente os gases passam para a seção absorvedora em que o óxido de etileno é recuperado da corrente de produto do reator absorvendo-se em água. Um exemplo de um absorvedor de etileno tendo uma seção de resfriamento brusco é descrito na US 4.822.926.
Em uma forma de realização preferida, uma sangria de resfriamento brusco aquosa é retirada de uma seção de resfriamento brusco, preferivelmente da solução aquosa recirculante. A sangria de resfriamento brusco tipicamente contem uma baixa concentração de óxido de etileno, uma baixa concentração de etileno glicol e sais tais como carbonato e bicarbonato de sódio. A sangria de resfriamento brusco é tipicamente tratada para remover ou recuperar o óxido de etileno, para recuperar o etileno glicol e para remover produtos pesados tais como sais de sódio. Por exemplo, a sangria de resfriamento brusco pode ser tratada como descrito na US 4.822.926: a sangria de resfriamento brusco é passada por um reator tubular em que o óxido de etileno é hidrolisado a etileno glicol, a solução de etileno glicol aquosa diluída resultante é passada para um vaporizador em que a água é evaporada, a pasta fluida de duas fases resultante que contem a corrente é passada por uma centrífuga e a fase líquida centrifugada resultante é passada para um vaporizador de sangria de glicol.
Preferivelmente, os vapores de topo do absorvedor de óxido de etileno são reciclados para o reator de óxido de etileno. Uma porção deste gás reciclado é preferivelmente desviada através de um depurador de gás para a remoção do dióxido de carbono e é depois retornada para a corrente de reciclagem. Uma corrente de ventilação é tipicamente retirada do gás reciclado para reduzir a formação de inertes tais como etano, argônio e nitrogênio e para remover impurezas.
A corrente aquosa que sai do absorvedor de óxido de etileno, a corrente absorvente de gordura, é fornecida a um separador de óxido de etileno. Em um separador de óxido de etileno típico, uma corrente de óxido de etileno concentrada deixa o topo do separador e uma corrente absorvente pobre deixa o fundo do separador. A corrente absorvente pobre é recirculada para o absorvedor de óxido de etileno e é preferivelmente resfriado antes deste ser fornecido ao absorvedor de óxido de etileno.
Em uma forma de realização preferida da invenção, o esfriamento da corrente absorvente pobre ocorre em um sistema de resfriamento fechado. Muitos sistemas da técnica anterior usam sistemas de resfriamento abertos mas é preferido, por razões ambientais, usar um sistema de resfriamento fechado. Com um sistema de resfriamento fechado, a corrosão pode ocorrer ao passo que os ácidos e os ésteres de glicol não são removidos pela evaporação, e os ésteres de glicol podem hidrolisar e formar ácidos. Não obstante, no processo da presente invenção, a corrosão é prevenida dosando-se com uma base para manter o pH na faixa de 5,5 a 9,5 nas regiões onde os ésteres são hidrolisados.
Preferivelmente, o processo também compreende uma etapa de retirar uma corrente deslizante do absorvedor pobre e fornecer a corrente deslizante a uma unidade de recuperação de glicol em que os glicóis são recuperados. A produção de glicol é tipicamente baixa, mas sem a remoção de uma corrente deslizante, o teor de glicol no absorvedor pobre de recirculação aumentaria.
A corrente de óxido de etileno concentrada que deixa o topo do separador de óxido de etileno é opcionalmente fornecido a uma unidade de acabamento de óxido de etileno, fornecendo uma corrente de óxido de etileno purificada. A unidade de acabamento preferivelmente consiste de unidades de condensação, destilação e re-absorção.
A corrente de óxido de etileno purificada pode ser esfriada e encaminhada para armazenagem (o óxido de etileno é em geral armazenado sob uma manta de nitrogênio a aproximadamente 10°C).
O processo da invenção fornece várias correntes contendo óxido de etileno, e qualquer uma dessas correntes pode ser fornecida a uma instalação de etileno glicol. Em instalações de EO/EG típicas várias correntes diferentes, incluindo a corrente de óxido de etileno concentrada, serão fornecidas para a instalação de etileno glicol. É possível, mas não preferido, fornecer a corrente de óxido de etileno purificada à instalação de etileno glicol. A instalação de etileno glicol tipicamente consiste de um reator de etileno glicol, um sistema evaporador de múltiplas etapas, uma coluna de secagem e um sistema de destilação fracionada.
