ES2203119T3 - Procedimiento para la separacion de una mezcla de hidrocarburos de c4. - Google Patents
Procedimiento para la separacion de una mezcla de hidrocarburos de c4.Info
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Abstract
Procedimiento para la separación de una mezcla de hidrocarburos de C4, que contiene esencialmente 1, 3- butadieno, butenos, butanos, y otros hidrocarburos de C4 en al menos 4 fracciones, donde a) la fracción (a) está constituida esencialmente por 1, 3-butadieno, b) la fracción (b) está constituida esencialmente por butenos, c) la fracción (c) está constituida esencialmente por butanos y d) una o varias fracciones (d), que están constituidas esencialmente por los otros hidrocarburos de C4, a través de destilación por extracción por medio de N- metil-2-pirrolidona o una solución acuosa de N-metil-2- pirrolidona (NMP), donde 1. se pone en contacto la mezcla de hidrocarburos de C4 gaseosa en primer lugar con NMP en una zona de extracción (I), donde la relación de cantidades de NMP con respecto a la mezcla de hidrocarburos de C4 es de 5 :1 a 20 : 1, siendo absorbidos el 1, 3 butadieno y los otros hidrocarburos de C4 por el NMP esencialmente de forma completa, pero permaneciendo los butenos y butanos esencialmente en la fase de gas;
Description
Procedimiento para la separación de una mezcla de
hidrocarburos de c_{4}.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la separación de una mezcla de hidrocarburos de
C_{4}, que contiene esencialmente 1,3- butadieno, butenos,
butanos, y otros hidrocarburos de C_{4} en al menos 4 fracciones,
donde
a) la fracción (a) está constituida esencialmente
por 1,3- butadieno,
b) la fracción (b) está constituida esencialmente
por butenos,
c) la fracción (c) está constituida esencialmente
por butanos y
d) una o varias fracciones (d), que están
constituidas esencialmente por los otros hidrocarburos de
C_{4},
a través de destilación por extracción por medio
de
N-metil-2-pirrolidona
o una solución acuosa de
N-metil-2-pirrolidona
(NMP), donde
- 1.
- se pone en contacto la mezcla de hidrocarburos de C_{4} gaseosa en primer lugar con NMP en una zona de extracción (I), donde la relación de cantidades de NMP con respecto a la mezcla de hidrocarburos de C_{4} es de 5 :1 a 20 : 1, siendo absorbidos el 1,3 butadieno y los otros hidrocarburos de C_{4} por el NMP esencialmente de forma completa, pero permaneciendo los butenos y butanos esencialmente en la fase de gas;
- 2.
- los butenos y butanos no absorbidos (corriente de gas bc) y la solución de extracción formada en la etapa 1 (solución de extracción ad) se eliminan separados de la zona de extracción (I);
- 3.
- se transfiere la solución de extracción (ad) a una zona de desorción (I) con presión reducida y/o temperatura elevada con respecto a la zona de extracción (I) y en este caso se desorbe 1,3-butadieno a partir de la solución de extracción (ad), permaneciendo la parte principal de los otros hidrocarburos de C_{4} en la fase líquida;
- 4
- se eliminan la solución de extracción formada en la fase 3 (solución de extracción d) y el 1,3-butadieno desorbido (fracción a) separado de la zona de desorción (I) y, dado el caso, se retorna una parte de la fracción (a) a la zona de extracción I;
- 5.
- se transfiere la solución de extracción (d) a una segunda zona de desorción (II) con presión reducida y/o temperatura elevada con respecto a la zona de desorción (I) y con un gradiente de presión y/o de temperatura y en este caso se desorben 1,3-butadieno que permanecía todavía allí procedente de la solución de extracción (d) y los otros hidrocarburos de C_{4} fraccionados al menos como 2 fracciones separadas, donde en al menos una de las dos fracciones (fracciones d), la porción de los otros hidrocarburos de C_{4} es al menos 10 veces mayor que en la solución de extracción (d), con respecto a la porción de todos los hidrocarburos de C_{4}, y en al menos una de las fracciones (fracciones dR), la porción de los otros hidrocarburos de C_{4} es correspondientemente menor que en las fracciones (d), con respecto a la porción de todos los hidrocarburos de C_{4},
- 6.
- se eliminan la NMP formada en la zona de desorción (II), que está esencialmente libre de hidrocarburos de C_{4}, y las fracciones (d) y (dR) separadas de la zona de desorción II y se retornan una o varias fracciones (dR) a la zona de desorción (I);
- 7.
- se pone la corriente de gas (bc) en contacto en primer lugar con la NMP formada en la etapa 6 en una zona de extracción (II), siendo absorbidos los butenos por la NMP esencialmente de forma completa, pero permaneciendo los butanos esencialmente en la fase de gas;
- 8.
- se eliminan los butanos no absorbidos (fracción c) y la solución de extracción formada en la etapa 1 (solución de extracción b) desde la zona de extracción (II);
- 9.
- se transfiere la solución de extracción (b) a una zona de desorción (III) con presión reducida y/o temperatura elevada con respecto a la zona de extracción (II) y se desorben en este caso los butenos a partir de la solución de extracción (b);
- 10.
- se eliminan la NMP formada en la etapa 9, que está esencialmente libre de hidrocarburos de C_{4}, y los butenos desorbidos (fracción b) desde la zona de desorción (III);
- 11.
- se retorna la NMP formada en la etapa 9 a una de las zonas de extracción;
- 12.
