ES2329469T3 - Procedimiento para el tratamiento de residuos pesados que contienen sodio y combustible obtenido de este modo. - Google Patents

Procedimiento para el tratamiento de residuos pesados que contienen sodio y combustible obtenido de este modo. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la eliminación de sodio de fracciones pesadas que contienen sodio resultante de la producción combinada de estireno y óxido de propileno comprendiendo el procedimiento: - la mezcla de una solución acuosa de un ácido monocarboxílico que tiene entre 1-8 átomos de carbono, o mezclas de éstos o de un ácido policarboxílico que tiene entre 3 y 8 átomos de carbono, o mezcla de éstos con la fracción pesada a un temperatura comprendida entre 20 y 100ºC, y - la separación de la fase orgánica de la fase acuosa. - La obtención de una fase orgánica directamente utilizada como combustible que contiene menos de 0,5% en peso de sólidos poliméricos y su viscosidad figura por debajo de 100 centistokes a 50ºC.

Description

Procedimiento para el tratamiento de residuos pesados que contienen sodio y combustible obtenido de este modo.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un nuevo procedimiento para el tratamiento de residuos pesados que contienen sodio obtenidos, por ejemplo, en la producción de estireno y óxido de propileno.
Descripción de la técnica anterior
Un procedimiento muy conocido para la coproducción de óxido de propileno y monómero de estireno implica la oxidación del oxígeno molecular de etil benceno para formar hidroperóxido de etil benceno, la reacción catalítica del hidroperóxido con propileno para formar óxido de propileno y 1-fenil etanol, y la deshidratación del 1-fenil etanol a monómero de estireno.
En éste y en procedimientos similares para la producción combinada de estireno y óxido de propileno, se obtiene como producto secundario una fracción de aceite pesado con un elevado contenido de sodio. El contenido de sodio deriva de las etapas de tratamiento cáustico necesarias para el procedimiento. El procedimiento de coproducción de óxido de propileno y estireno conocido se describe, por ejemplo en las patentes españolas núm. 314.229, 314.231, 307.877, 320.168, 323.754, 331.818, 334.098, 335.098, 343.579 y 365.624. En una primera etapa, se hace reaccionar etil benceno a elevada temperatura en presencia de una concentración muy baja de socio (menos de 1 ppm) con oxígeno molecular para producir hidroperóxido de etil benceno. El hidroperóxido de etil benceno reacciona con propileno para formar óxido de propileno y 1-fenil etanol. La mezcla que resulta de la reacción de epoxidación se somete normalmente a un aclarado alcalino y a una serie de destilaciones diseñadas para separar los distintos componentes; óxido de propileno, etil benceno sin reaccionar y 1-fenil etanol, dejando un residuo pesado con un elevado contenido de sodio y otros metales.
Un posible uso de este aceite pesado es un combustible de pequeño poder calorífico. Sin embargo, el elevado contenido de sodio lo hace difícil de usar debido al elevado residuo sólido tras la combustión.
El documento EP-569.248 describe un procedimiento para la reducción de contenido de sodio al mezclar con el residuo pesado un ácido acuoso, preferiblemente ácido sulfúrico. La mezcla resultante se separa en una fase que contiene sodio acuoso y una fase con poco sodio orgánico. La segunda se somete además a tratamiento térmico antes de que pueda usarse como un combustible.
El documento EP-943.611 describe un procedimiento de deshidratación de los residuos pesados que contienen sodio y otros metales, en presencia de un ácido inorgánico fuerte como catalizador.
Los procedimientos mencionados anteriormente tienen la desventaja de producir la polimerización de los compuestos insaturados como reacción secundaria, dando como resultado una solidificación que los hace difíciles de manejar durante el procedimiento. Además, cuando se usa ácido sulfúrico como el ácido, se introduce azufre en el combustible con el impacto negativo conocido que esto puede tener para el medio ambiente.