O reator de etileno glicol é preferivelmente um reator não catalítico em que óxido de etileno e água reagem a uma temperatura de 150 a 250°C e uma pressão de 30 a 40 atmosferas. O reator de etileno glicol pode ser alternativamente um reator catalítico. Em um reator não catalítico, é preferido usar um excesso de água, por exemplo uma razão molar de 22:1 de óxido de etileno para água.
A corrente de produto etileno glicol que emerge do reator de etileno glicol é preferivelmente fornecido a um sistema evaporador de múltiplas etapas em que o excesso de água é removido. A água que é removida no sistema evaporador de múltiplas etapas é preferivelmente fornecida ao reator de etileno glicol. Além disso, a água é preferivelmente removida em uma coluna de secagem. A corrente de etileno glicol esgotada de água tipicamente consiste de 70 a 95% em peso de monoetileno glicol, com o restante sendo dietileno glicol e trietileno glicol e é fornecida a um sistema de destilação fracionada em que os produtos de glicol individuais são recuperados em um alto nível de pureza.
A base que é adicionada na etapa (vii) da invenção é preferivelmente uma solução alcalina aquosa, por exemplo uma solução de hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio. O hidróxido de potássio pode ser preferido porque os sais de potássio são mais solúveis do que os sais de sódio e portanto causam menos incrustação nas unidades tais como nos re- ebulidores em uma instalação de etileno glicol. Não obstante, o hidróxido de sódio é menos dispendioso do que o hidróxido de potássio e assim pode ser preferido, particularmente se não há a recuperação de dietileno glicol e ou trietileno glicol. A concentração da solução alcalina aquosa é preferivelmente de 5 a 50% em peso, mais preferivelmente de 10 a 30% em peso. A solução alcalina aquosa é um líquido e é adicionada aos líquidos (isto é, não é adicionado reagente ou produtos na fase gasosa). Pode ser preferível usar uma base orgânica, tipicamente uma amina, para adição nos pontos na instalação de etileno glicol, particularmente em água que é reciclada do sistema evaporador para o reator de etileno glicol. Não obstante, as aminas não são preferidas na instalação de óxido de etileno a passo que estas podem afetar a atividade do catalisador.
A base é adicionada para manter o pH na faixa de 5,5 a 9,5, preferivelmente de 6 a 9 e mais preferivelmente de 6,5 a 8,5 em pelo menos um região onde os ésteres de glicol são hidrolisados a um ácido orgânico e etileno glicol. Adicionar base suficiente para manter o pH acima de 5,5 assegura que mesmo se a hidrólise do éster pode ocorrer, a corrosão ácida da instalação não pode ocorrer. Não obstante, a adição de muita base pode aumentar o pH acima de 9,5 e isto também é indesejável. Na seção de óxido de etileno da instalação, um pH acima de 9,5 pode levar à corrosão pelo estresse de carbonato da instalação. Nas seções de etileno glicol da instalação, um pH acima de 9,5 pode reduzir a qualidade do produto de etileno glicol. O pH nas várias regiões da instalação pode ser monitorado usando técnicas e dispositivos de medição de pH conhecidas, incluindo as técnicas de amostragem e medição do pH em série.
Preferivelmente o pH é mantido na faixa de 5,5 a 9,5 em mais do que uma região onde os ésteres de glicol são hidrolisados a ácido orgânico e etileno glicol. Em uma forma de realização preferida, o pH é mantido na faixa de 5,5 a 9,5, preferivelmente de 6 a 9 e mais preferivelmente de 6,5 a 8.5 em todas as regiões onde os ésteres de glicol são hidrolisados a ácido orgânico e etileno glicol. Se existem quaisquer regiões onde os ésteres de glicol são hidrolisados a ácido orgânico e etileno glicol e o pH não é controlado, é provável que a acidez continuará a aumentar naquela região e a corrosão ocorrerá.
As regiões onde os ésteres de glicol são hidrolisados a ácido orgânico e etileno podem ser identificadas usando técnicas cromatográficas ou espectroscópicas ou análise de pH. Com as técnicas cromatográficas ou espectroscópicas, as amostras são tiradas de uma variedade de posições na instalação. As amostras são analisadas usando técnicas tais como espectroscopia iônica cromatográfica ou infravermelha. Isto permite que a pessoa habilitada quantifique a quantidade de ésteres de glicol e ésteres orgânicos na amostra. Comparando-se os resultados das amostras a partir de diferentes posições é possível ver onde existe um aumento no teor de ácido orgânico e uma diminuição no teor de glicol éster e deste modo identificar onde a hidrólise está ocorrendo. Com a análise de pH, o pH é medido em várias posições na instalação e as regiões onde a hidrólise está ocorrendo são identificadas encontrando-se as regiões onde o pH está diminuindo. Antes da presente invenção a pessoa habilitada não esperaria que a variação do pH a jusante de uma seção de resfriamento brusco do absorvedor EO5 não conduziria a análise de pH a jusante de uma seção de resfriamento brusco do absorvedor EO.
