ADSORCIÓN DE LECHO MÓVIL SIMULADO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Para-xileno y meta-xileno son importantes materias primas en las industrias química y textil. El ácido tereftálico derivado de para-xileno se utiliza para producir telas de poliéster y otros artículos que se utilizan ampliamente en la actualidad. El meta-xileno es una materia prima para la producción de varios productos útiles, incluyendo insecticidas y ácido isoftálico. Se han utilizado separación adsortiva, cristalización y destilación fraccional, en combinación o por separado, para obtener estos isómeros de xileno, donde la separación adsortiva capta la mayor parte de la porción de mercado de plantas de construcción reciente para el isómero de para-xileno dominante. Los procesos de separación adsortiva están ampliamente descritos en la literatura. Por ejemplo, una descripción general dirigida a la recuperación de para-xileno fue presentada en la página 70 de la edición de septiembre de 1970 de Chemical Engineering Progress (Vol. 66, No 9). Hay un largo historial de referencias disponibles que describen adsorbentes y desorbentes útiles, piezas mecánicas de un sistema de lecho móvil simulado que incluye válvulas giratorias para distribuir flujos líquidos, las partes
internas de las cámaras adsorbentes y los sistemas de control. El principio de utilizar un lecho móvil simulado para separar continuamente los componentes de una mezcla líquida por contacto con un adsorbente sólido es como se especifica en la patente de los EE.UU. No. 2,985,589. La patente de los EE.UU. No. 3,997,620 aplica el principio del lecho móvil simulado a la recuperación de para-xileno de una corriente de alimentación que contiene aromáticos Ce, y la patente de los EE.UU. No. 4,326,092 revela la recuperación de meta-xileno de una corriente de aromáticos Ce. Las unidades de separación adsortiva que procesan aromáticos C8 generalmente usan un movimiento contracorriente simulado del adsorbente y la corriente de alimentación. Esta simulación se realiza utilizando tecnología comercial ya establecida, donde se sostiene el adsorbente en una o más cámaras cilindricas adsorbentes, y las posiciones en las que las corrientes en cuestión del proceso entran y salen de las cámaras se desplazan lentamente a lo largo de los lechos. Normalmente se emplean cuando menos cuatro corrientes (alimentadora, desorbente, extracto y refinados) en este procedimiento, y la ubicación a la que entran las corrientes de alimentación y desorbente a la cámara y a la que salen de ésta las corrientes de extracto y refinados se desplazan simultáneamente en la misma dirección a intervalos fijos. Cada desplazamiento en la ubicación de los puntos de
rans erenc a sum n s ra o ex rae qu o e un ec o distinto dentro de la cámara. Las líneas en estos puntos de transferencia son reutilizadas cuando cada corriente entera o sale del lecho asociado, y por consiguiente cada línea transporta una de las cuatro corrientes de proceso en algún punto del ciclo. La técnica - reconoce que la presencia de compuestos residuales en las líneas de transferencia puede tener efectos nocivos para un proceso de lecho móvil simulado. Las patentes de los EE.UU. Nos. 3,201,491, 5,750,820, 5,884,777, 6,004,518 y 6,149,874 revelan cómo purgar la línea utilizada para suministrar la corriente de alimentación a la cámara adsorbente, como forma para incrementar la pureza del componente de extracto o sorbato recuperado. Esta purga evita que la corriente de extracto se contamine con componentes refinados de la alimentación que quedan en esta línea cuando se utiliza posteriormente para extraer la corriente de extracto de la cámara. La patente de los EE.UU. No. 5,912,395 revela purgar la línea recién utilizada para extraer la corriente de refinados, con el fin de evitar que la alimentación se contamine con refinados cuando se utiliza esta línea para suministrar la corriente de alimentación a la cámara adsorbente. Todas estas referencias revelan purgar estas líneas de vuelta a la cámara adsorbente, con lo que se incrementa la carga de separación dentro de la cámara.