De este modo, sigue habiendo una necesidad para un procedimiento eficaz para la eliminación de sodio de fracciones pesadas que contienen sodio y producción de combustible de características adecuadas como bajo contenido en azufre y baja viscosidad que evita los inconvenientes mencionados.
Descripción de la invención
El objeto de la presente invención es un procedimiento para la eliminación de sodio de fracciones pesadas que contiene sodio resultante de la producción combinada de estireno y óxido de propileno, comprendiendo el procedimiento:
-
la mezcla de una solución acuosa de un ácido monocarboxílico que tiene entre 1-8 átomos de carbono o mezclas de éstos; o de un ácido policarboxílico que tiene entre 3 y 8 átomos de carbono, o mezcla de éstos, con la fracción pesada a una temperatura comprendida entre 20 y 100ºC, y
-
la separación de la fase orgánica de la fase acuosa.
-
la obtención de una fase orgánica directamente utilizada como combustible que contiene menos de 0,5% en peso de sólidos poliméricos y su viscosidad figura por debajo de 100 centistokes a 50ºC.
En una realización, las fracciones pesadas que contienen sodio son aquellas que resultan de un procedimiento de coproducción de propileno y monómero de estireno. En general, tal procedimiento funciona de la manera siguiente: en una primera etapa, se hace reaccionar etil benceno a elevada temperatura en presencia de una concentración muy baja de sodio (menos de 1 ppm) con oxígeno molecular para producir hidroperóxido de etil benceno. El hidroperóxido de etil benceno reacciona con propileno para formar óxido de propileno y 1-fenil etanol. La mezcla resultante de la reacción de epoxidación se somete normalmente a aclarado alcalino y a una serie de destilaciones diseñadas para separar los distintos componentes: óxido de propileno, etil benceno sin reaccionar y 1-fenil etanol, dejando un residuo pesado con un elevado contenido de sodio y otros metales.
El uso de ácidos carboxílicos es muy eficaz en la eliminación de sodio y no produce efectos secundarios como la polimerización de compuestos insaturados que solidifican y hacen difícil filtrar la fracción. El procedimiento de la presente invención da como resultado una fracción pesada con baja viscosidad y fácil de filtrar. El material sólido polimérico eliminado mediante la filtración es menos de 0,5% en peso de la fracción de aceite pesado total.
El uso de ácidos orgánicos también es ventajoso ya que no introduce azufre en la fracción pesada. Es bien sabido que la presencia de azufre en combustibles tiene un impacto negativo en el medioambiente, y es por lo tanto deseable evitar el uso de azufre en el tratamiento de combustibles.
La fracción pesada baja en sodio obtenida se caracteriza por una baja viscosidad y por la ausencia de una cantidad relevante de sólidos poliméricos (por debajo de 0,5% en peso). La ausencia de sólido polimérico es un logro muy importante ya que permite el uso directo del combustible sin someter la fracción pesada a otros tratamientos, por ejemplo, paso a través de un evaporador (como en el documento EP-569.248).
Los ácidos carboxílicos usados según la presente invención son ácidos mono o policarboxílicos. Los ácidos monocarboxílicos son aquellos que tienen entre 1-8 átomos de carbono o mezclas de éstos. En una realización, el ácido se selecciona de la lista: ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico, ácido isobutírico, ácido isovalérico, ácido 2,2-dimetilbutírico, ácido hexanoico, ácido 2-metilvalérico, ácido 4-metilvalérico, ácido heptanoico, ácido 2-metilhexanoico, ácido 4-metilhexanoico, ácido etilhexanoico, y ácido octanoico o mezclas de éstos. Más preferiblemente se seleccionan de la lista formada por: ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico y ácido ascórbico o mezclas de éstos. En una realización se prefiere ácido acético.
