BRPI0610570A2 - processo para a extração de butadieno por solvente a partir de uma mistura de composto de c4 que fervem próximos ao butadieno e para a recuperação de butadieno como um produto do processo - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para a extração de butadieno por solvente a partir de uma mistura de hidrocarbonetos tendo quatro átomos de carbono por molécula, cujo método inerentemente produz compostos de alcatrão, o processo de extração é operado com um nível de carga de alcatrão, com relação ao solvente empregado, de não mais que cerca de 1,6 % em peso.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "EXTRAÇÃODE BUTADIENO POR SOLVENTE".

Fundamentos da Invenção

Campo da Técnica

A presente invenção refere-se a uma extração de butadieno porsolvente a partir de uma mistura de hidrocarbonetos tendo quatro átomos decarbono por molécula (C4 ,s).Descrição da Técnica Anterior

A rachadura térmica de hidrocarbonetos é um processo petro-químico amplamente utilizado na fabricação de produtos olefínicos individu-ais, tais como o etileno, o propileno, os butenos, o butadieno, e aromáticos,tais como o benzeno, tolueno, e xilenos. Nesta produção de olefina, um es-toque de provisão hidrocarbonosa, tal como, etano, nafta, óleo gasoso, ououtras frações de óleo bruto, é misturado com o vapor que serve como dilu-ente a fim de manter as moléculas de hidrocarboneto separadas. Esta mistu-ra, após um pré-aquecimento, é submetida a uma grande rachadura térmicade hidrocarboneto a temperaturas elevadas de cerca de 788 a 844°Celsius(C) (1450 a 1550°Fahrenheit (F)) em um forno de pirólise (rachador a vaporou rachador).

O efluente do produto rachado a partir do forno de pirólise con-tém hidrocarbonetos gasosos quentes, tanto saturados como insaturados, de1 a 35 átomos de carbono por molécula (Ci a C35). Este produto de forno éem seguida submetido a um outro processamento a fim de produzir, comoprodutos de uma fábrica de olefina, várias correntes de produto separadasde alta pureza, por exemplo, um hidrogênio molecular, etileno, e propileno.Após a separação destas correntes individuais, o produto rachado restanteconterá essencialmente hidrocarbonetos com quatro átomos de carbono pormolécula (C4 ,s) e mais pesados. Este restante é alimentado para um desbu-tanizador, no qual uma corrente de C4 bruto é separada como um produtoaéreo, e uma corrente de C5 mais pesada é removida como um produto debase.

O vapor de C4 bruto tem uma variedade de compostos, tais comon-butano, isobutano, 1-buteno, 2-butenos (eis e trans), isobutileno, butadieno(1,2- e 1,3-), acetileno de vinila, e acetileno de etila, sendo bem conhecidoque todos estes fervem dentro de uma faixa estreita, vide Patente U.S. Ne 3436 438. Além disso, alguns destes compostos podem formar um azeótropo.

Os C4 ,s brutos são, portanto, conhecidos como difíceis de separar por meiode uma destilação simples.

A fração de C4 bruto, após a remoção de acetilenos, normalmen-te vai para uma unidade de extração de butadieno para a separação do bu-tadieno da fração. Em seguida, o isobutileno pode ser removido, por exem-pio, por meio da reação com metanol de modo a formar um éter metil-butilterciário (mtbe). Os butenos podem então ser destilados do mtbe, e o 1-buteno separado dos 2-butenos por meio de uma simples destilação.

O processo dominante para a separação de butadieno de C4 ,sbrutos é tecnicamente conhecido como "extração fracional", contudo é maiscomumente referido como "extração por solvente" ou "destilação extrativa".

Qualquer que seja o nome, este processo emprega um composto polar apró-tico tendo uma afinidade altamente complexa com o butadieno mais polari-zável do que outras olefinas no vapor de C4 bruto. Os solventes conhecidosneste processo incluem a acetonitrila, a dimetilformamida, o furfural, a N-metil-2-pirrolidona, a acetona, a dimetilacetamida, e similares. Este processoe os solventes utilizados no mesmo são bem conhecidos, vide as PatentesU.S. N9s 2 993 841 e 4 134 795. É igualmente bem sabido que este tipo deprocesso gera por si só compostos de alcatrão internos (ou alcatrão interno)que, se não controlados, poderão afetar a qualidade do butadieno separadocomo um produto do processo, e ainda entupir o equipamento, deste mododeterminando uma paralisação cara e demorada, assim como o esvaziamen-to da fábrica. Por conseguinte, faz-sé um esforço contínuo na indústria àqual este processo diz respeito no sentido de encontrar solventes que redu-zam a formação de alcatrão e a deposição em equipamentos.

A presente invenção assume uma trajetória diferente da indústriaao tratar do controle da formação e da deposição de alcatrão em uma unida-de de extração de butadieno, no sentido de que a presente invenção contro-Ia os compostos de alcatrão sem mudar os solventes conhecidos utilizadosneste processo.

Sendo assim, nas fábricas de extração de butadieno, tais comoa mostrada nas figuras 1 a 4 do presente documento, na qual um solventeprimário e um solvente secundário são empregados, era um dogma que umdeterminado conteúdo de alcatrão suspenso na mistura de solvente (primá-rio ou secundário) que circulasse no sistema era necessário para manter aformação e a deposição de alcatrão em um mínimo no sistema como umtodo. Por conseguinte, os operadores destas fábricas de extração precisa-vam sem falha, manter na mistura de solvente um nível de alcatrão (carga)não menor que 2 por cento em peso (% em peso) e um teor total de compos-tos de alcatrão mais solvente secundário de 5 % em peso, tanto percentuaisem peso que se baseiam no peso total da mistura de solvente mais o alca-trão que circula no sistema. Por exemplo, especificações operacionais inva-riáveis para este tipo de fábrica conhecidas como o desenho de Nippon-Zeon requeridas para o nível de alcatrão ficar em um mínimo de 2 % em pe-so e para o nível de solvente secundário ficar em 5 % em peso, isto é, em 2% em peso de alcatrão e 3 % em peso de solvente, o restante sendo de 95% em peso de solvente primário. Estes critérios de desenho são rigorosa-mente seguidos pelos operadores de tais fábricas.

