BRPI0620716A2 - método e sistema para a produção de olefinas leves - Google Patents
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Abstract
MéTODO E SISTEMA PARA A PRODUçãO DE OLEFINAS LEVES. é apresentado um processo melhorado para a produção de olefinas leves, envolvendo a conversão de gás de síntese para formar um efluente incluindo o produto dimetil éter, a separação subseqüente do produto dimitel éter e a conversão do mesmo nas olefinas leves desejadas. O efluente da conversão do gás de síntese poderá também, desejavelmente, incluir metanol e pelo menos uma proção de tal metanol poderá ser utilizada para efetuar a separação do prduto dimetil éter.
Description
"MÉTODO E SISTEMA PARA A PRODUÇÃO DE OLEFINAS LEVES"
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Esta invenção refere-se geralmente à produção de olefinas e, mais especialmente, à produção de olefinas leves através do processamento de dimetil éter.
Uma grande porção da indústria petroquímica a nível mundial está preocupada com a produção de materiais de olefinas leves e sua utilização posterior na produção de numerosos produtos químicos importantes, tais como através de polimerização, oligomerização, a alquilação e as reações químicas semelhantes bem conhecidas. As olefinas leves geralmente incluem etileno, propileno e misturas dos mesmos. Estas olefinas leves são blocos de construção essenciais utilizados nas indústrias nas petroquímicas e químicas modernas. Uma fonte importante de olefinas leves utilizadas atualmente em refino é o craqueamento por vapor de alimentações de petróleo. Por várias razões, incluindo considerações geográficas, econômicas, políticas e de suprimento diminuído, a técnica, há muito tempo, vem procurando fontes diferentes de petróleo para as quantidades maciças de matérias-primas que são requeridas para o suprimento da demanda destes materiais de olefinas leves.
A procura de materiais alternativos para a produção de olefinas leves levou ao uso de oxigenatos, tais como álcoois e, mais especialmente, ao uso de metanol, etanol, e álcoois maiores ou seus derivados, tais como, por exemplo, dimetil éter, dietil éter, etc. Peneiras moleculares, tais como catalisadores microporosos de zeólito cristalino e não zeolíticos, especialmente silicoaluminatofosfatos (SAPO), são conhecidos como promovendo a conversão de oxigenatos em misturas de hidrocarbonetos, especialmente misturas de hidrocarbonetos compostas grandemente de olefinas leves.
Tal processamento, onde a alimentação contendo o oxigenato é principalmente metanol ou uma combinação de metanol-água (incluindo metanol bruto), tipicamente resulta na liberação de quantidades significativas de água após a referida conversão, provenientes de tais alimentações em olefinas leves. Por exemplo, tal processamento normalmente envolve a liberação de 2 moles água/mol de etileno formado e a liberação de 3 moles de água por mol de propileno formado. A presença de tais quantidades relativas aumentadas de água pode aumentar significativamente o potencial de danos hidrotérmicos no catalisador de conversão de oxigenato. Além disso, a presença de tais quantidades relativas aumentadas de água aumenta significativamente a vazão volumétrica do efluente para o reator, resultando na necessidade de vasos e equipamento de operação e processamento associados com tamanhos maiores, incluindo a necessidade de requisitos de compressão maiores.
A US 5.714.662 para Vora et al., a apresentação da qual é incorporada aqui como referência na sua integridade, apresenta um processo para a produção de olefinas leves de uma corrente gasosa de hidrocarbonetos, através da combinação de reforma, produção de oxigenato, e conversão de oxigenatos, onde uma corrente de produto de metanol (produzido na produção de oxigenatos e composto de metanol, produtos de ponta leves, e álcoois mais pesados) é passada diretamente para uma zona de conversão de oxigenatos para a produção de olefinas leves.
Embora tal processamento tenha provado ser efetivo para a produção de olefinas leves, são desejadas e procuradas outras melhorias. Por exemplo, existe um desejo atual e necessidade atual para a redução do tamanho e em conseqüência, do custo dos vasos de reação requeridos. Além disso, existe um desejo e uma necessidade atuais para esquemas e arranjos de processamento que possam manipular e controlar mais rapidamente o calor de reação e o subproduto de água associado com tal processamento.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO Um objetivo geral da invenção é apresentar esquemas e arranjos melhorados de processamento para a produção de olefinas, especialmente de olefinas leves.
Um objetivo mais específico da invenção é superar um ou mais dos problemas descritos acima.
