BRPI0707523A2

BRPI0707523A2 - sistema de absorção em butano para controle de extração e purificação de etileno

Info

Publication number: BRPI0707523A2
Application number: BRPI0707523-5A
Authority: BR
Inventors: C V Mcswain; George C Seaman
Original assignee: Celanese Int Corp
Priority date: 2006-02-07
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2011-05-03
Also published as: CN101421206A; KR20080103987A; AR059345A1; WO2007092187A3; TW200734284A; WO2007092187A2; TWI388535B; CN101421206B; US8598402B2; SG171667A1; MY146768A; JP5060492B2; CA2640677C; JP2009526051A; CA2640677A1; EP2001824A4; EP2001824A2; US20100174128A1

Abstract

SISTEMA DE ABSORçáO EM BUTANO PARA CONTROLE DE EXTRAçAO E PURIFICAçAO DE ETILENO A presente invenção descreve um processo de absorção em n-butano para a purificação do produto de etileno proveniente de um processo de oxidação de etano. O produto de oxidação de etano é introduzido em uma série de torres de absorção usando-se um solvente n-butano para remover os componentes inertes assim como purificando o etileno proveniente do produto. Uma primeira torre de absorção usa n-butano como um solvente para absorver tento o etano como o etileno, permitindo que os gases inertes sejam removidos da corrente. Uma corrente secundária rica em etileno proveniente desta torre é enviada a uma torre de purificação de etileno onde o etileno é purificado usando- se um solvente n-butano. A corrente de fundo proveniente da primeira torre de absorção é então enviada a uma torre intermediária de recuperação de etileno onde o etilenobruto é purificado, sendo a corrente de etileno de topo enviada à torre de purificação de etileno. A corrente de fundo, juntamente com a corrente de fundo da torre de purificação de etileno, compreendendo as duas principalmente etano e n-butano, são então enviadas a uma torre extratora para a recuperação de etano e a recuperação do solvente n-butano.

Description

SISTEMA DE ABSORÇÃO EM BUTANO PARA CONTROLE DE EXTRAÇÃO EPURIFICAÇÃO DE ETILENO

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção se refere em linhas gerais a um processointegrado para a purificação de uma corrente de etileno quecontém etano. Tais correntes são habitualmente encontradascomo produtos de reatores de oxidação de etano, onde oetano é oxidado em ácido acético e etileno.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A desidrogenação oxidante do etano em ácido acéticoe/ou etileno na fase gasosa a altas temperaturas éconhecida na técnica. A patente U.S. No. 4.568.790, porexemplo, descreve um processo para a oxidação de etano emetileno usando-se um óxido catalisador. A seletividadecalculada para o etileno a uma conversão de 650 por centode etano varia de 63 a 76 por cento. A patente U.S. No.4.524.236 descreve um processo para a oxidação do etano emetileno usando-se um catalisador óxido em que aseletividade para o etileno, a uma conversão de 51 porcento do etano, atinge 8 0 por cento. A patente U.S. No.5.162.578 descreve um processo para a preparação seletivade ácido acético a partir de etano, etileno ou de misturassuas com oxigênio e que resulta em uma seletividade acéticade 34 por cento e uma seletividade para etileno de 62 porcento com uma conversão do etano de 4 por cento. Um outroprocesso para a preparação de um produto compreendendoetileno e/ou ácido acético é descrito na patente européiaNo. EP 0 407 091 BI. De acordo com este processo, etanoe/ou etileno e · um gás contendo oxigênio molecular sãocolocados em contato a uma temperatura elevada juntamentecom um catalisador de oxido metálico misto, resultando emuma seletividade máxima para o ácido acético de 7 8 porcento a uma conversão de 14,3 por cento de etano. A maisalta seletividade para o etileno foi de 70 por cento a umaconversão de etano de 15 por cento.