- se retorna una parte de la fracción de 1,3-butadieno (a), que se elimina desde la zona de desorción (I), a la zona de extracción (I) (fracción a1) y se pone la otra parte (fracción a2) de nuevo en contacto en una zona de extracción (III) con NMP, que ha sido recuperada según la etapa 6 de la reivindicación 1, siendo la relación de NMP con respecto a la fracción de butadieno bruto (a2) de 1 : 3 a 1 : 7, y siendo desorbida la parte predominante de otros hidrocarburos de C_{4}, que están contenidos todavía como impureza en la fracción (a2), desde la NMP (solución de extracción ax); y
- 13.
- se elimina la parte no absorbida de la fracción (a2) (fracción a3) separada de la zona de extracción y se retorna la solución de extracción (ax) a la zona de extracción (I).
Este procedimiento se representa de forma
esquemática en la figura 1.
Se conoce, por ejemplo, por el documento
DE-A-2724365 un procedimiento para
la separación de 1,3-butadieno a partir de una
mezcla de hidrocarburos de C_{4}. En este procedimiento se
obtiene, dicho brevemente, a partir de una mezcla de hidrocarburos
de C_{4}, que contiene butanos, butenos,
1,3-butadieno y otros hidrocarburos de C_{4}, a
través de destilación por extracción con NMP como agente de
absorción, a través de diferentes etapas de absorción y desorción,
una fracción mixta de butanos-butenos, una fracción
de 1,3-butadieno y una fracción, que contiene la
mezcla restante de hidrocarburos de C_{4}. La NMP necesaria
circula en el marco del procedimiento general a través de un
circuito cerrado. NMP, que no contiene ya hidrocarburos de C_{4}
(NMP descargada), es cargada al comienzo de un ciclo en primer
lugar con la mezcla de hidrocarburos de C_{4}, circula a través de
las diferentes fases de absorción y desorción hasta que se prepara
al final de un ciclo NMP descargada, desorbiendo totalmente los
hidrocarburos de C_{4}. El procedimiento se caracteriza porque las
fases individuales son acopladas de una manera especialmente
favorable a través de procesos de intercambio de calor
indirecto.
La separación de 1,4-butadieno y
2-butenos en fracciones separadas así como la
separación de 1,3-butadieno y acetilenos en
fracciones separadas a partir de mezclas de hidrocarburos de
C_{4} se describe por V. A. Gorshkov y col. en la publicación
"The Soviet Chemical Industry", Nº11, Noviembre de 1971.
El documento
EP-A-141356 se refiere igualmente a
la separación de una fracción de 1,3-butadieno, a
partir de una mezcla de hidrocarburos de C_{4} por medio de
destilación por extracción utilizando NMP. La utilización de
columnas, en las que están integradas la zona de absorción y la
zona de desorción en una única columna respectiva, hacen que este
procedimiento sea especialmente rentable.
Se conoce por el documento
EP-A-5788 un procedimiento para la
separación de una fracción de 1,3-butadieno y de
una fracción de butina a partir de una mezcla de hidrocarburos de
C_{4} por medio de destilación por extracción utilizando NMP.
El documento
EP-A-9630 se refiere a un
procedimiento para la separación por separado de estireno y
1,3-butadieno a partir de una mezcla, que contiene,
por lo demás, hidrocarburos de C_{4}, donde se separa en primer
lugar el estireno a partir de la mezcla a través de destilación y se
separa 1,3-butadieno a partir de la mezcla restante
por medio de destilación por extracción.
Se conoce por el documento US 5242550 la
separación de una mezcla de buteno-butano por medio
de destilación por extracción por medio de NMP como agente de
absorción.
En el documento
EP-A-149145 se describe un
procedimiento para la separación de una mezcla de carbono de
C_{4} a través de destilación por extracción, cuyo procedimiento
se puede aplicar, por ejemplo, para la separación de una mezcla de
hidrocarburos de C_{4} que contiene 1,3- butadieno.
El cometido de la presente invención era preparar
un procedimiento, con el que es posible de una manera especialmente
eficiente y económica la separación de una mezcla de hidrocarburos
de C_{4} en una fracción de butano, fracción de buteno, fracción
de 1,3-butadieno así como una fracción que contiene
los otros hidrocarburos de C_{4}. En este procedimiento, deben ser
especialmente reducidas las cantidades de energía necesarias y los
costes de inversión.
De acuerdo con ello, se ha encontrado el
procedimiento descrito al principio.
El procedimiento se puede aplicar a mezclas de
hidrocarburos de C_{4}, que contienen
1,3-butadieno, buteno, butano y otros hidrocarburos
de C_{4} así como cantidades reducidas de impurezas en
hidrocarburos de C_{3} y C_{5}.
Tales mezclas de hidrocarburos de C_{4} se
obtienen, por ejemplo como fracciones de C_{4} durante la
fabricación de etileno y/o propileno a través de disociación
térmica de una fracción de petróleo, por ejemplo de gas petróleo
licuado (LPG), bencina ligera (nafta), gas-oil o
similares como fracción de hidrocarburos. Además, tales fracciones
de C_{4} se obtienen durante la deshidrogenación catalítica de
n-butano y/o n-buteno. Las
fracciones de C_{4} contienen, en general, butanos,
n-butenos, isobuteno,
1,2-butadieno, acetileno de vinilo, acetileno de
etilo, 1,2-butadieno y, dado el caso, cantidades
reducidas de hidrocarburos de C_{5}, donde el contenido de
1,3-butadieno es, en general de 10 a 80 % en peso,
con preferencia de 20 a 70 % en peso, especialmente de 30 a 60 % en
peso, mientras que el contenido de las fracciones de C_{4} en
acetileno de vinilo, acetileno de etilo y
1,2-butadieno (designados en el texto siguiente como
"otros hidrocarburos" no excede, en general, 5 % en peso.
