BRPI0707520A2 - uso de torres de prÉ-desidrataÇço em um processo de oxidaÇço de etano em Ácido acÉtico/etileno - Google Patents
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Abstract
USO DE TORRES DE PRE-DESIDRATAÇçO EM UM PROCESSO DE OXIDAÇçO DE ETANO EM ÁCIDO ACETICO/ETILENO. É descrito no presente documento um processo em que o ácido acético é produzido por oxidação do etano. Um produto secundário da oxidação do etano é água, que é habitualmente removida do processo na mesma corrente que o processo de ácido acético. Conforme descrito no presente documento, o eluente do reator de oxidação de etano é processado em uma torre de pré-desidratação de modo a recuperar separadamente água, ácido acético e uma corrente de gás para ser reciclado ao reator de oxidação do etano.
Description
USO DE TORRES DE PRÉ-DESIDRATAÇÃO EM UM PROCESSO DEOXIDAÇÃO DE ETANO EM ÁCIDO ACÉTICO/ETILENO
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção se refere ao processo deoxidação de etano para a produção de ácido acético. Maisespecificamente, a presente invenção se refere a um métodode oxidação de etano em ácido acético em que o ácidoacético é recuperado da corrente de produto de reator deoxidação usando torres de pré-desidratação.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
A desidrogenação oxidante do etano em ácido acéticoe etileno na fase gasosa é conhecida na técnica. Geralmenteeste processo envolve fazer um material de alimentaçãogasoso reagir em um reator de leito fluidificado ou em umde leito fixo. 0 material gasoso compreende etano e/ouetileno que são introduzidos no reator em forma de gasespuros ou em mistura com um ou mais outros gases. Exemplosde tais gases adicionais, ou gases veículos, sãonitrogênio, metano, monóxido de carbono, dióxido decarbono, ar e/ou vapor d'água. 0 gás que compreendeoxigênio molecular pode ser ar ou um gás compreendendo maisou menos oxigênio molecular do que o ar, oxigênio, porexemplo. Os teores relativamente altos de oxigênio sãopreferidos, uma vez que se pode obter uma conversão maiorde etano, e conseqüentemente um maior rendimento do ácidoacético. Oxigênio ou o gás que compreende oxigêniomolecular é, de preferência, acrescentado a umaconcentração entre limites fora dos explosivos em condiçõesde reação, uma vez que isso torna o processo mais fácil deser conduzido. No entanto, é também possível se empregaruma relação de etano/etileno para oxigênio dentro delimites explosivos. A reação é conduzida a temperaturas de400 a 600°C, ao passo que a pressão pode ser atmosférica ousuperatmosférica, na faixa de 1 a 50 bar (100 a 5000 kPa).
O etano é geralmente misturado primeiro com osgases inertes tais como nitrogênio ou vapor d'água antes dooxigênio ou do gás compreendendo oxigênio molecular serintroduzido. Os gases mistos são, de preferência, pré-aquecidos até a temperatura de reação em uma zona de pré-aquecimento antes de se colocar a mistura gasosa em contatocom o catalisador. O ácido acético é geralmente separado dogás que sai do reator por condensação. Os gases restantessão reciclados à entrada do reator onde o oxigênio ou o gásque compreende oxigênio molecular e também etano e/ouetileno são dosados. Os gases reciclados semprecompreenderão tanto etileno como etano.
A Figura 1 mostra um processo de produção de ácidoacético da técnica anterior comum. Neste sistema básico,uma corrente contendo etano (1) é introduzida juntamentecom um gás contendo oxigênio (2) em um reator de oxidaçãode etano (3). Este reator pode ou ser de leito fluidifiçadoou um de leito fixo. NO interior do reator (3) , o etano éoxidado em ácido acético, etileno e diversos óxidos decarbono (COx) . 0 efluente gasoso do reator (4) que contémestes componentes primários é introduzido em um depuradorde gás de reciclagem (5) que produz uma corrente de topocontendo etileno, etano e COx. A corrente de topo (7)proveniente do depurador de gás de reciclagem é encaminhadaa uma etapa de processamento (8) que remove os COx dacorrente de topo. A corrente purificada (9) é entãoreciclada ao reator de oxidação (3) para nova conversão emácido acético. A corrente de fundo (6) proveniente dodepurador de gás de reciclagem (5) , e que contém ácidoacético, água e produtos secundários pesados, pode serpurificada conforme é conhecido na técnica para produzirácido acético purificado. A corrente de fundo pode serencaminhada a uma coluna de secagem, por exemplo, pararemover a água, e em seguida a uma coluna de fraçõespesadas para remover o ácido propiônico e outroscomponentes pesados.
