ES2200883T3 - Procedimiento para producir olefinas c2-c4 a partir de una mezcla de partida que contiene olefinas c4-c8. - Google Patents
Procedimiento para producir olefinas c2-c4 a partir de una mezcla de partida que contiene olefinas c4-c8.Info
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Abstract
Procedimiento para producir olefinas C2-C4 a partir de vapor de agua y una mezcla de partida que contiene olefinas C4-C8, en el que se conduce la mezcla de partida, que contiene vapor de agua, a una temperatura de entrada de 300 a 700ºC, a un reactor que contiene una carga a granel de catalizador de zeolita granuloso, selectivo de forma, extrayéndose de la carga a granel una mezcla de productos que contiene vapor de agua y olefinas C2-C4, que se conduce a través de por lo menos un refrigerante, caracterizado porque se comprime la mezcla de productos en forma de vapor que sale del refrigerante (6), aumentándose la presión de la mezcla de productos en 0, 3 a 7 bar, se conduce la mezcla de productos comprimida a través de un intercambiador indirecto de calor (15), y allí se enfría la mezcla de productos de tal manera, que se forma un condensado con alto contenido de agua con desprendimiento de calor de condensación, se conduce la mezcla de productos que contiene condensado a un separador del que se extrae un condensado de alto contenido de agua y, por separado, una mezcla de productos en forma de vapor, que contiene olefinas C2-C4, se reduce la presión del condensado de alto contenido de agua que sale del separador y se evapora aprovechando el calor de condensación que se desprendió antes durante la condensación en el intercambiador indirecto de calor, se conduce por lo menos una parte del vapor de agua desde el intercambiador indirecto de calor a una cámara de mezclado, a la que se lleva la mezcla de partida que contiene olefinas C4-C8 y de la cámara de mezclado se extrae una mezcla que contiene vapor de agua, la cual se calienta y se conduce al reactor.
Description
Procedimiento para producir olefinas
C_{2}-C_{4} a partir de una mezcla de partida
que contiene olefinas C_{4}-C_{8}
La invención trata de un procedimiento para
producir olefinas C_{2}-C_{4} a partirde vapor
de agua y una mezcla de partida que contiene olefinas
C_{4}-C_{8}, en el que se conduce la mezcla de
partida que contiene vapor de agua, a una temperatura de 300 a
700ºC, a un reactor que contiene una carga a granel de un
catalizador granuloso de zeolita selectivo de forma, extrayéndose de
la carga a granel una mezcla de productos que contiene vapor de agua
y olefinas C_{2}-C_{4}, que se conduce a través
de por lo menos un refrigerante.
Tal procedimiento es conocido del documento DE
19648795 A1. La invención se basa en el objetivo de seguir
desarrollando este procedimiento y trabajar en ello de la manera
más económica posible. Esto se realiza conforme a la invención, en
el procedimiento descrito al principio, en el que se comprime la
mezcla de productos en forma de vapor, que sale del refrigerante,
aumentándose la presión de la mezcla de productos en 0,3 a 7 bar y
preferentemente, en por lo menos 1 bar, se conduce la mezcla de
productos comprimida a través de un intercambiador indirecto de
calor y allí se enfría la mezcla de productos de tal manera, que se
forma un condensado con alto contenido de agua con desprendimiento
de calor de condensación, se conduce la mezcla de productos que
contiene condensado a un separador del que se extrae un condensado
con alto contenido de agua y, por separado, una mezcla de productos
en forma de vapor, que contiene olefinas
C_{2}-C_{4}, se reduce la presión del condensado
rico en agua que sale del separador y se evapora aprovechando el
calor de condensación que se desprendió antes durante la
condensación en el intercambiador indirecto de calor, se conduce por
lo menos una parte del vapor de agua desde el intercambiador
indirecto de calor a una cámara de mezclado, a la que se lleva la
mezcla de partida que contiene olefinas
C_{4}-C_{8} y de la cámara de mezclado se extrae
una mezcla, la cual se calienta y se conduce al reactor.
