MX2011001338A - Desmetanizador absorbedor para proceso de metanol a olefinas. - Google Patents

Desmetanizador absorbedor para proceso de metanol a olefinas.

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Abstract

Se describe un proceso para la conversión de metanol a olefinas (MTO), que incluye poner en contacto metanol y aire en un reactor de metanol a olefinas, recuperar un efluente del reactor de metanol a olefinas que comprende metanol, etileno y óxidos de nitrógeno, separar el efluente vía una o más etapas de destilación extractiva y/o destilación utilizando un absorbente de hidrocarburo para recuperar una primera fracción que comprende etileno y una segunda fracción que comprende metano, en donde la separación comprende poner en operación la una o más etapas de destilación extractiva y/o destilación a temperaturas y presiones suficientes para impedir cualquier conversión substancial de óxidos de nitrógeno a N2O3.

Description

DESME AÑIZADOR ABSORBEDOR PARA PROCESO DE METANOL OLEFINAS CAMPO DE LA INVENCIÓN Las modalidades reveladas en la presente son concernientes ' en general con un. proceso para convertir oxigenatos a definas . En un aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un proceso para convertir metanol a olefinas ( TO) . En otro aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un proceso de MTO que incluye separar y recuperar etileno de un efluente de reactor de MTO. En todavía otro aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un proceso de MTO que incluye usar un absorbente de hidrocarburos para separar y recuperar etileno de un efluente de reactor de MTO. En todavía otro aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con la separación y recuperación de etileno a partir de un efluente de reactor de MTO a condiciones para evitar la .formación sustancial de N203.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La disponibilidad limitada y alto costo de las fuentes de petróleo ha conducido al costo incrementado de producir químicos de mercancías básicas y sus derivados a partir de tales fuentes de petróleo. Como resultado, varias tecnologías competentes alternativas han sido desarrolladas e implementadas comercialmente con el fin de producir estos compuestos químicos a partir de fuentes que no son de petróleo a un costo competitivo.
Una de , tales tecnologías involucra convertir catalíticamente metanol a olefinas (MTO) . El metanol es una materia prima fácilmente disponible, que puede ser manufacturado tanto del petróleo también como fuentes que no son de petróleo, por ejemplo, mediante fermentación de biomasa o a partir de gas de síntesis.
Un proceso de MTO representativo, tal como se revela en la patente estadounidense No. 4,499,327, que es incorporada en la presente en su totalidad, involucra poner en contacto el. metanol con un catalizador de zeolita, tal como un aluminosilicato, bajo condiciones de temperatura y presión con el fin de producir olefinas ligeras, tales como etileno. El etileno es un compuesto químico de mercancía extremadamente valioso para producir varios derivados, tales como polietileno, usados en muchos productos comerciales también como productos del consumidor y aplicaciones.
Antes de que el etileno producido mediante un proceso de MTO pueda ser vendido y utilizado, es necesario emplear un proceso que recupera el componente de etileno en una corriente rica de etileno deseable al ' separarlo de otros componentes · e impurezas. Por ejemplo, dependiendo de la composición de la materia prima, las condiciones de reacción, y la extensión de reacciones secundarias, un efluente de MTO puede contener otras definas y diolefinas ligeras y parafinas ligeras tales como metano. Además, una reacción secundaria particular que puede ocurrir durante el proceso de TO es la formación de óxidos de nitrógeno, NO y Ñ02, denominados comúnmente como NOx, a partir de nitrógeno y oxigeno en cualquier aire arrastrado o nitrógeno alimentado al sistema de reactor de MTO.
Un proceso para la separación y recuperación de etileno a partir de un efluente de proceso de MTO involucra el uso de etapas de destilación instantánea y destilación a temperaturas criogénicas, como se describe en las patentes estadounidenses Nos. 7,166,757 y 4,499,327. Como se describe en las mismas, el estado actual del arte de recuperación de etileno y procesos de separación que dominan la industria involucran la separación de punto de ebullición criogénico de etileno y metano a temperaturas que pueden ser más bajas de -90°C. La separación criogénica puede ser muy cara debido tanto al costo de capital de la metalurgia recipiente especializado como el equipo de refrigeración y los costos de operación,, en los que se incluyen compresión y enfriamiento para el tren de enfriamiento de uso intenso de energía.
El uso de temperaturas criogénicas durante los procesos para el tratamiento del efluente de proceso de MTO puede dar como resultado condiciones de operación inestables y potencialmente peligrosas. Por ejemplo, el NOx presente en el efluente de proceso de MTO puede reaccionar para formar N203.
Además, se ha encontrado que la velocidad de formación de N2O3 se incrementa significativamente con la temperatura disminuida, haciendo asi un proceso criogénico especialmente susceptible. N2O3 es un compuesto altamente oxidante, que. puede formar gomas reactivas altamente inestables y altamente reactivas después del contacto con compuestos poliinsaturados, tales como butadieno. Aún a temperaturas criogénicas y a concentraciones en niveles de ppb, tales gomas inestables se pueden acumular y provocar reacciones de escape peligrosas y aún explosiones.
Asi, existe la necesidad por un método mejorado para el tratamiento de un efluente de proceso de MTO para separar y recuperar etileno y otros productos valiosos que reduzca los costos de capital y operación y mejore la seguridad de operación y estabilidad.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En un aspecto', las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un proceso para la conversión de metanol a olefinas, el proceso incluye: poner en contacto metanol y por lo menos uno de aire y nitrógeno en un sistema de reactor de metanol a olefinas; recuperar un efluente del sistema de reactor de metanol a olefinas que incluye metanol, dimetil éter, metano, etileno y óxidos de nitrógeno en los que se incluyen NO y NO2; y separar el efluente via una o más etapas de destilación extractiva y/o destilación para recuperar una primera fracción que incluye etileno y una segunda fracción que incluye metano; en donde la separación comprende poner en operación la una o más etapas de destilación extractiva y/o destilación a temperaturas y presiones suficientes para impedir cualquier conversión sustancial de óxidos de nitrógeno N2O3.
