MXPA05000772A - Metodo para tratar 1,3-butadieno crudo. - Google Patents

Metodo para tratar 1,3-butadieno crudo.

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Abstract

La invencion se refiere a un metodo continuo para la separacion de una mezcla de hidrocarburos, obtenida por destilacion extractiva de una fraccion de 04 (04) con un disolvente selectivo (LM) y que contiene los hidrocarburos de la fraccion de 04 (04), los cuales son mas solubles en el disolvente selectivo (LM) en comparacion con butano o buteno. La mezcla se alimenta a una primera columna de destilacion (K I), en la cual la mezcla se separa en una corriente superior (K 1-K), que contiene 1,3-butadieno, propino, como una opcion otras sustancias con punto de ebullicion bajo, y como una opcion agua, y una corriente inferior (K I-S) que contiene 1,3-butadieno, 1,2-butadieno, acetileno, y como una opcion, otras sustancias con punto de ebullicion alto, con lo cual la proporcion de 1,3-butadieno en la corriente inferior (1( I-S) de la columna de destilacion (K 1) se regula, por ejemplo para que sea al menos bastante alta para diluir el acetileno de esta region con riesgo de descomposicion espontanea. La corriente superior (KI-I) de la primera columna de. destilacion (K 1) se alimenta a la segunda columna de destilacion (K II) y se separa en la segunda columna de destilacion (K II) en una corriente superior (K 11-K) que contiene propino, como una opcion otras sustancias de punto de ebullicion bajo, y como una opcion agua, y una corriente inferior (K II-S) que contiene 1,3-butadieno puro.

Description

MÉTODO PARA TRATAR 1 , 3-BUTADIENO CRUDO La presente invención se refiere a un proceso para tratar una mezcla de hidrocarburos obtenida de una fracción de C por destilación extractiva.
El término fracción de C4 se refiere a las mezclas de hidrocarburos que tienen principalmente 4 átomos de carbono por molécula. Las fracciones de C4 se obtienen, por ejemplo, durante la preparación de etileno y/o propileno por termofraccionación, por lo regular en termofraccionadores de vapor o plantas FCC (Fluid Catalytic Cracking, fraccionación catalítica de líquidos) , de una fracción de petróleo como puede ser el gas de petróleo licuado, nafta o gas oil. Las fracciones de C4 también se obtienen en la deshidrogenación catalítica de n-butano y/o n-buteno. Por lo regular, las fracciones de C4 contienen butanos, n-buteno, isobuteno, 1, 3-butadieno junto con cantidades pequeñas de otros hidrocarburos que incluyen butinos, en particular 1-butino (etilacetileno) y butenino (vinilacetileno) . El contenido de 1, 3-butadieno de las fracciones de C4 procedentes de los termofraccionadores al vapor por lo regular es desde 10 hasta 80% en peso, de preferencia desde 20 hasta 70% en peso, en particular desde 30 hasta 60% en peso, aunque el contenido de vinilacetileno y etilacetileno por lo regular no es mayor que 5% en peso.
La separación de las fracciones de C4 en sus componentes es un problema de destilación complicado por las pequeñas diferencias en las volatilidades relativas de los componentes. Por tanto, la separación se lleva a cabo por medio de destilación extractiva, es decir, destilación con adición de un disolvente selectivo (también conocido como extractante) que tiene un punto de ebullición mayor que el de la mezcla que va a ser fraccionada y aumenta las diferencias en las volatilidades relativas de los componentes que van a ser separados entre si.
Se conocen múltiples métodos para la separación de las fracciones de C por medio de destilación extractiva utilizando disolventes selectivos. En todos estos, la fracción de C4 gaseosa que va a ser separada en sus componentes se pone en contacto a contracorriente con el disolvente selectivo liquido en las condiciones termodinámicas adecuadas, en general a temperaturas bajas, con frecuencia en el intervalo desde 20 hasta 80°C, y a presiones moderadas, con frecuencia desde la presión atmosférica hasta 6 bar, para que el disolvente selectivo se cargue con los componentes de la fracción de C4 para las cuales tiene mayor afinidad, mientras que los componentes para los cuales el disolvente selectivo tiene una menor afinidad permanecen en la fase de vapor y se toman de la parte superior. Los componentes posteriormente se liberan en forma fraccionada de la corriente con carga del disolvente selectivo en uno o más pasos de proceso adicionales en las condiciones termodinámicas adecuadas, es decir, a una temperatura mayor y/o presión menor que la del primer paso del proceso .