Sumário da Invenção

Foi observado que, nos níveis de alcatrão até agora requeridospela indústria conforme necessário, o controle de formação de alcatrão (mi-nimização) não foi obtido. Foi observado que nos níveis acima de alcatrão ede solvente secundário considerados necessários pela indústria, a formaçãoe a deposição de alcatrão não foram controlados. Na verdade, foi observadoque nos níveis determinados pela indústria, o alcatrão presente provocoumais alcatrão ao invés de controlar a formação de alcatrão.

De acordo com a presente invenção, a formação e a deposiçãode alcatrão são controladas por meio da manutenção deliberada do nível decompostos de alcatrão no sistema de extração de butadieno substancial-mente abaixo do que é considerado necessário na indústria no sentido deimpedir a formação e a deposição de alcatrão, isto é, não superior que cercade 1,6 % em peso de solvente (primário sozinho ou primário mais secundá-rio) mais o sistema de alcatrão.

Surpreendentemente foi observado que com a carga de alcatrãoda presente invenção, o sistema de extração como um todo se tornou auto-limpante no sentido de que a taxa de formação de compostos de alcatrão nosistema realmente diminuiu, e os depósitos de alcatrão existentes foram re-duzidos.

Foi ainda observado que um sistema de extração essencialmen-te autolimpante com relação aos compostos de alcatrão formados no mesmose estabelece quando o nível de alcatrão é mantido em não mais que cercade 1.6 % em peso, e um teor total de compostos de alcatrão mais solventesecundário é ao mesmo tempo mantido em um nível de menos que 5 % empeso, ambos % em peso baseados no peso total dos solventes mais o alca-trão presente e circulante no sistema.

Finalmente, foi observado que tais cargas de alcatrão e solventesecundário podem ser obtidas em tal sistema somente pela alteração do sis-tema de recuperação de solvente normalmente empregado em tais fábricas.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 mostra um primeiro circuito extrator para um desenhocomercial que emprega solventes primários e secundários.

A figura 2 mostra um segundo circuito extrator que normalmentese combina com o circuito da figura 1.

A figura 3 mostra o.loop de solvente para uma fábrica de extra-ção que contém os circuitos de extração mostrados nas figuras 1 e 2.

A figura 4 mostra um intercambiador de calor que é tipicamenteempregado no loop de solvente da figura 3.

A figura 5 mostra o intercambiador de calor da figura 4 modifica-do no sentido de operar de acordo com uma modalidade da presente inven-ou Çciu.

Descrição Detalhada da Invenção

Embora a invenção seja apresentada, para fins de clareza e bre-vidade, com relação a um desenho do tipo Nippon-Zeon, deve-se entenderque a presente invenção pode ser empregada em outros desenhos contantoque as vantagens da minimização de alcatrão da presente invenção sejamobtidas.

A figura 1 mostra a primeira seção da unidade de extração demodo a conter um primeiro extrator de butadieno recozido 1 para o qual éalimentado o estoque de provisão de C4 bruto 2. A alimentação 2 é tipica-mente passada primeiramente para um tambor vaporizador recozido (nãomostrado), e em seguida passada daquele tambor para o extrator 1 em umou mais pontos ao longo da altura do extrator. Um solvente pobre (essenci-almente livre de C4) 3 é introduzido na torre 1 acima dos pontos de introdu-ção de alimentação 2 de modo que o solvente mais denso, descendente 3possa contatar de maneira contra corrente a alimentação 2 que levanta den-tro da torre 1. O solvente 3 extrai o butadieno da alimentação 2 de maneiraconhecida. O solvente 3 contém compostos de alcatrão, porém essencial-mente nenhum butadieno. O solvente 3 é o solvente primário presente nosistema no sentido de que se encontra presente em uma quantidade maior.

Um solvente pobre secundário 4 pode ser misturado com o solvente primário3 em uma quantidade menor, por exemplo, o solvente primário igual ou su-perior a 50 % em peso, e o solvente secundário inferior a 50 % em peso,baseado no peso total dos solventes combinados. Os solventes 3 e 4 con-têm compostos de alcatrão, porém essencialmente nenhum butadieno.

Sendo assim, a técnica anterior mantinha deliberada e rigorosa-mente a combinação dos solventes 3 e 4 em uma carga de alcatrão não me-nor que 2 % em peso baseado no peso total da combinação de solventemais a carga de alcatrão. Por meio da presente invenção, esta carga de al-catrão não excede cerca de 1,6 % em peso. A combinação dos solventes 3 e4 mais o alcatrão era até agora apenas mantida tão rigorosamente pela téc-nica anterior em um solvente secundário 4 mais a carga de compostos dealcatrão em não menos que 5 % em peso. Por meio da presente invenção, osolvente secundário e a carga de alcatrão é menor que 5 % em peso. Todosos pesos percentuais se baseiam no peso total dos solventes 3 e 4 mais oscompostos de alcatrão.

O extrator 1 tem em sua extremidade superior um circuito derefluxo convencional que não é mostrado para fins de clareza, mas é igualao do separador 10. O rafinado 5 (alimentação de C4 2 essencialmente me-nos o seu teor de butadieno) é removido deste circuito para outro processa-mento em outro lugar. A torre 1 tem um loop de intercambiador de calor 6convencional para aquecer a torre.

A base 7 da torre 1 tem uma mistura de butadieno e solventes epassa para o primeiro separador recozido 10 a fim de separar o butadienodo solvente. Primeiro, o butadieno, depois da separação do solvente, é re-cuperado como aéreo a partir da torre 10 na linha 11 e entra em um circuitode refluxo convencional composto de pelo menos um trocador de calor 12 ede um tambor de refluxo 13. O refluxo líquido retorna para a torre 10 pormeio da linha 14, enquanto uma corrente de vapor rica em butadieno é recu-perada na linha 15 para transporte para uma etapa de compressão mostradana figura 2.

A base 16 da torre 10 vem a ser basicamente um solvente pobre(primário ou secundário) e o alcatrão formado no sistema de extração, doqual pelo menos uma parte é removida para fins de recuperação e reutiliza-ção no sistema de extração como um solvente pobre.