En el procedimiento conforme a la invención, por
el aumento de presión en 0,3 a 7 bar, preferentemente en por lo
menos 1 bar, se aumenta la temperatura de condensación, de manera
que ya al enfriar a la temperatura de condensación elevada se
produce un condensado con alto contenido de agua. Se reduce la
presión del condensado con alto contenido de agua, que sale del
separador, en una diferencia de presión de 0,3 a 7 bar, de manera
que su temperatura de evaporación caiga por debajo de la
temperatura de condensación, que antes estaba aumentada mediante
compresión. Con esto se logra que se pueda usar directamente la
cantidad de calor producida en la condensación para evaporar el
condensado con alto contenido de agua.
Es recomendable, que la mezcla de vapor de agua e
hidrocarburos, que se conduce al reactor, contenga estos componentes
en una relación de peso de 0,5:1 hasta 3:1. En el reactor, el
catalizador de zeolita granuloso está dispuesto en forma de una
carga de granulado apilado. Los tamaños de partículas del
catalizador usualmente se encuentran en el intervalo de 1 a 8 mm.
La zeolita es del tipo de Pentasil, tiene propiedades de
selectividad de forma. En el catalizador, la relación atómica Si:Al
se encuentra en el intervalo de 10:1 hasta 200:1. Las cristalitas
primarias del aluminosilicato preferentemente tienen una
distribución estrecha de tamaños de partícula, con diámetros en el
intervalo de 0,1 a 0,9 \mum, la superficie BET usualmente se
encuentra en el intervalo de 300 hasta 600 m^{2}/g y el volumen
de poros (según porosimetría con mercurio) asciende aproximadamente
a 0,3 hasta 0,8 cm^{3}/g. Como aglutinante para mantener unidas
las cristalitas primarias preferentemente se usa hidróxido de
aluminio.
La mezcla de partida que se ha de procesar, que
contiene olefinas C_{4}-C_{8}, puede variar en
un ámbito amplio, por ejemplo, se puede tratar de bencina ligera de
una instalación de craqueo catalítico o de un producto refinado de
un horno de escisión (para craqueo al vapor). La mezcla de partida
también puede contener hidrocarburos con más de 8 átomos de C por
molécula, en cuyo caso preferentemente se eliminan por lo menos
parcialmente estos componentes de punto de ebullición más alto,
antes de llegar al reactor. Sin embargo, la separación no
necesariamente debe efectuarse en forma completa, porque moléculas
de cadena más larga no son perjudiciales para la reacción en el
reactor, sino que ante todo representan un lastre superfluo. Si se
desean separar las olefinas de cadena más larga en la cámara de
mezclado, es recomendable configurar la cámara de mezclado en forma
de columna, con un relleno permeable a los gases y a los líquidos y
conducir la mezcla de partida a la zona superior del relleno.
Simultáneamente se conduce una cantidad parcial del vapor de agua a
la zona inferior del relleno, seleccionando esta cantidad parcial
de tal manera, que las olefinas C_{4}-C_{8} se
evaporen de la mezcla de partida y se descarguen de la columna
junto con el vapor de agua. Los hidrocarburos de punto de
ebullición más alto quedan totalmente o en su gran mayoría en la
columna y son extraídos del fondo de ésta, juntamente con el agua
formada.
Se ilustran posibilidades de configuración del
procedimiento con la ayuda del dibujo. Las figuras
muestran:
Figura 1 un diagrama de circulación del
procedimiento y
Figura 2 una variante del procedimiento de la
figura 1.
Conforme a la figura 1 se conduce la mezcla de
partida, que contiene olefinas C_{4}-C_{8}, a
través del conducto (1) a la columna (2), que sirve como cámara de
mezclado, que contiene un relleno (3) de elementos permeables a los
gases y a los líquidos, por ejemplo, platos. Simultáneamente, se
suministra vapor de agua a través del conducto (4), que entra desde
abajo en el relleno (3) y así evapora la mezcla de partida y la
lleva hasta la cabeza de la columna (2). La mezcla compuesta por
mezcla de partida y vapor de agua llega a través del conducto (5) a
un intercambiador de calor (6) en el que se aumenta la temperatura
de la mezcla. Finalmente, la mezcla fluye a través del conducto (7)
hacia un calentador (8), que puede ser calentado por fuego o
mediante electricidad, y abandona éste a una temperatura en el
intervalo de 300 a 700ºC, y preferentemente de 400 a 600ºC. A esta
temperatura se conduce la mezcla a través del conducto (9) hacia
dentro del reactor (10), que contiene una carga a granel de un
catalizador de zeolita del tipo de Pentasil, selectivo de forma. La
relación atómica Si:Al de la zeolita se encuentra en el intervalo
de 10:1 hasta 200:1. La composición de la mezcla de partida que se
conduce a través del conducto (9) hacia dentro del reactor (10)
puede variar, se recomienda ajustar el contenido de compuestos
aromáticos, calculado en forma anhidra, como máximo a 20% en peso y
preferentemente como máximo a 10% en peso. Esto es recomendable
porque un contenido mayor de compuestos aromáticos conduce a la
desactivación precoz del catalizador por depósitos de carbono.