El procedimiento según la invención se puede
aplicar con ventaja especialmente a aquellas mezclas de
hidrocarburos de C_{4} que contienen:
- 10 a 80 % en peso de
1,3-butadieno;
- 10 a 60 % en peso de butenos;
- 5 a 40 % en peso de butanos;
- 0,1 a 5 % en peso de otros hidrocarburos de
C_{4}, y
- 0 a máximo 5 % en peso de hidrocarburos de
C_{3} y C_{5}.
En la
N-metil-2-pirrolidona
empleada como disolvente selectivo o bien su solución acuosa
(N-metil-2-pirrolidona
y su solución acuosa designada a continuación de forma abreviada
como "NMP") se trata, en general, de un producto técnico
habitual, que puede contener hasta 15% en peso de agua.
Las zonas de extracción se realizan con
preferencia en forma de columnas a través de las cuales se conducen
las corrientes de gas a contracorriente de la NMP.
En la etapa 1 se alimenta la mezcla de
hidrocarburos de C_{4} a separar en primer lugar en forma de gas
con NMP a una zona de extracción (I) y se ponen en contacto allí
entre sí, siendo absorbidos esencialmente de forma completa el
1,3-butadieno y los otros hidrocarburos de C_{4},
pero permaneciendo los butenos y butanos esencialmente en la fase de
gas. En la mezcla de NMP e hidrocarburos de C_{4}, alimentada, la
relación de cantidades de NMP con respecto a la mezcla de
hidrocarburos de C_{4} es de 5 :1 a 20 : 1 en la zona de
extracción (I).
Para esta etapa de extracción son adecuados los
procedimientos de extracción conocidos en general.
A partir de la zona de extracción (I) se retira,
en general, una corriente de gas, sobre todo los butanos y butenos
no absorbidos así como, en el caso de que estén contenidos
hidrocarburos de C_{3} y C_{5} como impurezas en la mezcla de
C_{4}, propano propeno y propadieno así como trazas de
hidrocarburos de C_{5} (corriente de gas bc), en la cabeza de la
columna y la solución de extracción (solución de extracción ad)
desde la cola de la columna.
La solución de extracción (ad) contiene, en
general, solamente todavía de 0 a 2% en peso de butenos y butanos,
además de, en el caso de que estén presentes, propina y/o casi toda
la cantidad de hidrocarburos de C_{5}.
La corriente de gas (bc) contiene, además de los
butenos y butanos, en general, sólo todavía de 0 a 1% en peso del
1,3-butadieno presente originalmente en la mezcla
de hidrocarburos de C_{4} y de los otros hidrocarburos de
C_{4}.
La zona de extracción (I) está realiza, en
general, en forma de una columna de lavar, con platos, cuerpos de
relleno o empaquetaduras estructuradas como estructuras internas.
Éstas presentan de una manera más ventajosa de 40 a 80 platos
teóricos. La presión de las columnas depende de la temperatura del
medio de refrigeración (agua de pozo, agua de río, agua marina,
refrigerante como propileno líquido, amoníaco líquido o salmuera).
Está entre 2 y 6 bares, con preferencia en 4,5 bares. El perfil de
la temperatura en la zona de extracción se determina a través de la
temperatura de la NMP. Es ventajoso reducir el perfil de la
temperatura a través de condensación parcial de la fracción (bc),
puesto que a temperatura más baja se mejora la potencia de
separación. Un valor típico para la condensación está en 20%. De
ello resulta una temperatura de 40 ºC a 60 ºC en la cabeza de la
columna.
Para la desorción del 1,3-buteno
a partir de la solución de extracción (ad) se transfiere a una zona
de desorción (I) con presión reducida y/o temperatura elevada con
respecto a la zona de extracción (I) y en este caso se desorbe
1,3-butadieno (fracción a de
1,3-butadieno) a partir de la solución de
extracción (ad), permaneciendo la parte principal de los otros
hidrocarburos de C_{4}, propina e hidrocarburos de C_{5} en la
fase líquida.
Con preferencia, en la zona de desorción (I), la
presión está a la misma altura que en la zona de extracción (I) y
la temperatura es de 20ºC a 25ºC más alta que en la zona de
extracción (I).
La fracción de 1,3-butadieno (a)
eliminada de la zona de desorción (I) presenta habitualmente una
pureza de 95 a 99% en peso.
La solución de extracción (d) formada a través de
desorción de 1,3- butadieno en la zona de desorción (I) es eliminada
a continuación desde la zona de desorción (I) y es transferida a
una segunda zona de desorción (II) con presión reducida y/o
temperatura elevada con respecto a la zona de desorción (I).
Durante la transferencia de la solución de extracción (d) desde la
zona de desorción (I) hacia (II) se pasa de una manera más
ventajosa a través de una zona de intercambio de calor, en la que
se evapora una parte de los hidrocarburos contenidos en la solución
de extracción (d), siendo alimentada esta corriente de gas
directamente de nuevo a la cola de la zona de desorción (I). La
presión y la temperatura son seleccionadas en este caso de tal forma
que son desorbidos prácticamente todos los hidrocarburos de C_{4}
que permanecen todavía en la NMP, estando, en general a 1,5 bares y
150ºC.
