MX2012000935A - Procedimiento y dispositivo para la deshidrogenacion de alcanos con una igualacion de la composicion del producto. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un procedimiento para la deshidrogenación de alcanos. En varios reactores de tipo adiabático, alotérmico o isotérmico o combinaciones de los mismos, se hace pasar en operación continua por un lecho de catalizador una corriente de sustancias gaseosa que contiene alcano, con lo que se genera una corriente de gas que contiene un alqueno, hidrógeno y un alcano que no reaccionó. Para lograr una igualación de la composición del producto, en uno o varios puntos en cuando menos uno de los reactores se registra en forma de valores medidos cuando menos uno de los parámetros de proceso temperatura, presión o relación vapor-hidrocarburo, y cuando menos en uno de los parámetros del proceso se controla y maneja dirigidamente, de modo que la composición del gas de producto a la salida de cuando menos uno de los reactores se mantiene constante durante la operación.

Description

PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA LA DESHIDROGENACION DE ALCANOS CON UNA IGUALACIÓN DE LA COMPOSICIÓN DEL PRODUCTO La invención se refiere a un procedimiento para la deshidrogenacion de alcanos con igualación de la composición del producto, haciéndose pasar un alqueno por un catalizador adecuado con lo que se genera una corriente de gas que contiene un alqueno, hidrógeno y un alcano que no reaccionó. Dado que la deshidrogenacion de alcanos pertenece al grupo de reacciones de equilibrio reversibles, bajo las condiciones ideales del catalizador en el transcurso de la reacción se establece después de un cierto tiempo el equilibrio químico. La igualación de la composición del producto, o bien, un porcentaje constante de alqueno, alcano e hidrógeno en el gas de producto, se alcanza influyendo en el equilibrio químico en la dirección deseada mediante parámetros del proceso.

La deshidrogenacion de alcanos se lleva a cabo con un catalizador adecuado. En las reacciones de equilibrio, con el tiempo disminuye la actividad del mismo. Esto hace que la composición del producto a la salida del reactor cambie permanentemente en un ciclo de producción si los parámetros del proceso no varían. Debido a la composición del producto constantemente cambiante, en las partes subsiguientes del equipo pueden ocurrir irregularidades. Por ejemplo, las columnas de rectificación reaccionan de forma sensible a las fluctuaciones de concentración de la corriente de insumos .

La Patente Estadounidense US 5243122 A describe un proceso para un reformador alotérmico para la deshidrogenación de alcanos ligeros. Durante la reacción, la temperatura del lecho de catalizador se controla y se eleva lentamente, de modo que la composición de la descarga del reactor se mantiene igual durante la reacción. Con este procedimiento se retrasa la disminución de la actividad, de modo que la composición del flujo de producto y, en especial, la relación alqueno/alcano ahí contenida, se mantiene igual durante la operación. El control térmico de la reacción se regula mediante un control de ventilación especial de la alimentación del gas de calefacción. Sin embargo, los reformadores están dispuestos en forma paralela y, fuera de la temperatura, no se trataron los demás factores de influencia .

Durante la reacción, sobre el catalizador por lo general se forman después de un tiempo capas con contenido de carbono, con lo que la conversión de alcano disminuye drásticamente. Por tal motivo, la reacción se realiza de manera cíclica. Después de un determinado tiempo de reacción, ésta se detiene y por el catalizador se hace pasar un gas que contiene oxígeno, el cual también puede contener hidrógeno. Con dicho gas se oxidan las capas que contienen carbono, de modo que el catalizador se libera y la reacción puede iniciar una vez más .

Por lo tanto, la invención se basa en el objetivo de desarrollar un procedimiento para la deshidrogenacion de alcanos, con el que la composición del producto a la salida del reactor se mantenga constante en toda la duración de operación .

El objetivo se logra cuando en varios reactores de tipo adiabático, alotérmico o isotérmico o combinaciones de los mismos, se hace pasar por un lecho de catalizador una corriente de sustancias en operación continua, de este modo de genera una corriente de gas que contiene un alqueno, hidrógeno y un alcano que no reaccionó, y cuando • en cuando menos uno de los reactores se registro en forma de valores medidos, en uno o varios puntos, cuando menos uno de los parámetros de proceso temperatura, presión o relación vapor-hidrocarburo, • cuando menos en uno de los parámetros de proceso se influye dirigidamente, de modo que la composición del gas de producto a la salida de cuando menos un reactor se mantiene constante durante la operación.

