BRPI0610611A2 - hidroisomerização com dupla ligação de butenos - Google Patents

Abstract

HIDROISOMERIZAçAO COM DUPLA LIGAçAO DE BUTENOS. Um processo é divulgado para a conversão preferencial de um fluxo de C4, contendo 1-buteno e 2- buteno, em 2-buteno. O processo envolve a mistura do fluxo de C4 com um primeiro fluxo de hidrogênio, para formar um fluxo de alimentação, hidroisomerização do fluxo de alimentação na presença de um primeiro catalisador de hidroisomerização, a fim de converter pelo menos uma porção do 1-buteno em 2-buteno, produzindo assim um efluente de hidroisomerização, separação do efluente de hidroisomerização em uma coluna de fracionamento tendo uma extremidade superior e uma extremidade inferior, para formar uma mistura de 1-buteno na extremidade superior, um fluxo de efluente de topo contendo isobutano e isobutileno, e um fluxo inferior contendo 2-buteno, e hidroisomerização da mistura de 1-buteno na extremidade superior da coluna usando um segundo catalisador de hidroisomerização. Um aparelho correspondente também é divulgado.

Description

HIDROISOMERIZAÇÃO COM DUPLA LIGAÇÃO DE BUTENOS

Campo da Invenção

A presente invenção é dirigida àhidroisomerização com dupla ligação de olefinas de C4.

Antecedentes da Invenção

Em muitos processos, é desejável ter isomerizaçãocom duplas ligações dentro de uma determinada molécula.

Isomerização com dupla ligação é o movimento da posição dadupla, ligação dentro de uma molécula sem alterar aestrutura da molécula. Isto é diferente da isomerizaçãoesqueletal, onde a estrutura se altera (mais tipicamenterepresentando a mudança relacionada entre a forma ISO e aforma normal). Isomerização esqueletal é processada por ummecanismo inteiramente distinto da isomerização com duplaligação. A isomerização esqueletal ocorre tipicamente,utilizando-se um catalisador ácido promovido.

Existem dois tipos básicos de isomerização comdupla ligação, a saber, hidroisomerização e não-hidroisomerização. A primeira usa pequenas quantidades dehidrogênio sobre catalisadores de metais nobres, (tais como

Pt ou Pd) e ocorre em temperaturas moderadas, enquanto quea última é isenta de hidrogênio e emprega tipicamentecatalisadores óxidos de metal básico em maiorestemperaturas.

Hidroisomerização com dupla ligação emtemperaturas moderadas é principalmente usada paramaximizar a olefina interna (2-buteno, por exemplo, emoposição a 1-buteno), visto que o equilíbrio termodinâmicofavorece a olefina interna em menores temperaturas. Estatecnologia é usada, quando existe uma reação que favoreça aolefina interna com relação à alfa olefina. Etilenólise de2-buteno para preparar propileno é uma reação dessas. Areação de etilenólise (metátese) é 2-buteno + etileno -> ->2 propilenos. Butenos normais mistos (1- e 2-butenos) sãoreagidos para maximizar os 2 butenos e, assim, maximizar opropileno. Etileno e 1-buteno não reagem. Se em uma misturade olefinas normais de C4, 2-buteno puder ser maximizado,então a reação ao propileno será maximizada.

É bastante conhecido que reações dehidroisomerização com dupla ligação ocorrem ao mesmo tempocom reações de hidrogenação. Em muitas aplicaçõescomerciais, uma matéria prima com moléculas altamenteinsaturadas (acetilênicos e/ou dienos) é processada sobreum leito fixo de catalisador de metal nobre sustentado napresença de hidrogênio. Por exemplo, a reação de butadienosobre catalisadores de metal nobre pode ser sintetizada naseqüência de reação abaixo mostrada:

<formula>formula see original document page 3</formula>

A reação de hidrogenação primária de butadieno maishidrogênio forma 1-buteno. Ela se processa rapidamentesobre os catalisadores (taxa relativa equivalente a 1.000).Na presença de hidrogênio, duas reações ocorrem com 1-buteno. Uma delas é a hidroisomerização em 2-buteno (taxarelativa de 100). Essa reação requer a presença dehidrogênio para ocorrer, mas não consome hidrogênio. Aoutra reação é a hidrogenação em butano normal (taxarelativa de 10) . A reação final é a hidrogenação de 2-buteno diretamente em butano normal. Essa é a reação maislenta (taxa relativa de 1) e pode ser essencialmentedesprezada. Sob condições normais sobre catalisadores demetal nobre, é previsto que a seletividade da conversão de1-buteno seja de 90% para 2-buteno e de 10% para n-butano.A última representa uma perda de olefinas, sendoindesejável.

Reações de hidroisomerização e hidrogenação sãoconhecidas, como sendo realizadas em reatores de leitofixo. A Patente U.S. N° 3.531.545 descreve um processo emétodo para isomerização com dupla ligação, constituído damistura de um fluxo de hidrocarbonetos contendo um 1-olefinas e pelo menos um composto contendo enxofre com hidrogênio, aquecimento do fluxo de hidrocarbonetos/hidrogênio misto em temperaturas de reação, contato dofluxo com um catalisador de metal nobre e, a seguir,recuperação das 2-olefinas como um produto. O processodescrito nessa patente utiliza enxofre como um aditivo parareduzir a tendência de hidrogenação do catalisador e,assim, aumentar a hidroisomerização. Enxofre é conhecido,como estando presente na alimentação, adicionado àalimentação, ou adicionado ao fluxo de hidrogênio.

É conhecido o emprego de uma torre defracionamento de hidrocarbonetos em combinação com umreator de hidrogenação de leito fixo. Na Patente U.S. N°6.072.091, uma coluna de destilação é usada em combinaçãocom pelo menos uma zona de reação da hidrogenação. A zonade reação da hidrogenação é associada à seção de retificação da coluna de destilação. De modo particular,hidrocarbonetos são removidos da seção de retificação dacoluna para hidrogenar pelo menos uma porção doshidrocarbonetos acetilênicos e diolefínicos lá contidos. Oefluente da zona de reação é, então, reintroduzido na seçãode retificação da coluna de destilação.

É conhecida a realização de uma reação dehidroisomerização dentro de uma torre de destilaçãocatalítica. Na Patente U.S. N° 5.087.780 (Arganbright), édescrito um processo para isomerização de butenos em umfluxo de hidrocarbonetos de C4. Um fluxo contendo 1-buteno,2-buteno, e pequenas quantidades de butadieno, é alimentadoa uma torre de destilação catalítica contendo umcatalisador de Pd. Uma pequena quantidade de hidrogênio étambém alimentada à torre. O 1-buteno, estando dentre osmais voláteis dos C4s, se desloca para cima, enquanto que o2-buteno, sendo menos volátil, tende a ir para o fundo datorre. O catalisador está localizado na zona com maioresconcentrações de 2-buteno, ocorrendo a hidroisomerização de2-buteno em 1-buteno. 2-Buteno residual no fundo pode serreciclado para a torre. Se isobutileno fizer parte damistura de alimentação, ele também irá para cima com o 1-buteno.

Na Patente U.S. N° 6.242.661, é divulgado umprocesso para a separação de isobutileno a partir debutenos normais. Esse processo também emprega um processode destilação catalítica incorporando a reação dehidroisomerização. Uma mistura de butilenos normais eisobutilenos é alimentada a uma torre junto com uma pequenaquantidade de hidrogênio. A torre contém um catalisador dePd localizado dentro das estruturas de destilação dentro datorre. Nesse processo, o catalisador está localizado naseção superior da torre em uma multiplicidade de leitoscataliticos. Quando o fracionamento ocorre, o isobutilenose move para cima. 1-Buteno (também um componente volátil)tende a se mover com o isobutileno. Visto que o sistema nãoemprega um catalisador de isomerização esqueletal, oisobutileno se move sem alterações através da torre. Porém,a hidroisomerização ocorre nas regiões de alto 1-buteno, eo 1-buteno é convertido em 2-buteno. Esse 2-buteno é menosvolátil e se move para o fundo da torre. Neste modelo,isobutileno relativamente puro é obtido na parte superior,visto que o 1-buteno é reagido e se move para o fundo como2-buteno.