A figura 2 mostra a segunda seção da unidade de extração geralde modo a conter uma unidade de compressão 20 que recebe a corrente devapor rica em butadieno 15, e submete a mesma a pelo menos uma opera-ção de compressão, por exemplo, a uma etapa de compressão seguida detroca de calor e separação de líquido seguida de uma segunda etapa decompressão. O material assim comprimido do primeiro separador 10 é intro-duzido por meio da linha 21 no segundo extrator de butadieno recozido 22.

O solvente pobre 23, primário ou secundário, é introduzido na torre 22 pró-ximo ao topo da mesma de modo que, ao descer pela torre 23 da mesmamaneira descrita para a torre 1 da figura 1, o mesmo contata em contra cor-rente a alimentação ascendente 21.

A torre 22 é operada de tal maneira, conhecida na técnica, queum butadieno rico aéreo 24 é recuperado e passado por um circuito de reflu-xo convencional composto de um trocador de calor 25 e um tambor de reflu-xo 26. O refluxo 27 é dividido, parte sendo retornado por meio da linha 28para a torre 22, e parte sendo passado por meio da linha 29 para o primeirofracionador recozido 30. Na coluna de destilação 30, a corrente 29 sobe e osmateriais mais leves que o butadieno são removidos em posição aérea pormeio da linha 31 através de um circuito de refluxo convencional (não mos-trado) para uma última remoção a partir da unidade de extração para uso emqualquer lugar na fábrica, por exemplo, como combustível. A base da torre30 é removida por meio da linha 32 e introduzida no fracionador recozido 33no qual os materiais mais pesados que o butadieno são removidos comobase por meio da linha 34 para uso em qualquer lugar na fábrica, por exem-plo, como combustível. O material aéreo 35 da torre 33 passa por um circuitode refluxo convencional (não mostrado) e é em seguida removido como oproduto de butadieno da fabricação de olefina.

A base 40 da torre 22 contém um solvente primário e alcatrãomais quantidades leves de butadieno e acetilenos (C3 e C4), e é passadapara uma coluna de recuperação de butadieno 41. A coluna 41 tipicamentenão tem um circuito de refluxo para a sua parte aérea 42. A parte aérea 42retorna diretamente para a linha 11 do primeiro separador 10, e, por último,como um material de alimentação 15 para a unidade de compressão 20. Abase 43 da coluna 41 é basicamente um solvente mais alcatrão e acetileno,e é passada para um segundo separador recozido 44 no qual os materiaisleves são separados do solvente e do alcatrão e recuperados de maneiraaérea para uso em outro lugar na fábrica, por exemplo, como combustível. Atorre 44 tipicamente tem um circuito de refluxo (não mostrado). A base 46 datorre 44 contém basicamente solvente mais o alcatrão originalmente do sol-vente e o alcatrão formado durante o processo de extração de butadieno, e érecuperada para reutilização no processo de extração de butadieno incluindoa unidade de recuperação de solvente.

A figura 3 mostra o loop de solvente para os processos de extra-ção das figuras 1 e 2 combinados. A figura 3 mostra o primeiro extrator 1conectado por meio da linha 7 ao primeiro separador 10, vide figura 1. A fi-gura 3 mostra ainda que o segundo extrator 22 é conectado (indiretamenteatravés da coluna 41) por meio da linha 43 a um segundo separador 44, alinha 40 e a coluna 41 não sendo mostradas para fins de clareza. A base 16do primeiro separador 10 e a base 46 do segundo separador 44 são combi-nadas em uma corrente comum 50 para reutilização como solvente pobrenas torres 1 e 10 para a extração do butadieno adicional da nova alimenta-ção 2 (figura 1).

Uma porção menor de corrente de solvente combinada 50 é reti-rada como uma corrente lateral 51 a ser processada para a remoção de todoou de substancialmente todo alcatrão da unidade de recuperação de solven-te 52. O solvente essencialmente sem alcatrão é reintroduzido na linha co-mum 50 por meio da linha 53. O alcatrão que foi separado do solvente naunidade 52 é removido do processo por meio da linha 59 para outra disposi-ção fora da unidade de extração. Uma mistura de solvente recuperado quecarrega alcatrão e o solvente recuperado não contendo essencialmente ne-nhum alcatrão passa, por meio da linha 54, por pelo menos um trocador decalor 56, e, em seguida, por meio da linha 56, pelos extratores 1 e 22 parareutilização como um solvente pobre, a corrente 56 sendo dividida entre osextratores 1 e 22 por meio das linhas 57 e 58, respectivamente. Esta divisãoentre as linhas 57 e 58 não é necessariamente igual, sendo uma prática co-mum que a maior parte (mais de 50 % em peso baseado no peso total dacorrente 56) vai para o extrator 1 e o restante para o extrator 10. Uma divi-são de 85/15 não é incomum.

Para fins de clareza, as correntes 16 e 46, sozinhas ou combi-nadas, são caracterizadas aqui como misturas "primárias" de solven-te/alcatrão, por exemplo, correntes de solvente pobre primárias, enquanto ascorrentes 51 e 53 são caracterizadas aqui como misturas "secundárias" desolvente/alcatrão. A corrente 53 é uma corrente de solvente pobre secundá-ria essencialmente livre de alcatrão, e esta corrente é usada para manter onível de alcatrão no laço de solvente geral na carga de alcatrão desejada.

Na operação da técnica anterior de uma fábrica de extração con-forme representada pela combinação das figuras 1 e 2, a quantidade (volu-me ou peso) da corrente lateral secundária 51 retirada da corrente primária50 varia de modo que depois de a corrente secundária livre de alcatrão 53ser misturada com a corrente primária de modo a formar a corrente 54, acorrente primária resultante 54 tem essencialmente o teor de alcatrão solici-tado pelo desenho de fábrica, por exemplo, o alcatrão não menor que 2 %em peso determinado pela indústria antes da presente invenção. O tamanhoda corrente lateral 51 e a quantidade de compostos de alcatrão removidadaquela corrente lateral na unidade 52 antes de a mesma ser adicionadanovamente à corrente de solvente primária foram usados por um operativo afim de atender esta quantidade desejada de alcatrão de 2 % em peso. Aquantidade de solvente secundário adicionada por meio da linha 4 (figura 1)pode ser usada por um operativo a fim de obter a quantidade de relação re-lativa do solvente secundário/alcatrão acima mencionada, por exemplo, osolvente secundário 4 mais alcatrão é igual a 5 % em particular, e tambémafeta a quantidade de corrente sem alcatrão 53 adicionada a fim de constituira corrente 54. Sendo assim, pode-se ver que, embora o controle do nível dealcatrão geral no sistema seja fácil de se determinar, está longe de ser fácil aobtenção, na operação em questão, da unidade de extração geral. No entan-to, os operadores de tais unidades são versados na técnica e capazes decontrolar a unidade de modo a essencialmente chegar aos níveis de cargade alcatrão desejados. Eis porque eles puderam, até agora, manter rigoro-samente uma carga de alcatrão mínima de 2 % em peso, e poderão, daquipara frente, manter uma carga de alcatrão não maior que 1,6 em peso.