O objetivo geral da invenção pode ser atingido, pelo menos parcialmente, através de métodos específicos para a produção de olefinas leves. De acordo com uma realização, tal método envolve o contato de uma carga de alimentação contendo gás de síntese em uma zona de reator de conversão de gás de síntese com um material de catalisador em condições efetivas de reação para produzir um efluente na zona do reator da conversão do gás de síntese que é composto do produto dimetil éter, outros produtos de conversão de gás de síntese (incluindo metanol e água) e gás de síntese não reagido. O gás de síntese não reagido é separado do produto dimetil éter e de outros produtos de conversão de gás de síntese. O produto dimetil éter é separado do outro produto de conversão de gás de síntese, água, e pelo menos uma porção do outro produto de conversão de gás de síntese, metanol. O método envolve ainda o contato de uma alimentação composta pelo menos de uma porção do produto separado dimetil éter em uma zona do reator de conversão de oxigenato com um catalisador de conversão de oxigenato e nas condições efetivas de reação para converter a alimentação em uma corrente de produto de conversão de oxigenato composta de olefinas leves.
A técnica anterior geralmente é falha em produzir esquemas e arranjos de processamento para a produção de olefinas, e mais especialmente, para a produção de olefinas leves a partir de uma alimentação contendo oxigenato, e cujos esquemas e arranjos de processamento sejam tão simples, efetivos e/ou eficientes quanto possam ser desejados.
Um método para o processamento de olefinas leves de acordo com outra realização, envolve o contato de uma carga de alimentação contendo gás de síntese em uma zona do reator de conversão de gás de síntese com um material de catalisador em condições efetivas de reação para converter uma porção da carga de alimentação contendo gás de síntese no produto dimetil éter e para produzir um efluente da zona do reator de conversão de gás de síntese composto de gás de síntese não reagido, o produto dimetil éter e outros produtos de conversão de gás de síntese, incluindo metanol e água. O gás de síntese não reagido e o produto dimetil éter são separados dos outros produtos de conversão de gás de síntese para formar uma primeira corrente de processo, consistindo essencialmente do gás de síntese não reagido e do produto dimetil éter. O gás de síntese não reagido é posteriormente separado do produto dimetil éter. Pelo menos uma porção do gás de síntese não reagido separado posteriormente é reciclado para a zona do reator de conversão de gás de síntese onde pelo menos uma porção do gás de síntese reciclado é convertida no produto dimetil éter. Uma alimentação composta pelo menos de uma porção do produto dimetil éter separado posteriormente é contatada em uma zona do reator de conversão de oxigenato com um catalisador de conversão de oxigenatos e em condições efetivas de reação para converter a alimentação em uma corrente de produto de conversão de oxigenato composta de olefinas leves.
É também apresentado um sistema para a produção de olefinas leves. De acordo com uma realização preferida, tal sistema inclui uma zona de reator de conversão de gás de síntese para o contato de uma carga de alimentação contendo gás de síntese com um material de catalisador e em condições efetivas de reação para converter a carga de alimentação que contém o gás de síntese em uma corrente de produto de gás de síntese composta de dimetil éter, metanol, gás de síntese não convertido e água. E apresentado um primeiro separador para a separação de uma fase vapor que é composta de gás de síntese não convertido e o produto dimetil éter de uma fase de condensado composta de produto líquido de metanol e água. É apresentada uma solução de absorção para a absorção de dimetil éter da fase vapor utilizando metanol para formar uma primeira coiTente de absorvedor composta de gás de síntese não convertido e uma segunda corrente de absorvedor composta do produto dimetil éter em metanol. É apresentado um segundo separador efetivo para a separação do produto dimetil éter do metanol na segunda corrente de absorvedor. O sistema inclui ainda uma zona do reator de conversão de oxigenato para o contato de uma alimentação composta pelo menos de uma porção do produto separado de dimetil éter com um catalisador de conversão de oxigenato e em condições efetivas de reação para converter a alimentação em uma corrente de produto de conversão de oxigenato composta de olefinas leves.
Conforme utilizado aqui, as referências a "olefinas leves" devem ser entendidas como referindo-se genericamente: a olefinas C2 e C3, i.e., etileno e propileno. O termo "óxido de carbono" refere-se a dióxido de carbono e/ou monóxido de carbono. O termo "gás de síntese" também algumas vezes referidos como "singás", geralmente refere-se a uma combinação de hidrogênio e óxidos de carbono, como aqueles produzidos através de, ou em uma instalação de produção de gás de síntese, a partir de um gás de hidrocarbonetos derivado de gás natural ou da oxidação parcial de um resíduo de petróleo ou de carvão. Normalmente, o gás de síntese é identificado como uma combinação de H2 e CO em várias proporções, algumas vezes com pequenas quantidades de CO2.