O acetato de vinila é geralmente preparadocomercialmente colocando-se ácido acético e etileno emcontato com oxigênio molecular na presença de umcatalisador ativo para a produção de acetato de vinila. Osprocessos integrados para a produção de acetato de vinilasão conhecidos na técnica. A patente U.S. No. 6.852.877,que é incorporadas ao presente documento a título dereferência integralmente, descreve um processo para aprodução de acetato de vinila que compreende (1) fazer-se oetano reagir com oxigênio na presença de um catalisadorpara produzir ácido acético (oxidação do etano), (2) fazer-se o etano reagir com oxigênio na presença de umcatalisador para produzir etileno (desidrogenação oxidantedo etano); (3) fazer-se reagir o etileno e o ácido acéticoproduzido acima com oxigênio na presença de um catalisadorpara produzir uma corrente de produto acetato de vinila; e(4) separar-se o acetato de vinila da corrente de produtoproveniente da etapa (3).

Além disso, a patente U.S. No. 6.790.983 depropriedade comum, que é integralmente incorporada aopresente documento a título de referência, descreve umprocesso para a produção de acetato de vinila compreendendo(1) fazer-se reagir etano com oxigênio na presença de umcatalisador para produzir ácido acético e etileno (oxidaçãodo etano), (2) fazer-se reagir o etileno e o ácido acéticoproduzido acima com oxigênio na presença de um catalisadorpara produzir uma corrente do produto acetato de vinila; e(4) separar-se o acetato de vinila da corrente de produtoda etapa (2).

A Figura 1 mostra um processo de produção deetileno/ácido acético da técnica anterior comum. Nestesistema básico, uma corrente contendo etano (1) éintroduzida juntamente com um gás contendo oxigênio (2) emum reator de oxidação de etano (3). Este reator pode ser umreator de leito fluidifiçado ou um reator de leito fixo. Nointerior do reator (3), o etano é oxidado em ácido acético,etileno e diversos óxidos de carbono (COx). 0 efluentegasoso do reator (4) que contém estes três componentesprimários é introduzido em um depurador de gás dereciclagem (5) que produz uma corrente de topo contendoetileno, etano e COx , e a corrente de fundo (6) que contémácido acético, água e produtos secundário de extremidadespesados. A corrente de fundo (6) é então purificadaconforme é conhecido na técnica para produzir ácido acéticopurificado para venda ou para uso em um processo de acetatode vinila a jusante (não mostrado). 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 é então introduzidaem um separador de etano/etileno, uma separação que éfreqüentemente dispendiosa e de difícil execução. Acorrente de etano (10) é reciclada ao reator de oxidação(3) para uma nova conversão em ácido acético, ao passo quea corrente de etileno purificado (11) é enviada para umaunidade a jusante, tal como uma unidade de acetato devinila, ou armazenada para uma venda posterior.

Um problema comum na produção de ácidoacético/etileno é a purificação da corrente de etileno paraa produção comercial ou para material de alimentação parauma instalação de acetato de vinila. Quando o etano e/ouetileno é oxidado para produzir ácido acético e/ou etileno,a corrente do produto contém tanto etano como etileno. Aseparação destes dois componentes é muito problemática.Seria, portanto, desejável, se desenvolver um processo emque o etileno pudesse ser facilmente separado do etano, demodo a se produzir etileno para venda ou para uso em umprocesso a jusante, tal como em uma instalação de acetatode vinila.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção descreve um processo deabsorção em n-butano para a purificação de produto deetileno proveniente de um processo de oxidação de etano. 0produto de oxidação de etano é introduzido em uma série detorres de absorção que removem os componentes inertes,purificando também o etileno proveniente do produto. Umaprimeira torre de absorção utiliza n-butano como umsolvente para absorver tanto o etano como o etileno,permitindo que os gases inertes sejam removidos dacorrente. Uma corrente secundária rica em etilenoproveniente desta torre é enviada a uma segunda torre, s umatorre de purificação de etileno, onde o etileno épurificado usando um solvente de n-butano. Os resíduosprovenientes da primeira torre de purificação são enviadosa uma terceira torre, uma torre intermediária derecuperação de etileno. Nesta torre, o etileno bruto épurificado sendo a corrente de topo enviada à torre depurificação de etileno já mencionada para uma melhorrefinação e a corrente de resíduos, juntamente com acorrente de resíduos da torre de purificação de etileno,compreendendo as duas principalmente etano e n-butano,sendo enviadas a uma torre de depuração para recuperação deetano e recuperação do solvente n-butano.