A figura 4 mostra um recuperador de solvente 52 da figura 3,que pode ser um intercambiador de calor do tipo caldeira 60. Estes dispositi-vos são bem conhecidos na técnica. A operação da técnica anterior do inter-cambiador de calor 60 era injetar uma corrente de solvente secundária le-vemente pressurizada (de aproximadamente 20 psia) quente (de aproxima-damente 163°C) (de aproximadamente 325°F) 51 para a base do intercam-biador de calor 60 abaixo do corpo de alcatrão do mesmo. Dentro do inter-cambiador de calor 60 a pressão prevalecente é menor que a da corrente51, por exemplo, de cerca de 5 psia, e o solvente é vaporizado para fora doalcatrão de um peso molecular maior que são mais difíceis de vaporizar queo solvente presente na corrente 51. Por conseguinte, o solvente essencial-mente livre de alcatrão deve ser recuperado de maneira aérea na linha 54,deste modo deixando uma construção de alcatrão 61 no intercambiador decalor 60. Sendo assim, o intercambiador de calor interno 60 existe presenteuma mistura 61 de alcatrão, solvente primário e solvente secundário, casoalgum, que tem um nível de alcatrão maior 62, acima do qual se encontraum espaço de vapor 63 no qual apenas o vapor de solvente deve estar pre-sente para recuperação por meio da linha 54. Quando o intercambiador decalor 60 é operado de maneira correta, o solvente recuperado na linha 54deve estar vazio de alcatrão, isto é, não deve conter essencialmente ne-nhum alcatrão.

Embora, para fins de simplicidade, seja mostrado na figura 3 queo solvente pobre secundário 53 é misturado com o solvente pobre primária50, o solvente pobre 53 é geralmente coletado em um receptor de solventerefinado (não mostrado) e reintroduzido no loop de solvente da figura 3 pormeio do emprego do mesmo como uma vedação de bomba nivelada paravárias bombas de solvente empregadas na unidade de extração.

Os compostos de alcatrão da mistura 61 que foram separadospelo solvente de vaporização se coletam na porção inferior do intercambia-dor de calor 60, e quando a quantidade de compostos de alcatrão assim co-letada atinge um nível desejado, por exemplo, uma mistura de intercambia-dor de calor 61 tem cerca de 30 a cerca de 40 % em peso de alcatrão base-ada no peso total da mistura 61, os compostos de alcatrão coletados sãoremovidos (despejados) do intercambiador de calor e do sistema de extraçãopor meio da linha 59. Uma boa medida da taxa de geração de alcatrão emum dado sistema extrator é o número de despejos de intercambiador de ca-lor 60 que tem de ser feito durante um dado período de tempo. Por exemplo,de acordo com a presente invenção, dada a mesma taxa de alimentaçãopara a corrente 51 e as mesmas condições operacionais gerais de extração,uma carga de alcatrão de sistema de 1 % em peso, baseada no peso totalde solvente e alcatrão, pode resultar em um despejo de intercambiador decalor a cada 5,5 dias, enquanto na técnica anterior a uma carga de alcatrãodo sistema de 2 % em peso pode resultar em um despejo a cada 3 dias.

Na modalidade apresentada nas figuras 1, 2 e 3, a unidade derecuperação de solvente 52 foi operada pela técnica anterior de acordo comas necessidades de desenho. Isto significa que a unidade de extração e pro-cesso foi rigorosamente operada de uma maneira tal que as correntes desolvente primário 54 a 58, inclusive, levassem compostos de alcatrão comnão menos que 2 % em peso. Isto se baseou na instalação que retirou com-postos de alcatrão de 2 % em peso a fim de impedir a construção e a depo-sição indesejadas de alcatrão no sistema. Quando um solvente secundárioera empregado, a técnica anterior operava o processo de extração de modoque apenas um alcatrão alvo com um mínimo de 2 % em peso fosse manti-do, mas, também, que o total de alcatrão mais o solvente secundário no sis-tema fosse rigorosamente mantido em não menos que 5 % em peso.

Foi observado que ao se manter um alcatrão alvo de 2 % empeso, o alcatrão ainda tendia a ser gerado no sistema, isto é, alcatrão origi-nando alcatrão. O mesmo era verdadeiro ao se manter uma carga de alca-trão de 2 % em peso e um solvente secundário de 3 % em peso.

De acordo com a presente invenção, foi observado que ao man-ter o nível de alcatrão em não mais que cerca de 1,6 % em peso, de maneirasurpreendente e inesperada, o sistema se tornou autolimpante no sentido deque os depósitos de alcatrão que já se encontravam presentes dentro doequipamento antes de 1,6 % em peso ou menor, o nível se estabelecia emantido iniciado até desaparecer. O mesmo era verdadeiro quando o nívelde alcatrão da presente invenção era mantido, e o nível de alcatrão e solven-te secundário combinados era também mantido em menos de 5 % em peso.Todos os pesos percentuais se baseiam no peso total dos solventes mais oscompostos de alcatrão. Deve-se notar que a presente invenção não incluiaicatrão a zero por cento nos solventes empregados no sistema. Caso estejapresente uma determinada quantidade finita de alcatrão no solvente, estadeve ser tão-somente de não mais que 1,6 % em peso, de preferência me-nor que 1,6 %, ainda mais preferivelmente de um mínimo de cerca de 0,1 %em peso a um máximo de menos que 1,6 % em peso, todos os pesos per-centuais baseados no peso total dos solventes mais compostos de alcatrão.