Outros objetivos e vantagens ficarão aparentes para aqueles versados na técnica a partir da seguinte descrição detalhada, considerada em conjunto com as reivindicações e os desenhos anexos. BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO
A figura é um diagrama esquemático simplificado de um processo para a produção de olefinas através de dimetil éter de acordo com uma realização. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Uma corrente de alimentação de hidrocarbonetos gasosa, como uma corrente de gás natural ou sintético produzida a partir de um gás natural, carvão, xisto, resíduos ou combinações dos mesmos, tipicamente composta de metano e etano, pode ser processada em uma instalação de produção de gás de síntese para remover impurezas, como compostos de enxofre, compostos de nitrogênio, material particulado, e condensáveis para produzir uma corrente de gás de síntese com teor reduzido de contaminantes e contendo hidrogênio e óxido de carbono em uma relação molar desejada. Tal corrente de gás de síntese, por seu lado, pode ser introduzida em uma zona de reator de conversão de gás de síntese para o contato com um material de catalisador e em condições efetivas de reação para produzir um efluente da zona do reator de conversão de gás de síntese que inclui dimetil éter, outros produtos de conversão de gás de síntese, como metanol e água, e gás de síntese a não reagido. O efluente da zona do reator de conversão de gás de síntese pode ser separado de forma apropriada para formar uma corrente de dimetil éter e uma corrente de metanol. Uma alimentação, geralmente composta pelo menos de uma porção do produto separado de dimetil éter pode então ser contatada em uma zona do reator de conversão de oxigenato com um catalisador de conversão de oxigenato e em condições efetivas de reação para converter a alimentação em uma corrente de produto de conversão de oxigenato composta de olefinas leves.
É agora feita referência à FIGURA, que é um diagrama de fluxo de processo esquemático simplificado para um esquema de processo, geralmente designado pelo número de referência 10, para a produção de olefinas através de dimetil éter, de acordo com uma realização. Deve ser entendido que não se pretende estabelecer uma limitação desnecessária no escopo das reivindicações que se seguem, através da seguinte descrição. Aqueles versados na técnica e orientados pelos ensinamentos aqui apresentados, reconhecerão e verificarão que o diagrama de fluxo de processo ilustrado foi simplificado pela eliminação de várias partes usuais ou costumeiras de equipamentos de processo, incluindo alguns trocadores de calor, sistemas de controle de processo, bombas, sistemas de fracionamento, e semelhantes. Poderá também ser verificado que o fluxo de processo detalhado na FIGURA poderá ser modificado em vários aspectos, sem se afastar do conceito geral básico da invenção.
Uma corrente de alimentação de hidrocarbonetos gasosa, como aquela descrita acima, e designada pelo número de referência 12, é passada por uma zona de produção ou geração de gás de síntese: 14 para produzir uma corrente contendo gás de síntese 16. A zona 14 de geração ou produção de gás de síntese, ou uma instalação de produção de gás de síntese, pode operar em condições de operação convencionais, tais como em uma temperatura da reação variando de 800 0 a 950 ° C, uma pressão variando de 10 a 30 bar (1000 a 3000 kPa), e uma relação molar entre água e carbono variando de 2,0 a 3,5. Na zona de reação de gás de síntese 14, impurezas, tais como compostos de enxofre, compostos de nitrogênio, material particulado, e condensáveis, são, desejavelmente, removidos de uma forma conveniente para produzir uma corrente 16 contendo gás de síntese com teor reduzido de contaminantes e tendo uma relação molar entre hidrogênio e óxido de carbono ( monóxido de carbono mais dióxido de carbono) variando de 2 a 3, e mais tipicamente, a relação molar entre hidrogênio e óxido de carbono variando de .2,0 a 2,3. Opcionalmente (não mostrado) a relação entre hidrogênio e monóxido de carbono poderá ser variada, de acordo com a reação de troca (1), mostrada abaixo, sobre um catalisador de cobre/zinco ou óxido de cromo de uma forma convencional:
CO + H2O ^ CO2 + H2 (1)
A corrente 16 contendo gás de síntese é passada através da linha 20 para uma zona do reator de conversão 22. Na zona do reator de conversão de gás de síntese 22, pelo menos uma porção do gás de síntese será convertido para formar produtos de redução de óxidos de carbono, como álcoois, em condições que incluem uma temperatura do reator na faixa de 150°C (300°F) a 450°C (850°F) e em uma pressão, tipicamente, na faixa de 1 a 1000 atmosferas (101 a 101.000 kPa) sobre uma variedade de catalisadores. De acordo com certas realizações, são preferidos os catalisadores com base em ZnO para a produção de metanol e dimetil éter.