As regiões onde a hidrólise do glicol éster ocorre podem variar de instalação para instalação, dependendo da configuração das instalações e das condições. Com base no estudo de várias instalações, os presentes inventores identificara várias regiões onde a hidrólise do glicol éster provavelmente ocorre: no óxido de etileno separador; no vaporizador e seções subsequentes na sangria da unidade de resfriamento brusco; na unidade de recuperação de glicol (em que uma corrente deslizante do absorvedor pobre é fornecida à unidade); e no reator de etileno glicol, sistema evaporador de múltiplas etapas, coluna de secagem e sistema de destilação fracionada da instalação de etileno glicol. A base é adicionada em uma ou mais posições a jusante de uma seção de resfriamento brusco do absorvedor de óxido de etileno. As posições e as quantidades de base que são adicionadas são determinadas pela necessidade de controlar o pH em uma ou mais regiões onde a hidrólise do éster ocorre. A base é preferivelmente adicionada em múltiplas posições para permitir o controle do pH em mais do que uma região onde a hidrólise do glicol éster ocorre. A base é preferivelmente adicionada no separador de óxido de etileno ou em uma ou mais posições a jusante do óxido de etileno separador.
Os presentes inventores sugerem que o pH pode ser controlado entre 5,5 e 9,5 nas regiões onde a hidrólise do éster ocorre além da base em uma ou mais das seguintes posições:
(a) se uma sangria de resfriamento brusco é retirada de uma seção de resfriamento brusco, na saída de drenagem da sangria de resfriamento brusco do absorvedor de óxido de etileno, ou a jusante do ponto onde óxido de etileno é removido
(b) na corrente absorvente de gordura
(c) na corrente absorvente pobre
(d) no separador de óxido de etileno
(e) se um corrente deslizante do absorvente pobre é fornecida a uma unidade de recuperação de glicol, na corrente deslizante para aquela unidade ou na unidade de recuperação por si
(f) se uma unidade de acabamento EO é usada, em correntes ricas em água e pobre em EO deixando uma unidade de acabamento de EO
(g) se a água é reciclada de um sistema evaporador (múltiplos estágios) a um reator de etileno glicol, na água reciclada a qualquer ponto.
(h) na corrente de etileno glicol esgotada de água resultante do evaporados de múltiplos estágios.
(i) na unidade de destilação fracionada A figura 1 apresenta uma forma de realização preferida do processo da invenção para produzir óxido de etileno. O etileno (1), oxigênio (2), metano (3) e monocloroetano (4) são fornecidos a uma corrente gasosa reciclada (9) que é fornecida a um reator de óxido de etileno (5). O reator de óxido de etileno (5) é um reator de leito fixo multitubular em que os tubos são preenchidos com um catalisador de prata em um suporte de alumina. A corrente de produto do reator (6) que deixa o reator (5) contem óxido de etileno, dióxido de carbono, água e pequenas quantidades de impurezas. A corrente de produto do reator (6) é fornecida a uma seção de resfriamento brusco (7) e depois a seção absorvedora (8) do absorvedor de óxido de etileno (7, 8). Os gases de topo na seção absorvedora (8) são reciclados (9) para o reator de óxido de etileno (5). Uma porção da corrente gasosa reciclada (9) é desviada (10) por intermédio de um depurador de gás (11) que remove o dióxido de carbono do gás reciclado. Na seção de resfriamento brusco (7), a corrente de produto do reator (6) é comunicada com uma solução aquosa recirculante (12). Hidróxido de sódio (13) é adicionado à solução aquosa recirculante (12).