En la zona de desorción II, a partir de la
solución de extracción (d) son desorbidos el
1,3-butadieno que permanece todavía allí y los otros
hidrocarburos de C_{4} así como, dado el caso, los hidrocarburos
de C_{5} que permanecen todavía allí, fraccionados al menos como
dos fracciones (d) separadas, donde en al menos una de las
fracciones (fracción d), la porción de los otros hidrocarburos de
C_{4} es al menos 10 veces, en general de 10 a 100 veces, con
preferencia de 20 a 80 veces mayor que en la solución de extracción
(d), con respecto a la porción de todos los hidrocarburos de
C_{4}, y en al menos una de las fracciones (fracción dR), la
porción de los otros hidrocarburos de C_{4} es menor que en las
fracciones (d), con respecto a la porción de todos los hidrocarburos
de C_{4}. Con preferencia, en la zona de desorción (II), los
hidrocarburos de la solución de extracción (d) son separados en una
fracción (d) y una fracción (dR), respectivamente, donde la fracción
(d) está constituida esencialmente hasta al menos un 20 % en peso,
de manera especialmente preferida de 20 a 40% en peso, por otros
hidrocarburos de C_{4}, y, por lo demás, por butadieno y la
fracción (dR) está constituida esencialmente en más del 80% en peso,
de manera especialmente preferida de 85 a 95% en peso por butadieno
y, por lo demás, por otros hidrocarburos de C_{4}.
La NMP formada en la zona de desorción (II), que
está esencialmente libre de hidrocarburos, y las fracciones (d) y
(dR) son separadas de forma separada desde la zona de desorción II
y una o varias de estas fracciones (dR) son retornadas a la zona de
desorción, por ejemplo a la cola de la columna de lavado.
Con preferencia, la caída de la presión es
superada en este caso a través de un compresor. La fracción (d) es
tratada habitualmente a contracorriente con agua (condensado) para
absorber la mayor parte de la NMP contenida en ella.
En general, la relación de masas de las
fracciones retornadas a la zona de desorción (I) con respecto a las
tomadas del sistema es de 20:1 a 80:1.
La zona de desorción (II) está constituida, en
general, por una columna principal con columna secundaria. Ambas
están concebidas como columnas de lavado. La columna principal
contiene, en general, empaquetaduras de cuerpos de relleno, puesto
que su pérdida de presión reducida aquí repercute de manera
favorable. La columna principal debería presentan de 10 a 15 platos
teóricos. La columna secundaria presenta, en general, 10 platos
prácticos. La presión está, en general, en 1,5 a 1,6 bares; la
temperatura en la cola de la columna principal es de 140 a 150ºC y
en su cabeza de 80ºC a 100ºC. Mientras que las fracciones (d) son
tomadas como corriente secundaria con preferencia a 130ºC a 140ºC,
las fracciones (dR) se extraen habitualmente a través de la
cabeza.
Si se desea una fracción de
1,3-butadieno con una pureza especialmente alta, se
procede con preferencia de la siguiente manera:
- -
- la fracción de 1,3-butadieno (a), que se elimina de la zona de desorción (I), se disocia en dos corrientes parciales fracción (a1) y fracción (a2), siendo retornada la fracción (a1) a la zona de extracción I (con preferencia se conduce a la zona de la columna de extracción I) y siendo puesta en contacto la fracción (a2) de nuevo con MP en una zona de extracción (III), que ha sido recuperada desde la zona de desorción (II) o (III),siendo absorbidas una parte de la fracción (a2) y la parte predominante de otros hidrocarburos de C_{4}, que están contenidos como impureza en la fracción (a2), por la NMP (solución de extracción ax).
- -
- La parte no absorbida de la fracción (a2) (fracción a3) es eliminada de forma separada desde la zona de extracción y la solución de extracción (ax) es retornada a la zona de extracción (I).
Esta variante se ilustra en la figura 2.
La relación de masas en NMP con respecto a la
fracción de 1,3-butadieno (a) corresponde, en
general, a 1:3 a 1:7, en función de la composición de la mezcla de
empleo de C_{4} y de las especificaciones de la fracción (a3).
La relación de las corrientes de substancia de
las fracciones (a1) y (a2) está habitualmente en 1:1 a 4:1.
La fracción de 1,3-butadieno (a3)
contiene como impurezas sobre todo todavía hidrocarburos de C_{3}
y C_{5} así como 1,2-butadieno. Estas impurezas
son separadas, en general, a continuación en dos columnas de
destilación convencionales.
Para la zona de extracción (III) se aplica, según
el sentido, lo mismo que para la zona de extracción (I), en lo que
se refiere a la realización de la columna de extracción y los
parámetros de presión y temperatura. La relación en NMP alimentada
con respecto a la fracción de butadieno bruto (a2) corresponde a 1:3
a 1:7.
El 1,3-butadieno no absorbido y
el 1,3-butadieno extraído desde la zona de
extracción presentan habitualmente una pureza de más del 98% en
peso.
La corriente de gas (bc), opcionalmente bajo la
adición de la corriente adicional externa (corriente de gas Zbc),
es puesta en contacto en primer lugar con la NMP recuperada en la
zona de desorción (II) en una zona de extracción (II), siendo
absorbidos los butenos esencialmente de forma completa por la NMP,
pero permaneciendo los butanos esencialmente en la fase de gas.
La zona de extracción (II) está realizada, en
general, en forma de una columna de lavar, con platos, cuerpos de
relleno o empaquetaduras estructuradas como estructuras internas.
Éstas deben presentar de 30 a 70 platos teóricos para conseguir un
efecto de separación suficientemente bueno. La presión en la zona
de extracción (II) se selecciona para que la corriente de gas (bc)
pueda llegar desde la zona de extracción (I) sin medios auxiliares
técnicos adicionales a la zona de extracción (II).