Para atingir o teor alvo inferior da presente invenção, uma quan-tidade maior de corrente secundária 51 pode ser removida para tratamentopelo intercambiador de calor 60 na unidade de recuperação de solvente 52 afim de chegar a um nível consistentemente maior de remoção de alcatrão dosistema de extração. Na prática da presente invenção, pelo menos cerca de0,5 % em peso, desejavelmente de cerca de 0,5 a cerca de 40 % em pesode corrente primária 50 é separado para a corrente secundária 51, todos ospesos percentuais baseando-se no peso total da corrente 50.

No entanto, foi observado que na operação em questão, não erapossível se manter um teor de alcatrão geral no sistema de menos de 1,6 %em peso usando o aparelho da figura 4. Notou-se que o problema se encon-trava no próprio intercambiador de calor. Quando a corrente levemente pres-surizada, quente 51 era injetada no corpo de alcatrão 61 do intercambiadorde calor 60 conforme mostrado na figura 4, observou-se que o jato forte desolvente que ocorria abaixo da superfície 62 do corpo de alcatrão acopladoao volume maior de corrente 51 para manter o nível geral de alcatrão emnão mais que 1,6 % percentual provocava o esponjamento dos compostosde alcatrão e a intrusão desta espuma no espaço de vapor 63. Este espon-jamento resultava no indesejado e até então nunca experimentado transpor-te dos compostos de alcatrão para a corrente aérea 53 que supostamenteera essencialmente isenta de alcatrão.

De acordo com a presente invenção, a corrente 51 é resfriadaantes da injeção do mesmo nível de alcatrão abaixo 62 para uma temperatu-ra que impede o jato forte de solvente enquanto no nível abaixo de alcatrão62, deste modo impedindo o esponjamento ou transporte de compostos dealcatrão para a corrente 53. Por conseguinte, nesta modalidade da presenteinvenção a temperatura da alimentação de entrada 51 não deve ser maiorque de cerca de 71 a cerca de 82°C (de cerca de 160 a cerca de 180°F).

Outras soluções ficarão aparentes aos versados na técnica umavez tendo apreciado a presente invenção, e as mesmas devem ser conside-radas como parte da presente invenção. Por exemplo, a figura 5 ilustra umadesta solução alternativa. A figura 5 mostra o mesmo aparelho da figura 4com a exceção de que a corrente 51 foi redirecionada por meio da linha 70no sentido de introduzir a corrente 51 no espaço de vapor 63 que existe den-tro do intercambiador de calor 60 ou acima do nível de alcatrão 62. Na pre-sente modalidade, uma corrente ligeiramente pressurizada, quente 51 nãoprecisa ser resfriada, e pode ser injetada no espaço de vapor 63 sem ne-nhuma preocupação com o transporte de alcatrão para dentro da corrente53, uma vez que o solvente na corrente 51 incide no espaço de vapor 63 enão dentro do corpo de alcatrão 61 sob a superfície 62 sem nenhum espon-jamento resultante. Evidentemente, uma combinação de alimentação maisfria para a base do intercambiador de calor 60 e uma alimentação maisquente para o espaço de vapor no intercambiador de calor 60 podem serempregadas.

Os solventes empregados na presente invenção podem ser i-guais aos empregados pela técnica anterior apresentada acima. A dimetil-formamida (DMF) e o furfural são particularmente eficazes, embora outrospossam ser usados na presente invenção. Quando a DMF e o furfural sãoempregados juntos, é presentemente preferido que a DMF seja empregadaem uma quantidade maior, com o furfural sendo o restante menor, por e-xemplo, DMF em pelo menos cerca de 90 % em peso e furfural em menosque cerca de 10 % em peso, ambos baseados no peso total da DMF e dofurfural combinados. Quando uma mistura dos dois solventes é empregada,o solvente secundário pode estar presente em uma quantidade de cerca de0,1 % em peso a cerca de 3,0 % em peso, baseado no peso totalda mistura.

A operação normal de qualquer unidade de extração de butadie-no gera inerentemente cadeias longas de compostos de C4 não importandocomo o processo é executado. Estas cadeias longas são polímeros (com-postos de alcatrão) que foram formados a partir de monômeros, tais comobutadieno, acetileno de vinila, furfural, ou similar. Estes polímeros podem serhomopolímeros, por exemplo, polibutadieno, ou copolímeros, por exemplo,copolímeros de butadieno ou de acetileno de vinila. Estes polímeros cres-cem a partir do menor peso molecular (mais leve e relativamente mais volá-til) para uma peso molecular maior (mais pesado e menos volátil) quantomais residirem no sistema de extração. De modo geral, com relação aos C4presentes, os mesmos são materiais de pesos moleculares maiores. Estespolímeros variam daqueles que resistem a volatilização sob as várias condi-ções de temperatura e pressão que prevalecem na operação normal de umaunidade de extração de butadieno até daqueles que simplesmente não voia-tilizam sob nenhuma das condições prevalecentes de temperatura e pressãoem toda a unidade de extração, os polímeros de menores pesos molecularessendo aqueles que ficam no caminho de se tornarem polímeros de pesosmoleculares maiores após uma exposição continuada às condições opera-cionais que prevalecem na unidade de extração. Sendo assim, estes políme-ros são difíceis, se não impossíveis, de se quantificarem mais, mas a descri-ção funcional destes materiais será suficiente para informar a técnica, umavez que os mesmos são prevalentes nos processos de extração. O procedi-mento de teste convencional para a determinação da quantidade de com-postos de alcatrão que simplesmente não volatilizará e que se encontra pre-sente em um fluido tal como um solvente pobre que deve ser usado em umextrator é aquecer uma amostra de tal fluido a 100°C (212°F) e 71,12 cm (28polegadas) de pressão de mercúrio por 2 horas. Os não voláteis que perma-necem constituem a fração de alcatrão da amostra. Os compostos de alca-trão referidos na descrição da presente invenção podem incluir materiais depesos moleculares mais leves ou mais pesados, e, sendo assim, não ficamestritamente limitados aos compostos de alcatrão conforme determinadospelo procedimento de teste a seguir.