Uma sangria de resfriamento brusco (14) é retirada da solução aquosa recirculante (12) e é passada para uma unidade de remoção de óxido de etileno (15), que pode ser um reator tubular em que o óxido de etileno é hidrolisado a etileno glicol, produzindo uma solução aquosa diluída de etileno glicol ou pode ser um separador de óxido de etileno em que óxido de etileno é despojado e enviado novamente ao absorvedor de óxido de etileno (7, 8). Uma solução diluída contendo o etileno glicol (16) é passada para um vaporizador (17) em que a água e o etileno glicol são evaporados e recuperados. A corrente que contem a pasta fluida de duas fases restante (18) é passada para uma centrífuga (19) e a fase líquida centrifugada resultante (20) é passada para um vaporizador de sangria de glicol (21). Como uma alternativa à centrífuga (19) e ao vaporizador (21), a corrente (18) pode ser transportada da instalação e ser tratada em um processo independente.
A corrente absorvente de gordura (22) que resulta do absorvedor de óxido de etileno (7, 8) é fornecida ao separador de óxido de etileno (23). O absorvente pobre (24) do separador de óxido de etileno (23) é recirculado para o absorvedor de óxido de etileno (7, 8) por intermédio de um sistema de resfriamento (25). A corrente de óxido de etileno concentrada (26) do separador de óxido de etileno (23) é fornecida a uma unidade de acabamento de óxido de etileno (27), produzindo a corrente de óxido de etileno purificada (28). As correntes de água restantes (29) podem ser novamente enviadas para a corrente absorvente pobre (24), podem ser enviadas a uma unidade de glicol e/ou pode ser enviada à água residual.
Uma corrente deslizante (30) do absorvente pobre (24) é fornecida a uma unidade de glicol (31), produzindo uma corrente de glicol (32).
Uma base pode ser fornecida em qualquer local marcado com uma estrela (*). Isto inclui na corrente absorvente pobre (22), ao separador de óxido de etileno (23), à corrente absorvente pobre (24), à corrente deslizante (30), às correntes de água (29), à corrente de sangria de resfriamento brusco (14), à solução diluída aquosa de etileno glicol (16), à corrente que contém a pasta fluida de duas fases (18) e à corrente de glicol (32).
A Figura 2 apresenta um processo para produzir etileno glicol, que pode ser combinado com o processo apresentado na figura 1 para produzir óxido de etileno. Qualquer óxido de etileno contendo as correntes da instalação de óxido de etileno da Figura 1 (por exemplo a corrente de óxido de etileno concentrada, (26), a corrente absorvente pobre (24), as correntes de água (29)) pode ser fornecido ao reator de etileno glicol (33), que é um reator do tipo tubular não reativo. A corrente do produto de etileno glicol (34) que emerge do reator de etileno glicol é fornecida a um sistema evaporador de múltiplas etapas (35). A água é removida no sistema evaporador de múltiplas etapas (35) e é fornecida ao reator de etileno glicol (33). A corrente de etileno glicol (37) é fornecida a uma coluna de secagem (38) em que mais água é removida. A corrente de etileno glicol esgotada de água (39) é fornecida a um sistema de destilação fracionada (40) em que os produtos de glicol individuais são recuperado em qualquer nível de pureza.
Uma base pode ser fornecida em qualquer lugar marcado com uma estrela (*). Isto inclui no sistema evaporador (35), no reciclo de água (36) em qualquer ponto incluindo os recipientes de coleta de água no sistema de reciclagem, na corrente de etileno glicol condensada (37), na coluna de secagem (38), na corrente de etileno glicol esgotada de água (39).
Os inventores testaram a presente invenção em uma instalação de óxido de etileno/etileno glicol substancialmente de acordo com as Figuras 1 e 2. A Figura 3 apresenta o pH da corrente absorvente pobre (24 na Figura 1) e o pH da corrente de uma unidade de sangria de etileno glicol (32 na Figura 1) em uma instalação no curso de um ano. Durante a primeira parte de um ano, o pH da corrente de sangria foi muito menor do que o pH da corrente absorvente pobre. Isto foi devido à hidrólise dos ésteres de glicol na unidade de sangria de etileno glicol. Em junho/julho, grandes quantidades de hidróxido de sódio foram adicionadas do absorvente pobre, o que aumentou o pH de ambos os absorventes pobres e aumentou significantemente o pH da corrente de sangria. Este nível de adição de hidróxido de sódio foi excessivo, levando a um alto pH indesejável na corrente de sangria. A partir de outubro, o hidróxido de sódio foi adicionado de uma maneira controlada. Isto aumentou o pH na corrente de sangria de uma maneira controlada, ajudando a mitigar a corrosão.