En uno o varios puntos de un reactor se pueden determinar los valores de temperatura, presión o relación vapor-hidrocarburo y después se pueden controlar y ajustar los parámetros del proceso mediante aparatos de control para que la composición del gas de producto al final del sistema de reactores se mantenga constante durante la operación.

En modalidades de la invención se prevé el uso en el conjunto de dos a diez tipos de reactores iguales o distintos. Sin embargo, considerando la rentabilidad, se prefieren dos a cuatro reactores. Éstos pueden ser de los distintos tipos alotérmico, adiabático o isotérmico. Naturalmente, los reactores de distintos tipos también se pueden combinar de diferentes maneras para lograr una respectiva efectividad y rentabilidad. Para lograr una igualación de la composición del producto, se puede influir dirigidamente en los parámetros de proceso temperatura, presión y relación vapor-hidrocarburo. Mediante la alimentación del gas de calefacción / oxigeno y un sensor de temperatura adecuado, se puede regular la temperatura en cuando menos uno de los reactores. De igual manera, la presión en el reactor se puede controlar a través de la evacuación del gas de producto mediante una válvula reguladora. La relación vapor-hidrocarburo en el reactor es determinada por la cantidad de alimentación de vapor y de hidrocarburo gaseoso, prefiriéndose esta acción en el primero de los reactores.

En otras modalidades de la invención se utiliza un analizador para la medición de la composición del gas de producto. El analizador puede ser, por ejemplo, un cromatógrafo de gases. Con el valor especificado de temperatura, presión o relación vapor-hidrocarburo, la composición del gas de producto se determina con la ayuda del analizador. De este modo se puede influir de tal manera en los parámetros de proceso tanto individuales como combinados, que se puede lograr la igualación deseada de la composición del gas de producto. Lo mismo se puede lograr si un sistema de control del proceso especifica una función variable en el tiempo, por ejemplo, una función de rampa.

En otras modalidades de la invención se reclama también el uso del procedimiento de conformidad con la misma para la producción de alquenos a partir de alcanos, en particular el uso del procedimiento para la deshidrogenacion de propano a propeno, de n-butano a n-butenos y butadieno, de iso-butano a iso-buteno, o mezclas de los mismos y para la deshidrociclización de alcanos a aromatos . Sin embargo, se puede deshidrogenar cualquier alcano o cualquier hidrocarburo que sea deshidrogenable con el procedimiento de deshidrogenacion de conformidad con el estado de la técnica.

La invención se ilustra mediante algunos ejemplos. Para ello, como modalidad se considera un reactor alotérmico para la deshidrogenacion de propano a propeno con el fin de ilustrar el procedimiento de conformidad con la invención. En lo anterior, el reactor opera con los siguientes valores de la tecnología de procesos: temperatura de entrada: 510SC, diferencia de temperatura entre entrada y salida ??: 75K, presión de salida p: 6.0 bar, relación molar de vapor-hidrocarburo STHC : 3.5.

Ejemplo 1: Como se muestra en la Figura 1, sin ajustar los parámetros de la tecnología de procesos el rendimiento de propeno disminuye de inicialmente 26.7% a 26.1%.

Ejemplo 2: Como se muestra en la Figura 2, aumentando la diferencia de temperatura ?? durante el ciclo, el rendimiento de propeno se mantiene constante a 26.7%. Todos los demás parámetros no varían respecto al Ejemplo 1.

Ejemplo 3: Como se muestra en la Figura 3 , disminuyendo la presión de salida p durante el ciclo, el rendimiento de propeno se mantiene constante a 26.7%. Todos los demás parámetros no varían respecto al Ejemplo 1.

Ejemplo 4: Como se muestra en la Figura 4, aumentando la relación vapor-hidrocarburo (STHC) durante el ciclo, el rendimiento de propeno se mantiene constante a 26.7%. Todos los demás parámetros no varían respecto al Ejemplo 1.