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 depurificação de etileno da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A presente invenção propõe um processo para aseparação de etileno do etano no produto de um reator deoxidação de etano usando-se um processo de absorção em n-butano. A oxidação de etano pode ser conduzida em um reatorde leito fluidifiçado ou em um reator de leito fixo. Parauso em um leito fluidifiçado, o catalisador é normalmentetriturado até um tamanho de partícula na faixa de 10 a 200pm ou preparado por secagem por pulverização. 0 material dealimentação gasoso e qualquer gás de reciclagem combinadocom tal material de alimentação gasoso, contémprincipalmente etano, mas pode conter uma pequenaquantidade de etileno, e é introduzido no reator em formade um gás puro ou em uma mistura com um ou mais outrosgases. Exemplos adequados de tais gases adicionais ouveículos são nitrogênio, monóxido de carbono, dióxido decarbono, ar e/ou vapor d'água. 0 gás contendo oxigêniomolecular pode ser ar ou um gás que tem uma concentraçãomolecular de oxigênio mais elevada ou mais baixa 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 4 500C a aproximadamente 550°C, sendodecisivo que a temperatura seja suficientemente elevadapara oxidar o etano. A temperatura adequada dependerá docatalisador usado no reator de oxidação de etano. Existeuma ampla faixa de catalisadores para uso nesta reação, eos versados na técnica saberão como otimizar o desempenhodo catalisador encontrando a temperatura de reaçãoadequada. A pressão pode ser atmosférica ousuperatmosférica, de aproximadamente 1 a aproximadamente 50bar (de 100 a 5000 kPa) , por exemplo, de preferência deaproximadamente 1 a aproximadamente 30 bar (de 100 a 3000kPa) .

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 secundáriospesados. Este produto gasoso normal deixa o reator a umatemperatura entre aproximadamente 450 e aproximadamente600°C. O efluente gasoso produto do reator é então, depreferência, filtrado para remover os resíduos decatalisador e é então encaminhado a um processo deseparação, tal como o depurador de gás de reciclagemconhecido na técnica, para separar o ácido acético, a água,e os produtos secundários pesados da corrente de produto doreator de oxidação do etano. Neste depurador de gás dereciclagem, a água, o ácido acético, e outros produtossecundários pesados são extraídos da corrente de produto doreator e enviados a uma etapa subseqüente de purificação deácido acético. O produto de topo compreende o etano que nãoreagiu, etileno e todos os COx e outros gases inertes.

Os versados na técnica observarão que as torres,depuradores e encaminhamento a que se refere nos parágrafosprecedentes terão com eles associados diversos trocadoresde calor bombas e conectores e terão parâmetrosoperacionais que são determinados pela mistura específicade gases envolvidos. A determinação das configurações eparâmetros adequados está dentro da capacidade dos versadosna técnica, levando-se em conta a descrição acima. Noentanto, independentemente do modo como a água, o ácidoacético e as frações pesadas são removidos da corrente doproduto de reator de oxidação de etano, é o produto gasosorestante de etano que não reagiu, etileno e de gasesinertes que é então enviado ao processo de absorção em n-butano da presente invenção.

A corrente de gás de etano, etileno e gases inertesé enviada a uma primeira torre de absorção para purgar osgases inertes. Esta corrente gasosa é, de preferência,introduzida no fundo da torre de absorção, sendo o solventen-butano introduzido no topo da torres. Esta torre deabsorção opera a pressão de sistema de oxidação de etano eé usada para purgar os componentes inertes do sistema. Aoperação desta torre incide na capacidade dos versados natécnica.