Os processos acima produzem, todos eles, um fluxoque é concentrado em 2-buteno. Na reação de etilenolise(metátese) de 2-buteno para formar propileno, é conhecidoque isobutileno não é um componente de alimentaçãodesejado. Isobutileno e etileno não irão reagir.Isobutileno e 2-buteno irão reagir para formar propileno e2-metil-2-buteno. Essa reação possui um efeito negativosobre a seletividade de propileno da reação de etilenolise,não sendo desejável. Assim, na maioria dos casos épreferível remover isobutileno de um fluxo de 2-butenoantes da reação com etileno.

É conhecido o uso de um desisobutilenizador —destilação catalítica (CD-DelB) para preparar um fluxo de2-buteno para um reator de metátese (etilenolise).Similarmente à Patente U.S. N° 6.242.661 acima citada, umCD-DelB irá remover isobutileno em suspensão, enquanto quemaximizando o fluxo de 2-buteno fora do fundo, quando o 1-buteno for hidroisomerizado para formar 2-buteno. A torrecontém tipicamente estruturas alternadas de catalisador efracionamento acima do ponto de alimentação, e estruturasde fracionamento abaixo do ponto de alimentação.

Normalmente, existem cerca de quatro seções decatalisadores na torre. Hidrogênio é adicionado abaixo doponto de alimentação, a fim de que ele seja suficientementedisperso, na ocasião em que ele atingir o ponto dealimentação.

O CD-DelB neste serviço executa duas funções. Elehidroisomeriza o 1-buteno em 2-buteno para elevar arecuperação de 2-buteno, e maximiza a produção depropileno, e também hidrogena as pequenas porções restantesde butadieno após a hidrogenação seletiva para reduzir oteor de butadieno, que é um veneno para o catalisador demetátese. Em uma torre de CD-DelB, o isobutano eisobutileno são os componentes mais voláteis, e tendem aficar suspensos na torre. 0 2-buteno e o n-butano são oscomponentes menos voláteis, e tendem a ir para o fundo. 01-buteno e o butadieno possuem volatilidade intermediária,e irão para cima ou para baixo dependendo da operação datorre. Se a torre for projetada, a fim de que o 1-buteno vápara cima, ele contata uma seção de catalisador e éhidroisomerizado em 2-buteno até o limite do equilíbrio de1-buteno/ 2-buteno na torre. O 2-buteno formado através dahidroisomerização do 1-buteno tende a se mover para baixo,e o 1-buteno restante continua a se mover para cima. Asseções de fracionamento da torre separam o 2-buteno do 1-buteno.

O butadieno, que penetra no CD-DelB, éligeiramente menos volátil do que 1-buteno. Parte dobutadieno se move para cima, onde ele é hidrogenado sobre ocatalisador. O produto primário da hidrogenação é 1-buteno.Porém, uma parte do butadieno, que se move para cima, éinteiramente hidrogenada em n-butano. Isto constitui umaperda de n-butenos e, assim, uma perda de alimentação parauma unidade de metátese. Parte do butadieno se move parabaixo com o produto principalmente de 2-buteno. O butadienonão é reagido, visto que ele não entra em contato com ocatalisador. Butadieno pode estar presente em não mais doque níveis muito baixos no fundo, se o 2-buteno tiver queser alimentado a uma unidade de metátese.

A Patente U.S. N° 6.420.619 é dirigida a umprocesso, no qual uma unidade de hidrogenação - destilaçãocatalitica no lado posterior e um desisobutilenizador dedestilação catalitica são empregados. Este conceitosubstitui as unidades de hidrogenação seletiva com leitofixo normalmente associadas a sistemas de fracionamento dasplantas de etileno. Existem tipicamente unidades de leitofixo separadas para as frações de C3, C4 e C5, a fim deremover os acetilênicos e as diolefinas para baixos níveisantes de posterior processamento. 0 sistema da Patente U.S.N° 6.420.619 usa uma matéria prima de hidrocarbonetos de C3a C6 a partir de um craqueador a vapor ou unidade FCC. Naseção CDHydro do lado posterior, torres de destilaçãocatalíticas são usadas para hidrogenar acetilênicos ediolefinas no fluxo, incluindo butadieno, acetileno demetila e propadieno, e produzir um fluxo de produto depropileno. O fundo da torre produz um fluxo de C4+, que éentão enviado a um sistema de fracionamento, que inclui umdesbutanizador. O fluxo suspenso de C4 a partir dodesbutanizador é conduzido a um CD-DelB, onde ocorre ahidroisomerização. Em aditamento à alimentação de C4 aodesbutanizador, existe uma reciclagem de C5+ a partir dosistema de fracionamento a jusante após a unidade demetátese.

As três vantagens do sistema divulgado da PatenteU.S. N° 6.420.619 são:

1. a reciclagem do fluxo de C5+ a partir daunidade de metátese permite uma maior conversão dereciclagem dos butenos, visto que o sistema convencionalusa um arrasto no lado do C4 a partir do despropilenizador,que é destinado a reciclar 2-buteno não-convertido de voltaao reator de metátese,

2. a remoção dos componentes pesados impede oacúmulo no fluxo de reciclagem, e

3. um catalisador pode ser usado nodesbutanizador, que também pode ser usado para removerseletivamente quaisquer traços de butadieno.

Uma desvantagem de um sistema de CD-DelBconvencional é que grandes quantidades de catalisadorprecisam ser usadas. Outra desvantagem, conforme acimaindicado, é que a fim de saturar o butadieno, a torre defracionamento precisa ser projetada para impelir obutadieno para cima sobre o catalisador. Isto resulta numatorre grande e dispendiosa com refluxo muito alto. Umaterceira desvantagem é que, quando o fundo da torre tiverque ser usado como um fluxo de alimentação para uma unidadede metátese, a quantidade de isobutileno no fundo édemandada ser baixa, resultando assim em custos muito altosde utilitário para reaquecimento e condensação.

Uma alternativa para um CD-DelB obter um fluxo dealimentação de 2-buteno é um sistema que emprega umaunidade de hidroisomerização de leito fixo a jusante de umaunidade de hidrogenação seletiva. A unidade de hidrogenaçãoseletiva primeiro remove butadieno a baixos níveis. Aseguir, o fluxo de alimentação de C4 do efluente éalimentado a um segundo reator d eleito fixo, e hidrogênioé introduzido. Na unidade de leito fixo, o 1-buteno nofluxo se hidroisomeriza em 2-buteno e a pequena quantidadede butadieno restante é reagida. 0 efluente então vai parauma torre de fracionamento convencional, onde o isobutilenoe isobutano são separados em suspensão e o 2-buteno sesepara do fundo, onde ele penetra em um tambor dedesengate, no qual qualquer hidrogênio em excesso ésangrado. O restante do fundo é usado como alimentação paraa unidade de metátese. Este processo requer menoscatalisador do que a unidade de CD-DelB, por causa dasmaiores forças ativadoras para o leito fixo. A torre defracionamento pode ser projetada para permitir a passagemde mais isobutileno para dentro do efluente no fundo,economizando, assim, utilitários e capital, visto que umatorre menor pode ser usada. A desvantagem do sistema deleito fixo é que a quantidade de n-butenos recuperada éligeiramente inferior, a quando um CD-DelB é usado.

A Patente U.S. N° 6.686.510 é dirigida à produçãode isobutileno e propileno de alta pureza, a partir dasfrações de hidrocarboneto tendo quatro átomos de carbono. 0processo divulgado neste documento compreende três estágiossucessivos, a saber, 1) a hidrogenação seletiva debutadieno com isomerização de 1-buteno em 2-buteno até oequilíbrio termodinâmico; 2) a separação por destilação emuma fração superior contendo isobutileno e uma fraçãoinferior contendo 2-buteno e butano, e 3) a metátese dafração de 2-buteno com etileno para produzir propileno.

Assim, vários sistemas são conhecidos parapreparar fluxos de 2-buteno para uso como fluxos dealimentação para uma unidade de metátese. Será útildesenvolver um método e aparelho para a hidroisomerizaçãoseletiva de 1-buteno em 2-buteno, que possua elevadaeficiência com relação aos sistemas conhecidos anteriores.