Además, depende del medio de refrigeración
disponible para condensar la fracción (c). Un valor típico para la
presión está en 4,0 bares. Se presupone la refrigeración con
agua.
Con ventaja, la columna de lavar está equipada en
la cabeza de la columna con una zona de relavado, que comprende,
por ejemplo, 4 platos teóricos. Esta zona de relavado sirve para la
recuperación de la NMP contenida en la fase de gas por medio del
retorno de hidrocarburo líquido, a cuyo fin ha sido condensada
previamente la fracción (c). De esta manera, al mismo tiempo se
puede influir sobre el perfil de la temperatura en la zona de
extracción (III). Como ya se ha mencionado en la zona de extracción
(I), también aquí se aplica que una temperatura más baja favorece
la potencia de separación. Las temperaturas típicas en la cabeza de
la columna están entre 35ºC y 45ºC.
La relación de masas de NMP con respecto a la
corriente de gas (bc), incluida la corriente de gas Zbc opcional,
en la afluencia a la zona de extracción (II) es de 10:1 a 20:1, en
función de las especificaciones de las fracciones (b) y (c) y de la
composición de la mezcla de empleo de C_{4} así como de la
corriente adicional Zbc.
En la zona de extracción (II) se forma una
fracción de butano en forma de gas (fracción c) y una solución de
extracción (b) que contiene la fracción de buteno (fracción b). Si
se lleva a cabo la destilación por extracción como se ha descrito
anteriormente, entonces se obtiene una fracción (b), que está
contaminada hasta 5% en peso con butanos y una fracción (c), que
está contaminada hasta 15% en peso con butenos.
La solución de extracción (b) es transferida a
una zona de desorción (III) con presión reducida y/o temperatura
elevada con respecto a la zona de extracción (II), siendo
desorbidos los butenos a partir de la solución de extracción (b). La
desorción de los butenos y de los otros hidrocarburos de C_{4}
contenidos allí, dado el caso, como impureza, se puede realizar de
una manera similar a la desorción de los otros hidrocarburos de
C_{4} en la zona de desorción (II).
La zona de desorción (III) puede estar realizada,
por ejemplo, en forma de una columna de lavar, que presenta de 5 a
15, con preferencia de 8 a 10 etapas teóricas y una zona de
relavado, por ejemplo, con 4 etapas teóricas. Esta zona de relavado
sirve para la recuperación de la NMP contenida en la fase de gas por
medio de retorno de hidrocarburo líquido, a cuyo fin se condensa
previamente la fracción (b). Con ventaja, los montones de los
cuerpos de relleno se pueden prever como estructura internas. La
presión en la cabeza de la columna está, en general, en 1,5 y 1,6
bares. La temperatura en la cola de la columna está, en general, en
130ºC a 150ºC.
La NMP recuperada en la zona de desorción es
retornada a las zonas de extracción (I), (II) y/o (III).
Se consigue una ventaja cuando la NMP recuperada
en la zona de desorción (III) es retornada sólo a las zonas de
extracción (I) y (II) y la NMP recuperada en la zona de desorción
(II) es retornada esencialmente a la zona de extracción (III).
Por lo tanto, la ventaja depende de que la
separación de butenos / butanos a partir de una mezcla de
hidrocarburos de C_{4} por medio de NMP se realiza de forma más
sencilla que la separación de una mezcla de butenos - butanos en
dos fracciones de butenos y butanos de alta pureza. En este caso,
permanece en un único circuito de disolvente.
En oposición a la zona de extracción (III), que
necesita NMP de salida de alta pureza, la calidad de la NMOP para
las zonas de extracción (I) y (II) no tiene que ser tan alta. Esto
significa de una manera ventajosa una ganancia en el sentido de que
no tiene que ser tan alto el grado de gasificación de la NMP y, por
lo tanto, el consumo de vapor externo para la desorción de
hidrocarburos en la zona de desorción (III). En oposición a la NMP
procedente de la zona de desorción (II), donde se pretenden de 0 a
10 ppm en peso en hidrocarburos de C_{4}, la NMP procedente de la
zona de desorción (III) puede presentar, en general, 1000 y más ppm
en peso. Esto no interfiere en la pureza del producto de las
fracciones (b) y (c). Pero, por otra parte, un contenido en
hidrocarburos reduce la temperatura de ebullición de la LM. Pero
puesto que se aprovecha, por razones económicas, el contenido de
calor de la NMP procedente de la zona de desorción (III), no se
puede impulsar en una medida discrecionalmente amplia la bajada de
la temperatura de ebullición a través de la elevación del contenido
residual en hidrocarburos. Por estos motivos, resultan las
temperaturas de la cola de 130ºC a 150ºC indicadas anteriormente. A
una temperatura de la cola de 138ºC resulta un contenido residual
en hidrocarburos de aproximadamente 800 ppm en peso.
El procedimiento según la invención se puede
llevar a la práctica de una manera especialmente económica
conduciendo el calor de la NMP, que se obtiene a través de la
cocción de las soluciones de extracción (b) y (d), a través de
intercambio de calor indirecto en una zona de intercambio de calor,
a las zonas de desorción (I), (II) y/o (III) y llevando a cabo la
desorción en estas zonas de desorción elevando la temperatura en la
zona de desorción (I) con respecto a la temperatura existente en la
zona de extracción (I), elevando la temperatura en la zona de
desorción (II) con respecto a la temperatura existente en la zona
de desorción (I) y elevando la temperatura en la zona de desorción
(III), con respecto a la temperatura existente en la zona de
extracción (II), respectivamente.