A reação de síntese de metanol pode ser beneficiada pela co- produção de dimetil éter. Especialmente, a síntese de metanol a partir de hidrogênio gasoso (H2) e monóxido de carbono (CO) geralmente é limitada pelo equilíbrio com taxas típicas de conversão por passe na faixa de 25% a 30%, em uma pressão de 50 a 100 bar (5000 a 10000 kPa) e uma temperatura na faixa de 250° a 300°C. No entanto, se o metanol é convertido em dimetil éter, enquanto o metanol está sendo produzido ou logo após, o equilíbrio, desejavelmente, pode ser alterado para conversões de gás de síntese mais favoráveis maiores. Como resultado de tais taxas de conversão de gás de síntese aumentadas, a quantidade ou a extensão do reciclo do gás de síntese não reagido, conforme mais amplamente descrito abaixo, pode ser reduzida ou minimizada.
Por exemplo, o metanol pode ser produzido passando-se o gás de síntese sobre um catalisador de óxido metálico misturado suportado de CuO e ZnO. A conversão de metanol em dimetil éter pode ser feita passando- se o metanol sobre um catalisador acidulado composto de gama-alumina ou semelhante. Ambas a formação de metanol e a conversão de metanol em dimetil éter são exotérmicas e tipicamente são mais bem operadas em uma temperatura na faixa de 250° a 300°C.
De acordo com certas realizações preferidas, a conversão de metanol em dimetil éter pode ser feita utilizando-se um sistema de catalisador misturado no reator usado para a síntese de metanol. De acordo com certas realizações preferidas alternativas, a conversão de metanol em dimetil éter pode ser feita utilizando-se um reator com leitos alternativos de catalisador de síntese de metanol e catalisadores de conversão de metanol-em-dimetil éter. De acordo ainda com certas outras realizações preferidas alternativas, a conversão de metanol em dimetil éter pode ser feita utilizando-se reatores consecutivos para a produção de metanol e a conversão subseqüente de metanol em dimetil éter. Por exemplo, uma carga de alimentação contendo gás de síntese pode ser contatada em um reator de produção de gás de síntese- em-metanol com um catalisador de conversão de gás de síntese-em-metanol e em condições efetivas de reação para converter pelo menos uma porção da carga de alimentação contendo gás de síntese em uma corrente de produto composta de metanol. Pelo menos uma porção de tal corrente de produto de metanol posteriormente pode ser contatada em um reator de conversão de metanol com um catalisador de conversão de metanol-em-dimetil éter e em condições efetivas de reação para converter pelo menos uma primeira porção da corrente de produto de metanol em dimetil éter, formando o efluente da seção do reator de conversão de gás de síntese.
Conforme será visto por aqueles versados na técnica e orientados pelos ensinamentos apresentados aqui, os reatores utilizados em tal processamento, desejavelmente, podem ser reatores tubulares com um fluido circulante de resfriamento, como água, do lado da carcaça, ou reatores adiabáticos, como com resfriamento interno, resfriamento entre estágios, serpentinas de resfriamento ou semelhantes.
Uma corrente de efluente da zona do reator de conversão em de gás de síntese 24, composta de metanol, dimetil éter e água, é retirada da zona do reator de conversão de gás de síntese 22.
A corrente de efluente da zona do reator de conversão de gás de síntese 24, após o resfriamento através de um ou mais trocadores de calor (não mostrados) é passada para uma zona de separação, geralmente designada pelo número de referência 26. A zona de separação 26 inclui uma primeira seção de separação 31, geralmente composta de um sistema de vaporização instantânea, uma torre de fracionamento, ou uma torre de extração para a remoção do gás de síntese não convertido, seguido por meio semelhantes para a separação consecutiva de dimetil éter, metanol, e frações de água conforme possa ser requerido ou desejado pela operação a jusante.