Además es recomendable que la mezcla de partida esté exenta de
componentes que tengan triples enlaces de C-C- o
dobles enlaces conjugados, porque también desactivan al
catalizador.
La reacción en el reactor (10) se efectúa de
manera adiabática, de manera que de la carga a granel se extrae una
mezcla de productos cuya temperatura es de 20 a 80ºC más baja que
la temperatura de entrada. La suma de los contenidos de etileno,
propileno e isómeros de buteno, en la mezcla de productos que se
extrae a través del conducto (12), asciende a por lo menos 60% en
peso y preferentemente a por lo menos 70% en peso de los
componentes olefínicos de la mezcla de partida. Se recomienda
trabajar en el reactor a presiones relativamente bajas, en el
intervalo de 0,2 a 3 bar. Usualmente las presiones en el reactor se
encuentran en el intervalo de 0,6 a 1,5 bar.
La mezcla de productos del conducto (12) entrega
una parte de su calor en el intercambiador de calor (6) y
usualmente abandona el intercambiador de calor en el conducto (13)
a una temperatura en el intervalo de 60 a 200ºC y a una presión de
0,5 a 3 bar. En el compresor (14) se aumenta la presión de la mezcla
de productos en forma de vapor en 0,3 a 7 bar y la mayoría de las
veces en por lo menos 1 bar, por lo que la temperatura a la que se
forma el condensado también es aumentada. A través del conducto
(13a) fluye la mezcla comprimida hacia el intercambiador indirecto
de calor (15). En el intercambiador de calor (15) se provee una
refrigeración intensiva, sirviendo el condensado de alto contenido
de agua del conducto (16) como medio refrigerante. Este condensado
se evapora de esta manera y el vapor de agua formado es conducido a
través del conducto (4) a la columna (2). En la mezcla de productos
proveniente del compresor (14), por la refrigeración del
intercambiador indirecto de calor (15), se forma un condensado que
contiene agua. Se conduce la mezcla de productos a través del
conducto (17) hacia un separador (18) y de allí a través del
conducto (19) se extrae el producto deseado, que contiene olefinas
C_{2}-C_{4}, el cual además puede someterse a
una purificación adicional, que no está representada. El condensado
con alto contenido de agua que se forma en el separador (18), a
través del conducto (20) llega en primer lugar a una válvula de
descompresión (21), en la que se reduce su presión en una
diferencia de presión de 0,3 a 7 bar. Así, el condensado se sigue
enfriando y decrece su temperatura de evaporación. Ya se explicó el
aprovechamiento adicional de este condensado a través del conducto
(16).
La variante de procedimiento de la figura 2 trata
del procesamiento de una mezcla de partida suministrada a través del
conducto (1), que además de olefinas
C_{4}-C_{8} también contiene componentes de
punto de ebullición más alto. Los números de referencia usados en
la figura 2 que son iguales a los de la figura 1 tienen el mismo
significado que el explicado para la figura 1. Se extrae vapor de
agua del intercambiador indirecto de calor (15) a través del
conducto (4), repartiendo el vapor de agua entre los conductos (4a)
y (4b). La cantidad de vapor de agua que fluye por el conducto (4a)
alcanza para evaporar en la columna (2) las olefinas
C_{4}-C_{8}, suministradas a través del conducto
(1), mientras que los hidrocarburos de punto de ebullición más alto
en su gran mayoría no se evaporan y se reúnen en el fondo de la
columna (2) como líquido, junto con agua. Desde allí se conduce la
mezcla líquida a través del conducto (25) hacia un separador (26),
desde donde se adiciona el agua separada al condensado del conducto
(16) a través del conducto (27). Se eliminan del procedimiento los
hidrocarburos separados a través del conducto (28). A la mezcla de
vapor de agua y olefinas C_{2}-C_{4}, que se
extrae de la columna (2) a través del conducto (5), se adiciona la
segunda corriente parcial de vapor de agua, que fue desviada a
través del conducto (4b) y en primer lugar se conduce la mezcla al
intercambiador de calor (6), antes de que tenga lugar el tratamiento
subsiguiente, explicado para la figura 1.