Uma corrente secundária líquida proveniente daprimeira torre de absorção rica em etileno é removida eenviada diretamente a uma torre primária de purificação deetileno. Nesta torre, o material de n-butano absorve etanoe aumenta o teor de etileno da corrente de vapor do topo. Acorrente de etileno purificado pode então ser armazenadapara venda, ou ser enviada a uma unidade a jusante paraprocessamento subseqüente, tal como a uma unidade deacetato de vinila. Se o etileno for enviado a uma unidadede acetato de vinila, a torre de purificação de etilenoserá operada, de preferência, a uma pressão aproximadamenteigual à da unidade de acetato de vinila, para facilidade deprocessamento. A corrente de resíduos desta torre é enviadaa uma torre de extração, descrita abaixo para a recuperaçãodo solvente n-butano. A operação desta torre se encontradentro capacidade dos versados na técnica.

A corrente líquida de resíduos proveniente daprimeira torre de absorção é envidada a uma torreintermediária de recuperação de etileno. É preferível queesta torre opere a uma pressão alta, acima deaproximadamente 500 psia (3447,38 kPa), para reduzir asexigências de refrigeração do condensador de topo. Pode-seintroduzir n-butano adicional se a separação exigir, emboraisso não seja necessário. Uma corrente de vapor de toporica em etileno é então enviada à torre de purificação deetileno descrita acima para um corte subseqüente. Acorrente de resíduos da torre intermediária de recuperaçãode etileno é então enviada, juntamente com os resíduos datorre de purificação de etileno, a uma torre extratora e auma torre de etano para recuperação de n-butano e etano,respectivamente. 0 etano proveniente da torre de etano éreciclado para o processo de oxidação de etano, ao passoque o n-butano da torre extratora é reutilizado no interiordo sistema de absorção mencionado acima.A Figura 2 dá uma descrição gráfica de umamodalidade deste processo. A corrente gasosa (1) de etanoque não reagiu, etileno e gases inertes é enviada àprimeira torre de absorção (3) para purgar os gasesinertes. O solvente n-butano (2) é introduzido no topo datorre para absorção do etano e etileno. Os gases inertesque não se condensaram são removidos como corrente de topo(4) ao passo que a corrente de resíduos (10) é enviada àtorre intermediária de recuperação de etileno (11). Umacorrente secundária líquida rica em etileno (5) provenienteda primeira torre de absorção (3) é enviada diretamente auma torre primária de purificação de etileno (6) para apurificação do etileno. Nesta torre de purificação deetileno (6), o material de alimentação, n-butano (7) absorveetano e aumenta o teor de etileno da corrente de vapor detopo de etileno (8). A corrente de resíduos (13) da torrede purificação de etileno (6) é enviada a uma torreextratora (14), descrita abaixo, para a recuperação dosolvente n-butano.

A corrente líquida de resíduos proveniente daprimeira torre de absorção (3) é enviada a uma torreintermediária de etileno (11). Pode-se introduzir n-butano(20) adicional nesta torre se a separação assim exigir. Umacorrente de vapor de topo rica em etileno (9) é entãoenviada à torre de purificação de etileno (6) descritaacima para uma purificação subseqüente. A corrente deresíduos (12) da torre intermediária de recuperação deetileno (11) é então enviada com a corrente de resíduos(13) da torre de purificação de etileno (6) a uma torreextratora (14) para recuperação de n-butano (15) nacorrente de resíduos. A corrente de etano bruto de topo(16) é introduzida na torre de etano (17) onde uma correntede etano de topo (19) é recuperada, de preferência parareciclagem ao processo de oxidação do etano. Os resíduos datorre de etano (17) são enviados de volta à torre extratora(14) para a recuperação de n-butano para ser reutilizado nosistema de absorção mencionado acima.