Los ácidos policarboxílicos son aquellos que tienen entre 3-8 átomos de carbono o mezclas de éstos. Preferiblemente, el ácido se selecciona de la lista: ácido malónico, ácido metilmalónico, ácido succínico, ácido acetoxipropiónico, ácido dimetilmalónico, ácido etilmalónico, ácido glutárico, ácido oxalacético, ácido metil succínico, ácido adípico, ácido ascórbico, ácido isoascórbico, ácido acetonadicarboxílico y ácido 2-cetoglutárico. Más preferiblemente, se pueden seccionar de la lista que contiene ácido tartárico, ácido adípico y ácido cítrico o mezclas de éstos.
La solución acuosa del ácido carboxílico puede variar en un gran intervalo de concentración. Sin embargo, es preferible usar una solución en la que la concentración del ácido esté entre 2% y 20% en peso.
La concentración de la solución también depende de la relación de fase acuosa/fase orgánica. A mayores relaciones de hecho es posible que la fase acuosa se vuelva más ligera que la fase orgánica, y esto es preferible en algunos casos. De este modo, cuando se opera con agua como la fase superior, la concentración de ácido está preferiblemente comprendida entre 2% y 5% en peso, cuando se opera con la fase orgánica como la fase superior, la concentración preferida de ácido está entre 6% y 20% en peso.
El ácido carboxílico se usa en una cantidad que normalmente es al menos estequiométrica con respecto al sodio.
La temperatura del tratamiento puede variar en un amplio intervalo y está generalmente comprendida entre 20ºC y 100ºC, preferiblemente 50ºC y 100ºC. Cuando el agua es la fase superior, la temperatura más preferida está comprendida entre 50ºC y 70ºC. Cuando la fase orgánica es la fase superior, la temperatura más preferida está comprendida entre 70ºC y 90ºC.
La fracción pesada y la solución acuosa del ácido carboxílico se mezclan intensivamente durante un periodo de tiempo comprendido preferiblemente entre unos pocos segundos y unas pocas horas, dependiendo del dispositivo de mezcla. Normalmente, un tiempo de contacto comprendido entre 1 y 30 minutos es suficiente para obtener una eliminación eficaz de sodio. La mezcla se puede llevar a cabo al usar cualquier mezclador industrial, por ejemplo un mezclador estático o un tanque agitado. Después del contacto con el ácido carboxílico, el agua y la fase orgánica se separan, según los procedimientos conocidos en la técnica, por ejemplo usando un decantador o una máquina centrífuga.
La fase orgánica obtenida tras tratamiento con el ácido carboxílico se caracteriza no sólo por un nivel muy bajo de sólidos, sino también por una pequeña cantidad de cenizas y por una baja viscosidad.
Preferiblemente la cantidad de ceniza es menor de 0,4% p/p, más preferiblemente menor de 0,25% p/p.
La viscosidad a 50ºC de la fase orgánica después del tratamiento es preferiblemente menos de 2,1.10^{-4} m^{2}/s, más preferiblemente menos de 10^{-4} m^{2}/s.
En un aspecto de la invención es ventajoso que la viscosidad a 50ºC de la fase orgánica esté por debajo de 10^{-4} m^{2}/s.
La invención se ilustra más a fondo por medio de ejemplos.
Ejemplos
El combustible, después y antes del tratamiento se caracterizó usando los siguientes procedimientos: el contenido de sodio se midió usando un fotómetro de llama tras dilución del fuel en etanol, todos los contenidos de sodio se expresaron en porcentaje en peso/peso. La viscosidad cinemática se midió usando el viscosímetro adecuado sumergido en un baño de aceite a 50ºC y se expresa en m^{-2}/s. El contenido de ceniza se determinó por medio de calcinación a 800ºC durante cuatro horas y se expresa en porcentaje en peso/peso (p/p). Hemos revisado la posible formación de sólido de polímero mediante filtración de la mezcla a 80ºC usando un filtro de tamaño de poro de 0,45 micrómetros.