Sumário da Invenção

De acordo com a invenção, é apresentado umprocesso de hidroisomerização com dupla ligação para elevara seletividade de 2-buteno sobre 1-buteno. A invenção elevaa produção de 2-butenos a partir de um determinado fluxo dealimentação de C4 e produz um fluxo de 2-buteno contendouma menor concentração de butadieno, resultando assim emmenor contaminação do catalisador durante um processosubseqüente, tal como metátese.

A invenção, em uma forma preferida, é um processopara a conversão preferencial de um fluxo de C4, contendo1-buteno e 2-buteno, em 2-buteno, compreendendo a misturado fluxo de C4 com um primeiro fluxo de hidrogênio paraformar um fluxo de alimentação, hidroisomerização do fluxode alimentação na presença de um primeiro catalisador dehidroisomerização, a fim de converter pelo menos uma porçãodo 1-buteno em 2-buteno, produzindo assim um efluente dehidroisomerização, separação do efluente dehidroisomerização em uma coluna de fracionamento, paraformar uma mistura de 1-buteno na extremidade superior, umfluxo de efluente superior compreendendo isobutano eisobutileno, e um fluxo inferior compreendendo 2-buteno, ehidroisomerização da dita mistura de 1-buteno naextremidade superior da coluna usando um segundocatalisador de hidroisomerização, para obter 2-butenoadicional no fluxo inferior. A hidroisomerização ocorre emuma elevação na coluna, na qual a concentração de 1-butenoseria máxima, se essa etapa de hidroisomerização adicionalusando o segundo catalisador de hidroisomerização fosseeliminada.

Em uma modalidade preferida, o fluxo dealimentação compreende butadieno, e o método aindacompreende a etapa de hidrogenar o fluxo de alimentaçãoantes da hidroisomerização, para reduzir o teor debutadieno do fluxo de C4 para não mais do que 1% em peso. Osegundo catalisador de hidroisomerização está normalmentelocalizado dentro da torre de fracionamento, e muitas vezesse acha posicionado dentro das estruturas de destilação.

Em outro formato, o método ainda compreende amistura do fluxo de fundo com um reagente de metáteseapropriado para formar um fluxo de alimentação de metátese,e alimentação do fluxo de alimentação de metátese a umreator de metátese, e reação do 2-buteno com o reagente demetátese para formar um produto de metátese. Normalmente, oreagente de metátese compreende etileno e o produto demetátese compreende propileno.

Algumas vezes, o fluxo de alimentação inclui C5 ecomponentes mais pesados, e o processo ainda compreende aremoção do C5 e dos componentes mais pesados do efluente dehidroisomerização, antes do fracionamento. Em alguns casos,o fluxo inferior do fluxo de alimentação de metátese épurificado, antes do fluxo de alimentação de metátese serenviado ao reator de metátese.

Em outra modalidade ainda, um segundo fluxo dehidrogênio é alimentado ao reator de hidroisomerização, emum local a jusante do ponto de alimentação do primeirofluxo de hidrogênio. Em alguns casos, um terceiro fluxo dehidrogênio é alimentado à coluna de fracionamento em umlocal a jusante do ponto de alimentação do segundo fluxo dehidrogênio. Um dois ou todos os três fluxos de hidrogêniopodem ainda compreender monoxido de carbono.

Em outra forma, o processo ainda compreende aetapa de separar o produto de metátese dos componentes maispesados, para formar um fluxo de componente pesado, ecombinar o fluxo de componente pesado com o efluente dehidroisomerização.

Normalmente, o fluxo superior e o fluxo inferior,cada qual, contém pequenas quantidades de 1-buteno. Emalguns casos, a vazão de 1-buteno no fluxo superior é maiordo que a vazão de 1-buteno no fluxo inferior. Em algunscasos, a vazão de 1-buteno no fluxo inferior é maior do quea vazão do 1-buteno no fluxo superior.

De modo característico, o primeiro e/ou segundocatalisador de hidroisomerização compreende um metal dogrupo VIIIA sobre um suporte. Em alguns casos, um aditivoselecionado dentre o grupo constituído de ouro, prata emetais alcalinos é também incluído. Os primeiro e segundocatalisadores podem conter metais iguais ou distintos comcarregamento iguais ou distintos.Outra modalidade é um aparelho para a conversãopreferencial em 2-buteno de um fluxo de alimentaçãocontendo 1-buteno e 2-buteno. O aparelho compreende umreator de hidroisomerização configurado para conter umprimeiro catalisador de hidroisomerização, para converterpelo menos uma porção do 1-buteno no fluxo de alimentaçãoem 2-buteno, e para formar um efluente dehidroisomerização, e uma coluna de fracionamento tendo umaextremidade superior e uma extremidade inferior. A colunade fracionamento é configurada para separar o efluente dehidroisomerização, para formar uma mistura de 1-buteno naextremidade superior, um fluxo de efluente de topocompreendendo isobutano e isobutileno, e um fluxo inferiorcompreendendo 2-buteno. Uma plataforma do catalisador dehidroisomerização é disposta na extremidade superior dacoluna de fracionamento para hidroisomerizar a mistura de1-buteno, para formar 2-buteno.

Por conseguinte, a invenção compreende asdiversas etapas e a relação de uma ou mais dessas etapascom respeito a cada uma das outras e o artigo possuindo ascaracterísticas, propriedades e relação de elementosexemplificados na divulgação detalhada a seguir.

Breve Descrição do Desenho

A fig. 1 é um desenho esquematico de uma primeira modalidade, na qual um fluxo de 2-buteno é produzido.

A fig. 2 é um desenho esquematico de uma segundamodalidade, na qual um fluxo de 2-buteno é produzido, comcompostos de C5+ sendo removidos antes do fracionamento doscompostos de C4.

A fig. 3 é um desenho esquematico de umamodalidade, na qual um fluxo de 2-buteno é produzido eusado como fluxo de alimentação em uma reação de metatese.

A fig. 4 é um desenho esquemático de outramodalidade, na qual um fluxo de 2-buteno é produzido eusado como fluxo de alimentação em uma reação de metatese.

A fig. 5 é um gráfico mostrando os perfis deconversão e seletividade para a hidroisomerização de 1-buteno em 2-buteno.

A fig. 6 é um gráfico mostrando a relação entre1-butenos e 2-butenos em um desisobutilenizador, que está ajusante de um reator de leito fixo.

A fig. 7 é um gráfico mostrando a força ativadoraem vários estágios em um desisobutilenizador, que nãopossui um estágio de destilação catalítica na coluna defracionamento.

Descrição Detalhada da Invenção

A invenção apresenta um aparelho e método paraobter elevados rendimentos de 2-buteno a partir de um fluxode C4, em comparação com as técnicas anteriormenteconhecidas. Um reator de hidroisomerização com leito fixo éusado a montante de um desisobutilenizador, que possui umestágio catalítico no ponto, no qual a força ativadora paraa reação de hidroisomerização é alta. Essas modalidadesserão abaixo descritas em mais detalhes.

Com referência aos desenhos e inicialmente à fig.1, um aparelho e processo são mostrados para produzir umfluxo de 2-buteno a partir de um fluxo de alimentação deC4. O processo global é chamado de 10. Um fluxo dealimentação de C4, que é chamado de 12, é alimentado a umreator de hidroisomerização com leito fixo 22. Um fluxo dealimentação típico de C4 para o reator de hidroisomerização22 contém 2-50 partes em peso de 1-buteno, 2-50 partes empeso de 2-buteno, 2-50 partes em peso de isobutileno, 2-50partes em peso de isobutano, 2-50 partes em peso de n-butano e 0,1-1 partes em peso de butadieno, o total daspartes em peso sendo igual a 100. Em muitos casos,butadieno não é superior a 1500 ppmw. O hidrogênio no fluxo16 é alimentado diretamente ao reator de hidroisomerização22, ou é combinado com o fluxo 12 para formar o fluxo 20.