Ejemplo 5: Como se muestra en la Figura 5, en este ejemplo la presión disminuye constantemente en 0.05 bar/h durante el tiempo del ciclo y simultáneamente se incrementa ligeramente la diferencia de temperatura ?? para lograr un rendimiento homogéneo de propeno. En la práctica, a menudo no se puede realizar una disminución a discreción de la presión de salida p durante el tiempo (como en el Ejemplo 3), pues la etapa de proceso subsiguiente, por ejemplo, la compresión del gas bruto, exige una determinada presión de entrada. Por ello resulta conveniente influir también en varios parámetros del proceso simultáneamente, para lograr la igualación deseada de la composición del gas de producto.

En la Tabla 1 se resumen los ejemplos. Los mismos evidencian los efectos de la influencia de los parámetros del proceso en la composición del gas de producto.

Tabla 1: Relación del ajuste de los parámetros 1): STHC : relación molar vapor-hidrocarburo La invención se ilustra a continuación mediante los dibujos .

Figura 6 : Dispositivo con reactor alotérmico y adiabático conectados en serie, con un sistema de control de temperatura .

Figura 7 : Dispositivo con reactor alotérmico y adiabático conectados en serie, con un sistema de control de temperatura y un sistema de control de presión.

Figura 8 : Dispositivo con reactores adiabáticos conectados en serie con sistema de control de temperatura y sistema de control de presión mediante un sistema de control de proceso.

La Figura 6 muestra un dispositivo de dos reactores de tipo alotérmico (1) y adiabático (2) conectados en serie, con alimentación de oxigeno (3) . El gas de reacción (4) se hace pasar por el reactor alotérmico (1) . El calentamiento se realiza mediante los quemadores (5), los cuales operan con un gas de combustión (6) y un gas (7) que contiene oxígeno. En el reactor (1) se prevé un sistema de tubería (8) cerrado en el que se encuentra un catalizador y tiene lugar la reacción. A la salida del primer sistema de reacción (1) está conectado un medidor de temperatura (10) y un analizador (11) . La alimentación de gas de combustión se regula de tal modo mediante el medidor de temperatura (10) y las líneas (10a) de control eléctricas, que los valores medidos en el analizador (11) siempre muestran la misma porción deseada de alqueno en el gas de producto (9) . El gas de producto (9) del sistema de reactor (1) se mezcla después con un gas (3) que contiene oxígeno y se lleva al reactor adiabático (2) . En dicho reactor también se encuentra un sistema de tubería cerrado para la deshidrogenación y oxidación de hidrógeno (12) , el cual contiene un catalizador y donde tienen lugar la oxidación de hidrógeno y la deshidrogenacion adicional . A la salida del segundo reactor también se encuentra un medidor de temperatura (13) y un analizador (14) . La alimentación de oxigeno se controla de tal manera mediante el medidor de temperatura (13) y las líneas de control eléctricas (13a) , que los valores medidos en el analizador (14) muestran siempre la misma porción deseada de alqueno en el gas de producto (15) .

La Figura 7 muestra un dispositivo que también consta de un primer reactor (1) de operación alotérmica y un segundo reactor (2) de operación adiabática, con alimentación de oxígeno (3) . La temperatura a la salida del primer sistema de reactor (9) se mide mediante un medidor de temperatura (10) y en función de la alimentación de gas de combustión y oxígeno (6, 7) , se regula mediante señales de medición eléctricas (10a) . De este modo, en el primer sistema de reactor se puede ajustar una temperatura constante. En este dispositivo, la composición del producto se comprueba únicamente a la salida del segundo sistema de reactor (15), lo cual se realiza mediante un analizador (17) a la salida del segundo sistema de reactor, el cual mide la presión a través de una válvula (16) de mantenimiento de presión en el reactor del segundo sistema de reacción (2) y la transmite a través de líneas de control eléctricas (16a, 17a) a un sistema de control de proceso (18) . La temperatura del reactor (2) se regula mediante la linea de control eléctrica (13a) y la alimentación de oxígeno (3) . El sistema de control del proceso (18) calcula los ajustes necesarios para la presión y realiza una regulación a través de las señales de medición (17a) eléctricas y la válvula (16) de mantenimiento de presión a la salida del sistema de reactor, de modo que se obtenga siempre la misma composición del gas de producto (15) a la salida del segundo reactor (2) .