En otro aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un proceso para la conversión de metanol a olefinas, el proceso incluye: alimentar por lo menos una porción de un efluente de reactor de metanol a olefinas que incluye metano y etileno a una columna de destilación extractiva; y concurrentemente poner en contacto el efluente del reactor con por lo ¦ menos un C2-C4 hidrocarburo en la columna de destilación extractiva para producir una fracción de salida de vapor que contiene metano y una fracción de fondos que contiene por lo menos un C2-C4 hidrocarburo y etileno.
En otro aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un proceso para la conversión de metanol a olefinas, el proceso incluye: poner en contacto metanol y por lo menos uno de aire y nitrógeno en un sistema de reactor de metanol a olefinas; recuperar un efluente del sistema de reactor de metanol a olefinas que contiene metano, etileno y óxidos de nitrógeno en los que se incluyen NO y N02; alimentar por lo menos una porción del efluente del sistema de reactor de metanol a olefinas a una columna de destilación extractiva; poner en contacto concurrentemente el efluente del sistema de reactor de metanol a olefinas con por lo menos un • C2-C hidrocarburo en la columna de destilación, extractiva para producir una fracción de salida de vapor que contiene metano y una fracción del fondo que contiene por lo menos un C2-C4 hidrocarburo y etileno; poner en operación la columna de. destilación extractiva a condiciones suficientes para: (i) absorber etileno en el por lo menos un . C2-C4 hidrocarburo; y (ii) impedir cualquier conversión sustancial de los óxidos de nitrógeno a N203.
Otros aspectos y ventajas se harán evidentes a partir de la siguiente descripción y las reivindicaciones adjuntas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA FIGURA La Figura 1 es un diagrama de flujo simplificado de un proceso de MTO de acuerdo con modalidades reveladas en la presente.
DESCRIPCIÓN DETALLADA En un aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un proceso para convertir un oxigenato a- una olefina. En otro aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un proceso para convertir metanol a olefinas (MTO) . En todavía otro aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un proceso de MTO que incluye separar y recuperar etileno a partir de un efluente de reactor de MTO. En todavía otro aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un proceso de MTO que incluye usar un absorbente de hidrocarburo para separar y recuperar etileno a partir 'de un efluente de MTO. En todavía otro aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un proceso de MTO que incluye el uso de un absorbente de C2-C4 hidrocarburo para separar y recuperar etileno de un efluente de MTO en una o más etapas de destilación extractiva y/o destilación a temperaturas y presiones suficientes para impedir la conversión sustancial de óxidos de nitrógeno a N203.
Las corrientes que contienen olefinas, producidas por ejemplo vía procesos de MTO pueden contener inevitablemente cantidades, en trazas de óxidos de nitrógeno, en los que se incluyen NO y NO2- Comúnmente/ los óxidos de nitrógeno son inertes; sin embargo, bajo condiciones apropiadas, estos compuestos pueden reaccionar adicionalmente para -formar 2O3, que es altamente reactivo. Por ejemplo, aún cantidades en trazas, N2O3 se puede combinar y reaccionar con olefinas poli-insaturadas, tales como butadieno- presentes en una corriente que contiene olefina, para formar compuestos de goma altamente inestables . Tales compuestos son una preocupación de seguridad y operabilidad mayores, ya que pueden provocar reacciones de fuga y aún explosiones.
Como se usa en modalidades reveladas en la presente, el término "conversión sustancial" con referencia a óxidos de nitrógeno se refiere a la formación y/o acumulación de 2O3 a niveles mayores de 10 ppb en algunas modalidades, mayores de 5 ppb en otras modalidades, y mayores de 1 ppb en todavía otras modalidades. Inversamente, "prevención de cualquier conversión sustancial" o terminología semejante se refiere a la prevención de la formación y/o acumulación de N2O3 'a niveles mayores de 10 ppb en algunas modalidades, mayores de 5 ppb en otras modalidades, y mayores de 1 ppb en todavía otras modalidades.
A temperaturas normales, la velocidad de formación de N2O3 puede ser despreciable. Sin embargo, se ha encontrado por los presentes inventores que la conversión de óxidos de nitrógeno, en los que se incluyen NO y N02, a N2O3 se incrementa con la disminución en temperatura, y se puede volver sustancial a temperaturas criogénicas, por ejemplo, a temperaturas de menos de -90°C. Por consiguiente, el método tradicional para separar etileno de una corriente que contiene olefina utilizando etapas de destilación instantánea criogénicas y destilación puede plantear preocupaciones de seguridad y operabilidad .
Al utilizar un absorbente de C2-C4 hidrocarburo para separar etileno y productos de número de. carbono superiores de metano y ligeros en corrientes que contienen olefina ¦ a temperaturas suficientes para impedir o reducir los niveles de formación de N2O3 de acuerdo con modalidades reveladas en la presente proporciona una alternativa viable al proceso de separación criogénico tradicional. En particular, el absorbente C2-C4 hidrocarburo puede^ ser usado para separar una corriente que contiene olefina producida, por ejemplo, vía un proceso de metanol a olefinas, un proceso de etanol a olefinas, u otros procesos que pueden producir un efluente que contiene NOx, metano y otro gases, ligeros y que tiene un bajo contenido de hidrógeno.