La destilación extractiva de las fracciones de C4 con frecuencia se opera en tal forma que los componentes de la fracción de C4 para las cuales el disolvente selectivo tiene menor afinidad que para el 1, 3-butadieno, en particular los butanos y los butenos, permanecen principalmente en la fase gaseosa, mientras que el 1,3-butadieno y otros hidrocarburos para los cuales el disolvente selectivo tiene mayor afinidad que para el 1, 3-butadieno, se absorben casi por completo por el disolvente selectivo. La fase gaseosa se toma en la parte superior y con frecuencia se conoce como el refinado 1. Un proceso como este está descrito, por ejemplo, en DE-A 198 188 10, donde el refinado 1 es la corriente indicada por Gbc en las Figuras 1 y 2 la cual se toma en la parte superior de la columna de destilación extractiva E I .
El tratamiento del disolvente selectivo cargado con 1, 3-butadieno y otros hidrocarburos para los cuales el disolvente selectivo tiene mayor afinidad que para 1,3-butadieno por lo regular se lleva a cabo por desorción fraccionada, en la que los hidrocarburos absorbidos en el disolvente selectivo se desorben en el orden inverso de su afinidad para el disolvente selectivo.
Un proceso como este está descrito, por ejemplo, en DE-A 198 188 10, de acuerdo con el cual el disolvente selectivo que está cargado con 1, 3-butadieno y otros hidrocarburos de C4 y también se conoce como solución de extracción ad es, en un paso de proceso 3, transferido a una zona de desorción que está a una presión menor y/o temperatura mayor que la zona de extracción, y el 1,3-butadieno ahí se resorbe de la solución de extracción ad, con la mayor parte de los demás hidrocarburos de C4 permaneciendo en la fase liquida. Se obtienen dos corrientes separadas, a saber, 1, 3-butadieno como corriente de 1, 3-butadieno crudo y el disolvente selectivo cargado con los demás hidrocarburos de C4 como solución de extracción d. Por último, el 1, 3-butadieno que todavía permanece en la solución de extracción d y los demás hidrocarburos de C4 se desorben en forma fraccionada como al menos dos fracciones separadas en una segunda zona de desorción que está a una menor presión y/o temperatura elevada en comparación con la primera zona de desorción y tiene un gradiente de presión y/o temperatura .
De acuerdo con las opiniones imperantes, hasta ahora no ha sido posible separar los acetilenos y 1, 2-butadieno del 1, 3-butadieno crudo por destilación a costos razonables. Los problemas específicos fueron las pequeñas diferencias en las volatilidades relativas y la elevada reactividad de los componentes que forman la corriente de 1, 3-butadieno crudo.
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso que permita separar los acetilenos y 1 , 2-butadieno de una corriente de 1,3-butadieno crudo por destilación a costo razonable y al mismo tiempo garantizar la operación segura del proceso. El proceso de la presente invención de este modo permite que las corrientes de 1, 3-butadieno crudo se puedan tratar por destilación sin el costoso paso del proceso corriente arriba de la destilación extractiva utilizando un disolvente selectivo para separar los acetilenos.
Hemos encontrado que este objetivo se logra mediante un proceso continuo para separar una mezcla de hidrocarburos que se haya obtenido por destilación extractiva de una fracción de C4 utilizando un disolvente selectivo y que contiene los hidrocarburos de la fracción de C que son más fácilmente solubles en el disolvente selectivo comparados con los butanos y los butenos, el cual consiste en alimentar la mezcla a una primera columna de destilación en la que ésta se separa en una corriente que se toma en la parte superior y contiene 1, 3-butadieno, propino, tal vez otras sustancias con punto de ebullición bajo y tal vez agua, y una corriente inferior que contiene 1, 3-butadieno, 1, 2-butadieno, acetilenos y posiblemente otras sustancias de punto de ebullición alto, regulando la proporción de 1, 3-butadieno en la corriente inferior de la columna de destilación en tal forma que sea al menos suficientemente elevada para diluir los acetilenos hasta fuera del intervalo en el que hay un riesgo de descomposición espontánea, y hacer pasar la corriente tomada de la parte superior de la primera columna de destilación a una segunda columna de destilación y separarla en una corriente que se tome en la parte superior y contenga propino, tal vez otras sustancias con punto de ebullición bajo y tal vez agua, y una corriente inferior que contenga 1 , 3-butadieno puro en la segunda columna de destilación.