La Figura 8 muestra un dispositivo de 3 reactores adiabáticos (19, 2a 2b) conectados en serie con alimentación de oxígeno (3af 3b) . La reacción en el primer reactor (19) se desarrolla de forma adiabática, de modo que a la salida del sistema de reactores (9) se obtiene una composición del producto constantemente cambiante. En los reactores (2a, 2b) se realiza una oxidación de hidrógeno selectiva. A la salida del segundo reactor (2a) se dispone un medidor de temperatura (20) que controla al reactor (2a) mediante las líneas de medición eléctricas (20a) y la alimentación de oxígeno (3a) . A través de las líneas de control eléctricas (18a) , los valores medidos por el medidor de temperatura (20) se transmiten al sistema de control del proceso (18) . De este modo ocurre una igualación de la composición del gas de producto a la salida del reactor (2a) . A la salida del tercer reactor (2b) también se dispone un medidor de temperatura (21) , eL cual regula al reactor conectado mediante las líneas de control eléctricas (21b) y la alimentación de oxígeno (3a) . El medidor de temperatura (21) transmite los valores medidos a través de la línea de control eléctrica (21a) al sistema de control del proceso (18) . De este modo, a la salida del tercer sistema de reacción (22) se obtiene una composición igualada deseada del gas de producto.

Lista de referencias 1 Reactor calentado de forma alotérmica 2 Reactor operado de forma adiabática 3 Alimentación de oxígeno 3a Alimentación de oxígeno 3b Alimentación de oxígeno 4 Gas de reacción 5 Quemador 6 Gas de combustión 7 Gas que contiene oxígeno 8 Sistema de tubería cerrado para la reacción de deshidrogenación 9 Gas de producto de una primera parte de la reacción 10 Medidor de temperatura 10a Línea de control eléctrica 11 Analizador para determinar la composición del gas de producto 12 Sistema de tubería cerrado para la deshidrogenacion y la oxidación de hidrógeno 13 Medidor de temperatura 13a Línea de control eléctrica 14 Analizador para determinar la porción de alqueno en el gas de producto 15 Gas de producto 16 Válvula de mantenimiento de presión 16a Línea de control eléctrica 17 Analizador 17a Línea de control eléctrica 18 Sistema de control del proceso 18a Línea de control eléctrica 19 Reactor operado de forma adiabática 20 Medidor de temperatura 20a Línea de control eléctrica 21 Medidor de temperatura 21a Línea de control eléctrica 21b Línea de control eléctrica 22 Gas de producto

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para la deshidrogenación de alcanos con una igualación de la composición del producto, en el que: • en varios reactores de tipo adiabático, alotérmico o isotérmico o combinaciones de los mismos, se hace pasar por un lecho de catalizador una corriente de sustancias en operación continua, con lo que se genera una corriente de gas que contiene un alqueno, hidrógeno y un alcano que no reaccionó, siendo que al reactor adiabático se alimenta oxígeno, caracterizado porque • en cuando menos uno de los reactores se registra en forma de valores medidos en uno o varios puntos cuando menos uno de los parámetros de proceso temperatura, presión o relación vapor-hidrocarburo, • cuando menos en uno de los parámetros de proceso se influye dirigidamente, de modo que la composición del gas de producto a la salida de cuando menos uno de los reactores se mantiene constante durante la operación.

2. El procedimiento para la deshidrogenación de alcanos con una igualación de la composición del producto de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque en el conjunto se utilizan dos a diez, de preferencia dos a cuatro reactores de distintos tipos.

3. El procedimiento para la deshidrogenación de alcanos con una igualación de la composición del producto de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque en el conjunto se utilizan dos a diez, de preferencia dos a cuatro reactores de del mismo tipo.

4. El procedimiento para la deshidrogenación de alcanos con una igualación de la composición del producto de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la temperatura en uno de los reactores se regula mediante la alimentación del gas de calefacción y un sensor de temperatura.

5. El procedimiento para la deshidrogenación de alcanos con una igualación de la composición del producto de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 , caracterizado porque la temperatura en uno de los reactores se regula mediante la alimentación de oxígeno y un sensor de temperatura .