SUMARIO DE LA INVENCI N Una amplia modalidad de la presente invención es un proceso para la separación de un compuesto deseado de una mezcla de alimentación, que comprende dos o más compuestos químicos, mediante la separación adsortiva de contracorriente simulada, donde se inyectan una corriente de alimentación y una corriente de desorbente en cuando menos una cámara adsorbente de lechos múltiples, que comprende una pluralidad de puntos de acceso en dos puntos de acceso distintos a través de líneas de transferencia distintas, y se extraen individualmente una corriente de extracto, que comprende el compuesto deseado, y una corriente de refinados de la cámara adsorbente en dos puntos de acceso distinto mediante dos líneas de transferencia adicionales, donde la porción de la cámara de adsorción entre la extracción de los refinados y la inyección de la corriente de alimentación está definida como zona de adsorción, donde el perfeccionamiento comprende dirigir uno o más de entre una porción de la mezcla de alimentación y el material extraído de la zona de adsorción como una purga de refinados, para purgar de la cámara adsorbente el contenido de una línea de transferencia previamente utilizada para eliminar la corriente de refinados de la cámara adsorbente. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS El dibujo es una ilustración simplificada de la
u , necesarias para comprender la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA Y MODALIDADES PREFERIDAS La separación adsortiva se aplica a la recuperación de una variedad de hidrocarburos y otros productos químicos. Las separaciones químicas que utilizan este enfoque y que ya han sido reveladas incluyen la separación de mezclas de aromáticos en isómeros específicos de aromáticos, de hidrocarburos alifáticos y olefínicos lineales de los no lineales, de parafinas o aromáticos de una mezcla de alimentación que comprende aromáticos y parafinas, de compuestos quirales para utilizarse en compuestos farmacéuticos y complejos, de oxigenados como alcoholes y éteres, y de carbohidratos como azúcares. Las separaciones de aromáticos incluyen mezclas de aromáticos monocíclicos dialquilo-sustituidos y de naftalenos de dimetilo. Una importante aplicación comercial, que es el centro de atención de las previas referencias y de la siguiente descripción de la presente invención, sin limitarla por ello, es la recuperación de para-xileno y/o meta-xileno de mezclas de aromáticos C8. Estos aromáticos C8 generalmente se derivan dentro de un complejo de aromáticos mediante la reformación catalítica de nafta, seguida por extracción y fraccionación, o mediante la transalquilación o isomerización de corrientes ricas en aromáticos en estos complejos; los aromáticos Ce
generalmente comprenden una mezcla de isómeros de xileno y etilbenceno. El procesado de C8 aromáticos por adsorción de lecho móvil simulado generalmente está dirigido a la recuperación de para-xileno o meta-xileno de alta pureza; "alta pureza" usualmente se define como cuando menos 99.5% del peso del producto deseado, y preferiblemente cuando menos 99.7% del peso. La presente invención normalmente se utiliza en un proceso de separación adsortiva que simula el movimiento contracorriente del adsorbente y el líquido circundante como se describió anteriormente, aunque también puede practicarse en un proceso de co-corriente continua, como el que se revela en las patentes de los EE.UU. Nos. 4,402,832 y 4,478,721. Las funciones y propiedades de los adsorbentes y desorbentes en la separación cromatográfica de componentes líquidos son ya bien conocidos, y se puede hacer referencia a la patente de los EE.UU. No. 4,642,397, que se incorpora a la presente, para una descripción adicional de estos fundamentos de la adsorción. Los sistemas de flujo de lecho móvil contracorriente o lecho móvil de contracorriente simulada tienen una eficiencia de separación mucho mayor para estas separaciones que los sistemas de lecho fijo, puesto que continuamente están teniendo lugar operaciones de adsorción y desorción con una corriente de alimentación continua y una producción continua de extracto y refinados. Se puede hallar