Ejemplo comparativo 1
Se caracterizó una fracción pesada rica en sodio obtenida del procedimiento estireno-óxido de propileno (0,95% en peso de Na) obteniendo un contenido de ceniza (residuo sólido tras la calcinación a 800ºC) de 1,35% p/p y un viscosidad de 2,38. 10^{-4} m^{2}/s, a 50ºC. El procedimiento del tratamiento fue el siguiente: la fracción pesada (100 g) se calentó hasta una temperatura de 80ºC y se añadió una solución de ácido sulfúrico en agua (25 g, 8% p/p) y se mezcló a 80ºC durante quince minutos. Entonces, la mezcla se centrifugó a 4.500 rpm durante 5 minutos y se separaron las dos fases (orgánica y acuosa). La fase orgánica se separó en la fracción superior y se caracterizó obteniendo un valor de cenizas de 0,3% p/p y un valor de viscosidad de 6. 10^{-5} m^{2}/s a 50ºC. En este caso se observó la presencia de una fase sólida polimérica en el fondo del tubo centrífugo, bastante por encima de 1%. El sólido hizo imposible filtrar el residuo a menos que el propio residuo se calentase a una temperatura superior a 100ºC.
Ejemplo comparativo 2
Se repitió el ejemplo 1 usando una solución de ácido oxálico (25 g, 10,5% p/p). La fase orgánica se separó en la fracción superior. El contenido de ceniza de la fase orgánica final fue 0,16% p/p y la viscosidad a 50ºC de la fase orgánica final fue 1,42. 10^{-4} m^{2}/s. Comprobamos la posible formación de sólido de polímero mediante filtración de la mezcla a 80ºC, la mezcla se filtró sin problemas y la cantidad del sólido retenida en el filtro fue menos de 0,5% p/p.
Ejemplo comparativo 2A
Se repitió el ejemplo 2 usando 12,5 g de un ácido oxálico más concentrado (21% p/p). La fase orgánica se separó en la fracción superior. El contenido de ceniza de la fase orgánica final fue 0,2% y la viscosidad a 50ºC de la fase orgánica final fue 1,84. 10^{-4} m^{2}/s la mezcla se filtró sin problemas y la cantidad del sólido retenida en el filtro fue menos de 0,5% p/p.
Ejemplo comparativo 2B
Se repitió el ejemplo 2 usando 100 g de un ácido oxálico más diluido (2,6% p/p) calentando la mezcla a 60ºC. La fase orgánica se separó en la fracción pesada, el contenido de ceniza de la fase orgánica final fue 0,15% y la viscosidad a 50ºC de la fase orgánica final fue 2,05. 10^{-4} m^{2}/s la mezcla se filtró sin problemas y la cantidad del sólido retenida en el filtro fue menos de 0,5% 15 p/p.
Ejemplo comparativo 2C
Se repitió el ejemplo 2 usando una temperatura de mezcla de 25ºC. La fase orgánica se separó en la fracción superior. El contenido de ceniza de la fase orgánica final fue 0,6% y la viscosidad a 50ºC de la fase orgánica final fue 1,90. 10^{-4} m^{2}/s la mezcla se filtró sin problemas y la cantidad del sólido retenida en el filtro fue menos de 0,5% p/p.
Ejemplo comparativo 2D
Se repitió el ejemplo 2 usando una temperatura de mezcla de 60ºC. La fase orgánica se separó en la fracción superior. El contenido de ceniza de la fase orgánica final fue 0,4% y la viscosidad a 50ºC de la fase orgánica final fue 1,93. 10^{-4} m^{2}/s. La mezcla se filtró sin problemas y la cantidad del sólido retenida en el filtro fue menos de 0,5% p/p.
Ejemplo 3
Se repitió el ejemplo 1 usando una solución de ácido fórmico (25 g, 7,5% p/p). La fase orgánica se separó en la fracción superior. El contenido de ceniza de la fase orgánica final fue 0,41% p/p y la viscosidad a 50ºC de la fase orgánica final fue 6,5. 10^{-5} m^{2}/s. La mezcla se filtró sin problemas y la cantidad del sólido retenida en el filtro fue menos de 0,5% p/p.