Por exemplo, de acordo com uma realização preferida, a separação feita na primeira seção de separação pode ser na forma de uma separação por condensação parcial com o gás de síntese não reagido, uma porção do produto dimetil éter sendo separada dos outros produtos de conversão de gás de síntese (por exemplo, metanol, água e algum dimetil éter) para formar uma primeira corrente de processo ou de topo 32, geralmente composta de gás de síntese não reagido e o produto dimetil éter e, de acordo com certas realizações preferidas, consistindo essencialmente de gás de síntese não reagido e o produto dimetil éter, e uma corrente inferior ou de produto de fundo 34, geralmente composta de metanol, água e parte do produto dimetil éter.
Conforme descrito em maiores detalhei; abaixo, a primeira corrente de processo ou de topo 32 pode ser enviada para uma seção apropriada de separação de dimetil éter-gás de síntese 36. A seção de separação de dimetil éter-gás de síntese 36, desejavelmente, resulta ou produz uma corrente 40 geralmente contendo gás de síntese não reagido, como desejavelmente pode ser introduzida, por exemplo, reciclada, para a zona do reator de conversão de gás de síntese 22 através da linha 20 identificada acima para reação subseqüente.
A corrente de produto de fundo de metanol 34, água e algum produto dimetil éter pode ser enviada através da linha 42 para uma segunda seção de separação 44, na forma de uma torre de extração de dimetil éter, geralmente composta de uma torre de fracionamento para a separação de componentes mais leves e mais pesados, com o dimetil éter sendo relativamente mais leve do que o metanol e o metano] sendo relativamente mais leve do que a água e outras impurezas ou subprodutos pesados (por exemplo, álcoois pesados).
Na segunda seção de separação 44, o produto dimetil éter pode ser separado de outros constituintes da alimentação para. formar uma corrente .46 composta de dimetil éter. Além disso, pode ser formada uma corrente secundária 50, geralmente composta de metanol. Além disso, uma corrente de produto de fundo 52, composta de água e impurezas ou subprodutos pesados (por exemplo, álcoois pesados). Tal corrente de produto de fundo pode ser adicionalmente tratada para a remoção de impurezas e subprodutos pesados e a água pode, se desejado, ser reciclada para a unidade de geração de gás de síntese ou, alternativamente, utilizada em irrigação ou outros usos agrícolas.
Conforme mostrado, pelo menos uma porção do dimetil éter da corrente 46 e, se desejado, pelo menos uma porção do metanol na corrente 50, representado pela linha 54, podem ser introduzidos em uma zona do reator de conversão de oxigenatos 56, onde tais materiais da carga de alimentação contendo oxigenatos entram em contato com um catalisador de conversão de oxigenato em condições efetivas de reação para converter a carga de alimentação contendo oxigenato e para formar uma corrente de efluente de conversão de oxigenato composta de hidrocarbonetos gasosos combustíveis, olefinas leves, e hidrocarbonetos C4+ de uma forma conhecida na técnica, como por exemplo, utilizando um reator de leito fluidizado.
De acordo com uma realização preferida, a alimentação da zona do reator de conversão de oxigenatos 56, desejavelmente, é composta de 70 a 90% em moles de produto separado de dimetil éter e 10 a 30% em moles de metanol. Aqueles versados na técnica e orientados pelos ensinamentos apresentados aqui entenderão e verificarão que as proporções relativas entre dimetil éter, metanol, e água, geralmente podem variar, dependendo de fatores, tais como as condições de operação usadas na conversão do metanol em dimetil éter e as etapas de separação utilizadas posteriormente. Por exemplo, partindo-se de uma corrente que contém 100 moles de metanol e 30 moles de água (77% em moles de metanol) e então convertendo esta corrente em dimetil éter no equilíbrio sobre um catalisador ácido (por exemplo, gama alumina) a 250 0 C, é obtido um produto composto alternativamente, consistindo essencialmente de, ou consistindo aproximadamente de 43,3 moles de dimetil éter, 73,3 moles de água, e 13,5 moles; de metanol residual não convertido. Se é removida somente água, o produto final irá conter 76,3% em moles de dimetil éter em uma mistura com 23,7% em moles de metanol. Embora não seja necessária nenhuma separação adicional de dimetil éter e metanol, poderá ser desejável separar-se adicionalmente o dimetil éter do metanol (para obter-se até perto de 100% em moles de pureza de dimetil éter) para minimizar os efeitos hidrotérmicos no catalisador de conversão de oxigenato-em-olefina; em tal caso, o metanol assim separado, desejavelmente, pode ser reciclado para o estágio de conversão de metano l-em-dimetil éter.