Los procesos revelados en la presente . pueden ser usados para convertir oxigenatos a olefinas. En particular, los procesos revelados en la presente pueden ser usados para convertir métanol a olefinas, y para separar y recuperar etileno de un efluente de reacción de metanol a olefinas. Por ejemplo, una materia prima que contiene uno o más compuestos oxigenados puede ser convertida a una o más olefinas. Ejemplos no limitantes de compuestos oxigenato apropiados incluyen alcoholes, en los que se incluyen alcoholes alifáticos de cadena recta y ramificada y sus contrapartes insaturadas, tales como metanol, etanol, n-propanol e isopropanol; alquil éteres tales como, dimetil éter, dietil éter, metiletil éter y di-isopropil éter; alquil cetonas tales como dimetilcetona; aldehidos tales como formaldehidos, dimetilcarbonato y varios ácidos tales como ácido acético. En algunas modalidades, la materia prima de oxigenato puede incluir metanol como el compuesto de oxigenato principal. En otras modalidades, la materia prima oxigenada puede consistir esencialmente de metanol .
Además de los compuestos oxigenados, tales como metanol, la materia prima puede contener uno o más diluyentes, que son en general no reactivos con la materia prima o el catalizador y son usados comúnmente para reducir la concentración de la materia prima. Ejemplos no limitantes de diluyentes incluyen helio, argón, nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, agua, parafinas esencialmente no reactivas, tales como metano, etano y propano, compuestos aromáticos esencialmente no reactivos, y mezclas de los mismos. En algunas modalidades, un diluyente puede incluir por lo menos uno de nitrógeno y agua. En otras modalidades, un diluyente puede consistir esencialmente de nitrógeno. Adicionalmente, el aire puede se arrastrado al sistema de reacción de metanol a olefinas, por ejemplo, debido a operación bajo condiciones de vacio parcial o como una impureza en uno de componentes de la materia prima.
Una variedad de modalidades para el sistema de reacción de metanol a olefinas pueden ser usadas. En algunas modalidades, el sistema de reactor de metanol a olefinas puede incluir una sola zona de reacción. En otras modalidades, el sistema de reactor de metanol a olefinas puede comprender múltiples zonas de reacción dispuestas en serie. En algunas modalidades, el metanol puede viajar flujo hacia arriba a través de la una o más zonas de reacción. En otras modalidades, el metanol puede viajar por el flujo a través de la una o más zonas de reacción.
Uno o una combinación de una variedad de tipos de reactores pueden ser usados en el sistema de reactor de metanol a olefinas, en los que se incluyen, pero no limitados a: reactores de lecho fijo; reactores densos, de burbujeo, tipo elevador o reactores de lecho fluidizado tipo suspensión, ; reactores de punto de ebullición; y reactores de destilación catalítica, por ejemplo, como se describe en Jas patentes estadounidenses Nos. 4,076,796 y 6,287,522. Aquel de habilidad ordinaria en el arte reconocería que otros tipos de reactores pueden también ser usados.
El catalizador usado en el sistema de reactor de metanol a olefinas puede ser uno de un ' catalizador homogéneo o un catalizador heterogéneo. En algunas modalidades, el catalizador puede ser una zeolita o catalizador de tamiz molecular. En una modalidad específica, el catalizador puede ser un catalizador de zeolita de aluminosilicato cristalino, tales como aquellos revelados en las patente estadounidenses Nos. 4,062,905, 4,079,095, 3,911,041, y 4,049,573. Aquel de habilidad ordinaria en el arte reconocería que otros tipos de catalizadores pueden también ser usados.
El proceso de reacción de metanol a olefinas se puede llevar a cabo en un amplio intervalo de temperaturas, tal como en el intervalo de aproximadamente 200 °C a aproximadamente 1000°C. En algunas modalidades, la temperatura del sistema de reacción de metanol a olefinas puede ser de entre aproximadamente 200°C y aproximadamente 700°C. En otras modalidades, la temperatura del sistema de reacción de metanol a olefinas puede ser de entre aproximadamente 300°C y aproximadamente 600°C. En todavía otras modalidades, la temperatura del he sistema de reacción de metanol a olefinas puede ser de entre aproximadamente 350 °C. y aproximadamente 550°C.
Similarmente, el proceso se puede "llevar a cabo en un amplio intervalo de presiones, en las que se incluyen presión 'autógena. Las presiones parciales típicas de la materia prima, exclusivas de cualquier diluyehte en el mismo empleado en el proceso, está en el intervalo de aproximadamente - 0.1 KPaa a aproximadamente 5 MPaa. En algunas modalidades, la presión del sistema de reacción de metanol a olefinas puede ser de entre aproximadamente 5 kPaa y aproximadamente 1 MPaa. En otras modalidades, la presión del sistema de reacción de metanol á olefinas puede ser de. entre · aproximadamente 20 KPaa y aproximadamente 500 KPaa.
Las olefinas producidas mediante un proceso para producir olefinas a partir de oxigenatos, por ejemplo un proceso de metanol a olefinas, de acuerdo con modalidades reveladas en la presente pueden incluir una o más de C2. a C30 olefinas y/o diolefinas. En algunas modalidades, las olefinas producidas pueden incluir una o más de C2 a Cg olefinas.. En otras modalidades, las olefinas producidas pueden incluir una o más de C2 ' a C¾ olefinas. En todavía otras modalidades, las olefinas producidas pueden incluir una o más de C2 a C4 olefinas, por ejemplo, etileno y propileno. En todavía otras modalidades, las olefinas producidas pueden consistir esencialmente de etileno.
En algunas modalidades, la concentración de etileno en el efluente de reactor de metanol a etileno puede ser de por lo menos aproximadamente 5 por ciento en mol. En otras modalidades, la concentración de etileno en el efluente de reactor de metanol a etileno puede ser de por lo menos aproximadamente 10 por ciento en mol. En todavía otras modalidades, la concentración de etileno en el efluente de reactor de metanol a etileno puede ser de por lo menos aproximadamente 20 por ciento en mol. En todavía otras modalidades, la concentración de etileno en el efluente de reactor de metanol a etileno puede ser de por lo menos aproximadamente 30 por ciento en mol.