una explicación detallada de los procesos de lecho móvil simulado en la sección de separación adsortiva de la Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemi cal Technology, en la página 563. La figura es un diagrama esquemático de un proceso de adsorción de lecho móvil simulado que utiliza la presente invención. El proceso pone secuencialmente en contacto una corriente de alimentación "F" con un adsorbente contenido en los recipientes, y un desorbente "D" para separar una corriente de extracto "E" de una corriente de refinados "R". En el sistema de flujo contracorriente de lecho móvil simulado, el desplazamiento progresivo de puntos de acceso múltiples de alimentación líquida y producto descendiendo por una cámara adsorbente simula el movimiento hacia arriba del adsorbente contenido en la cámara. El adsorbente en un proceso de adsorción de lecho móvil simulado está contenido en lechos múltiples en uno o más recipientes; en la figura se muestran dos recipientes 100 y 200 en serie. Cada recipiente contiene lechos múltiples de adsorbente en espacios procesadores 101 y 201, respectivamente. Cada uno de los recipientes tiene varios puntos de acceso relacionados con el número de lechos de adsorbente, y la posición de la corriente de alimentación F, la entrada de desorbente D, la corriente de extracto E y la corriente de refinados R se desplazan a lo largo de los puntos de acceso para simular un lecho adsorbente móvil. El líquido circulante que comprende
desorbente, extracto y refinados circula por los recipientes mediante las bombas 110 y 210, respectivamente. Los sistemas para controlar el flujo de líquido circulante se describen en la patente de los EE.UU. No. 5,595,665, aunque los detalles de tales sistemas no son esenciales para la presente invención. Una válvula de disco giratorio 300, como se caracteriza, por ejemplo, en la patente de los EE.UU. No. 3,040,777 y 3,422,848, efectúa el desplazamiento de las corrientes a largo de la cámara adsorbente para simular el flujo contracorriente. Las diversas corrientes implicadas en la adsorción de lecho móvil simulado, como se ilustra en el dibujo, pueden caracterizarse de la manera siguiente. Una "corriente de alimentación" es una mezcla que contiene uno o más componentes de extracto y uno o más componentes de refinados para ser separados por el proceso. La "corriente de extracto" comprende un componente, generalmente el producto deseado, que es adsorbido más selectivamente por el adsorbente. La "corriente de refinados" comprende componentes que se adsorben con menos selectividad. "Desorbente" se refiere a un material capaz de desorber un componente de extracto, que generalmente es inerte a los componentes de la corriente de alimentación, y es fácilmente separable tanto del extracto como de los refinados. La corriente de extracto E y la corriente de
re na os e esquema us ra o con enen esor en e en concentraciones relativas al respectivo producto del proceso de entre 0% y 100%. El desorbente generalmente se separa de los componentes de refinados y extracto mediante fraccionación convencional en la columna de refinados 400 y la columna de extracto 500 como se ilustra en el dibujo, y se devuelve al proceso en la corriente D. La figura muestra el desorbente como fondo de la respectiva columna, lo que implica que el desorbente es más pesado que el extracto o los refinados; las diferentes unidades comerciales para la separación de aromáticos C8 utilizan desorbentes ligeros o pesado. El producto de refinados RP y el producto de extracto EP del proceso son recuperados de la corriente de 'extracto E y la corriente de refinados R en las respectivas columnas; el producto de extracto de la separación de aromáticos C8 generalmente comprende principalmente para-xileno, meta-xileno o ambos, donde los refinados son principalmente aromáticos C8 y etilbenceno no adsorbidos. Los puntos activos de acceso de líquido A dividen efectivamente la cámara adsorbente en zonas separadas que se mueven conforme se desplazan los puntos de acceso. La zona de adsorción está ubicada entre la corriente de entrada de alimentación F y la corriente de salida de R. En esta zona, la carga de alimentación entra en contacto con el adsorbente, se adsorbe un componente de extracto, y se extrae una