As condições de reação para a conversão de oxigenatos em olefinas leves são conhecidas por aqueles versados na técnica. De preferência, de acordo com realizações específicas, as condições de reação são compostas de uma temperatura entre 200 0 e 700 0 C, mais de preferência, entre 300 0 e 600 0 C, e mais de preferência, entre 400 0 e 550 0 C. Conforme será visto por aqueles versados na técnica e orientados pelos ensinamentos apresentados aqui, as condições de reação geralmente são variáveis, como aquelas dependentes dos produtos desejados. Por exemplo, se é desejada uma produção aumentada de etileno, então poderá ser preferida uma operação em uma temperatura do reator entre 475 ° C e 550 ° C, e mais de preferência, entre 500 0 Ce 520 ° C. Se é desejada uma produção aumentada de propileno, então poderá ser preferida uma operação em uma temperatura do reator entre 350 e 475 ° C, e mais de preferência, entre 400 ° e 430 0 C. As olefinas leves produzidas podem ter uma relação entre etileno e propileno de 0,5 e 2,0, e de preferência, entre 0,75 e 1,25. Se é desejada uma relação maior entre etileno e propileno, então a temperatura de reação, desejavelmente, geralmente é maior do que se fosse desejada uma relação menor entre etileno e propileno. De acordo com uma realização preferida, é preferida uma faixa de temperatura de alimentação entre 120 ° e 210 ° C. De acordo com outra realização preferida, é preferida uma faixa de temperatura entre 180°e210°C. De acordo com uma realização preferida, a temperatura, desejavelmente, é mantida abaixo de 210 0 C para evitar ou minimizar a coqueificação no equipamento de processo associado, como trocadores de calor e vaporizadores da alimentação.
A zona do reator de conversão de oxigenato 56 produz ou resulta em um produto de conversão ou corrente de efluente 60 geralmente composto de hidrocarbonetos gasosos combustíveis, olefinas leves, e hidrocarbonetos C4+. A corrente de efluente de conversão de oxigenato 60 pode, se desejado, ser passada para uma zona de tratamento de corrente de efluente de conversão de oxigenato (não mostrada) conforme é conhecido na técnica para a separação e a recuperação apropriada do produto desejado de tal corrente de efluente.
O restante do metanol da corrente 50, representado pela corrente 62, é enviado para a zona de separação de dimetil éter-gás de síntese 36 conforme descrito acima na forma de uma solução absorvedora.
Em tal solução absorvedora na zona de separação de dimetil éter-gás de síntese, o metanol, desejavelmente, é utilizado como um solvente para absorver dimetil éter do gás de síntese não reagido para formar a corrente de reciclo de gás de síntese 40 identificada acima e também, desejavelmente, resulta ou produz uma corrente 64, geralmente contendo dimetil éter e metanol. Além disso, tal realização, desejavelmente, utiliza o metanol gerado internamente para efetuar essa absorção de dimetil éter. A corrente contendo dimetil éter e metanol 64, desejavelmente, posteriormente pode ser introduzida na segunda seção de separação 44 através da linha 42.
Como resultado de tal absorção seletiva de dimetil éter utilizando metanol, a corrente de reciclo de gás de síntese não reagido 40, desejavelmente, será substancialmente isenta de dimetil éter. Mais especificamente, a corrente de reciclo de gás de síntese não reagido 40, geralmente irá conter menos de 1000 ppm de dimetil éter e, de acordo com uma realização preferida, menos de 100 ppm de dimetil éter. Assim sendo, através de tal aplicação de absorção por metanol de dimetil éter, pode ser minimizada ou evitada a reciclagem indesejável de dimetil éter através da zona do reator de conversão de gás de síntese 22, para aumentar ou melhorar a eficiência de processamento. Além disso, evitando-se ou minimizando-se a quantidade de dimetil éter reciclado para a zona do reator de conversão de gás de síntese 22, a reação de equilíbrio entre metanol e dimetil éter, desejavelmente, poderá ser direcionada, de acordo com uma realização preferida, na direção da produção de quantidades adicionais, aumentadas ou de outras quantidades relativas de dimetil éter.
Conforme será visto, com tal reciclo de gás de síntese não reagido, pelo menos uma porção do gás de síntese não reagido durante a sua passagem inicial através das zona do reator de conversão de gás de síntese 22 pode reagir para formar produtos adicionais na zona do reator de conversão de gás de síntese, incluindo o produto adicional de dimetil éter e como pode ser processado de forma apropriada através do referido esquema de processo, conforme descrito acima.