Baseado na prática da presente invenção, um número de vanta-gens surge com relação à prática da técnica anterior. Primeiramente, existeum tempo maior de operação contínua entre as paralisações da unidade ex-tratora para limpeza e manutenção, ou nenhuma destas paralisações combase na deposição de alcatrão. Isto economiza substancialmente os custosde manutenção e as perdas de produção. Os intercambiadores de calor 6 e17 e os trocadores de calor de solvente 55 são os primeiros a mostrar sinaisde entupimento devido à deposição de alcatrão. Depois disso, as diversastorres em si podem se submeter à deposição de alcatrão ou a um entupi-mento potencial. A presente invenção substancialmente reduz, se não elimi-na a necessidade de limpeza de depósitos de alcatrão de tais equipamentos.Ao operar de acordo com o ambiente livre de alcatrão reduzido da presenteinvenção, particularmente quanto aos depósitos de alcatrão, os custos deenergia tornam-se menores. Finalmente, menos solvente é perdido da uni-dade de recuperação.

Exemplo 1

Uma unidade de extração conforme ilustrada nas figuras 1 a 4foi operada usando um estoque de provisão de C4 bruto 2 para o extrator 1que continha cerca de 6,8 % em peso de n-butano, cerca de 1,3 % em pesode isobutano, cerca de 13,5 % em peso de 1-buteno, cerca de 10,3 % empeso de 2-butenos (eis e trans), cerca de 27,9 % em peso de isobutileno,cerca de 39,5 % em peso de butadieno (1,2 e 1,3), cerca de 0,5 % em pesode acetileno de vinila, e cerca de 0,1 % em peso de acetato de etila, todosos percentuais em peso baseados no peso total da alimentação. A alimenta-ção 2 foi introduzida no extrator 1 a uma temperatura de aproximadamente52°C (aproximadamente 125°F) a cerca de 0,45 MPa gauge (65 psig), e umaproporção de escoamento de cerca de 27 toneladas por hora (60.000 libraspor hora (pph)).

O processo de extração empregava dimetilformamida como osolvente primário e furfural como o solvente secundário. O peso total dossolventes combinados, incluindo uma carga de alcatrão de 2 % em peso,continha cerca de 95 % em peso de solvente primário, e cerca de 3 % empeso de solvente secundário. Os solventes eram introduzidos no extrator 1 auma temperatura de aproximadamente 40°C (aproximadamente 104°F) acerca de 0,33 MPa gauge (48 psig), e uma proporção de escoamento decerca de 187 toneladas por hora (415.000 pph).

O extrator 1 foi operado com uma temperatura de base de apro-ximadamente 127°C (aproximadamente 260°F) a 0,55MPa gauge (80 psig),e uma temperatura de parte aérea de aproximadamente 43°C (aproximada-mente 110°F) em cerca de 0,35 MPa gauge (50 psig) com uma taxa de re-fluxo externo de cerca de 20 toneladas por hora (45.000 pph). O extrator 1produziu cerca de 16 toneladas por hora (35.000 pph) de rafinado (C4 ,s es-sencialmente isento de butadieno) a aproximadamente 43°C (110°F). O sol-vente rico em butadieno foi removido nas bases 7 em uma proporção de es-coamento de cerca de 158 toneladas por hora (351.000 pph) e passado paraum primeiro separador 10.

O separador 10 tinha uma temperatura de base de aproximada-mente 168°C (aproximadamente 335°F) em cerca de 41KPa gauge (6 psig),e uma taxa de refluxo na linha 14 de cerca de 180 litros por minuto (45 ga-lões) por minuto (gpm). Cerca de 27 toneladas por hora (60.000 pph) de gásrico em butadieno 15 foi removido do tambor de refluxo 13 e passado para aunidade de compressão 20. Cerca de 14 toneladas por hora (30.000 pph) degás 15 foram passados de uma unidade de compressão 20 para um segun-do extrator 22. Cerca de 187 toneladas por hora (415.000 pph) de solvente ealcatrão combinados foram removidos como base 16 e enviados para o in-tercambiador de calor 60. A base 16 estava em aproximadamente 168°C(aproximadamente 335°F) a 41 KPa gauge (6 psig).

A unidade de compressão 20 empregava um processo de com-pressão de dois estágios com um resfriamento de trocador de calor entre asduas etapas de compressão. O solvente a aproximadamente 33°C (aproxi-madamente 91 °F) e cerca de 0,6 MPa gauge (90 psig) foi removido da uni-dade 20 e passado para o segundo extrator 22 a uma proporção de escoa-mento de cerca de 14 toneladas por hora (30.000 pph).

O extrator 22 foi operado a uma temperatura de base de aproxi-madamente 126°C (aproximadamente 258°F) a cerca de 0,33 MPa gauge(48 psig), uma temperatura de topo de aproximadamente 43°C (aproxima-damente 110°F) a 0,3 MPa gauge (50 psig), e uma taxa de refluxo de cercade 14 toneladas por hora (30.000 pph). A base 40 do extrator 22 foi removi-do a uma taxa de cerca de 23 toneladas por hora (50.000 pph) e enviadapara a coluna de remoção de butadieno 41.A coluna 41 foi operada a uma temperatura de base de aproxi-madamente 127°C (aproximadamente 260°F) em cerca de 35 KPa gauge (5psig). A parte aérea 42, a aproximadamente 99°C (aproximadamente 210°F)e 35 KPa gauge (5 psig), foi enviada para o primeiro separador 10 a umaproporção de escoamento de cerca de 1,4 toneladas por hora (3.000 pph). Abase 43, a uma proporção de escoamento de cerca de 21 toneladas por ho-ra (47.000 pph), foi enviada para um segundo separador 44.

O segundo separador 44 foi operado a uma temperatura de basede aproximadamente 163°C (aproximadamente 325°F) a 24,15 KPa gauge(3,5 psig) usando uma taxa de refluxo de cerca de 12 gpm. A base 46 foienviada para o intercambiador de calor 60 a uma proporção de escoamentode cerca de 20 toneladas por hora (45.000 pph). A parte aérea 45 removidada unidade de extração.

A parte aérea 24 do extrator 22 foi enviada por meio da linha 29para o primeiro fracionador 30 a uma proporção de escoamento de cerca de12 toneladas por hora (27.000 pph). A torre 30 foi operada com uma tempe-ratura de base de aproximadamente 47°C (aproximadamente 116°F) a cercade 0,4 MPa gauge (53 psig) com a parte aérea sob uma taxa de refluxo total.