Todas as composições e métodos descritos ereivindicados no presente documento podem ser preparadas eexecutados sem uma excessiva experimentação à luz dapresente descrição. Embora as composições e métodos dapresente invenção tenham sido descritos em termos demodalidades preferidas, será evidente aos versados natécnica que variações podem ser aplicadas às composiçõese/ou aos métodos, e/ou nas etapas e/ou na seqüência dasetapas dos métodos descritos no presente sem que hajadesvio do espírito e do âmbito da invenção. Todos taissubstitutos e modificações análogos evidentes aos versadosna técnica são considerados como incidindo no âmbito eespírito da invenção.

Claims

1. Processo para a produção de etileno,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:oxidar-se o etano para produzir uma correntecompreendendo etileno, gases inertes e etano, etratar-se a corrente em um sistema de absorção emn-butano para produzir uma corrente de gás inerte, umacorrente de etano de reciclagem, uma corrente de etilenopurificado e uma corrente de recuperação de n-butano.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de absorção em n-butano tem uma pressão operacional de aproximadamente 500psia (3447,38 kPa) ou mais.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que o etano é oxidado a umatemperatura de aproximadamente 4000C a aproximadamente 600 °C.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de absorção em n-butano compreende uma torre de absorção de solvente.

5. Processo para a produção de etileno,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:oxidar-se o etano para produzir uma corrente deefluente que compreende etileno, gases inertes e etano quenão reagiu;absorver-se o etano e o etileno provenientes dacorrente de efluente usando-se um solvente, em que éproduzida uma corrente rica em etileno; eprocessar-se a corrente de efluente em uma torre deabsorção em solvente para produzir pelo menos uma correntede fundo compreendendo etano, etiIeno, e solvente e umacorrente secundária rica em etileno.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda oprocessamento da corrente de fundo em uma torre paraproduzir pelo menos uma corrente de topo rica em etileno.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda oprocessamento da corrente secundária rica em etileno e acorrente de topo rica em etileno em uma torre para produziruma corrente de produto de etileno.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7,CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de solventeda corrente rica em etileno é maior que a concentração deetano.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 5,CARACTERIZADO pelo fato de que o solvente é n-butano.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 5,CARACTERIZADO pelo fato de que a torre é uma torre deabsorção em solvente.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 9,CARACTERIZADO pelo fato de que o solvente é n-butano.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 5,CARACTERIZADO pelo fato de que uma corrente de topoproveniente da etapa de absorção de etano e etileno dacorrente de efluente usando-se um solvente e a correntesecundária rica em etileno são combinadas antes de umacorrente combinada ser introduzida na torre de purificaçãode etileno.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 5,CARACTERIZADO pelo fato de que a corrente de fundo da etapade absorção de etano e etileno da corrente de efluenteusando-se um solvente e a da torre são combinadas antes deuma corrente combinada ser introduzida na torre de etano.

14. Processo para a produção de etileno,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:oxidar-se o etano para produzir uma corrente deefluente que compreende etileno, gases inertes e etano quenão reagiu;absorver-se o etano e etileno provenientes dacorrente de efluente usando-se um solvente, sendo produzidouma corrente rica em etileno;processar-se a corrente de efluente em uma torre deabsorção em solvente para produzir pelo menos uma correntede fundo que compreende etano, etileno e solvente e umacorrente secundária rica em etileno; eprocessar-se a corrente de fundo em uma torre deabsorção em solvente para produzir pelo menos uma correntede topo rica em etileno.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 14,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende o processamentoda corrente secundária rica em etileno e a corrente de toporica em etileno em uma torre para produzir uma corrente deproduto de etileno.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 15,CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de solventeda corrente rica em etileno é maior que a concentração deetano.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 14,CARACTERIZADO pelo fato de que o solvente é n-butano.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 14,CARACTERIZADO pelo fato de que a torre é uma torre deabsorção em solvente.

19. Processo, de acordo com a reivindicação 18,CARACTERIZADO pelo fato de que o solvente é n-butano.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 14,CARACTERIZADO pelo fato de que uma corrente de topoproveniente da etapa de absorção de etano e etileno dacorrente de efluente usando-se um solvente e a correntesecundária rica em etileno são combinadas antes de umacorrente combinada ser introduzida na torre de purificaçãode etileno.