No reator de hidroisomerização 22, 1-buteno éhidroisomerizado em 2-buteno, usando qualquer catalisadorde hidroisomerização adequado. Exemplos dessescatalisadores são metais nobres (Pd) sustentados sobrealumina. Aditivos para os metais, incluindo Ag, Au etc.,podem ser usados para modificar as características dareação. As pressões típicas do reator são de 0,2-3,0 MPag enormalmente de 0,5-1,8 MPag. As temperaturas típicas deentrada no reator são de 26,7-121,1 °C e normalmente de48,9-82,2 °C. O efluente do reator, no fluxo 26, éalimentado a uma torre de desisobutilenizador 36. Astemperaturas típicas na torre são de 26,7-104,4 °C enormalmente de 37,8-71,1 °C. As pressões típicas do reatorsão de 0,2-1,2 MPag e normalmente de 0,3-0,8 MPag. Oefluente do reator 26 pode ser opcionalmente ventilado pararemover o excesso de hidrogênio do fluxo, antes de seralimentado à torre de desisobutilenizador 36. O fluxo detopo 3 8 da torre de desisobutilenizador 3 6 contémisobutileno e isobutano, e pequenas quantidades de 1-butenoe 2-buteno. O fluxo inferior 4 0 contém a maior parte do 2-buteno.Para hidroisomerizar, a seguir, o 1-butenorestante em 2-buteno na torre de desisobutilenizador 36,uma seção de catalisador 41, que de preferência é um únicoestágio de catalisador, é incluída na extremidade superior37 da torre de desisobutilenizador 36. É importante que oestágio único de catalisador esteja localizado dentro daseção de alta força ativadora para a reação dehidroisomerização. Dependendo da operação da torre, essa étipicamente a extremidade superior 3 7 da torre dedesisobutilenizador 36. Um único estágio de catalisador éaquela quantidade de catalisador necessária para reagir o1-buteno restante naquele local de alta força ativadoradentro da torre para uma mistura de equilíbrio de 1-butenoe 2-buteno. O tipo de catalisador usado pode ser o mesmo oudiferente do catalisador usado no reator dehidroisomerização 22, e pode ser instalado em um ou maisleitos. O 2-buteno formado nessa reação dehidroisomerização se move para baixo através da torre dedesisobutilenizador 36 e para fora no fluxo inferior 40. Amodalidade da fig. 1 converte mais do 1-buteno originado nofluxo de alimentação de C4 12 em 2-buteno, do que umsistema convencional, no qual nenhuma seção de catalisador41 é incluída na torre de desisobutilenizador 36.

A seção de catalisador 41 é de preferênciaposicionada na elevação na torre de desisobutilenizador 36,na qual a concentração de 1-buteno seria máxima, se nenhumaseção de catalisador 41 fosse incluída. De modocaracterístico, essa é próxima ao topo da coluna. Paradeterminar a elevação apropriada para a seção decatalisador 41 em um sistema particular, o ponto de forçaativadora máxima para a reação de hidroisomerização édeterminado nas condições, através de quais o fracionador éregulado para operar. A reação entre 1-buteno e 2-butenopode ser representada pela equação (1), onde BI é 1-buteno,B2 é 2-buteno, kbi é a reação k para BI a B2, e kb2 é areação k para B2 a BI.

<formula>formula see original document page 18</formula>

A taxa de reação é a reação k vezes aconcentração do reagente. A relação entre os k's da reação,o coeficiente de equilíbrio Keq, é igual à relação entre kbie kb2. A taxa do desaparecimento de BI através dahidroisomerização de BI em B2 é:

Taxa = -kbi[Bl] + kb2 [B2] ,

onde [BI] e [B2] são, respectivamente, as porcentagensmolares de 1-buteno e 2-buteno. A força ativadora para aconversão de BI em B2 pode ser definida pela divisão deambos os lados por -kbi, resultando no seguinte:

Força ativadora = [BI] - [B2] / Keq.

Este fator da força ativadora pode ser plotado emfunção da posição na torre para um sistema particular, e éa técnica preferida para localizar o ponto ideal para olocal de extração lateral.

Com referência agora à fig. 2, outra modalidade émostrada para produzir um fluxo de 2-buteno a partir de umfluxo de alimentação de C4, no qual uma seção decatalisador é incluída em um desisobutilenizador. Nessamodalidade, compostos de C5+ são removidos a montante datorre de desisobutilenizador. Além disso, a produção debutanos durante a reação de hidroisomerização é minimizadapelo uso de fluxos múltiplos alimentadores de hidrogênioe/ou a inclusão de pequenas quantidades de monóxido decarbono em um ou mais dos fluxos de hidrogênio. Osinventores verificaram com surpresa que CO atua como uminibidor para as reações de hidrogenação de butenos embutanos, enquanto que permitindo o prosseguimento dasreações de hidroisomerização com dupla ligação. Através daalimentação do hidrogênio ou da mistura de hidrogênio/ COem locais múltiplos ao longo da extensão de um reator deleito fixo, butadieno na alimentação é hidrogenado embutenos, enquanto que, ao mesmo tempo, a hidrogenação debutenos em butanos é minimizada. Observa-se que o uso de umou mais fluxos contendo H2 e CO pode ser também usados namodalidade mostrada nas figs. 1, 3 e 4.

O sistema mostrado na fig. 2 é chamado de 110. Umfluxo de alimentação de C4, que é chamado de 112, éalimentado a um reator de hidroisomerização com leito fixo122. Um fluxo 116 contendo apenas hidrogênio, ou umamistura de hidrogênio e monóxido de carbono, é alimentadodiretamente ao reator de hidroisomerização 122, ou écombinado com o fluxo 112 para formar o fluxo 120.Hidrogênio e/ou monóxido de carbono podem ser tambémopcionalmente injetados no reator 122 em um segundo localaproximadamente a meio caminho ao longo da extensão doreator 122 no fluxo 121. No reator de hidroisomerização122, 1-buteno é hidroisomerizado em 2-buteno, formando ofluxo de efluente do reator 124. O fluxo 124 é alimentado auma primeira torre de fracionamento 130. O fluxo deefluente 124 pode ser opcionalmente ventilado para removero excesso de hidrogênio, antes de ser alimentado naprimeira torre de fracionamento 13 0. Na primeira torre defracionamento 130, compostos de C4 são removidos do topo nofluxo 132, e compostos de C5+ são removidos como porçõesinferiores no fluxo 134. Um leito catalítico dehidrogenação 131, também chamado de um "leito de proteção",hidrogena os butadienos restantes para formar butenos. Ohidrogênio para essa reação é, de preferência, o hidrogênioresidual da hidroisomerização no reator 122.

O fluxo 132 é, a seguir, alimentado a uma torrede desisobutilenizador 136. O fluxo superior 138 da torrede desisobutilenizador 136 contém isobutileno e isobutano,e pequenas quantidades de 1-buteno e 2-buteno. O fluxoinferior 14 0 contém o 2-buteno. Acima do ponto dealimentação na torre de desisobutilenizador 136 existe umaelevação na extremidade superior 13 7 da torre dedesisobutilenizador 136, na qual a concentração de 1-butenoé máxima, se nenhuma seção de catalisador for incluída natorre de desisobutilenizador 136. Uma seção de catalisador141 é posicionada neste local para hidroisomerizar o 1-buteno adicional, para formar 2-buteno. A localização daseção de catalisador 141 é, de preferência, selecionada damesma maneira que na modalidade da fig. 1, isto é, aelevação, na qual a força ativadora para a reação dehidroisomerização é máxima, se nenhuma hidroisomerizaçãotiver ocorrido. Essa é a elevação, na qual BI - (B2/Keq) émaximizada.

Com referencia agora à fig. 3, um processo paraproduzir propileno é mostrado, no qual um reator dehidroisomerização com leito fixo é usado a montante de umDelB tendo um único estágio catalítico próximo ao topo datorre. O sistema mostrado na fig. 3 é chamado de 210. Umfluxo de alimentação de C4, que é chamado de 212, é passadoatravés de uma unidade de hidrogenação seletiva 213, quehidrogena butadieno na presença de um catalisador dehidrogenação, produzindo um fluxo de alimentação de C4 combaixo butadieno 214. O fluxo 214 é alimentado a um reatorde hidroisomerização com leito fixo 222. Hidrogênio nofluxo 216 é alimentado diretamente ao reator dehidroisomerização 222, ou é combinado com o fluxo 214 paraformar o fluxo 220. Monóxido de carbono é opcionalmenteincluído no fluxo de hidrogênio 216. Hidrogênio eopcionalmente também monóxido de carbono podem serinjetados no reator 222 em um segundo local aproximadamentea um terço do caminho ao longo da extensão do reator 222 nofluxo 221, e em um terceiro local a cerca de dois terços docaminho ao longo da extensão do reator 222 no fluxo 223. Sepontos múltiplos de injeção forem usados, o volume dohidrogênio e do monóxido de carbono opcional introduzido nofluxo 216 é reduzido, a fim de que o volume global dehidrogênio e CO não seja superior ao necessário paraalcançar o resultado desejado. A vantagem de separar ohidrogênio em dois pontos de alimentação distintos é parareduzir a produção de butanos do reator 222. A vantagem deincluir monóxido de carbono nos fluxos 216 e/ou 223 é parainibir as reações de hidrogenação, enquanto que permitindoque reações de hidroisomerização sejam processadas.