Freqüentemente, o efluente do reator de oxidação deetano sairá do reator a uma temperatura elevada e conterágrandes quantidades de água. A água eventualmente precisaráser separada do processo, e conforme foi descrito acima, aagua é freqüentemente removida do processo na mesmacorrente que o ácido acético, e é então submetida a umoutro processamento para a remoção da água. Seria,portanto, benéfico, se desenvolver um processo em que oácido acético pudesse ser recuperado separadamente da águano efluente de um reator de oxidação de etano em ácidoacético, eliminando assim uma etapa adicional de remoção deágua.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Um objetivo da presente invenção consiste em proporu processo em que o ácido acético é produzido por oxidaçãode etano. Um produto secundário da oxidação de etano, água,é normalmente removida do efluente do reator juntamente como ácido acético. Em um objetivo da presente invenção, oefluente do reator é processado em uma torre de pré-desidratação de modo a se recuperar separadamente água,ácido acético e uma corrente gasosa para ser reciclada devolta ao reator de oxidação do etano
DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS
A Figura 1 mostra um processo de produção de ácidoacético da técnica anterior.
A Figura 2 mostra uma modalidade do processo deprodução de ácido acético da presente invenção
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
A presente invenção propõe um processo parapreparar seletivamente ácido acético a partir da oxidaçãode etano. Um produto secundário da reação de oxidação deetano é a água, e é um objetivo da presente invenção arecuperação de ácido acético seco deste processo usandotorres de pré-desidratação.
A oxidação de etano pode ser conduzida em um reatorde leito fluidifiçado ou em um de leito fixo. Para uso emum reator de leito fluidifiçado. 0 catalisador énormalmente triturado até um tamanho de partícula na faixade 10 a 200 μπι ou preparado por secagem por pulverização.
0 material gasoso de alimentação e qualquer gás dereciclagem combinado com o gás de alimentação, contémprincipalmente etano, mas pode conter uma pequenaquantidade de etileno e é introduzido no reator em forma deum gás puro ou em uma mistura com um ou mais outros gases.
Exemplos adequados de tais gases adicionais ou gasesveículos, são nitrogênio, metano, monóxido de carbono,dióxido de carbono, ar e/ou vapor d'água. 0 gás contendooxigênio molecular pode ser ar ou um gás que tem umaconcentração maior ou menor de oxigênio molecular do que oar, oxigênio puro, por exemplo. A reação de oxidação deetano é geralmente conduzida a uma temperatura deaproximadamente 400 a aproximadamente 600°C, de preferênciade aproximadamente 450 a aproximadamente 550°C, sendoessencial que a temperatura seja suficientemente elevadapara produzir a oxidação do etano. A temperatura adequadadependerá do catalisador usado no reator de oxidação deetano. Existe uma amplá faixa de catalisadores para usonesta reação, e os versados na técnica saberão comootimizar o desempenho de catalisador encontrando atemperatura de reação adequada. A pressão pode seratmosférica ou superatmosférica, de aproximadamente 1 aaproximadamente 50 bar (de aproximadamente 100 aaproximadamente 5000 kPa), por exemplo, de preferência deaproximadamente 1 a aproximadamente 30 bar (deaproximadamente 100 a aproximadamente 3 000 kPa).
A reação de oxidação produz uma mistura de gasesque inclui etileno, ácido acético, água, COx (CO e CO2) ,etano que não reagiu e diversos produtos pesados. Esteproduto gasoso normalmente sai do reator a uma temperaturaentre aproximadamente 450 e aproximadamente 600°C. Oefluente produto gasoso proveniente do reator é então, depreferência, filtrado para se remover partículas miúdas decatalisador, sendo então encaminhado a uma torre de pré-desidratação.