Una reacción de metanol a olefinas reacción puede también producir productos que nó son olefina, en los que se incluye pero no limitados a parafinas, ' acetilenos, éteres y ésteres. Por ejemplo, un efluente de reacción de metanol a olefinas puede incluir metano, etano, propano, n-butano, isobutano, n-buteno, isobuteno, butadieno, dimetil éter y agua.
La presencia y concentraciones de estos productos secundarios puede variar, dependiendo por ejemplo de la calidad de la materia prima, el tipo y tamaño de reactor, las condiciones de ¦ reacción y el tipo y condición del catalizador utilizado.
En algunas modalidades, la concentración de metano en el efluente de reactor de metanol a etileno puede ser menor de aproximadamente 30 por ciento en mol. En otras modalidades, la concentración de metano en el efluente de reactor de metanol a etileno puede ser menor de aproximadamente 20 por ciento en mol. En todavía otras modalidades, la concentración de metano en el efluente de reactor de metanol a etileno puede ser menor de aproximadamente 10 por ciento en mol. En todavía otras modalidades, la concentración de metano en el efluente de reactor de metanol a etileno puede ser menor de aproximadamente 5 por ciento en mol. En otras modalidades, la concentración de metano en el efluente de reactor de metanol a etileno puede ser menor de aproximadamente 2 por ciento en mol.
Otras reacciones secundarias pueden también ocurrir en el sistema de reacción de metanol a olefinas. Por ejemplo, el nitrógeno diluyente y/o nitrógeno presente en el aire arrastrado puede reaccionar con el oxígeno presente en aire arrastrado o los oxigenatos al interior del sistema de reacción de metanol a olefinas para formar óxidos . de nitrógeno, en los que se incluyen NO y NO2. Como se discute anteriormente, si son expuestos a condiciones criogénicas, estos óxidos pueden reaccionar adicionalmente para formar N203, un compuesto altamente indeseable tanto desde el punto de vista de seguridad como de operabilidad. Aquel de habilidad ordinaria en el arte reconocería que los óxidos de nitrógeno se pueden también formar en otros procesos para producir olefinas a partir de otros oxigenatos, tales como éteres y otros alcoholes.
Con el fin de recuperar etileno de suficiente pureza, el efluente de reactor de metanol a olefinas puede sufrir una o más etapas de separación. Por ejemplo, puede ser deseable o necesario separar etileno de varios reactivos y productos, en los que se incluye pero no limitados a, éteres y alcoholes, dióxido de carbono, agua, metano y otro reactivos, productos de reacción y diluyentes.
En algunas modalidades, por lo menos una porción del efluente de reactor de metanol a olefinas puede ser alimentada a un sistema de extracción para remover cualquier metanol y/o éteres contenidos en el mismo utilizando un solvente acuoso, tal como agua o glicol. Una fracción acuosa que tiene una concentración incrementada de metanol y éteres puede ser recuperada del sistema de extracción. Una fase de hidrocarburo que comprende metano y etileno, y escasa en metanol¦ y éteres, puede ser recuperada del efluente de reactor en el sistema de extracción. La fase de hidrocarburo puede luego ser enviada para, separación de componentes adicionales. En algunas modalidades, el efluente de reactor de metanol a olefinas puede ser comprimido antes de cualquier separación adicional.
El dióxido de carbono que puede estar presente en el efluente de reactor de metanol a olefinas puede también requerir remoción. Por ejemplo, una especificación de producto de olefina puede, requerir la remoción de dióxido de carbono del efluente de reactor de metanol a olefinas. Además, la exposición de la corriente que contiene dióxido de carbono a temperaturas menores que la temperatura de sublimación puede dar como resultado daños en equipo y tuberías congeladas. Los métodos comúnmente conocidos y usados en la industria, tales como tratamiento con solución cáustica o absorción de amina, pueden ser usados para remover el C02 del efluente de reactor de metanol a olefinas. En algunas modalidades, el efluente de reactor puede ser puesto en contacto con una solución cáustica para separar por lo menos una porción del dióxido de carbono presente en el efluente de reactor. Si es necesario, el efluente de reactor puede ser comprimido antes de la etapa de remoción del dióxido de carbono.
La presencia de agua en el efluente de reacción de metanol a olefinas puede conducir a un número de problemas. Por ejemplo, el enfriamiento y/o compresión del efluente de reacción pu'ede dar como resultado la formación de agua condensada que puede dañar el equipo y congelar los tubos. Por consiguiente, la deshidratación del efluente de reactor para remover agua utilizando una de una diversidad de técnicas usadas comúnmente en la industria puede ser requerida o puede ser opcionalmente ser efectuada en base a los esquemas de proceso y temperaturas empleadas. En algunas modalidades, un secador de tamiz molecular puede ser usado para separar por lo menos una porción del agua, secando el efluente del reactor. En otras modalidades, un desecante químico tal como glicol puede ser usado para secado del efluente de reactor. En todavía otras modalidades, una porción del agua en el efluente de reactor puede ser condensada y el efluente restante puede ser secado. Otras técnicas de deshidratación comúnmente conocidas y usadas en la industria pueden también ser usadas. Si es necesario, el efluente de reactor puede ser comprimido antes de la etapa de remoción de agua.
Una separación particularmente desafiante es aquella del etileno de metano y ligeros, en los que se incluyen óxidos de nitrógeno, dentro del efluente de reactor de metanol a olefinas debido a componentes de. ba o punto de ebullición. Como se discute anteriormente, los métodos de separación actualmente disponibles, tales como etapas de destilación' instantánea criogénicas y destilación, pueden conducir a l formación 2O3 indeseable y pueden requerir un grado alto de deshidratación y remoción de C02 con el fin de satisfacer la especificación del producto de olefina y/o evitar el congelamiento de tubo y daños al equipo.