Quando uma única injeção de um fluxo misto deH2/CO for usada, o CO e H2 são de preferência injetados emum único ponto a montante do reator de hidroisomerização.Neste caso, a relação entre CO e H2 se situa entre 0,1% e3% em bases molares, mais preferivelmente entre 0,1 e 0,5%,sendo tipicamente de 0,2 a 0,4% em bases molares. Quandoinjeções múltiplas forem usadas, conforme ilustrado nasfigs. 2 e 3, hidrogênio é de preferência distribuído emcada pondo de alimentação, de modo que o volume total docatalisador no reator de hidroisomerização se encontre emum estado ativo. A relação entre CO e H2 em cada ponto deinjeção, de preferência, mas não necessariamente, é a mesmaque nos outros pontos de injeção. É também viável fazer comque um dos fluxos contenha somente hidrogênio. Aalimentação separada de hidrogênio e a inclusão de monóxidode carbono podem ser usadas em qualquer um das modalidadesdas figs. 1 a 4.

No reator de hidroisomerização 222, 1-buteno éhidroisomerizado em 2-buteno. O fluxo de efluente do reator224 é combinado com um fluxo de reciclagem de metátese 227para formar o fluxo 226. O fluxo de efluente 224 pode seropcionalmente ventilado, para remover o excesso dehidrogênio do fluxo, antes de ser combinado com o fluxo dereciclagem da metátese 227. O fluxo 226 é alimentado a umatorre de desisobutilenizador 236. Acima do ponto dealimentação na torre de desisobutilenizador 236 existe umaelevação na extremidade superior 237 da torre dedesisobutilenizador 236, na qual as concentrações de 1-buteno são máximas, se nenhuma seção de catalisador forincluída. Uma seção de catalisador 241, que é depreferência um único estágio catalítico, é posicionadaneste local, a fim de hidroisomerizar o 1-buteno restanteem 2-buteno. O fluxo superior 23 8 da torre dedesisobutilenizador 23 6 contém isobutileno e isobutano, epequenas quantidades de 1-buteno e 2-buteno. O fluxoinferior 24 0 contém a maior parte do 2-buteno. Depreferência, o teor de butadieno do fluxo 240 é inferior a50 partes por milhão baseado em peso, e maispreferivelmente inferior a 10 partes por milhão baseado empeso, visto que butadieno é um veneno para catalisadores demetátese. O fluxo 240 é opcionalmente purificado em um oumais leitos de proteção 243. Um fluxo de alimentação deetileno 242 é combinado com o fluxo inferior 240 paraformar um fluxo de alimentação do reator de metátese 244.Esse fluxo entra no reator de metátese 246, no qual o 2-buteno e o etileno reagem para formar um fluxo do produtode metátese 248.

O fluxo do produto de metátese 24 8 contémpropileno, butenos e hidrocarbonetos de C5+. O propileno éseparado dos hidrocarbonetos mais pesados no separador 250,e é removido como produto no fluxo 252. Os hidrocarbonetosde C4, C5 e mais pesados são reciclados no fluxo dereciclagem de metátese 227 e são combinados com o fluxo 224no fluxo 226.

A fig. 4 ilustra um sistema 310 para produzirpropileno a partir de um fluxo de C4. Um fluxo dealimentação de C4 312 é passado através de uma unidade dehidrogenação seletiva 313, que hidrogena butadieno napresença de um catalisador de hidrogenação, produzindo umfluxo de alimentação de C4 com baixo butadieno 314. Umfluxo de hidrogênio 316 é combinado com um fluxo 314 paraformar o fluxo 320. O fluxo 320 é alimentado a um reator dehidroisomerização com leito fixo 322, no qual 1-buteno éhidroisomerizado em 2-buteno. De modo alternativo, osfluxos 314 e 316 podem ser separadamente alimentados aoreator de hidroisomerização 322. O fluxo de efluente 324 écombinado com um fluxo de reciclagem da metátese 327 paraformar o fluxo 326, que é alimentado a uma torre defracionamento 330. O fluxo de efluente 324 pode seropcionalmente ventilado, para remover o excesso dehidrogênio do fluxo, antes de ser combinado com o fluxo dereciclagem 327. Na torre de fracionamento 330, compostos deC4 são removidos do topo no fluxo 332, e compostos de C5 +são removidos como porção inferior no fluxo 334. Um leitocatalítico de hidrogenação 331, também conhecido como"leito de proteção", hidrogena os butadienos restantes paraformar butenos.

O fluxo 332 é, a seguir, alimentado a uma torrede desisobutilenizador 336. Acima do ponto de alimentaçãona torre de desisobutilenizador 336 existe uma elevação naextremidade superior 337 da torre de desisobutilenizador336, na qual as concentrações de 1-buteno são máximas, senenhuma seção de catalisador for incluída. Uma seção decatalisador 341, que é de preferência um único leito decatalisador, é posicionada neste local, a fim dehidroisomerizar 1-buteno em 2-buteno. O fluxo de topo 338da torre de desisobutilenizador 336 contém isobutileno eisobutano, e pequenas quantidades de 1-buteno e 2-buteno. Ofluxo inferior 340 contém o 2-buteno. O fluxo 340 éopcionalmente purificado em um ou mais leitos de proteção343. Um fluxo de alimentação de etileno 342 é combinado como fluxo inferior 34 0 para formar um fluxo de alimentação doreator de metátese 344. Esse fluxo entra no reator demetátese 34 6, no qual o 2-buteno e o etileno regem paraformar um fluxo do produto de metátese 348.

O fluxo do produto de metátese 34 8 contémpropileno, butenos e hidrocarbonetos de C5+. O propileno éseparado dos hidrocarbonetos mais pesados no separador 3 50,e é removido com o produto do fluxo 352. Os hidrocarbonetosde C4, C5 e mais pesados são reciclados no fluxo dereciclagem da metátese 327 e são combinados com aalimentação de desbutanizador do fluxo 324 no fluxo 326.

A inclusão de um único estágio de catalisador nodesisobutilenizador nas modalidades das figs. 1 a 4 permiteque uma conversão ligeiramente menor do 1-buteno dealimentação em 2-buteno seja usada no reator dehidroisomerização, resultando assim em uma menor de taxa deconversão de butenos em butanos. Em decorrência disso, maisbuteno sai do desisobutilenizador, resultando em uma maiortaxa de produção de propileno para uma determinadaquantidade de alimentação de C4. A maior parte do 1-butenoé ainda convertida no reator de hidroisomerização com leitofixo por motivos que serão ilustrados no exemplo.

A invenção é particularmente útil para processarfluxos de C4 do craqueador a vapor e fluxos de C4 darefinaria. De modo característico, os fluxos de C4 docraqueador a vapor contêm quantidades apreciáveis debutadieno e, assim, requerem a inclusão de uma unidade dehidrogenação seletiva, para converter a maior parte dobutadieno em butenos a montante do reator dehidroisomerização. Fluxos de C4 da refinaria possuem ummenor teor de butadieno, que pode ser processado dentro daunidade de hidroisomerização e, assim, a inclusão de umaunidade de hidrogenação seletiva não é necessária. Ainclusão de um fracionador a montante dodesisobutilenizador propicia a remoção de materiaispesados, que entram no sistema junto com os C4s. Fluxos deC4 da refinaria muitas vezes contêm compostos de enxofremais pesados, incluindo dissulfeto de dimetila (DMDS) edissulfeto de dietila (DEDS), ambos podendo ser removidospor uma primeira torre de fracionamento, conforme mostradonas figs. 2 e 4.