corriente de refinados. Inmediatamente, corriente arriba respecto al flujo de fluido, está la zona de purificación, definida como el adsorbente que está entre la corriente de salida de extracto E y la corriente de entrada de alimentación F. En la zona de purificación, se desplaza el componente de refinados del volumen vacío no selectivo del adsorbente y se desorbe del volumen de poros o superficie de adsorbente que se desplaza a esta zona pasando una porción de corriente de material de extracto que sale de la zona de desorción. La zona de desorción, corriente arriba de la zona de purificación, está definida como el adsorbente que hay entre la entrada de desorbente D y la salida de corriente de extracto E. El desorbente que pasa a esta zona desplaza el componente de extracto que fue adsorbido por el previo contacto con la alimentación en la zona de adsorción. Una zona amortiguadora entre la corriente de salida de refinados R y la corriente de entrada de desorbente D conserva la cantidad de desorbente utilizado en el paso de desorción, en el sentido de que una porción de la corriente de refinados entra a la zona amortiguadora para desplazar el material desorbente que está presente en esa zona hacia la zona de desorción. La zona amortiguadora contiene suficiente adsorbente para impedir que los componentes refinados pasen a la zona de desorción y contaminen la corriente de extracto. Cada una de las zonas anteriormente descritas
generalmente se efectúan mediante compartimientos múltiples o "lechos", como se describe en la patente de los EE.UU. No. 2,985,589. Las posiciones de las diversas corrientes descritas se separan estructuralmente una de otra mediante una retícula horizontal de recolección o distribución de líquido. Cada retícula está conectada con una línea de transferencia que define un punto de transferencia en el que las coxxientes del proceso entran y salen de la cámara adsorbente. Esta disposición facilita la distribución de fluidos dentro de la cámara al eliminar canalizaciones y otras ineficiencias, impide un retro-mezclado convectivo de fluido en una dirección opuesta a la del flujo primario de fluido, y previene la migración de adsorbente a través de la cámara. Cada una de las zonas anteriormente descritas comprende una pluralidad de 2 a 10 lechos, y más comúnmente de 3 a 8. Una típica unidad de adsorción de lecho móvil simulado comprende 24 lechos de adsorbente. Es inmediatamente aparente que cuando se utiliza una línea de transferencia en un punto de acceso A, que se está utilizando para transportar una corriente en particular hacia o desde la cámara adsorbente que queda inactiva al final de un paso., quedará llena de los compuestos que forman esa corriente hasta que se extraen estos compuestos de la línea mediante una segunda corriente de flujo. Por consiguiente, los compuestos residuales que quedan en la
línea de transferencia no utilizada serán extraídos del proceso como parte inicial de una corriente de proceso extraída del proceso, o se fuerza a la cámara adsorbente cuando la línea de transferencia transporta una corriente extraída de, o pasa a, la cámara adsorbente. Como se describió anteriormente, los conocedores de la técnica han reconocido que la presencia de estos compuestos residuales en las lineas de transferencia pxeviamente uti i-zadas para extraer la corriente de refinados de la cámara adsorbente pueden tener algunos efectos nocivos sobre el funcionamiento de un proceso de separación adsortiva con lecho móvil simulado. Todas las referencias previamente "mencionadas revelan purgar estas líneas previamente utilizadas para sacar la corriente de refinados de la cámara adsorbente de vuelta a la cámara adsorbente, con lo que se incrementa la carga de separación dentro de la cámara. El paso resultante de desorbente a la cámara adsorbente es indeseable, puesto que el desorbente compite con el isómero deseado por sitios adsortivos en el adsorbente. Los dos compuestos compiten por la capacidad adsortiva. Un resumen simplificado de esto es que la capacidad de adsorción del adsorbente en la zona de adsorción es la suma del isómero deseado y el compuesto desorbente que se adsorbe en el adsorbente. Por consiguiente, disminuir la cantidad de desorbente cargado en la zona de