Ejemplo 4
Se repitió el ejemplo 1 usando una solución de ácido adípico (25 g, 12% p/p). La fase orgánica se separó en la fracción superior. El contenido de ceniza de la fase orgánica final fue 0,17% p/p y la viscosidad a 50ºC de la fase orgánica final fue 7,0. 10^{-5} m^{2}/s. La mezcla se filtró sin problemas y la cantidad del sólido retenida en el filtro fue menos de 0,5% p/p.
Ejemplo 5
Se repitió el ejemplo 1 usando una solución de ácido tartárico (25 g, 12,5% p/p). La fase orgánica se separó en la fracción superior. El contenido de ceniza de la fase orgánica final fue 0,69% p/p y la viscosidad a 50ºC de la fase orgánica final fue 6,9. 10^{-5} m^{2}/s la mezcla se filtró sin problemas y la cantidad del sólido retenida en el filtro fue menos de 0,5% p/p.
Ejemplo 6
Se repitió el ejemplo 1 usando una solución de ácido acético (25 g, 10% p/p). La fase orgánica se separó en la fracción superior. El contenido de ceniza de la fase orgánica final fue 0,20% p/p y la viscosidad a 50ºC de la fase orgánica final fue 3,3. 10^{-5} m^{2}/s la mezcla se filtró sin problemas y la cantidad del sólido retenida en el filtro fue menos de 0,5% p/p.
Ejemplo 7
Se repitió el ejemplo 1 usando una solución de ácido cítrico (25 g, 11,5% p/p). La fase orgánica se separó en la fracción superior. El contenido de ceniza de la fase orgánica final fue 0,06% p/p y la viscosidad a 50ºC de la fase orgánica final fue 9,7. 10^{-5} m^{2}/s. La mezcla se filtró sin problemas y la cantidad del sólido retenida en el filtro fue menos de 0,5% p/p.
Ejemplo 8
Se repitió el ejemplo 1 usando una solución de ácido ascórbico (25 g, 14,5% p/p). La fase orgánica se separó en la fracción superior. El contenido de ceniza de la fase orgánica final fue 0,28% p/p y la viscosidad a 50ºC de la fase orgánica final fue 7,3. 10^{-5} m^{2}/s la mezcla se filtró sin problemas y la cantidad del sólido retenida en el filtro fue menos de 0,5% p/p.

Claims (6)

1. Procedimiento para la eliminación de sodio de fracciones pesadas que contienen sodio resultante de la producción combinada de estireno y óxido de propileno comprendiendo el procedimiento:
-
la mezcla de una solución acuosa de un ácido monocarboxílico que tiene entre 1-8 átomos de carbono, o mezclas de éstos o de un ácido policarboxílico que tiene entre 3 y 8 átomos de carbono, o mezcla de éstos con la fracción pesada a un temperatura comprendida entre 20 y 100ºC, y
-
la separación de la fase orgánica de la fase acuosa.
-
La obtención de una fase orgánica directamente utilizada como combustible que contiene menos de 0,5% en peso de sólidos poliméricos y su viscosidad figura por debajo de 100 centistokes a 50ºC.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los ácidos monocarboxílicos se seleccionan del grupo formado por: ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico, ácido ascórbico o mezclas de éstos.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los ácidos carboxílicos se seleccionan del grupo formado por: ácido tartárico, ácido atípico, ácido cítrico o mezclas de éstos.
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3 en el que después de mezclar la fase acuosa es la fase superior y la concentración de ácido en agua está comprendida entre 2 y 5% en peso.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que después de mezclar la fase orgánica es la fase superior y la concentración de ácido en agua está comprendida entre 6 y 20% en peso.
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que después de mezclar la fase orgánica es la fase superior y la temperatura está comprendida entre 70ºC y 90ºC.
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