Asi pues, de conformidad con la presente invención, una corriente de 1, 3-butadieno crudo se somete a una destilación fraccionada la cual no es intensa con respecto al 1, 3-butadieno en una columna de destilación, y los acetilenos y 1, 2-butadieno se toman como una corriente inferior que se diluye con 1, 3-butadieno hasta fuera del intervalo en el que existe un riesgo de descomposición espontánea. El butadieno junto con propino, tal vez otras sustancias con punto de ebullición bajo y tal vez agua se toman en la parte superior de la columna de destilación.
La corriente procedente de la parte superior de la columna de destilación de preferencia se condensa en un condensador en la parte superior de la columna, y parte del condensado se regresa como separación a la columna y el resto se pasa a una segunda columna de destilación en la que esta se separa en una corriente que se toma en la parte superior y contiene propino y tal vez otras sustancias con punto de ebullición, y una corriente inferior que contiene 1, 3-butadieno puro.
En ambas columnas de destilación antes descritas, en principio es posible utilizar todos los elementos internos activos para la separación acostumbrados para las destilaciones de butadieno. Las bandejas son particularmente útiles porque es más fácil limpiarlas .
La composición de la corriente de 1, 3-butadieno crudo depende de la composición de la fracción de C4 que se alimentó a la destilación extractiva, y por lo regular contiene todos los acetilenos, todo el 1, 2-butadieno, desde 30 hasta 70% del cis-2-buteno y al menos 99% del 1, 3-butadieno procedentes de la fracción de C4.
En este caso, los hidrocarburos que tienen punto de ebullición menor que el del 1, 3-butadieno se mencionan como sustancias con punto de ebullición bajo, y los hidrocarburos que tienen un punto de ebullición mayor que el del 1, 3-butadieno se mencionan como sustancias con punto de ebullición alto. Una sustancia con punto de ebullición común es propino, y las sustancias con punto de ebullición alto son principalmente los hidrocarburos que tienen un triple enlace, en la presente mencionados como acetilenos, en particular 1-butino (etilacetileno) y butenino (vinilacetileno) .
El término "tal vez" o "posiblemente" cuando se utiliza en la presente en el contexto de la composición de las corrientes obtenidas en el tratamiento por destilación significa que el (los) componente (s) que se califican de este modo pueden estar presentes en las corrientes respectivas dependiendo de las condiciones especificas del proceso. En particular, la composición de la fracción de C utilizada, el disolvente utilizado y/o los auxiliares que se utilicen.
La separación de los acetilenos y 1, 2-butadieno del 1, 3-butadieno crudo por destilación es un problema de destilación complicado por la elevada reactividad de estos componentes y por las pequeñas diferencias en las volatilidades relativas de los componentes que forman la corriente del 1, 3-butadieno crudo. No obstante, se ha encontrado sorprendentemente que es posible separar los acetilenos y 1, 2-butadieno por destilación con consumo de energía razonable y al mismo tiempo garantizar la seguridad del proceso cuando los acetilenos y el 1,2-butadieno se toman como la corriente inferior de una columna de destilación y en esta corriente están diluidos con 1 , 3-butadieno para salir del intervalo en el que hay un riesgo de descomposición espontánea. En general, la dilución de la corriente inferior por debajo de 30% molar de los acetilenos es suficiente para este propósito. Por lo regular, las fracciones de C tienen composiciones en % en peso en los siguientes intervalos: 1, 3-butadieno desde 10 hasta 80 butenos desde 10 hasta 60 butanos desde 5 hasta 40 otros hidrocarburos de C4 desde 0.1 a 5 y otros hidrocarburos, en particular hidrocarburos de C3 y C5 desde 0 a no más de En el contexto presente, el término "1, 3-butadieno puro" se refiere a una corriente que tiene un contenido de 1, 3-butadieno de al menos 99% en peso, de preferencia al menos 99.6% en peso, siendo la diferencia impurezas, en particular 1, 2-butadieno y cis-2-buteno .
En un proceso alternativo preferido, la corriente inferior procedente de la primera columna de destilación y la corriente de la parte superior de la segunda columna de destilación se alimentan a una columna de destilación reactiva en la que se lleva a cabo una hidrogenación selectiva de los hidrocarburos que tienen enlaces triples a hidrocarburos que contienen enlaces dobles por medio de hidrógeno en presencia de un catalizador heterogéneo, con la conversión parcial de los acetilenos para obtener una corriente que contenga 1, 3-butadieno, butanos, butenos e hidrocarburos que contienen triples enlaces que no hayan sido hidrogenados en la parte superior, y una corriente inferior que contiene sustancias con punto de ebullición alto la cual se descarga.
En particular, el vinilacetileno se hidrogena en forma selectiva al producto deseado 1, 3-butadieno.