adsorción incrementa la cantidad de capacidad adsorbente disponible para para-xileno o cualquier otro compuesto deseado. En contraste, la presente invención revela purgar de la cámara adsorbente el contenido de una línea de transferencia previamente utilizada para extraer la corriente de refinados de la cámara adsorbente, utilizando una purga de refinados que luego preferiblemente se dirige a la columna de refinados. La purga de refinados puede ser la mezcla de alimentación, el material extraído de la zona de adsorción, o ambos. Esto se ilustra en la figura como línea 10 de la zona de adsorción, que une los refinados R como alimentación a la columna de refinados 400. No se debe interpretar la línea particular 10 indicada en la figura como limitante para la invención, puesto que se puede extraer el material de purga de cualquier punto dentro de la zona de adsorción para purgar una línea en cualquier punto de acceso dentro de esta zona. Preferiblemente, el material de purga de la línea de transferencia que transportó la corriente de refinados se purga en el punto de acceso dentro de los dos puntos de acceso de la línea de transferencia utilizada para inyectar la corriente de alimentación a la cámara adsorbente, con el fin de minimizar la cantidad de desorbente que queda en la linea cuando se inyecta la corriente de alimentación a través de esta línea. En comparación con los procesos de la técnica
conocida, al dirigirse el contenido de la línea que se purga a la columna de refinados, no se afecta la capacidad de la cámara adsorbente. Preferiblemente, el volumen de la corriente utilizada para purgar la línea de transferencia de refinados es igual a entre 0.5 y 2.5 veces, más preferiblemente 0.5 a 1.5 veces, y óptimamente de 0.9 a 1.1 veces el volumen total de la línea de transferencia de refinados y las válvulas asociadas. Las válvulas asociadas se refieren a las válvulas y accesorios relacionados que están conectados con la línea de transferencia. La práctica de la presente invención no requiere cambios significativos en las condiciones de operación, la composición del adsorbente o desorbente, ni cambios mecánicos en las cámaras adsorbentes. El único cambio significativo necesario en el equipo del proceso es el necesario para suministrar una cantidad controlada de la corriente de alimentación, una corriente intermedia de la sección de adsorción del proceso, o ambos, cuando se purgan refinados a la línea a purgarse, y conectar esta línea a la columna de refinados. Preferiblemente, estos cambios se hacen en, y cerca de, el equipo utilizado para controlar el flujo de las corrientes del proceso; así, el presente proceso puede aplicarse en una unidad existente mediante una modificación en el equipo que dirige el flujo de fluidos. Al seleccionar un adsorbente para el presente
proceso de lecho móvil simulado, la única limitación es la efectividad de la combinación particular de adsorbente y desorbente en la separación deseada. Una importante característica de un adsorbente es la tasa de intercambio del desorbente para el componente de extracto de los materiales de la mezcla de alimentación o, en otras palabras, el índice relativo de desorción del componente de extracto. Esta caxactexistica se xelaciona dixectamente con la cantidad de material desorbente que debe utilizarse en el proceso para recuperar el componente de extracto del adsorbente. Mayores velocidades de intercambio reducen la cantidad de material desorbente necesario para extraer el componente de extracto y, pot consiguiente, permitir una redacción en el cos~to de operación del proceso. Con mayores velocidades de intercambio, es necesario bombear menos material desorbente por el proceso, y separarlo de la corriente de extracto para su reutilización en el proceso. Por consiguiente, la práctica de la presente invención no está relacionada con, ni se limita a, el uso de un adsorbente o combinación de adsorbente y desorbente en particular, puesto que se utilizan diferentes combinaciones de filtros y desorbentes para diferentes separaciones. El adsorbente puede o no ser una zeolita. Los ejemplos de adsorbentes que pueden utilizarse en el proceso de la presente invención incluyen filtros moleculares no