A presente invenção é descrita em maiores detalhes com relação aos exemplos seguintes, que ilustram ou simulam vários aspectos envolvidos na pratica da invenção. Deve ser entendido que todas as alterações que apareçam dentro do espírito da invenção, desejavelmente devem ser protegidas, e portanto, a invenção não é considerada como sendo limitada por estes exemplos. EXEMPLOS
Aqueles versados na técnica e orientados pelos ensinamentos apresentados aqui verificarão que o uso de dimetil éter como uma carga de alimentação primária ou principal de oxigenato para tal seção do reator de conversão de oxigenato, de acordo com certas realizações preferidas, e excluindo as quantidades residuais de outros materiais, como a carga de alimentação primária ou principal de oxigenato, cie acordo com outras realizações preferidas específicas e excluindo as quantidades residuais de outros materiais, como a única matéria prima de oxigenato, desejavelmente, produz ou resulta em várias vantagens de processamento. EXEMPLO 1: Tamanho do reator
A conversão do metanol em olefinas leves de etileno e propileno com uma relação por peso de 1:1 necessita da seguinte reação de processamento:
24 CH3OH -> C2H4 + 4C3H6 + 24 H2O Em tal processamento, 24 moles de alimentação de metanol são transformadas em 34 moles de efluente de produto. O uso de dimetil éter, de acordo com uma realização preferida, para uma conversão semelhante em olefinas leves de etileno e propileno com uma relação em peso de 1:1 necessita da seguinte reação de processamento:
12 CH3-O-CH3 6 C2H4 + 4 C3H6 + 24 H2O Em tal processamento, 12 moles de alimentação de dimetil éter são convertidas em 22 moles de efluente de produto.
Assim sendo, o processamento de dimetil éter de acordo com a reação acima, ao contrário da reação de metanol, ambos com o mesmo número de moles de etileno e propileno, resulta em um número reduzido de moles de efluente (por exemplo, 22 moles contra 34 moles). Tal redução no número de moles representa uma redução equivalente na vazão volumétrica de efluente do reator, e portanto em um vaso do reator menor, e também em requisitos menores de compressão de tal efluente para as unidades de separação a jusante. Além disso, uma redução em moles é feita reduzindo-se os moles de água, a pressão parcial da água é reduzida de 70,6% (24/34) a 54,5% (12/22) em unidades relativas. Tal redução da quantidade relativa de água, desejavelmente, pode resultar na melhoria da estabilidade do catalisador usado na conversão de oxigenatos em olefinas leves. EXEMPLO 2: Calor da reação
O calor da reação, a 450 0 C, para a reação de conversão de oxigenato de 2 moles de metanol para um mol de etileno (mais água) é de 5,5 kcal/mol. Ao contrário, para a conversão de um mol de dimetil éter em um mol de etileno (mais água) de acordo com uma realização preferida, o calor da reação é somente de 0,8 kcal/ mol.
Aqueles versados na técnica verificarão que tal redução significativa no calor da reação pode simplificar dramaticamente e facilitar o controle da subida da temperatura adiabática realizada dentro do reator de conversão de oxigenatos com esta reação. Assim sendo, de acordo com certas realizações preferidas, o reator de conversão de oxigenatos, desejavelmente, poderá ser isento de dispositivos de resfriamento, tais como serpentinas de resfriamento e/ou resfriadores de catalisador, como tipicamente poderão ser requeridos em tais reatores de conversão de oxigenato-em-olefina.
As realizações, tais como descrito acima, incorporando e utilizando a conversão de gás de síntese para formar um efluente incluindo o produto dimetil éter, a separação subseqüente de tal produto dimetil éter e a conversão do mesmo para formar olefinas leves, desejavelmente, produz ou resulta em um processamento melhorado através da minimização ou pelo menos da redução do tamanho dos vasos requeridos.
A invenção, ilustrativamente apresentada aqui, poderá ser praticada adequadamente na ausência de qualquer elemento, parte, etapa, componente, ou ingrediente que não é especificamente apresentado aqui. Embora a descrição detalhada mencionada anteriormente desta invenção tenha sido descrita em relação a certas realizações preferidas da mesma, e vários detalhes foram apresentados para fins de ilustração, ficará aparente para aqueles versados na técnica que a invenção é suscetível a realizações adicionais e que certos detalhes descritos aqui podem variar consideravelmente sem se afastarem dos princípios básicos da invenção.