Se trabaja como está representado en el dibujo,
presentando el catalizador de zeolita del tipo Pentasil una
relación atómica Si:Al de 70. La mezcla de partida del ejemplo 1
sólo presenta hidrocarburos hasta C_{8}, en el ejemplo 2 también
se procesan hidrocarburos superiores.
En el procedimiento conforme a la figura 1 se
alimentan 100000 kg/h de una mezcla de partida cuya composición está
indicada en la tabla 1 y que tiene una temperatura de 80ºC:
\newpage
| Tabla 1: | Ejemplo 1 | Ejemplo 2 | A | B |
| Olefinas C_{4}-C_{8} no cíclicas | 48,0 | 27,0 | 0,2 | 33,0 |
| (% en peso) | ||||
| Olefinas C_{8+} no cíclicas | - | 4,0 | 6,8 | 3,0 |
| (% en peso) | ||||
| Parafinas C_{4}-C_{8} (%en peso) | 38,0 | 19,0 | 0,2 | 23,3 |
| Parafinas C_{8+} (% en peso) | - | 5,0 | 9,4 | 3,9 |
| Compuestos aromáticos | 8,0 | 13,0 | 0,6 | 14,7 |
| (hasta C_{8}) (% en peso) | ||||
| Compuestos aromáticos | - | 11,0 | 51,7 | 3,2 |
| (C_{8+}) (% en peso) | ||||
| Cicloalcanos y | 6,0 | 14,0 | 4,3 | 16,3 |
| cicloalquenos hasta | ||||
| C_{8} (% en peso) | ||||
| Cicloalcanos, cicloalquenos, | - | 7,0 | 26,8 | 2,6 |
| polinaftenos, C_{8+}(% en peso) |
Por el suministro de 150000 kg/h de vapor de agua
del conducto (4) se evapora completamente la mezcla de partida en
la columna (2) y es conducida hacia arriba y afuera de la columna
(2). En la tabla 2 se indican la temperatura y la presión en los
diferentes conductos.
| Tabla 2: | Ejemplo 1 | Ejemplo 2 | ||
| Conducto | Temperatura | Presión | Temperatura | Presión |
| (ºC) | (bar) | (ºC) | (bar) | |
| 5 | 111 | 1,7 | 111 | 1,7 |
| 7 | 420 | 1,5 | 420 | 1,5 |
| 9 | 490 | 1,4 | 490 | 1,4 |
| 12 | 440 | 1,2 | 440 | 1,2 |
| 13 | 170 | 1,1 | 170 | 1,1 |
| 13a | 145 | 4,2 | 145 | 4,2 |
| 17 | 121 | 4,0 | 121 | 4,0 |
| 19 | 121 | 4,0 | 121 | 4,0 |
| 16 | 117 | 1,8 | 117 | 1,8 |
| 4 | 117 | 1,75 | 117 | 1,75 |
| 25 | - | - | 114 | 1,8 |
\newpage
La potencia del compresor (14) asciende a 17 MW,
para la refrigeración directa entre las etapas de condensación se
adiciona agua a la mezcla mediante una tobera. La mezcla de
productos extraída del conducto (19), cuyos hidrocarburos todavía
están en forma de vapor, tiene la composición indicada en la tabla
3:
| Tabla 3: | Ejemplo 1 | Ejemplo 2 | |
| Propileno | (% en peso) | 16,3 | 12,8 |
| Etileno | (% en peso) | 3,7 | 3,0 |
| Butenos | (% en peso) | 12,2 | 9,4 |
| Olefinas, C_{4}-C_{8} | (% en peso) | 2,4 | 5,4 |
| Otros | (% en peso) | 44,4 | 48,4 |
| Vapor de agua | (% en peso) | 21,0 | 21,0 |
La compresión de los productos de reacción
entonces permite que se apliquen 95 MW de calor y se ahorre una
potencia de refrigeración también de aproximadamente 95 MW necesaria
para condensar el contenido de agua de la mezcla de productos,
debido a que se aplica una potencia de compresor de 17 MW.