EXEMPLOS

Os exemplos mostram várias opções deprocessamento para um fluxo único de alimentação de C4tendo a composição abaixo mostrada na Tabela 1. Esse fluxoé tipicamente gerado a partir de um fluxo de C4 docraqueador a vapor. De modo alternativo, o fluxo de C4 podeser de uma unidade FCC, ou pode ser uma mistura de ambos.

Tabela 1

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O metano é metano solúvel a partir de uma unidadede hidrogenação seletiva a montante, onde o butadieno foireduzido a partir de aproximadamente 45.000 ppmw (partespor milhão baseado em peso) na alimentação para 1.3 00 ppmwno efluente usando um fluxo de H2 que contêm certaquantidade de metano. Como resultado da etapa dehidrogenação seletiva, o total de 2-butenos é de 26,63% empeso e o de 1-buteno é de 11,63% em peso. Isto resulta emuma relação entre 2-buteno e 1-buteno de 2,29. Este valorencontra-se muito distante da relação do equilíbrio dehidroisomerização na temperatura nominal do reator dehidroisomerização de 60 °C. A 60 °C, a relação deequilíbrio entre 2-buteno e 1-buteno é de 21,6.

O hidrogênio usado nos exemplos consiste de umamistura de 95% em peso de hidrogênio e 5% em peso demetano, com um peso molecular de 2,11.

No reator de hidroisomerização com leito fixo, o1-buteno é reagido para formar 2-buteno, e o butadienorestante é hidrogenado em 1-buteno. Existe ainda a reaçãodo 1-buteno na alimentação (e/ou 1-buteno formado a partirde butadieno) em n-butano. A seletividade é definida comoaquela porção do 1-buteno convertida, que é convertida emn-butano. Nesse exemplo particular, a mistura de equilíbriode 1-buteno e 2-buteno irá resultar na conversão de 84,9%do 1-buteno. Observe que a conversão completa não pode serobtida em uma única etapa, devido à limitação deequilíbrio.

A fig. 5 mostra a conversão/ seletividade parareação de um fluxo de C4 sobre um reator dehidroisomerização contendo um catalisador de Pd sustentado.

A fig. 5 mostra o desempenho, ao usar uma única alimentaçãode hidrogênio puro e a melhoria que pode resultar do uso depequenas quantidades de CO com hidrogênio injetado emmúltiplos pontos de alimentação no reator dehidroisomerização. Quando um único ponto de injeção dehidrogênio é usado em um reator de hidroisomerização com304,8 cm de L x 13 7,16 cm de Dl, a conversão em 1-buteno éde 65% com uma seletividade a n-buteno de 6,7%. Aseletividade para buteno é definida como o butano totalproduzido, dividido pelo 1-buteno convertido. Conformeacima descrito, sob condições normais, butano é formado aomesmo tempo, em que o 1-buteno é hidroisomerizado em 2-buteno. Quando duas alimentações de hidrogênio/CO sãousadas, a taxa de reação é ligeiramente suprimida, e aseletividade a butano é reduzida. Um reator dehidroisomerização com 457,2 cm de L x 137,16 cm de Dlcontendo mais catalisador é usado, e a conversão émelhorada para 79% com 5,4% de seletividade a n-butano.Para a matéria prima mostrada e para a temperatura doreator, a conversão de equilíbrio (100 h em butano) é de 84,9%.

É importante definir o local correto para oestágio de catalisador no desisobutilenizador. O local depreferência é o ponto da força ativadora máxima para areação de hidroisomerização. Esse local é definido, levandoem conta os perfis da composição da torre usando somente umleito fixo (sem estágio de catalisador no DelB) . O perfilda composição sobre o DelB para o Exemplo Comparativo 1 émostrado na fig. 6. Conforme pode ser visto, para a maiorparte da torre, a relação se encontra abaixo do equilíbrio,indicando um potencial de reação favorável de 1-buteno em2-buteno. Este é o resultado do 2-buteno ser fracionadopara longe e se mover para a porção inferior da torre.

A fig. 7 mostra a "força ativadora", conformedefinida. Como pode ser visto, os locais em potencial parao estágio de catalisador se situam entre os estágios 9 e29, com o local ideal sendo o estágio 18. Esse local irávariar em função das características da matéria prima e dascondições operacionais de fracionamento. Porém, é desejadoque o local se situe no, ou próximo ao, ponto da forçaativadora ideal, com locais preferidos tendo forçasativadoras de pelo menos 85% da máxima e, maispreferivelmente, de 90% da máxima, conforme definido peloperfil da composição sem um estágio de catalisador no DelB.De modo característico, pelo menos 50% da conversão de 1-buteno ocorre no reator de leito fixo, e a conversãorestante ocorre sobre o segundo catalisador dehidroisomerização.

Exemplo 1 (Comparativo) — Torre Convencional de CD-DelB

Uma simulação sofisticada por computador foirealizada, na qual os fluxos de alimentação tendo acomposição acima mostrada, foram enviados a três torres CD-DelB convencionais distintas. Um total de 4585,4 kg/h de 1-buteno se encontram na alimentação. Além disso, existem10085,6 kg/h de 2-buteno e 52,6 kg/h de butadieno. Aprimeira torre, Torre IA, foi constituída de 94 estágios deequilíbrio e uma relação de refluxo de 4,5 (refluxo àalimentação). Essa torre continha 10696,2 kg de catalisadorem 57,82 m3 de estruturas de destilação catalítica. Istorepresenta aproximadamente uma velocidade espacial e 2,3catalisadores em peso por peso de 1-buteno alimentado àtorre. O balanço da torre foi preenchido com material defracionamento de alta eficiência. Hidrogênio foi adicionadoabaixo dos leitos de catalisador e abaixo da alimentaçãopara fornecer a hidrogenação necessária de butadieno e ahidroisomerização de 1-buteno. A segunda torre, Torre 1B,foi constituída de 129 estágios de equilíbrio e tinha umarelação de refluxo de 4,5 (refluxo à alimentação) . Os 35estágios adicionais ajudaram a alcançar uma melhorseparação. Essa torre também continha 10696,2 kg decatalisador em 57,82 m3 de estruturas. O balanço da torrefoi preenchido com material de fracionamento de altaeficiência. Hidrogênio foi adicionado para fornecer ahidrogenação necessária de butadieno e a hidroisomerizaçãode 1-buteno. A terceira torre, chamada de Torre 1C, foiconstituída de 94 estágios de equilíbrio e operada a umarelação de refluxo de 6,20 (refluxo à alimentação). Orefluxo superior melhorou o fracionamento, mas demandou demais utilitários (atividades de reaquecimento e

25 compensação). Essa torre também continha 10696,2 kg decatalisador em 57,82 m3 de estruturas. 0 balanço da torrefoi preenchido com material de fracionamento de altaeficiência. Hidrogênio foi adicionado para fornecer ahidrogenação necessária de butadieno e a hidroisomerização

3 0 de 1-buteno.Em uma torre CD-DelB da técnica anterior, ofracionamento e a hidroisomerização ocorrem em paralelo.Sobre uma pluralidade de estágios, o 1-buteno reage paraformar 2-buteno, enquanto que o 2-buteno se move ao mesmotempo para baixo por fracionamento, e o 1-buteno se movepara cima por fracionamento. Assim, conforme a mistura semove para cima através da torre, a mistura de reação émovida continuamente para longe do equilíbrio porfracionamento e na direção do equilíbrio através da reação.

A fim de alcançar uma alta conversão, uma pluralidade deestágios de reação é necessária para corresponder àpluralidade dos estágios de fracionamento. Isto resulta emuma grande quantidade de catalisador. Esta seqüência ocorreem todas as três torres.

Em todas as três torres, a matéria prima éconforme mostrada na Tabela 1. Existe uma quantidadeconsiderável de 1-buteno e butadieno na alimentação. Oobjetivo do projeto é produzir um fluxo inferior contendouma alta fração de 2-buteno e uma quantidade mínima debutadieno. Conforme acima discutido, o 1-buteno tende asubir na torre e o butadieno tende a se mover para baixo.Isto prejudica o desempenho da torre, em que as condiçõesde fracionamento precisam ser variadas para alcançar umamistura com baixo butadieno.