Se ha encontrado que un absorbente de hidrocarburo, tal como un absorbente de C2-C4 hidrocarburo, puede ser usado efectivamente como absorbente para separar y recuperar etileno e hidrocarburos olefinicos superiores de un efluente de reacción de MTO a temperaturas no criogénicas. Por ejemplo, un efluente -de reacción de MTO que incluye etileno y metano, se puede poner en contacto con un absorbente de hidrocarburo en un sistema de extracción-destilación, mediante lo cual por lo menos una porción del etileno es absorbida por el absorbente de hidrocarburo.
En algunas modalidades, el absorbente de hidrocarburo puede ser un C2 a C4 hidrocarburo, por ejemplo, que incluye por lo menos uno de etano, propano, propileno, n-butano, isobutano, n-buteno e isobuteno. En otras modalidades, el absorbente de hidrocarburo puede consistir esencialmente de propano.
En algunas modalidades, el sistema de extracción-destilación puede incluir una o más etapas de destilación extractiva y/o destilación. Por ejemplo, el efluente de reactor de metanol a olefinas se puede poner en contacto con el absorbente de hidrocarburos en una o más etapas de destilación extractiva y/o destilación dispuestas en serie dentro de una sola columna o en una serie de múltiples columnas.
La una o más etapas de destilación extractiva y/o destilación pueden comprender platos y/o empaques pára proveer una superficie suficiente para el contacto. En algunas modalidades, el efluente de reactor de metanol a olefinas y absorbente de hidrocarburo pueden ser puestos en contacto a contracorriente en el sistema de destilación de extracción. En otras modalidades, el efluente de reactor de metanol a olefinas y absorbente de hidrocarburo se puede poner en contacto en una corriente en paralelo en la sistema de destilación de extracción .
En algunas modalidades, el sistema de destilación de extracción se puede poner en operación a una temperatura de salida de vapor de aproximadamente -90 °C o mayor. En algunas modalidades, el sistema de destilación extractiva se puede poner- en operación a una temperatura de salida de vapor de aproximadamente -50°C o mayor. En todavía otras modalidades, el sistema de destilación extractiva se puede poner en operación a una temperatura de salida de vapor de aproximadamente -40°C o mayor. En todavía otras modalidades, el sistema de destilación extractiva se puede poner en operación a una témperatura de salida de vapor de aproximadamente -20°C o mayor. En todavía otras modalidades, el sistema de destilación extractiva se puede poner en operación a una temperatura de salida de vapor de aproximadamente -10°C o mayor. En otras modalidades, el sistema de destilación extractiva se puede poner en operación a una temperatura de salida de vapor de aproximadamente 0°C o mayor.
En general, la presión de salida de vapor al interior del sistema de destilación extractiva puede ser mantenida a un nivel requerido para la destilación y como se requiera para la absorción de étileno al absorbente de hidrocarburo. En algunas modalidades, la presión de salida de vapor al interior del sistema de destilación extractiva puede estar en el intervalo de aproximadamente 0.01 MPag a 10 MPag. En otras modalidades, la presión de salida de vapo al interior del " sistema de destilación extractiva puede estar en el intervalo de aproximadamente 0.1 MPag a 4 MPag. En todavía otras modalidades, la presión de salida de vapor al interior del sistema de destilación extractiva puede estar en el intervalo de aproximadamente 0.5 MPag a 3 MPag. En todavía otras modalidades, la presión de salida de vapor al interior del sistema de destilación extractiva puede estar en el intervalo de aproximadamente 0, .5 MPag a 1 MPag.
En algunas modalidades, por lo menos aproximadamente 70 por ciento de moléculas de etileno pueden ser absorbidas y recuperadas del sistema de destilación extractiva como fracción del fondo junto con el absorbente de hidrocarburo. En otras modalidades, por lo menos ' aproximadamente 80 por ciento de las moléculas de etileno pueden ser absorbidas y recuperadas del sistema de destilación extractiva como una fracción del fondo junto con el absorbente de hidrocarburo. En todavía otras modalidades, por lo menos aproximadamente 90 por ciento de moléculas de etileno pueden ser absorbidas y recuperadas del sistema de destilación extractiva como una fracción del fondo junto con el absorbente de hidrocarburo. En todavía otras modalidades, por lo menos aproximadamente 95 por ciento de moléculas de etileno pueden ser absorbidas y recuperadas del sistema de destilación extractiva como una fracción del fondo junto con el absorbente de hidrocarburo. En otras modalidades, por lo menos aproximadamente el 99 por ciento de moléculas de etileno pueden ser absorbidas y recuperadas del sistema de destilación extractiva como fracción del fondo junto con el absorbente de hidrocarburo.
La fracción del fondo puede ser ¦ separada adicionalmente para recuperar etileno. En algunas modalidades, la fracción del fondo puede ser separada para formar una fracción de etileno y una fracción de hidrocarburo que incluye por lo menos un C2-C4 hidrocarburo · más pesado que etileno. En otras modalidades, la fracción del fondo puede ser separada para formar una fracción de hidrocarburos ligera que contiene ' etileno y etano, y una fracción de hidrocarburo que contiene por lo menos un C3-C4 hidrocarburo.