La corriente de la parte superior de la columna de destilación reactiva o una subcorriente de ésta de preferencia se recircula a la columna de destilación extractiva. No obstante, también es posible que la corriente de la parte superior de la columna de destilación reactiva o una subcorriente de ésta se tome de la planta y se procese en otra forma, por ejemplo mezclando en una alimentación del termofraccionador, o se queme .
La operación preferida del proceso con hidrogenación selectiva de los acetilenos después de la destilación extractiva es ventajosa desde un punto de vista de la ingeniería del proceso, en particular con respecto a la elección de los catalizadores posibles, puesto que la hidrogenación selectiva se lleva a cabo en un paso del proceso en el que casi nada del disolvente selectivo permanece en la mezcla de reacción. Por el contrario, si la hidrogenación selectiva, como en los procesos conocidos, se llevara a cabo en la columna de destilación extractiva y de este modo en presencia del disolvente selectivo, la opción del catalizador se limitaría considerablemente por el disolvente selectivo que puede hacer no selectiva la hidrogenación. Por otra parte, no existen estas limitaciones con respecto a la elección del catalizador en la hidrogenación selectiva corriente abajo de la destilación extractiva.
La invención se ejemplifica a continuación con la ayuda de un dibuj o y un ej emplo .
La Figura 1 muestra el esquema de una planta para la fraccionación de una corriente de 1, 3-butadieno crudo por destilación.
Una corriente de 1, 3-butadieno crudo, denominada C4IÍ6, se alimenta a una primera columna de destilación K I en la que se separa en una corriente K I-K que se toma en la parte superior, y una corriente inferior K I-S. La corriente K I-K de la parte superior se condensa en un condensador K en la parte superior de la columna, parte del condensado se regresa como retroceso a la columna y el resto se toma y se alimenta a una segunda columna de destilación K II. La corriente inferior K I-S se toma y se alimenta a una columna de destilación reactiva RDK.
En la segunda columna de destilación K II, el condensado de la columna K I se fracciona para obtener una corriente K II-K que se toma en la parte superior y se condensa en un condensador K, y parte del condensado se regresa como retroceso a la columna y el resto se alimenta a la columna de destilación reactiva RDK. La corriente inferior K II-S de la segunda columna de destilación K II se toma como corriente de 1, 3-butadieno puro.
En la columna de destilación reactiva RDK, los hidrocarburos que contienen triples enlaces se hidrogenan en forma selectiva a hidrocarburos que contienen enlaces dobles por medio de hidrógeno, en presencia de un catalizador heterogéneo. Una corriente RDK-K se toma en la parte superior, se condensa en un condensador K, parte del condensado se regresa a la columna de destilación reactiva RDK y el resto de preferencia, como se muestra en la Figura, se recircula a la columna de destilación extractiva.
La corriente inferior de la columna de destilación reactiva, a saber, la corriente RDK-S , que contiene principalmente sustancias con punto de ebullición alto, se descarga de la planta y de preferencia se quema.
Ejemplo: Tratamiento de 1, 3-butadieno crudo por destilación Una corriente de 1, 3-butadieno crudo, ^EQ, que se habia obtenido de una fracción de C por destilación extractiva se alimentó a una columna de destilación que tenia 80 placas teóricas en la vigésima quinta placa, contando las placas teóricas desde la base hacia arriba. La corriente de 1, 3-butadieno crudo, C4H6, tuvo la siguiente composición en % en peso: Propino 0.11 1, 3-butadieno 98.58 1, 2-butadieno 0.30 1-butino 0.30 vinilacetileno 0.56 agua 0.15.
En la primera columna de destilación K I, la corriente de alimentación se separó en una corriente K I-K que se tomó en la parte superior y tenia la siguiente composición en % en peso : Propino 0.11 1, 3-butadieno 99.73 agua 0.16 y una corriente inferior K I-S que tenia la siguiente composición en % en peso: cis-2-buteno 0.52 1, 3-butadieno 40.0 1, 2-butadieno 15.1 1-butino 13.75 vinilacetileno 29.17 3-metil-l-buteno 0.98 2-metil-2-buteno 0.48.
La corriente K I- de la parte superior de la primera columna de destilación K I se dividió en una corriente de descarga (1/7 de la corriente K I-K) y una corriente de retroceso (6/7 de la corriente K I-K) . La corriente de descarga se alimentó a una segunda columna de destilación K II que tenia 25 placas teóricas en la placa teórica décima cuarta y se separó en una corriente K II-K que se tomó en la parte superior y tenia la siguiente composición en % en peso: Propino 79.52 1,3-butadieno 20.0 y agua 0.48 y una corriente residual o inferior K II-S que contenia 1,3-butadieno puro y que tenia un contenido de 1,3-butadieno de 99.99%. La corriente residual K II-S se tomó como el producto deseado.