O efluente do reator entra na base da torre de pré-desidratação, e devido à alta temperatura da correntefornece a maior parte, se não toda, da energia necessáriapara se efetuar a separação do ácido acético da água natorre. Alternativamente, um trocador de calor na base datorre de pré-desidratação poderia ser usado para forneceruma energia adicional à torre. A torre operaria à pressãodo reator de oxidação do etano ou próxima dela, e conteria,de preferência, 25-35 estágios, no entanto o número deestágios pode variar dependendo da qualidade da separaçãodesejada. Um sistema de condensação de topo resfria acorrente gasosa de topo até uma temperatura abaixo do pontode condensação do vapor d'água, de preferência atéaproximadamente 100-120°C, e forneceria o refluxo à torrede pré-desidratação. Um produto aquoso liquido de topo érecuperado, tendo estas água níveis muito baixos de ácidoacético, de preferência, abaixo de 1 %, permitindo que acorrente seja descartada biologicamente. Tais métodos deeliminação são conhecidos na técnica. A corrente deresíduos proveniente da torre de pré-desidratação consisteem ácido acético bruto tendo um teor muito mais baixo deágua, de preferência, abaixo de 10 % de água, do que acorrente que estivesse sendo processada em um extratorconvencionar. A corrente gasosa de topo proveniente datorre de pré-desidratação é encaminhada a um conversor deCO de leito fixo, e em seguida a uma etapa de processamentoque remove os COx das corrente de topo. Esta correntepurificada é em seguida reciclada ao reator de oxidação deetano para uma subseqüente conversão em ácido acético.
Os versados na técnica observarão que as torres,extratores e encaminhamento a que se refere nos parágrafosprecedentes terão associados com eles diversos trocadoresde calor, bombas e conectores e terão parâmetrosoperacionais que são determinados pela mistura específicade gases envolvida. Os versados na técnica têm a capacidadede determinar as configurações e parâmetros adequados, àluz da descrição acima.
A Figura 2 mostra uma modalidade da presenteinvenção. Nesta modalidade, o material de alimentação deetano gasoso (11) e qualquer gás de reciclagem (24) sãointroduzidos no reator de oxidação de etano (13) em formade um gás puro ou em mistura com um ou mais gases veículosdescritos acima. Um gás contendo oxigênio (12) é tambémintroduzido no reator (13). A temperatura à qual a reaçãode oxidação de etano é geralmente conduzida é deaproximadamente 400 a aproximadamente 600°C, de preferênciade aproximadamente 450 a aproximadamente 550°C, dependendodo catalisador usado, sendo essencial que a temperaturaseja suficientemente elevada para oxidar o etano. Atemperatura apropriada dependerá de qual dos numerososcatalisadores disponíveis será usada no reator de oxidaçãodo etano. Os versados na técnica têm a capacidade dedeterminarem tal temperatura.
A reação de oxidação produz uma mistura de gases(14) que inclui etileno, ácido acético, água, COxf etanoque não reagiu e diversos produtos pesados. 0 gás produtoda oxidação do etano (14) é então introduzido no fundo deuma torre de pré-desidratação (15). Um trocador de calor(16) é provido, mas pode não ser necessário dependendo datemperatura da corrente de saída do reator (14), na base datorre de pré-desidratação para proporcionar uma energiaadicional para a torre por aquecer a corrente de resíduos.
A corrente de resíduos da torre de pré-desidratação,contendo principalmente ácido acético, seria aquecida notrocador de calor (16) vaporizando parte da corrente parareintrodução na torre de pré-desidratação (15). 0 resto dascorrentes de resíduos, a corrente de ácido acético bruto(17) é removido do sistema e enviado a jusante para um novoprocessamento.
Um sistema condensador de topo (19) resfria acorrente gasosa de topo (18) e fornece um refluxo líquido(20) à torre de pré-desidratação (15) . Um produto aquosolíquido de topo (21) é recuperado, contendo níveis muitobaixos de ácido acético. A corrente aquosa (21) seria entãoenviada para outro processamento, depuração e/oueliminação. A corrente gasosa de topo (22) proveniente datorre de pré-desidratação, contendo principalmente etanoque não reagiu, etileno e gases de COx, é então encaminhadaa um conversor de CO de leito fixo, e em seguida a umaetapa de processamento que remove os COx da corrente detopo (23) . Esta corrente purificada (24) é então recicladaao reator de oxidação de etano (13) para uma nova conversãoem ácido acético.
A descrição precedente é apresentada para fins deilustração somente e não se destina a ser compreendidadentro de um sentido limitado. Diversas modificações ealterações se tornarão facilmente evidentes aos versados natécnica. Pretende-se, portanto que o exposto acima sejasubentendido como exemplar somente e que o âmbito dainvenção seja determinado pelas reivindicações apensas.