En algunas modalidades, la concentración del absorbente de hidrocarburo acarreado recuperado en la fracción de salida de vapor junto con metano del sistema de destilación extractiva es menor de aproximadamente 30 por ciento en mol. En otras modalidades, la concentración del absorbente de hidrocarburo acarreado recuperado en la fracción de salida de vapor junto con metano del sistema de destilación extractiva es menor de aproximadamente 15 por ciento en mol. En todavía otras modalidades, la concentración de absorbente de hidrocarburo acarreado recuperado en la fracción de salida de vapor junto con metano del sistema de destilación extractiva es menor de aproximadamente 10 por ciento en mol. En todavía otras modalidades, la concentración del absorbente de hidrocarburo acarreado recuperado en la fracción de salida de vapor junto con metano del sistema de destilación extractiva es menor de aproximadamente 5 por ciento en mol.
Las modalidades reveladas en la presente mantienen la presión y temperatura al interior del sistema de destilación extractiva suficientes ¦ para impedir cualquier formación significativa de 2O3 a partir de óxidos de nitrógeno, en los que se incluyen NO y NO2, presentes en el efluente del reactor de metanol a olefinas. Como se discute anteriormente, se ha encontrado que la velocidad de formación de N203 se vuelve significativa a temperaturas menores de aproximadamente -90°C. Así, al evitar temperaturas de proceso criogénicas de aproximadamente -90°C y menores, por ejemplo, al utilizar un proceso de absorción de hidrocarburo de acuerdo con modalidades reveladas en la presente, la formación de N2O3 puede ser impedida o reducida significativamente.
Refiriéndose ahora a la Figura 1, se ilustra un proceso para convertir metanol a olefinas de acuerdo con las modalidades reveladas en la presente. Por propósitos de simplicidad, el equipo auxiliar ha sido omitido de la figura. Aquel de habilidad ordinaria en el arte reconocerla que otros equipos y dispositivos, en los que se incluyen pero no limitados a, bombas, compresores, intercambiadores de calor, tambores, recipientes, reactores, lineas de flujo, válvulas y bucles de control, pueden también ser usados. Por ejemplo, otros elementos no ilustrados en la Figura 1, en los que se incluye pero no limitados a, bucles de intercambio de calor externos sobre la columna de destilación extractiva y otros elementos que pueden ser usados y podrían aparecer en un diagrama de proceso e instrumentación (P&ID) para modalidades reveladas en la presente, son supuestos.
El metanol puede ser suministrado a un sistema de reactor de metanol a olefinas 10 vía la línea de flujo 102. El aire y/o nitrógeno pueden ser arrastrados con la alimentación de metanol o agregados por medio de fugas de vacío, suministrando así nitrógeno al proceso. El nitrógeno .puede también ser usado como diluyentes y puede ser suministrado al sistema de reactor de metanol a olefinas 10 vía la línea de flujo 104. El metanol 102 se puede poner en contacto con un catalizador a condiciones de temperatura y presión al interior del sistema de reactor de metanol a olefinas 10 para producir etileno. Un efluente del reactor de metanol a olefinas puede ser recuperado del sistema de reactor de metanol a olefinas 10 vía la línea de flujo 106. Como se discute anteriormente, dependiendo de los requerimientos de proceso específicos, el efluente de reactor de metanol a olefinas 106 puede sufrir varias separaciones para remover uno o más de éteres y alcoholes, dióxido de carbono y agua del efluente de reactor 106 (procesos de separación opcionales no mostrados en la Figura 1). Aquellos de habilidad ordinaria en el arte apreciarán que el nitrógeno o aire pueden ser introducidos al sistema de reacción vía una o más de fugas de vacío, impurezas de alimentación y alimentaciones de diluyente, a manera de ejemplo, pero otras técnicas pueden ser usadas también.
El efluente de reactor de metanol a olefinas en' la línea de flujo 106 puede luego ser puesto en contacto con un absorbente de hidrocarburo alimentado vía la línea de flujo 122 en el sistema de destilación extractiva 12. En algunas modalidades', una compensación de absorbente de hidrocarburo ciclado puede ser agregado vía la línea de flujo 124. A 'medida que el absorbente de hidrocarburo recorre la columna, el etileno es absorbido por el absorbente de hidrocarburo. El absorbente de hidrocarburo y el etileno absorbido pueden ser recuperados del sistema de destilación extractiva 12 como una fracción del fondo vía la línea de flujo 108. El metano puede ser recuperado del sistema de destilación extractiva 12 como una fracción de salida de vapor vía la línea de flujo 110.
En algunas modalidades, por lo menos una porción de la fracción de salida de vapor 110 puede ser devuelta al sistema de destilación extractiva 12 como reflujo vía la linea de flujo 112. En otras modalidades, la proporción de reflujo del reflujo 112 a la fracción de salida de vapor 110 puede ser usada para controlar la composición de la fracción de salida de vapor 110.
La fracción del fondo 108 puede ser tratada adicionalmente (no mostrado en la Figura 1) para formar y separar una fracción de etileno que contiene etileno y una fracción de hidrocarburo que contiene el absorbente de hidrocarburo. Por lo menos una porción - de la fracción de hidrocarburo puede ser reciclada al sistema de destilación extractiva 12 como una compensación del absorbente de hidrocarburo 124.
En algunas modalidades, en donde el absorbente de hidrocarburo es propano y la fracción de salida de vapor 108 del sistema de destilación extractiva 12 comprende propano, por lo menos una porción de la fracción de salida de vapor 108 puede ser usada como combustible. Por ejemplo, tanto el metano como el propano en la fracción de salida de vapor 108 puede ser enviados a un cabezal de combustible. En otras modalidades, por lo menos una porción del propano en la fracción de salida de vapor 108 puede ser comprimida y recuperada.