La separación de la fracción (a) (butadieno) a
partir de la mezcla de hidrocarburos de C_{4} se realiza con
preferencia tal como se describe en el documento
DE-A-2724365. De manera
especialmente preferida, esta parte del procedimiento se realiza
como se describe con relación a la figura 3.
De acuerdo con esta variante del procedimiento,
se procede de la siguiente manera:
La destilación por extracción se lleva a cabo en
más de una columna, en general, en dos columnas, que disponen
juntas demás de 100 platos prácticos. De manera conveniente, en el
caso de utilización de dos columnas, la fase de absorción que se
encuentra por encima del punto, en el que se introduce la mezcla de
hidrocarburos de C_{4}, en la zona de destilación por extracción,
se desarrolla en la primera columna y la fase de enriquecimiento
que se encuentra por debajo del punto de introducción de la mezcla
de hidrocarburos se desarrolla en la segunda columna, es decir, que
el punto de introducción para la mezcla de hidrocarburos está en la
cabeza de la segunda columna o con preferencia en la cola de la
primera columna. Con preferencia, entre la fase de absorción y la
fase de enriquecimiento no se intercala ninguna fase de compresión,
sino que se mantienen dentro de la zona de destilación por
extracción las relaciones de presión, que se ajustan por sí mismas
en la zona de destilación por extracción en caso de ausencia de
fases de compresión y/o de reducción de la presión dentro de la
zona de destilación pro extracción, de manera que la presión en el
fondo de la zona de destilación por extracción corresponde, de
acuerdo con la pérdida de presión habitual en las columnas, al
menos a la presión en la cabeza de la zona de destilación por
extracción. En general, la diferencia de presión entre la cabeza y
la cola de la zona de destilación por extracción es de 0,1 a 3, con
preferencia de 0,2 a 2 bares.
En general, se aplican en la zona de destilación
por extracción presiones entre 1 y 9, con preferencia de 2 a 8
bares, especialmente de 3 a 7 bares. Las presiones en el tercio
inferior de la zona de destilación por extracción, es decir, la
región que es ocupada por los platos inferiores de la zona de
destilación por extracción, que corresponden aproximadamente a un
terco del número total de platos de la zona de destilación por
extracción, son, en general, de 1,5 a 9, con preferencia de 2,5 a
8, especialmente de 3,5 a 7 bares.
El extracto tomado a partir de las zonas de
destilación por extracción se lleva en primer lugar a una presión
más elevada que la presión en la zona de destilación por
extracción.
Esto se puede realizar, por ejemplo, con una
bomba de líquido. En general, esta elevación de la presión se
realiza de forma esencialmente isoterma, es decir, que solamente se
producen aquellas modificaciones de la temperatura, por ejemplo una
elevación de la temperatura hasta 1ºC, que están condicionadas por
la medida que conduce a la elevación de la presión, por ejemplo el
proceso de bombeo. En general, se lleva el extracto a presiones que
están de 1 a 20, con preferencia de 2 a 18, especialmente de 3 a 15
bates por encima de la presión en la zona de destilación por
extracción, especialmente por encima de la presión en al tercio
inferior de la zona de destilación por extracción.
El extracto que está a presión elevada es
calentado a continuación en una zona de intercambio de calor en el
intercambio de calor indirecto con el disolvente selectivo obtenido
a partir de la zona de recuperación de disolvente como producto de
cola. El disolvente selectivo es retornado, después del intercambio
de calor, a la zona de destilación por extracción. A través del
intercambio de calor con el disolvente selectivo se eleva la
temperatura del extracto, en general, aproximadamente de 5 a 80,
con preferencia de 30 a 70, especialmente de 15 a 60ºC.
El extracto calentado es distendido a
continuación a través de la evaporación de distensión (evaporación
instantánea) a una presión, que corresponde al menos a la presión
en la zona de destilación por extracción, con preferencia al menos a
la presión en el tercio inferior de la zona de destilación por
extracción y que es más alta que la presión en la zona de
recuperación del disolvente conectada aguas abajo. Para la reducción
de la presión es decisivo que la porción en forma de vapor del
extracto, que se forma durante la evaporación de distensión, se
pueda retornar sin fase de compresión a la zona de destilación por
extracción. Por consiguiente, en la evaporación de distensión, si
distiende, en general, a presiones que están de 0,05 a 2,0, con
preferencia de 0,1 a 1 bar por encima de la presión en el lugar de
introducción de la porción en forma de vapor del extracto a la zona
de destilación por extracción. La evaporación de distensión se
realiza, por ejemplo, en un dispositivo compuesto por una válvula
reductora de la presión sobre un evaporador adiabático, siendo
conectado aguas abajo, dado el caso, un recipiente de separación de
las fases para una separación mejorada de la fase en forma de vapor
y de la fase líquida que se configuran durante la evaporación de
distensión.
La combinación de la zona de intercambio de calor
para el intercambio de calor entre el extracto procedente de la
zona de destilación por extracción y el disolvente selectivo
retornado desde la zona de recuperación de disolvente con la
evaporación de distensión conectada a continuación se puede aplicar
en una fase. No obstante, también es posible aplicar más de una,
por ejemplo de 2 a 4, con preferencia de 2 a 3 combinaciones de
este tipo, de una manera conveniente en conexión consecutiva. A
través de la aplicación de más de una de estas fases de intercambio
de calor - evaporación de distensión y retorno de las corrientes
parciales obtenidas de esta manera a diferentes lugares de
afluencia de la zona de destilación por extracción se pueden reducir
la potencia de separación necesaria de la destilación por
extracción y las dimensiones de la columna de destilación por
extracción. Además, es posible intercalar entre la última zona de
evaporación de distensión y la zona de recuperación del disolvente
otra zona de intercambio de calor.