Conforme mostrado na Tabela 2, na Torre IA houveum fracionamento insuficiente para alcançar uma altarecuperação de n-butenos na porção inferior, conformedesejado para um processo de metátese. Visto que aalimentação para a torre não é reagida, a taxa de produtosuspensa teve que ser aumentada para mover o butadieno paracima da torre e, assim, sobre o catalisador dehidrogenação/ hidroisomerização. Isto foi necessário parareduzir o butadieno no efluente a 10 ppm. Com o maior fluxode produto suspenso, uma quantidade significativa de 2-buteno foi perdida em suspensão. A recuperação foi de 76,1%da alimentação como n-butenos no fundo ao atingir um baixonível de butadieno no produto do fundo. Uma quantidadesignificativa de 2-buteno foi perdida em suspensão. Tambémé importante observar que, quando o butadieno precisa sercolocado em suspensão, uma maior quantidade de hidrogenaçãoocorre, resultando em uma maior seletividade a butano. Istoé indesejável.

Na Torre 1B, um número elevado de estágios defracionamento (12 9 versus 94) foi usado para aumentar arecuperação. A recuperação foi aumentada para 91%. Estaopção demandou mais custos de capital na torre defracionamento.

A Torre IC usou refluxo para melhorar odesempenho do fracionamento. Neste caso, uma maior relaçãode refluxo (6,2 versus 4,5) foi usada. Isto melhorou arecuperação para 93,8%. Porém, esta opção demandou custosde capital, devido ao maior trafego na torre necessitar deuma torre com maior diâmetro. Além disso, a demanda deenergia foi maior, devido ao aumento das atividades noreaquecedor e condensador.

Tabela 2

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Exemplo 2

Uma sofisticada simulação por computador foirealizada, na qual um fluxo de alimentação, tendo a mesmacomposição dos fluxos de alimentação usados no ExemploComparativo 1, foi enviado a uma unidade dehidroisomerização com leito fixo de 304,8 cm de L x 137,16cm de Dl. Após o leito fixo, o efluente escoou para umatorre de fracionamento, para separar o isobutileno eisobutano do 2-buteno e do n-butano. Nenhum catalisador foiempregado na torre de fracionamento. A torre após o leitofixo era constituída de 94 estágios teóricos com umarelação de refluxo de 4,5. O reator simulado era um leitofixo com uma única alimentação de hidrogênio (sem CO) etinha 6,7% de saturação de 1-buteno, conforme mostrado nafig. 5. As atividades do reaquecedor e condensador foramequivalentes àquelas da Torre IA CD-DelB no ExemploComparativo i, visto que elas são reguladas pela relação derefluxo. O processo resultou em uma conversão de 65% de 1-buteno (Exemplo Comparativo 2). Os resultados são mostradosna Tabela 3. A recuperação global dos butenos normais (1-buteno e 2-buteno) é de 90,3%. A principal perda total debutenos normais é a perda de 1-buteno na suspensão, devidoà menor conversão de 1-buteno utilizando apenas um reatorde leito fixo. Essa recuperação, porém, é maior do que oCD-DelB sob as mesmas condições de fracionamento, devido aomaior teor de 2-buteno e ao menor teor de 1-buteno e debutadieno da alimentação para a torre de fracionamentoresultante da conversão no reator de leito fixo. Estedesempenho é representativo do desempenho do sistema datorre de fracionamento mais leito fixo da técnica anterior.

Exemplo 2A — Estágio de Catalisador Adicionado aoDesisobutilenizador; Alimentação Exclusiva de HidrogênioUsada no Reator de Hidroisomerização

O procedimento do Exemplo Comparativo 2 foirepetido, com exceção de que um único estágio decatalisador foi adicionado próximo ao topo da torre defracionamento, no estágio 18. Isto resultou em uma melhoriana % de alimentação de n-butenos no fundo a partir de 90,3%(Exemplo Comparativo 2) para 97,96% (Exemplo 2A) . Nesseexemplo, o reator de hidroisomerização com leito fixousando uma única alimentação de hidrogênio (e nenhum CO)foi usado para converter 66% do 1-buteno em 2-buteno (e n-butano). Após o leito fixo, a mistura da matéria prima foiconstituída de 1597,1 kg/h de 1-buteno, 13235,4 kg/h de 2-buteno, e 0,5443 kg/h de butadieno. Através da incorporaçãode um único estágio de catalisador no local correto dentroda torre, uma quantidade adicional de 1180,3 kg/h de 1-buteno foi convertida. Isto aumenta a conversão global para91%. Além disso, devido à composição da matéria primapenetrar na torre, existem condições de fracionamentofavoráveis que resultam em alta recuperação (97,96%) dototal de butenos normais, sem ter que utilizar bandejas dealimentação adicionais ou maior refluxo.

Exemplo 2B — Estágio de Catalisador Adicionado aoDesisobutilenizador; Alimentação Dividida de Hidrogênio eCO Usada no Reator de Hidroisomerização

O procedimento do Exemplo 2A foi repetido, comexceção de que uma alimentação combinada de hidrogênio e COfoi adicionada em dois locais distintos ao longo daextensão do reator de hidroisomerização, e o reatorsimulado era um leito fixo usando duas alimentações dehidrogênio/ CO para realizar uma conversão de 79% no leitofixo com saturação de 5,4% de 1-buteno. Esse é o Exemplo2B. Os resultados são mostrados na Tabela 3 abaixo.

Tabela 3

<table>table see original document page 36</column></row><table><table>table see original document page 37</column></row><table>

Os Exemplos 2A e 2B mostram melhorado desempenho,em comparação com a destilação catalítica (CD-DelB) daTorre IA do Exemplo Comparativo 1 e o sistema de torreconvencional com leito fixo (Exemplo Comparativo 2) . Arecuperação é significativamente maior em condições defracionamento equivalente. Além disso, em comparação com oCD-DelB, os volumes de catalisador são muito menores. Ocaso de H2/ CO separado eleva a recuperação para 98,2%(Exemplo 2B) a partir de 97,96% (Exemplo 2A) , emdecorrência das menores perdas de butenos para n-butano(elevada seletividade). Embora esse Exemplo requeira maiscatalisador do que o Exemplo 2A, ambos os Exemplos 2A e 2Brequerem quantidades substancialmente menores decatalisador do que os casos com CD-DelB do ExemploComparativo 1. O leito fixo realizou a maior parte dareação de hidroisomerização. Ao usar duas alimentações dehidrogênio/ CO no leito fixo, a conversão foi de 79% comuma seletividade a butano de 5,4%. O único estágiocatalítico elevou a conversão, visto que tinha havidoseparação de 1-buteno do 2-buteno na torre, permitindoreação adicional na seção de catalisador. Esta porção dareação de 1-buteno foi processada com hidrogenação mínimae, assim, a seletividade global foi diminuída para 4,9%.

Como pode ser visto, o uso de um único estágio decatalisador no desisobutilenizador resulta em maiorrecuperação de n-buteno do que nos casos com um único leitofixo seguido por uma torre convencional DelB. Em todos oscasos, os custos de catalisador para as opções de leitofixo são inferiores do que para o Exemplo Comparativo 1. Oponto da força ativadora máxima de hidroisomerização tornamáxima a utilização da única seção de catalisador.

Em resumo, as comparações nas mesmas condições defracionamento (94 bandejas teóricas e relação de refluxo =4,5) são mostradas na Tabela 4 para o caso com 10 ppm debutadieno nas porções inferiores:

Tabela 4

<table>table see original document page 38</column></row><table><table>table see original document page 39</column></row><table>

Conforme deverá ficar claro para as pessoasversadas na técnica, várias das características e funçõesacima citadas e outras mais, ou suas alternativas, podemser desejavelmente combinadas em muitos outros sistemas ouaplicações distintas. Além disso, várias alternativas,modificações, variações ou melhorias atualmente aqui nãoprevistas podem ser feitas a seguir pelas pessoas versadasna técnica, que devem ser também englobadas pelasreivindicações subseqüentes.