Claims (20)
1. Processo para a produção de ácido acético,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:oxidar-se etano em um reator de oxidação de etanopara formar uma corrente de produto compreendendo água,ácido acético e etano, eprocessar-se a corrente de produto em uma torrepara separadamente recuperar uma corrente de resíduoscompreendendo pelo menos aproximadamente 90 por cento deácido acético, uma corrente de água compreendendo menos deaproximadamente 1 por cento de ácido acético, e umacorrente de gás compreendendo etileno e etano que nãoreagiu.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a corrente de produtoatravessa um filtro depois da etapa de oxidação e antes daetapa de processamento.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a pressão da torre de pré-desidratação é de aproximadamente 1 bar a aproximadamente 50 bar (aproximadamente 100 kPa a aproximadamente 5000 kPa)
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERI ZADO pelo fato de que a etapa de processamentocompreende se prover uma introdução de energia adicional natorre usando um trocador de calor.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que o processamento compreende oresfriamento da corrente de gás com um sistema decondensação de topo.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5,CARACTERIZADO pelo fato de que a corrente de gás éresfriada até uma temperatura de aproximadamente IOO0C aaproximadamente 120°C.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de oxidação éconduzida a uma temperatura de aproximadamente 4 00cC aaproximadamente 600°C.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de oxidação utilizaum gás veículo.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 8,CARACTERIZADO pelo fato de que o gás veículo é selecionadodo grupo que consiste em nitrogênio, metano, monóxido decarbono, dióxido de carbono, ar, vapor d'água e umacombinação deles.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERI ZADO pelo fato de que a pressão do reator deoxidação é de aproximadamente 1 bar a aproximadamente 50bar (aproximadamente 100 kPa a aproximadamente 5000 kPa).
11. Aparelho para a produção de ácido acético,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:um reator de oxidação de etano em comunicação comuma fonte de etano, uma fonte de oxigênio, uma corrente dereciclagem e uma corrente de extração;uma torre de pré-desidratação em comunicação com acorrente de extração e uma corrente gasosa de topo; eum conversor de COx em comunicação com a correntede gás de topo e a corrente de reciclagem.
12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11,CARACTERIZADO pelo fato de que a corrente gasosa de topocompreende ainda um condensador em comunicação com umacorrente de topo de reciclagem, corrente de refluxo ecorrente de água.
13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de que o condensador tem umatemperatura operacional de aproximadamente IOO0C aaproximadamente 120°C.
14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11,CARACTERIZADO pelo fato de que a torre de pré-desidrataçãocompreende ainda um trocador de calor em comunicação com atorre de pré-desidratação, uma corrente de refluxo detrocador de calor e uma corrente de ácido acético.
15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14,CARACTERIZADO pelo fato de que o trocador de calor tem umatemperatura operacional que é suficientemente elevada paratransformar em vapor parte da corrente de refluxo dotrocador de calor.
16. Aparelho de acordo com a reivindicação 11,CARACTERIZADO pelo fato de que a torre de pré-desidrataçãotem 25-35 estágios.
17. Aparelho para a produção de ácido acético,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:um reator de oxidação de etano em comunicação comuma fonte de etano, uma fonte de oxigênio, uma corrente dereciclagem e uma corrente de extração;uma torre de pré-desidratação em comunicação com acorrente de extração, uma corrente de ácido acético, e umacorrente gasosa de topo;um condensador em comunicação com uma correntegasosa de topo; eum trocador de calor em comunicação com a correntede ácido acético.
18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 19,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda umconversor de COx em comunicação com a corrente gasosa detopo e a corrente de reciclagem.
19. Aparelho para a produção de ácido acético,CARACTERIZADO pelo fato de que compreendemeios para a oxidação de etano para produzir umacorrente de produto compreendendo água, ácido acético, eetano; emeios para o processamento da corrente de processopara recuperar separadamente uma corrente de resíduos quecompreende pelo menos aproximadamente 90 por cento de ácidoacético, uma corrente de água que compreende menos deaproximadamente 1 por cento de ácido acético, e umacorrente gasosa que compreende etiléno e o etano que nãoreagiu.
20. Aparelho, de acordo com a reivindicação 19,CARACTERIZADO pelo fato de que os meios para oprocessamento compreendem um trocador de calor emcomunicação com a torre de pré-desidratação, uma correntede refluxo de trocador de calor, e uma corrente de ácidoacético.
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