Ventajas de proceso de acuerdo con modalidades reveladas en la presente pueden incluir seguridad operacional y estabilidad debido a la minimización de formación de N2O3 a partir de óxidos de nitrógeno. Como se discute anteriormente, cantidades en trazas de óxidos de nitrógeno, en los que se incluyen NO y O2, presentes en el efluente de reacción de MTO pueden reaccionar para formar N2O3, un compuesto altamente oxidante que puede a su vez reaccionar con compuestos insaturados pesados, tales como butadieno, presentes en el efluente de reacción de MTO para formar gomas inestables y altamente reactivas. Tales gomas, aún ' a temperaturas criogénicas y a concentraciones de ppb, se puede acumular y provocar reacciones de fuga peligrosas y aún explosiones. A medida que la velocidad de formación de N2O3 se incrementa drásticamente con la temperatura disminuida y asi, los procesos criogénicos a temperaturas más bajas de aproximadamente -90°C usadas actualmente para separación y recuperación de etileno del efluente de reacción de MTO son una preocupación de seguridad mayor. En contraste, la solicitante ha encontrado que al utilizar la absorción de hidrocarburos para separar y recuperar etileno a partir de un efluente de reacción de MTO a temperaturas de -90°C o más altas es suficiente para impedir la formación de N2O3.
Otra ventaja de los procesos de acuerdo con las modalidades reveladas en la presente pueden incluir costo de equipo de capital reducido. Por ejemplo, el proceso criogénico tradicional, denominado comúnmente como el "tren de enfriamiento", requiere metalurgias especializadas y sistemas de refrigeración complicados, en los que ' se incluyen recipientes, compresores, intercambiadores de calor, tubería de circulación y costos de refrigerante. En contraste, ya que el proceso presente no se lleva a cabo a temperaturas criogénicas, se puede usar metalurgia menos cara y un número de ítems de equipo asociados con el tren de enfriamiento pueden ser eliminados .
Los procesos de acuerdo con las modalidades reveladas en la presente pueden también reducir ventajosamente los costos de operación. Por ejemplo, los costos de' energía de la refrigeración-compresión asociada con el sistema de separación criogénico tradicional pueden ser considerablemente más altos que aquellos asociados con un proceso de destilación de extracción no criogénico.
Todavía otra ventaja posible de recuperar etileno y /o definas más pesadas a partir de un efluente de MTO de acuerdo con modalidades reveladas en la presente pueden ser que cualquier porción del absorbente de C2-C4 hidrocarburo, tal como propano, arrastrado con el destilado de metano, no requiere compresión y recuperación adicional y en lugar de esto puede ser enviado directamente al cabezal de combustible de la planta de proceso o de otra manera puede ser usado como combustible. Por ejemplo, en otros procesos de producción de etileno, tal como en un cracking catalítico, el valor de cualesquier C2-C4 hidrocarburos residuales puede ser demasiado alto para ser enviado a combustible; requiriendo instalaciones de compresión y recuperación adicionales para recuperar los productos valiosos. En contraste, los C2-C4 hidrocarburos no tienen uso adicional en el proceso de reacción de MTO, y asi pueden económicamente ser enviados a combustible.
La recuperación de etileno y/u olefinas más pesadas a partir de un efluente de ?G? de acuerdo con las modalidades pueden también reducir los costos de capital y operación debido a los requerimientos de separación reducidos para otros componentes que no son de olefina presentes en un efluente de reactor de metanol a olefinas. Por ejemplo, la limitación del diseño de proceso a temperaturas de operación de -90°C y más altas, y en algunas modalidades a temperaturas de -40°C y más altas, pueden eliminar la necesidad de bucles de refrigeración de etileno y/o metano caros usados comúnmente en el esquemas de separación criogénicos de planta de etileno.- En contraste, utilizando refrigeración de propano y/o propileno para proveer enfriamiento para un proceso de metano a olefinas de acuerdo con modalidades reveladas en la presente pueden reducir sustancialmente los costos de inversión de capital y mejorar la conflabilidad.
En tanto que la revelación incluye un número limitado de modalidades, aquellos experimentados en el arte, teniendo el beneficio de esta revelación, apreciarán que otras modalidades pueden ser ideadas que no se devien del alcance de la presente revelación. Asi, el alcance debe estar limitado solamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (27)

REIVINDICACIONES
1. Un proceso .para la conversión de metanol a olefinas, el proceso está caracterizado porque comprende: poner en contacto el ' metanol y por lo menos uno de aire y nitrógeno en un sistema de reactor de metanol a olefinas; • recuperar un efluente - del sistema de reactor de metanol a olefinas que comprende metanol, dimetil éter, metano, etileno y óxidos de nitrógeno en los que se incluyen NO y N02, separar el efluente via una o más etapas de destilación extractiva y/o destilación para recuperar la primera fracción que comprende etileno y una segunda fracción que comprende metano; en donde la separación comprende poner en operación la una o más etapas de destilación extractiva y/o destilación a temperaturas y presiones suficientes para impedir cualquier conversión substancial de óxido de nitrógeno N203.
2. Un proceso para la conversión de metanol a olefinas, el proceso está caracterizado porque comprende: alimentar por lo menos una porción de un efluente de reactor de metanol a olefinas que comprende metano y etileno a una columna de destilación extractiva; poner en contacto a contracorriente el efluente de reactor con por lo menos un C2-C4 hidrocarburo en la columna de destilación extractiva para producir una fracción de salida de vapor que comprende metano y una fracción del fondo que comprende por lo menos un C2-C¾ hidrocarburo y etileno.
3. El procéso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque por lo menos un C2-C4 hidrocarburo comprende por, lo menos uno de etáno, propano, propileno, n-butano, isobutano, isobuteno y n-buteno.
4. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque por lo menos , un C2-C4 hidrocarburo consiste esencialmente de propano.
5. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque comprende además poner en operación la columna de destilación extractiva a una temperatura de salida de vapor de -90 °G o mayor.
6. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque comprende además poner en operación la-columna de destilación extractiva a una temperatura de salida de vapor de -40°C o mayor.
7. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque comprende además poner en operación la ' columna de destilación extractiva a una presión de salida de vapor en el intervalo de aproximadamente ' 1 a aproximadamente 4 MPa manométricos .
8. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque comprende además separar la fracción del fondo para formar una fracción de etileno y una fracción de hidrocarburo que comprende por lo menos un C2-C4 hidrocarburo más pesado que etileno.
9. El proceso de conformidad 'con la reivindicación 2, caracterizado porque comprende además separar la fracción del fondo para formar una fracción de hidrocarburo ligera que comprende etileno y etano y una fracción de hidrocarburo que comprende por lo' menos un C3-C<ihidrocarburo .
10. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque comprende además reciclar por lo menos una porción de la fracción de hidrocarburos a la columna de destilación extractiva.
11. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque comprende además: poner en contacto el efluente del reactor con un solvente acuoso que comprende por lo menos uno de agua y glicol para remover cualquier metanol o éteres contenidos en el mismo para formar una fracción acuosa que tiene una concentración incrementada de metanol y éteres y una fase de hidrocarburo que comprende metano y etileno y alimentar la fase de hidrocarburo a la columna de destilación extractiva como por lo menos una porción del efluente del reactor.
12.. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque comprende además: por lo menos uno de: poner en contacto el efluente del reactor con una solución cáustica para separar por lo menos una porción de dióxido de carbono; poner en contacto el efluent'e del reactor con un secador de tamiz molecular para separar por lo menos una porción del agua; recuperar un efluente del reactor que tiene una concentración reducida de por lo menos uno de dióxido de carbono de agua y alimentar el efluente del reactor que tiene concentración reducida de por lo menos uno de- dióxido de carbono y agua como la por lo menos una porción del efluente de reactor de metanol á olefinas a la columna de destilación extractiva .
13. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque comprende además: condensar y reciclar por lo menos una porción de la fracción de salida de vapor a la columna de destilación extractiva como reflujo.
14. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque comprende el por lo menos un C2-C4 hidrocarburo comprende propano y. en donde la fracción de salida de vapor comprende además propano, el proceso comprende además usar por lo menos una porción de la fracción de salida de vapor como combustible.
15. Un proceso para la conversión de metanol a definas, el proceso está caracterizado porque comprende: poner en contacto el metanol y por lo menos uno de aire y nitrógeno en un sistema de reactor de metanol a olefinas; recuperar un efluente del sistema de reactor de metanol a olefinas que comprende metano, etileno y óxidos de nitrógeno en los que se incluyen NO y N02, alimentar por lo menos una porción del efluente del sistema de reactor de metanol a olefinas a una columna de destilación extractiva; poner en contacto a contracorriente el efluente del sistema de reactor de metanol a olefinas con por lo menos un C2-C4 hidrocarburo en la columna de destilación' extractiva para producir una fracción de salida de vapor que comprende metano y una fracción del fondo que comprende el por lo menos un C2-C4 hidrocarburo y etileno; poner en operación la columna de destilación extractiva a condiciones suficientes para: (i) absorber etileno en por' lo menos C2-C4 hidrocarburo y (ii) impedir cualquier conversión substancial de los óxidos de nitrógeno a N203.
16. El proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el por lo menos un C2-C4 hidrocarburocomprende por lo menos uno de etano, propano, propileno, n-butano, isobutano, isobuteno y n-buteno.
17. El proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el por lo menos un C2-C4 hidrocarburo consiste esencialmente de propano.
18. El proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende además poner en operación la columna de destilación extractiva a una temperatura de salida de vapor de -90 °C o mayor.
19. El proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende además poner en operación la columna de destilación extractiva a una temperatura de salida de vapor de -40 °C o mayor.
20. El proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende además poner en operación la columna de destilación extractiva a una presión de salida de vapor en el intervalo de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 MPa manométricos .
21. El proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende además separar la fracción del fondo para formar una fracción de etileno y una fracción de hidrocarburo que comprende el por lo menos un C2-C hidrocarburo más pesado que etileno.
22. El proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende además separar la fracción del fondo para formar una fracción de hidrocarburo ligera que comprende etileno y etano y una fracción de hidrocarburo que comprende por lo menos un C3-C4 hidrocarburo.
23. El proceso de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque comprende además reciclar por lo menos una porción de la fracción de hidrocarburo a la columna de destilación extractiva.
24. El proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende además: poner en contacto el efluente del sistema de reactor de metanol a olefinas con un solvente acuoso que comprende por lo menos uno de agua y glicol para remover cualquier metanol o éteres contenidos en el mismo para formar una fracción acuosa que tiene una concentración incrementada de metanol y éteres y una fase de hidrocarburo que comprende metano y etileno y alimentar la fase de hidrocarburo a la columna de destilación extractiva como la por lo menos una porción del efluente del sistema de reactor de metanol a olefinas.
25. El proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende además: por lo menos uno de: poner en contacto el efluente del reactor con una solución cáustica para separar por lo menos- una porción de dióxido de carbono; · poner en contacto el efluente del reactor con un secador de tamiz molecular para separar por lo menos una porción del agua; recuperar un efluente del reactor que tiene una concentración reducida de por lo menos uno 'de dióxido de carbono y agua y alimentar el efluente del reactor que tiene una concentración reducida de por lo menos uno de dióxido de carbono y agua como la por lo menos una porción del efluente del reactor de metanol a olefinas a la columna de destilación extractiva.
26. El proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende además: condensar y réciclar por lo menos una porción de la fracción de salida de vapor a la columna de destilación extractiva como reflujo.
27. El proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el por lo menos un C2-C4 hidrocarburo comprende propano y en donde la fracción de salida de vapor comprende además propano, el proceso comprende además usar por lo menos una porción de la fracción de salida de vapor como combustible.
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