La porción del extracto en forma de vapor, que se
forma en la o bien en las zonas de evaporación por distensión, que
es, en general, de 20 a 80, con preferencia de 40 a 70% en peso, de
los hidrocarburos en el extracto, es retornada a la zona de
destilación por extracción. En general, la fase en forma de vapor
retornada es introducida en el tercio inferior de la zona de
destilación por extracción, con preferencia en la cola de la zona de
destilación por extracción, por ejemplo en un punto que se
encuentra aproximadamente a la altura del plato más bajo de la
columna. En la evaporación por distensión escalonada, se pueden
separar las porciones en forma de vapor contenidas en las etapas
individuales y se pueden reconducir a la zona de destilación por
extracción después de su reunión.
La fase líquida, que permanece después de la
evaporación por expansión, del extracto procedente de la zona de
destilación por extracción es alimentada a una zona de recuperación
del disolvente, que es impulsada a una presión más baja que la
presión que existe en la zona de evaporación de distensión. La
distensión de la fase líquida remanente del extracto a la presión
más baja en la zona de recuperación del disolvente se realiza de
manera conveniente a través de una válvula reductora de la presión
intercalada. En general, la presión en la zona de recuperación del
disolvente es de 0,1 a 8, con preferencia de 0,5 a 7, especialmente
de 1 a 6 bares menor que la presión en la o bien en las zonas de
evaporación de distensión. La zona de recuperación del disolvente se
puede accionar como gasificador o como separador de disolvente. A
la zona de recuperación de disolvente se alimenta, en general,
vapor, por ejemplo a través de un intercambiador de calor indirecto
con vapor de agua (hervidor).
La NPM obtenida como producto de cola de la zona
de recuperación de disolvente, liberada de los hidrocarburos es
retornada a las etapas de extracción (I) y (III) a través de la
zona de intercambio de calor, en la que se lleva a cabo el
intercambio de calor con el extractor procedente de la zona de
destilación por extracción.
El producto obtenido a partir de la zona de
recuperación de disolvente, que contiene los hidrocarburos, que es
extraído, en general, como corriente de cabeza o como corriente de
cabeza y corriente secundaria, recorre parcialmente o, dado el
caso, totalmente en primer lugar una etapa de compresión y es
reconducido después de la compresión a la zona de destilación por
extracción. En la zona de compresión se comprime la corriente de
hidrocarburos a una presión que corresponde al menos a la presión
en la zona de destilación por extracción. En general, se comprime
la corriente de hidrocarburos a presiones que están de 0,05 a 2, con
preferencia de 0,1 a 1 bar, por encima de la presión en el lugar de
introducción de la porción en forma de vapor del extracto a la zona
de destilación por extracción.
La figura 3 es un diagrama esquemático de una
forma de realización de la variante preferida. En esta forma de
realización, 2 zonas de destilación por extracción están conectadas
una detrás de otra. La primera zona de destilación por extracción
se forma por la columna 1 así como por la parte superior estrechada
2 de la columna, mientras que la segunda zona de destilación por
extracción se forma por la columna 4 y la parte inferior de la
columna 3. La NMP es añadida a través del conducto 5 en la parte
superior de la columna 1 y es añadido a través del conducto 6 en la
parte superior de la columna 4. A través del conducto 7 se alimenta
una mezcla de hidrocarburos de C_{4} por la cola de la columna
1.
Además, las columnas 2/3 y 4 están en
comunicación directa. Una corriente parcial en forma de gas es
extraída de la columna 2 y es lavada a contracorriente con LM a
través del conducto 6.
Por la cabeza de la columna 1 se extrae un
refinado, que está constituido esencialmente por butenos y
butanos.
Por la cabeza de la columna 4 se extrae a través
del conducto 9 7un 1,3- butadieno esencialmente puro.
A través de la extracción secundaria de la
columna 10 se elimina a través del conducto 11 una corriente de gas
que contiene esencialmente los otros hidrocarburos y otras
impurezas.
La presión en la parte de la columna 3 es
aproximadamente 5 bares. El extracto extraído a través del conducto
12 es llevado a través de la bomba de líquido 13 a una presión de
15 bares y a continuación es calentada en el intercambiador de calor
de 70ºC a 125ºC con la NMP extraída desde el gasificador 10 a
través del conducto 24 y que está esencialmente libre de
hidrocarburos de C_{4}. El extracto calentado es conducido a
continuación a través de la válvula reductora de la presión 15 y es
distendido a una presión de aproximadamente sobre 5 bares. Mientras
que la fase en forma de gas, formada en el depósito separador de
las fases 16, es retornada inmediatamente de nuevo a través de los
conductos 22 y 23 a la columna 3, la fase líquida del extracto,
obtenida después de la evaporación de distensión, es alimentada a
través del conducto 17 a otra válvula reductora de la presión,
donde se lleva a cabo una caída de la presión al nivel de la
presión de la columna 10, habitualmente 1,5 bares.
En la cabeza de la columna 10 es extrae a través
el conducto 19 una corriente de hidrocarburos, que es alimentada
después de la compresión en el compresor 20, a través del conducto
23, también a la cola de la columna 3. En este caso, por razones
técnicas de seguridad es importante que la corriente de gas 19 sea
refrigerada antes de la entrada en el compresor 20 a través de
intercambio de calor (no se representa en la figura 3) para que la
temperatura de la corriente de gas no exceda de 110ºC después de la
salida desde el compresor 110ºC. Habitualmente, se refrigera la
corriente de gas a 45ºC.