En comparación con un proceso conocido para recuperar 1,3-butadieno de una fracción de C4 con separación de los acetilenos del 1,3-butadieno por destilación extractiva utilizando un disolvente selectivo, el proceso presente logró un ahorro de energía de aproximadamente 9%. Además, la planta se pudo simplificar omitiendo la columna de la separación de los acetilenos de 1,3-butadieno por destilación extractiva, con una reducción correspondiente en los costos de capital y los requisitos de espacio.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES Un proceso continuo para separar una mezcla de hidrocarburos que se haya obtenido por destilación extractiva de una fracción de C4 (C4) utilizando un disolvente selectivo (LM) y contiene los hidrocarburos de la fracción de C (C4) que son más fácilmente solubles en el disolvente selectivo (LM) en comparación con los butanos y los butenos, el cual consiste en alimentar la mezcla en una primera columna de destilación ( I) en la cual ésta se separa en una corriente (K I-K) que se toma en la parte superior y contiene 1, 3-butadieno, propino, posiblemente otras sustancias con punto de ebullición bajo y posiblemente agua, y una corriente inferior (K I-S) que contiene 1, 3-butadieno, 1,2-butadieno, acetilenos y tal vez otras sustancias con punto de ebullición alto, regulando la proporción de 1, 3-butadieno en la corriente inferior ( I-S) de la columna de destilación (K I) en tal forma que sea al menos suficientemente alta para diluir los acetilenos hasta fuera del intervalo en el que hay un riesgo de descomposición espontánea, y hacer pasar la corriente (K I-K) tomada de la parte superior de la primera columna de destilación (K I) a una segunda columna de destilación ( II) y separarla en una corriente (K II-K) que se toma en la parte superior y contiene propino, tal vez otras sustancias con punto de ebullición bajo y tal vez agua, y una corriente inferior (K II-S) que contiene 1, 3-butadieno puro en la segunda columna de destilación ( II) . El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la proporción de 1, 3-butadieno en la corriente inferior (K I-S) de la columna de destilación (K I) se regula en tal forma que la proporción de los acetilenos en la corriente inferior (K I-S) sea menor que 30% molar. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la corriente inferior de la primera columna de destilación (K I) y la corriente de la parte superior de la segunda columna de destilación (K II) se alimentan a una columna de destilación reactiva (RDK) en la cual se lleva a cabo una hidrogenación selectiva de los hidrocarburos que contienen enlaces triples a hidrocarburos que contengan enlaces dobles por medio de hidrógeno en presencia de un catalizador heterogéneo, con la conversión parcial de los acetilenos para obtener una corriente que contenga 1, 3-butadieno, butanos, butenos e hidrocarburos que contengan enlaces triples que no hayan sido hidrogenados en la parte superior, y una corriente inferior que contiene sustancias de punto de ebullición alto la cual se descarga. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la corriente (RDK-K) tomada en la parte superior de la columna de destilación reactiva (RDK) o una subcorriente de ésta se recircula a la destilación extractiva . RESUMEN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un método continuo para la separación de una mezcla de hidrocarburos, obtenida por destilación extractiva de una fracción de C4 (C4) con un disolvente selectivo (LM) y que contiene los hidrocarburos de la fracción de C4 (C4) , los cuales son más solubles en el disolvente selectivo (LM) en comparación con butano o buteno. La mezcla se alimenta a una primera columna de destilación (K I) , en la cual la mezcla se separa en una corriente superior (K I-K) , que contiene 1, 3-butadieno, propino, como una opción otras sustancias con punto de ebullición bajo, y como una opción agua, y una corriente inferior (K I-S) , que contiene 1, 3-butadieno, 1, 2-butadieno, acetileno, y como una opción, otras sustancias con punto de ebullición alto, con lo cual la proporción de 1, 3-butadieno en la corriente inferior (K I-S) de la columna de destilación (K I) se regula, por ejemplo para que sea al menos bastante alta para diluir el acetileno de esta región con riesgo de descomposición espontánea. La corriente superior (K I-I) de la primera columna de destilación (K I) se alimenta a la segunda columna de destilación (K II) y se separa en la segunda columna de destilación (K II) en una corriente superior ( II-K) que contiene propino, como una opción otras sustancias de punto de ebullición bajo, y como una opción agua, y una corriente inferior (K II-S) que contiene 1, 3-butadieno puro.
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