zeolíticos, incluyendo filtros moleculares con base de carbono, silicalita y los filtros moleculares de * aluminosilicatos cristalinos clasificados como zeolitas X y Y. Los detalles de la composición y síntesis de muchos de estos filtros moleculares microporosos se proporcionan en la patente de los EE.UU. No. 4,793,984, que se incorpora a la presente por sus enseñanzas. También se puede obtener información acexca de adsoxbentes en las patentes de los EE.UU. Nos. 4,385,994, 4,605,492, 4,310,440 y 4,440,871. En los procesos de separación adsortiva, que generalmente se operan continuamente a presiones y temperaturas esencialmente constantes para asegurar la fase líquida, el material desorbente debe ser seleccionado para satisfacer varios criterios. En primer lugar, el material desorbente debe desplazar un componente de extracto del adsorbente con velocidades de flujo de masa razonables, sin que el desorbente mismo sea adsorbido tan fuertemente que impida indebidamente que un componente de extracto desplace el material desorbente en un siguiente ciclo de adsorción. Expresado en términos de selectividad, se prefiere que el adsorbente sea más selectivo para todos los componentes de extracto con respecto a un componente de refinados que para el material desorbente con respecto a un componente de refinados. Segundo, los materiales desorbentes deben ser compatibles con el adsorbente particular y la mezcla de
alimentación particular. Más específicamente, no deben reducir ni destruir la capacidad del adsorbente o la selectividad del adsorbente para un componente de extracto con respecto a un componente de refinados. Adicionalmente, los materiales desorbentes no deben reaccionar químicamente con un componente de extracto o un componente de refinados, ni hacer que estos sufran reacciones químicas. Típicamente, tanto la coxxiente de extracto como la coxxiente de xefinados se extraen del volumen vacío adsorbente mezclado con el material desorbente, y cualquier reacción química que implica un material desorbente y un componente de extracto o componente de refinados, o ambos, podría complicar o impedir la recuperación de producto. El desorbeirte también debe separarse fácilmente de los componentes de extracto y de refinados, por ejemplo por fraccionación. Finalmente, los materiales desorbentes deben ser fácilmente disponibles y de costo razonable. Las referencias describen benceno, tolueno y p-dietibenceno como desorbentes adecuados para la recuperación de para-xileno, siendo p-dietibenceno (p-DEB) una norma comercial para la separación . P-DEB es un desorbente "pesado" (con mayor punto de ebullición que para-xileno), que permite recuperar más fácilmente el desorbente de las corrientes de extracto y refinados por destilación fraccional. Las condiciones de adsorción incluyen, en general,
un rango de temperaturas de entre y 5 C, donde se prefiere entre 60 y 200°C para la separación de para-xileno. Las condiciones de adsorción también incluyen una presión suficiente para mantener la fase líquida, que puede ser de la atmosférica a 4.2 MPa. Las condiciones de desorción generalmente incluyen el mismo rango de temperaturas y presiones que se utilizan en condiciones de adsorción. Se pueden preferir condiciones diferentes para otros compuestos de extracto. EJEMPLOS Con el fin de verificar el perfeccionamiento esperado de la presente invención, se realizó una comparación para la recuperación de meta-xileno y para-xileno de aromáticos C8 utilizando un modelo computarizado del que se _ha demostrado que pxedice con pxecisión y se correlaciona con la actual operación de unidades de separación adsortiva de lecho móvil simulado a escala comercial utilizadas para recuperar meta-xileno y para-xileno de una mezcla de isómeros de xileno. La unidad simulada tuvo veinticuatro lechos de adsorbente divididos entre dos columnas y una válvula giratoria de veinticuatro puertos para dirigir el flujo de las corrientes del proceso. Las composiciones de las cargas de alimentación fueron las siguientes en % del peso para los dos objetivos de producto:
meta-xileno para-xileno Tolueno 0.01 0.33 Etilbenceno 24.03 9.35 Para-xileno 2.01 21.68 Meta-xileno 64.78 50.03 Orto-xileno 8.31 1-6.91 No aromáticos 0.86 1.70 Los resultados fueron los siguientes, ajustando la cantidad relativa de alimentación al efectuar la purga de refinados de la cámara para normalizar la pureza y recuperación del producto: Recuperación de meta-xileno:
Recuperación de para-xileno:
El incremento resultante en la capacidad fue de 40% al recuperar meta-xileno, y 10% al recuperar para-xileno. Nótese que no se mantuvo la recuperación cuando se dirigió la purga de refinados a la cámara. La intención de la descripción y ejemplos anteriores es ilustrar la presente invención sin limitar su alcance. El conocedor de la técnica reconocerá fácilmente como extrapolar parámetros de la revelación a otras modalidades de la presente invención. La presente invención queda limitada únicamente por las reivindicaciones que se especifican en la presente.