Claims (28)

1. Processo para a conversão preferencial de umfluxo de C4, contendo 1-buteno e 2-buteno, em 2-buteno,CARACTERIZADO pelo fato de compreender:mistura do dito fluxo de C4 com um primeiro fluxode hidrogênio para formar um fluxo de alimentação,hidroisomerização do dito fluxo de alimentação napresença de um primeiro catalisador de hidroisomerização, afim de converter pelo menos uma porção do dito 1-buteno em2-buteno, e para produzir um efluente de hidroisomerização,separação do dito efluente de hidroisomerizaçãoem uma coluna de fracionamento tendo uma extremidadesuperior e uma extremidade inferior, para obter uma misturade 1-buteno na dita extremidade superior, um fluxo deefluente de topo contendo isobutano e isobutileno, e umfluxo inferior contendo 2-buteno, ehidroisomerização da dita mistura de 1-buteno nadita extremidade superior da dita coluna usando um segundocatalisador de hidroisomerização, para obter 2-butenoadicional no dito fluxo inferior.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERI ZADO pelo fato do dito fluxo de C4 compreenderbutadieno em uma concentração não superior a cerca de 1% empeso.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato do dito fluxo de C4 conterbutadieno, ainda compreendendo a hidrogenação do fluxo deC4 antes da hidroisomerização, para reduzir a concentraçãode buteno em não mais de cerca de 1% em peso.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato do dito segundo catalisador dehidroisomerização estar posicionado em uma elevação na ditacoluna, na qual a razão molar entre 1-buteno e 2-butenoserá máxima, se um segundo catalisador de hidroisomerizaçãonão estiver presente.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato do dito segundo catalisador dehidroisomerização estar localizado dentro de uma torre defracionamento.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5,CARACTERIZADO pelo fato do catalisador estar posicionadodentro de estruturas de destilação.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de ainda compreender a mistura dodito fluxo inferior com um reagente de metátese apropriadopara formar um fluxo de alimentação de metátese, ealimentação do dito fluxo de alimentação de metátese a umreator de metátese, e reação do dito 2-buteno com o ditoreagente de metátese para formar um produto de metátese.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 2,CARACTERIZADO pelo fato de ainda compreender a mistura dodito fluxo inferior com um reagente de metátese apropriadopara formar um fluxo de alimentação de metátese, ealimentação do dito fluxo de alimentação de metátese a umreator de metátese, e reação do dito 2-buteno com o ditoreagente de metátese para formar um produto de metátese.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 7,CARACTERIZADO pelo fato do dito reagente de metátesecompreender etileno, e do dito produto de metátesecompreender propileno.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato do dito fluxo de alimentaçãoincluir C5 e componentes mais pesados, ainda compreendendoa remoção do dito C5 e dos componentes mais pesados do ditoefluente de hidroisomerização, antes de separar o ditoefluente de hidroisomerização na dita coluna defracionamento.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 7,CARACTERIZADO pelo fato de ainda compreender a purificaçãode um dentre o dito fluxo inferior e do dito fluxo dealimentação de metátese, antes de alimentar o dito fluxo dealimentação de metátese ao dito reator de metátese.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de ainda compreender a alimentaçãode um segundo fluxo de hidrogênio ao dito reator dehidroisomerização, em um local a jusante do ponto dealimentação do dito primeiro fluxo de hidrogênio.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de ainda compreender a alimentaçãode um terceiro fluxo de hidrogênio ao dito reator dehidroisomerização, em um local a jusante do ponto dealimentação do dito segundo fluxo de hidrogênio.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERI ZADO pelo fato do dito primeiro fluxo dehidrogênio ainda compreender monoxido de carbono.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERI ZADO pelo fato de pelo menos um dentre os ditosprimeiro e segundo fluxos de hidrogênio ainda compreendermonoxido de carbono.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 13,CARACTERIZADO pelo fato de pelo menos um dentre os ditosprimeiro e segundo fluxos de hidrogênio ainda compreendermonóxido de carbono.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 7,CARACTERIZADO pelo fato de ainda compreender a separação dodito produto de metátese dos componentes mais pesados, paraformar um fluxo de componente pesado, e combinação do ditofluxo de componente pesado com o dito efluente dehidroisomerização.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato do segundo catalisador dehidroisomerização estar posicionado na elevação, na ditacoluna de fracionamento, na qual a força ativadora para ahidroisomerização de 1-buteno em 2-buteno será igual a pelomenos 85% da força máxima ativadora dentro da dita coluna,se nenhum fluxo de reciclagem for extraído.

19. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato do segundo catalisador dehidroisomerização estar posicionado na elevação, na ditacoluna de fracionamento, na qual a força ativadora para ahidroisomerização de 1-buteno em 2-buteno será igual a pelomenos 90% da força máxima ativadora dentro da dita coluna,se nenhum fluxo de reciclagem for extraído.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de pelo menos 50% da conversão de 1-buteno ocorrer em um reator de leito fixo contendo oprimeiro catalisador de hidroisomerização a montante de umatorre de fracionamento contendo um segundo catalisador dehidroisomerização, e da conversão restante ocorrer sobre osegundo catalisador de hidroisomerização.

21. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato do primeiro catalisador dehidroisomerização compreender um metal do grupo VIII sobreum suporte.

22. Processo, de acordo com a reivindicação 21,CARACTERIZADO pelo fato do primeiro catalisador dehidroisomerização ainda incluir um aditivo selecionadodentre o grupo constituído de ouro, prata e metaisalcalinos.

23. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato do segundo catalisador dehidroisomerização compreender um metal do grupo VIIIA sobreum suporte.

24. Processo, de acordo com a reivindicação 23,CARACTERIZADO pelo fato do segundo catalisador dehidroisomerização ainda incluir um aditivo selecionadodentre o grupo constituído de ouro, prata e metaisalcalinos.

25. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato dos primeiro e segundocatalisadores de hidroisomerização conterem diferentesmetais.

26. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato dos primeiro e segundocatalisadores de hidroisomerização conterem diferentescarregamentos metálicos.

27. Processo para a produção de propileno apartir de um fluxo de C4 contendo butadieno, 1-buteno e 2-buteno, CARACTERIZADO pelo fato de compreender:mistura do dito fluxo de C4 com um primeiro fluxode hidrogênio, para hidrogenar butadieno e formar um fluxode alimentação tendo uma concentração de butadieno nãosuperior a 1% em peso,hidroisomerização do dito fluxo de alimentação napresença de um primeiro catalisador de hidroisomerização, afim de converter pelo menos uma porção do dito 1-buteno em2-buteno, e para produzir um efluente de hidroisomerização,enquanto que hidrogenando o butadieno,separação do dito efluente de hidroisomerizaçãoem uma coluna de fracionamento tendo uma extremidadesuperior e uma extremidade inferior, para obter uma misturade 1-buteno na dita extremidade superior, um fluxo deefluente de topo contendo isobutano e isobutileno, e umfluxo inferior contendo 2-buteno,hidroisomerização da dita mistura de 1-buteno nadita extremidade superior da dita coluna usando um segundocatalisador de hidroisomerização, para obter 2-butenoadicional no dito fluxo inferior,mistura do dito fluxo inferior com etileno, paraformar um fluxo de alimentação de metátese, ealimentação do dito fluxo de alimentação demetátese em um reator de metátese, e reação do dito 2-buteno com o dito etileno para formar propileno.

28. Aparelho para a conversão preferencial de umfluxo de C4 contendo 1-buteno e 2-buteno em 2-buteno,CARACTERIZADO pelo fato de compreender:reator de hidroisomerização configurado paraconter um primeiro catalisador de hidroisomerização paraconverter pelo menos uma porção do dito 1-buteno no ditofluxo de C4 em 2-buteno, e para formar um efluente dehidroisomerização,coluna de fracionamento tendo uma extremidadesuperior e uma extremidade inferior, dita coluna defracionamento sendo configurada para separar o ditoefluente de hidroisomerização, para formar uma mistura de1-buteno na dita extremidade superior, um fluxo de efluentede topo compreendendo isobutano e isobutileno, e um fluxoinferior compreendendo 2-buteno, eplataforma do catalisador de hidroisomerizaçãodisposta na extremidade superior da coluna de fracionamentopara hidroisomerizar a dita mistura de 1-buteno, paraformar 2-buteno.