Claims (10)
1. Método para a produção de olefinas leves, caracterizado pelo fato de compreender: contato com uma carga de alimentação contendo gás de síntese em uma zona do reator de conversão de gás de síntese (22) com um material de catalisador e em condições efetivas de reação para produzir um efluente da zona do reator de conversão de gás de síntese constituído do produto dimetil éter e, outros produtos de conversão de gás de síntese e gás de síntese não reagido, os outros produtos de conversão de gás de síntese sendo compostos de metanol e água; a separação do gás de síntese não reagido do produto dimetil éter e dos outros produtos de conversão de gás de síntese; a separação do produto dimetil éter do outro produto de conversão do gás de síntese, a água, e pelo menos uma porção do outro produto de conversão de gás de síntese, metanol; e o contato de uma alimentação composta pelo menos de uma porção do produto separado de dimetil éter em uma zona do reator de conversão de oxigenato (56) com um catalisador de conversão de oxigenato e em condições efetivas de reação para converter a alimentação em uma corrente de produto de conversão de oxigenato composta de olefinas leves.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser composto, adicionalmente, da reciclagem de pelo menos uma porção do gás de síntese não reagido separado para a zona do reator de conversão de gás de síntese (22) e onde pelo menos uma porção do gás de síntese reciclado é convertida no produto dimetil éter.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da alimentação para a zona do reator de conversão do oxigenatos (56) ser composta pelo menos de 70% do produto separado de dimetil éter.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da separação do gás de síntese não reagido do produto dimetil éter e dos outros produtos de conversão de gás de síntese formar uma corrente de gás de síntese não reagida substancialmente isenta de dimetil éter e onde o método adicionalmente é composto da reciclagem da corrente de gás de síntese não reagida para a zona do reator de conversão de gás de síntese (22).
5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da separação do gás de síntese não reagido do produto dimetil éter e do outro produto de conversão de gás de síntese, ser composto da separação prévia do gás de síntese não reagido e do produto dimetil éter do outro produto de conversão de gás de síntese, metanol e água para formar uma primeira corrente de processo composta do gás de síntese: e do produto dimetil éter.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de adicionalmente ser composto de: separação do outro produto de conversão de gás de síntese, metanol, do outro produto de conversão de gás de síntese, água; e contato da primeira corrente de processo com pelo menos uma porção do produto separado metanol em um vaso de separação para separar o produto dimetil éter do gás de síntese não reagido.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato da separação do produto dimetil éter do gás de síntese não reagido, ser composta da absorção por metanol do produto dimetil éter.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de pelo menos uma porção do produto dimetil éter ser separada do metanol da absorção.
9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do contato da carga de alimentação contendo gás de: síntese em uma zona do reator de conversão de gás de síntese (22) com um material de catalisador e em condições efetivas de reação para produzir um efluente da zona do reator de conversão de gás de síntese, compreender: contatar a carga de alimentação contendo gás de síntese em uma zona do reator de produção de gás de síntese-em-metanol com um catalisador de conversão de gás de síntese-em-metanol e em condições efetivas de reação para converter pelo menos uma porção da carga de alimentação contendo o gás de síntese em uma corrente de produto composta de metanol; e contatar pelo menos uma porção da corrente de produto, metanol, em uma zona do reator de conversão de metanol, com um catalisador de conversão de metanol-em-dimetil éter e em condições efetivas de reação para converter pelo menos uma primeira porção da corrente de produto, metanol, em dimetil éter, formando o efluente da seção do reator de conversão do gás de síntese.
10. Sistema (10) para a produção de olefinas leves, caracterizado pelo fato de compreender: uma zona do reator de conversão de gás; de síntese (22) para o contato de uma carga de alimentação contendo gás de síntese com um material de catalisador e em condições efetivas de reação para converter a carga de alimentação contendo o gás de síntese em uma corrente de produto de conversão de gás de síntese composta de dimetil éter, metanol, gás de síntese não convertido e água; um primeiro separador (30) para a separação de uma fase vapor composta de gás de síntese não convertido e o produto dimetil éter de uma fase de condensado composta do produto líquido metanol e água; um absorvedor (36) para a absorção de dimetil éter da fase vapor utilizando metanol para formar uma primeira corrente de absorvedor composta de gás de síntese não convertido e uma segunda corrente de absorvedor composta do produto dimetil éter em metanol; um segundo separador (44) efetivo para separar o produto dimetil éter do metanol na segunda corrente de absorveclor; e uma zona do reator de conversão de oxigenato (56) para o contato de uma alimentação composta pelo menos de uma porção do produto dimetil éter com um catalisador de conversão de oxigenato e em condições efetivas de reação para converter a alimentação em uma corrente de produto de conversão de oxigenato composta de olefinas leves.
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