A Figura 4 mostra como o teor de ferro da corrente de sangria de glicol (32 na Figura 1) varia com o pH da corrente. O teor de ferro aumenta ao passo que o pH diminui e é particularmente alto quando o pH é abaixo de 6,5. Isto indica que a corrosão é muito provável de ocorrer se o pH da corrente de sangria é abaixo de 6,5.
Os inventores observaram que a alta acidez na corrente da sangria de resfriamento brusco (14 na Figura 1) significa que o glicol produzido nas unidades de recuperação a jusante estava fora da especificação, tendo um alto teor de ésteres. Dosar uma quantidade adicional de uma solução de hidróxido de sódio na corrente da sangria de resfriamento brusco (14) resolveu este problema.
Dosar a solução de hidróxido de sódio na corrente de reciclagem de água (36 na figura 2) aumentou o pH de todos os sistemas que contêm água da seção de glicol e mitigou a corrosão.
Claims (10)
1. Processo para a produção de óxido de etileno e, opcionalmente, etileno glicol, caracterizado pelo fato de que compreende etapas de (i) fornecer etileno e oxigênio a um reator de óxido de etileno em que etileno e oxigênio reagem para produzir óxido de etileno, deste modo produzindo uma corrente do produto do reator; (ii) fornecer a corrente de produto do reator a um absorvedor de óxido de etileno tendo uma seção de resfriamento brusco e uma seção absorvedora a jusante de uma seção de resfriamento brusco, em que a corrente de produto do reator é comunicada com uma solução aquosa recirculante na seção de resfriamento brusco e uma base é adicionada à solução aquosa recirculante, e em que óxido de etileno é recuperado da corrente de produto do reator absorvendo-o em água na seção absorvedora, deste modo produzindo uma corrente absorvente de gordura; (iii) fornecer a corrente absorvente de gordura a um separador de óxido de etileno em que a corrente absorvente de gordura é separada por vapor, deste modo produzindo uma corrente de óxido de etileno concentrada e uma corrente absorvente pobre; (iv) recircular a corrente absorvente pobre ao absorvedor de óxido de etileno; e (v) opcionalmente, fornecer a corrente de óxido de etileno concentrada a uma unidade de acabamento de óxido de etileno, deste modo produzindo uma corrente de óxido de etileno purificada; e (vi) opcionalmente, fornecer a corrente de óxido de etileno concentrada, a corrente de óxido de etileno purificada ou qualquer outra corrente contendo óxido de etileno a uma instalação de etileno glicol, produzindo etileno glicol; em que o processo compreende a etapa adicional de (vii) adicionar uma base em uma ou mais posições a jusante de uma seção de resfriamento brusco do absorvedor de óxido de etileno para manter um pH na faixa de 5,5 a 9,5 em pelo menos uma região onde os ésteres de glicol são hidrolisados ao ácido orgânico e etileno glicol.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa (vii), a base é adicionada na corrente absorvente de gordura, na corrente absorvente pobre e/ou no separador de óxido de etileno.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação -2, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de retirar uma sangria de resfriamento brusco aquosa de uma seção de resfriamento brusco e tratar a sangria de resfriamento brusco aquosa para remover ou recuperar o óxido de etileno, para recuperar etileno glicol e para remover produtos pesados tais como sais de sódio.
4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que na etapa (vii), a base é adicionada na sangria de resfriamento brusco aquosa antes ou depois desta ser tratada para remover ou recuperar o óxido de etileno.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de resfriar a corrente absorvente pobre em um sistema de resfriamento fechado.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de retirar uma corrente deslizante do absorvedor pobre e fornecer a corrente deslizante a uma unidade de recuperação de glicol em que os glicóis são recuperados.
7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que na etapa (vii), a base é adicionada na corrente deslizante e/ou na unidade de recuperação de glicol.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a instalação de etileno glicol consiste de um reator de etileno glicol, um sistema evaporador de múltiplas etapas, uma coluna de secagem e um sistema de destilação fracionada.
9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a água é reciclada do sistema evaporador de múltiplas etapas para o reator de etileno glicol e uma corrente de etileno glicol esgotada de água passa do evaporador de múltiplas etapas para a coluna de secagem, e em que na etapa (vii), a base é adicionada na água reciclada para o reator de etileno glicol, na corrente de etileno glicol esgotada de água e/ou no sistema de destilação fracionada.
10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a base que é adicionada na etapa (vii) é uma solução de hidróxido de sódio ou uma solução de hidróxido de potássio.
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