A base 32 foi passada para o segundo fracionador 33 para a separação finaldo produto de butadieno do solvente restante. A torre 33 foi operada a umatemperatura de base de aproximadamente 60°C (aproximadamente 140°F) a0,5 MPa gauge (70 psig), com uma taxa de refluxo de cerca de 81 toneladaspor hora (180.000 pph). O produto final de butadieno foi removido da corren-te aérea 35 a uma taxa de cerca de 12 toneladas por hora (26.000 pph). Abase 34 foi removida do processo de extração.

O intercambiador de calor 60 foi mantido a uma temperatura deaproximadamente 88°C (aproximadamente 190°F) em cerca de -62 KPagauge (35 KPa absoluto) (-9 psig (5 psia)). A alimentação 51 (combinada apartir da base 16 do separador 10 e da base 40 do separador 44) foi passa-da para o intercambiador de calor 60 a uma temperatura de aproximadamen-te 163°C (aproximadamente 325°F) em cerca de 35 KPa gauge (0,14 MPaabsoluto) (5 psig (20 psia)) a uma taxa de cerca de 0,8 toneladas por hora(1.700 pph). O teor de alcatrão da corrente 51 era de cerca de 2 % em pesobaseado no peso da corrente 51, o restante sendo DMF (cerca de 95 % empeso) e furfural (cerca de 3 % em peso), todos os pesos percentuais basea-dos no peso total da corrente 51. O solvente secundário (furfural) mais o ní-vel de alcatrão foi de cerca de 5 % em peso baseado no peso da corrente51. Com este nível de alcatrão, o intercambiador de calor 60 é esvaziadomais de 9 vezes por mês.

Ao se operar sob as condições do Exemplo 1, a unidade de ex-tração mais demorada, como um todo, foi operada continuamente, antes queuma paralisação fosse necessária para a limpeza do alcatrão, por 31,7 me-ses.

Exemplo 2

A operação do Exemplo 1 foi repetida com a exceção de a pro-porção de escoamento da corrente 5 ter aumentado para cerca de 0,9 tone-ladas por hora (2.100 pph) (um aumento de 23,5 %), e de a temperatura dacorrente 51 ter reduzido para aproximadamente 77°C (aproximadamente170°F) a uma pressão de -69 KPa gauge (32,4 KPa absoluto) <-10 psig (4,7psia)>.

Após a operação sob estas condições por um tempo estendidosuficiente para estabilizar o sistema de extração como um todo, o teor dealcatrão da corrente 51 caiu para cerca de 1 % em peso baseado no peso dacorrente 51, e o nível de solvente secundário mais alcatrão caiu para menosde 5 % em peso baseado no peso da corrente 51.

A operação continuada da unidade de extração como um todonesta carga reduzida de alcatrão requereu o esvaziamento do intercambia-dor de calor 60 apenas 7 vezes por mês a fim de manter a carga de alcatrãode 1 % mesmo com a proporção de escoamento da corrente 51 aumentadaem 23,5 %.

Além disso, ao se operar sob este nível reduzido de alcatrão,cerca de 25 % menos solvente primário foi usado e a unidade de extraçãoexperimentou um efeito de autolimpeza, no sentido de que foi observadauma redução em volume dos depósitos de alcatrão. O sistema de extraçãocomo um todo apresentou menos resíduos de alcatrão em seu equipamento,particularmente nos primeiros trocadores de calor 6 (por exemplo, em umintercambiador de calor de vapor e em até dois intercambiadores de calor desolvente) e 17. Isto resultou em um uso de vapor e custos significantementereduzidos na unidade de extração.

Benefícios adicionais observados com a prática da presente in-venção de acordo com o exemplo 2 foram um aumento na capacidade ope-racional da unidade extrativa, conforme mostrado por uma capacidade deoperar a unidade com uma taxa de entrada maior para a alimentação de C42, e um menor custo de energia de 7,3 MJ/Kg (3.100 btu/libras) de produtode butadieno no Exemplo 2 contra 10,4 MJ/Kg (4.400 btu/libras) de butadie-no no Exemplo 1.

Ao se operar sob as condições do Exemplo 2, a unidade de ex-tração correu continuamente por 47 meses sem a necessidade de paralisa-ção para a limpeza de polímeros (alcatrão). Em 47 meses, a fábrica de pro-dução de olefina como um todo foi paralisada para uma parada regularmenteprogramada. Durante esta parada, após uma inspeção interna por pessoalespecializado, foi observado que a seção superior do extrator 1 estava maislimpa no fim de um período de 32 meses utilizando uma carga de alcatrãomínima de 2 % em peso, daí a vantagem autolimpante.

Ainda, na paralisação de 47 meses, a seção inferior do extrator 1estava programada para a remoção e limpeza de suas bandejas, o que eraantes necessário de acordo com a operação da técnica anterior. No entanto,devido à natureza limitada de deposição de alcatrão encontrada nas bande-jas, as mesmas foram simplesmente limpadas manualmente no local dentroda torre. Somente isto economizou substancialmente despesas e tempo demanutenção.

Baseado nos depósitos de polímero substancialmente reduzidosde fato encontrados no equipamento da unidade de extração, projetou-seque a unidade poderia operar por 60 meses sem necessidade de um parali-sação para a limpeza do polímero. Um tempo de funcionamento de 60 me-ses contínuos para a unidade significa que a unidade pode combinar umtempo de operação para a fábrica de produção de olefina como um todo.

Este exemplo 2 demonstra que a presente invenção não apenasdiminui a taxa de formação de alcatrão em um processo de extração comoum todo, mas também tem um efeito de autolimpeza sobre o equipamentoque sofre com a deposição de polímeros.