Se trabaja conforme a la figura 2 y se alimenta
la columna (2) a través del conducto (1) con 100000 kg/h de una
mezcla de partida a 80ºC y con la composición indicada en la tabla 1
(arriba). En esta mezcla de partida está contenida una proporción
mayor de componentes de punto de ebullición alto, que en la mezcla
de partida del ejemplo 1. A través del conducto (4a) se suministran
33000 kg/h de vapor del proceso, por lo que se evaporan 83% en peso
de la mezcla de partida que son descargados de la columna (2) por
arriba. El resto no evaporado de la mezcla de partida es extraído
con condensado acuoso a través del conducto (25). Los hidrocarburos
extraídos a través del conducto (28) (16970 kg/h) tienen la
composición indicada en la tabla 1, columna A. El condensado
extraído a través del conducto (27) es alimentado al conducto (16)
y así es devuelto al ciclo del condensado. La proporción de
hidrocarburos de la mezcla que abandona la columna (2) en la cabeza,
tiene la composición indicada en la tabla 1, columna B. Los pasos
siguientes del procedimiento son análogos a los descritos en el
ejemplo 1. La temperatura y la presión en los diferentes conductos
están indicados en la tabla 2. A esta mezcla, además, se adicionan
100000 kg/h de vapor de agua a través del conducto (4b) para lograr
el contenido necesario de vapor de agua en la corriente de partida
en el reactor.
Claims (5)
1. Procedimiento para producir olefinas
C_{2}-C_{4} a partir de vapor de agua y una
mezcla de partida que contiene olefinas
C_{4}-C_{8}, en el que se conduce la mezcla de
partida, que contiene vapor de agua, a una temperatura de entrada de
300 a 700ºC, a un reactor que contiene una carga a granel de
catalizador de zeolita granuloso, selectivo de forma, extrayéndose
de la carga a granel una mezcla de productos que contiene vapor de
agua y olefinas C_{2}-C_{4}, que se conduce a
través de por lo menos un refrigerante, caracterizado porque
se comprime la mezcla de productos en forma de vapor que sale del
refrigerante (6), aumentándose la presión de la mezcla de productos
en 0,3 a 7 bar, se conduce la mezcla de productos comprimida a
través de un intercambiador indirecto de calor (15), y allí se
enfría la mezcla de productos de tal manera, que se forma un
condensado con alto contenido de agua con desprendimiento de calor
de condensación, se conduce la mezcla de productos que contiene
condensado a un separador del que se extrae un condensado de alto
contenido de agua y, por separado, una mezcla de productos en forma
de vapor, que contiene olefinas C_{2}-C_{4}, se
reduce la presión del condensado de alto contenido de agua que sale
del separador y se evapora aprovechando el calor de condensación
que se desprendió antes durante la condensación en el intercambiador
indirecto de calor, se conduce por lo menos una parte del vapor de
agua desde el intercambiador indirecto de calor a una cámara de
mezclado, a la que se lleva la mezcla de partida que contiene
olefinas C_{4}-C_{8} y de la cámara de mezclado
se extrae una mezcla que contiene vapor de agua, la cual se
calienta y se conduce al reactor.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la mezcla de partida que se alimenta al
reactor contiene vapor de agua e hidrocarburos en la relación de
peso de 0,5:1 hasta 3:1.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la mezcla de productos que sale del
refrigerante (6) presenta una temperatura de 60 a 200ºC y una
presión de 0,5 a 3 bar y aún está en forma de vapor.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 o una
de las siguientes, caracterizado porque la mezcla de partida
que se conduce a la cámara de mezclado contiene hidrocarburos con
más de 8 átomos de C por molécula, la cámara de mezclado está
configurada en forma de columna, con un relleno permeable a los
gases y a los líquidos, se conduce la mezcla de partida a la zona
superior del relleno y se evaporan olefinas
C_{4}-C_{8} de la mezcla de partida con una
cantidad parcial del vapor de agua, conducido a la zona inferior
del relleno, y se descargan de la columna junto con el vapor de
agua.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque de la columna se extrae una mezcla
líquida que contiene agua e hidrocarburos, de la que se separa
agua, que se adiciona al condensado de alto contenido de agua
descomprimido, antes de llegar al intercambiador indirecto de
calor.
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