Claims (11)

1. Processo para a extração de butadieno por solvente a partirde uma mistura de compostos de C4 que fervem próximos ao butadieno epara a recuperação de butadieno como um produto do processo, no qualpelo menos uma etapa de extração por solvente é realizada usando pelomenos um solvente pobre que preferencialmente extrai o butadieno da ditamistura de C4 ,s de modo a formar uma corrente de extrato de solvente quecarrega o butadieno e os compostos de alcatrão que se formam durante odito processo de extração de butadieno, o dito extrato sendo submetido auma operação de separação para separar o butadieno a partir do dito sol-vente e compostos de alcatrão, o butadieno separado do dito solvente ecompostos de alcatrão sendo recuperado como um produto do processo,uma mistura primária separada de solvente e compostos de alcatrão sendorecuperada para reutilização na dita pelo menos uma etapa de extração porsolvente, e no qual uma porção secundária da dita mistura primária de sol-vente e compostos de alcatrão é separada da dita mistura primária e subme-tida a uma etapa de recuperação na qual quantidades substanciais de com-postos de alcatrão são removidas da dita porção secundária e do dito pro-cesso de extração, deste modo formando uma corrente de solvente pobresecundário que é essencialmente esvaziado em seu conteúdo de compostosde alcatrão, e reintroduzindo a dita corrente de solvente pobre secundário nodito processo de extração a fim de absorver o butadieno adicional, o aperfei-çoamento compreendendo a operação do dito processo de extração de umamaneira tal que compostos de alcatrão suficientes sejam removidos a partirdo dito processo de extração a fim de manter a quantidade de compostos dealcatrão presente no dito processo de extração em um nível não superior acerca de 1,6 % em peso, baseado no peso total de solvente e compostos dealcatrão no dito processo de extração.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual dois solven-tes são empregados no dito processo de extração, o primeiro dos ditos sol-ventes sendo empregado em uma quantidade maior e o segundo dos ditossolventes sendo empregado em uma quantidade menor, o dito processo deextração incluindo a dita etapa de recuperação é operado de uma maneira amanter a quantidade total de solvente secundário e compostos de alcatrãono dito processo de extração em um nível menor que 5 % em peso baseadono peso total de ambos os solventes e compostos de alcatrão no dito pro-cesso de extração.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual a dita etapade recuperação emprega pelo menos um intercambiador de calor com umsistema condensador de vapor aéreo no qual o solvente é fervido como va-por aéreo a partir dos ditos compostos de alcatrão e condensado em um lí-quido essencialmente isento de alcatrão para reintrodução no dito processode extração, e os compostos de alcatrão são deixados no dito intercambia-dor de calor para uma remoção separada a partir do dito processo de extra-ção, os ditos compostos de alcatrão no dito intercambiador de calor tendoum nível maior no dito intercambiador de calor acima do qual é espaço devapor, o dito intercambiador de calor sendo operado de uma maneira tal quea dita alimentação de porção de solvente secundário carregado de alcatrãopara o dito intercambiador de calor é pelo menos uma dentre:-1) introduzida no dito intercambiador de calor abaixo do dito ní-vel de alcatrão a uma temperatura suficiente para impedir esponjamento nodito intercambiador de calor, e-2) introduzida no dito espaço de vapor do intercambiador de ca-lor acima do dito nível de alcatrão.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, no qual o dito sol-vente carregado de alcatrão introduzido abaixo do dito nível de alcatrão ésuficientemente frio para essencialmente evitar jatos fortes do dito solventeenquanto abaixo do dito nível de alcatrão.

5. Método, de acordo com a reivindicação 3, no qual o dito sol-vente carregado de alcatrão introduzido acima do dito nível de alcatrão éaquecido a uma temperatura que pode provocar pelo menos alguns jatosfortes do dito solvente enquanto o mesmo se encontra no dito espaço devapor acima do dito nível de alcatrão.

6. Método, de acordo com a reivindicação 2, no qual dois extra-tores de solvente são empregados, cada qual associado às unidades de se-parador para separar o solvente carregado de alcatrão para reutilização nodito processo de extração incluindo a dita etapa de recuperação, a misturaprimária de solvente e compostos de alcatrão de cada um dos separadoresassociados sendo combinada de modo a formar uma mistura primária únicade solvente e compostos de alcatrão, e uma porção secundária da dita mis-tura primária única é ali dividida para a separação do alcatrão na dita etapade recuperação.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, no qual a dita etapade recuperação emprega pelo menos um intercambiador de calor de caldeiracom um sistema condensador aéreo no qual o solvente é fervido como vaporaéreo a partir dos ditos compostos de alcatrão e condensado em líquido pa-ra reintrodução no dito processo de extração e os compostos de alcatrão sãodeixados no dito intercambiador de calor para uma remoção separada a par-tir do dito processo de extração, os ditos compostos de alcatrão no dito in-tercambiador de calor tendo um nível superior acima do qual é espaço devapor, o dito intercambiador de calor sendo operado de uma maneira tal quea alimentação de porção de solvente secundário carregado de alcatrão parao dito intercambiador de calor é pelo menos uma dentre:-1) introduzida no dito intercambiador de calor abaixo do dito ní-vel de alcatrão a uma temperatura suficiente para impedir esponjamento nodito intercambiador de calor e conseqüente transporte dos compostos dealcatrão para a parte aérea, e-2) introduzida no dito intercambiador de calor no dito espaço devapor acima do dito nível de alcatrão.

8. Método, de acordo com a reivindicação 2, no qual os ditossolventes são dimetilformamida e furfural, a dita dimetilformamida estandopresente em uma quantidade maior que cerca de 90 % em peso, e o ditofurfural estando presente em uma quantidade menor que cerca de 10 % empeso, ambos pesos percentuais baseados no peso total combinado de am-bos os solventes e os compostos de alcatrão, e essencialmente todo oscompostos de alcatrão são removidos da dita porção secundária da dita mis-tura primária de solventes e compostos de alcatrão antes de o dito solventerecuperado ser reintroduzido no dito processo de extração.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, no qual a dita por-ção secundária da dita mistura primária de solvente e compostos de alcatrãoé de cerca de 1 % em peso a cerca de 1,6 % em peso da dita mistura primá-ria baseado no peso total da dita mistura primária.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, no qual o dito pro-cesso de extração incluindo a dita etapa de recuperação é operado de modoa manter no dito processo de extração ambas:-1) a quantidade de compostos de alcatrão em um nível menorque 1,6 % em peso, e-2) a quantidade total de compostos de alcatrão e de solventesecundário em um nível menor que 5 % em peso, todos os pesos percentu-( ais baseando-se no peso total de solventes e compostos de alcatrão no ditoprocesso de extração.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual os ditoscompostos de alcatrão são polímeros formados a partir dos ditos compostosde C4, os ditos polímeros sendo não prontamente vaporizáveis sob as condi-ções operacionais de temperatura e pressão do dito processo de extração.