La NMP extraída a través del conducto 24 y
refrigerada en el intercambiador de calor 14, liberada casi
completamente de hidrocarburos de C_{4}, es alimentada a través
del conducto 25 al intercambiador de calor 2. A continuación pasa a
otro intercambiador de calor (no se representa en la figura 3), en
el que se ajusta la temperatura de la LM a 38ºC. A continuación, se
divide la cantidad de disolvente, que llega a través del conducto
26, en dos corrientes parciales: el conducto 6 conduce hacia la
columna 4, mientras que el conducto 27 termina en la zona adicional
de destilación por extracción (III) de la separación de butenos -
butanos. Desde allí, la LM retorna de nuevo a través del conducto
5.
Por razones de simplificación del dibujo, se han
omitido también todas las zonas de relavado mencionadas
anteriormente con los retornos de hidrocarburos líquidos sobre las
columnas 1 y 4. También falta en la figura 3 la columna secundaria
mencionada anteriormente en la columna principal 10.
El esquema del procedimiento del ejemplo es
esencialmente más amplio con respecto a la figura 3, aunque también
aquí se han omitido en la representación todas las bombas. A tal
fin, se indican, junto a las columnas, todos los intercambiadores
de calor, puesto que participan en una medida decisiva en la
rentabilidad del procedimiento. De la misma maneras se han incluido
en el esquema todos los separadores de fases. La sistemática de la
asociación de los números de puede deducir igualmente a partir de
la figura 4.
La zona de extracción (I) así como la zona de
desorción (I) se ocultan detrás de la columna 120. La zona de
extracción (III) es la columna 130. La zona de desorción (II) se
representa a través de las dos columnas 140 y 150. La zona de
extracción (II) es la columna 100 y la zona de desorción (III) es la
columna 110. Adicionalmente, puesto que pertenecen al procedimiento
general, se tienen en consideración las dos zonas de destilación
final 160 y 170, en las que se ajusta el butadieno bruto finalmente
a la especificación.
El procedimiento posee 3 corrientes de
entrada:
Corriente 10: corriente adicional Zbc, que
contiene butenos y butanos.
Corriente 40: empleo de C_{4}.
Corriente 69: adición de condensado con objeto de
la reducción de la pérdida de NMP.
Composición [% en peso] e indicación de cantidad
[kg/h] de la corriente 10:
| n-butano | 26,0 |
| i-butano | 9,5 |
| n-buteno | 42,0 |
| trans-buteno-2 | 13,0 |
| cis-buteno-2 | 9,5 |
| Cantidad = 4200. |
Composición [% en peso] e indicación de cantidad
[kg/h] de la corriente 40:
| Propano | 0,1 |
| Propeno | 0,1 |
| Propadieno | 0,05 |
| Propina | 0,15 |
| n-butano | 7,3 |
| i-butano | 4,0 |
| n-buteno | 14,0 |
| i-buteno | 24,6 |
| trans-buteno-2 | 4,5 |
| cis-buteno-2 | 3,5 |
| 1,3-butadieno | 40,0 |
| 1,2-butadieno | 0,45 |
| etilacetileno | 0,2 |
| acetileno de vinilo | 0,75 |
| i-pentano | 0,1 |
| 3-metilbuteno-2 | 0,1 |
| 2-metilbuteno-2 | 0,1 |
| Cantidad = 15.000 |
Indicación de cantidades para la corriente 69
[kg/h]:
Cantidad = 1100.
Necesidad de disolvente para las 3 zonas de
extracción [kg/] y su composición [% en peso]: (KW =
hidrocarburos)
| Zona de extracción (I) Corriente 42 = 165000 con | NMP | 91,63 |
| Agua | 8,29 | |
| Suma KW | 0,08 | |
| Zona de extracción (III) Corriente 46 = 35000 con | NMP | 91,7 |
| Agua | 8,3 | |
| Suma KW | 1 ppm en peso | |
| Zona de extracción (II) Corriente 12 = 100000 con | NMP | 91,63 |
| Agua | 8,29 | |
| Suma KW | 0,08 | |
| Corriente 57 = 165000. con | NMP | 91,7 |
| Agua | 8,3 | |
| Suma KW | 1 ppm en peso |
Temperatura: general 38ºC.
En las indicaciones siguientes para la
descripción de las columnas se cuentan los números de platos, en
general, desde la cabeza de la columna!.
Condiciones de funcionamiento para la columna
100:
| Número de platos teóricos | = 4 + 50 (incluida la zona de relavado) |
| Retorno de KW sobre plato | = 1 |
| Admisión de LM sobre plato | = 5 |
| Admisión de KW sobre plato | = 42 |
| Corriente adicional Zbc sobre plato | = 42 |
| Presión sobre plato 1 | = 4,0 bares |
| Temperatura sobre palto 1 | = 38,5ºC |
| Cantidad de retorno de KW | = 5000 kg/h |
Condiciones de funcionamiento para la columna
110:
| Número de platos teóricos | = 4 + 9 (incluida la zona de relavado) |
| Retorno de KW sobre plato | = 1 |
| Admisión de extracto sobre plato | = 5 |
| Presión sobre plato 1 | = 1,526 bares |
| Temperatura sobre plato 1 | = 6,7ºC |
| Cantidad de retorno de KW | = 5000 kg/h |
| Necesidad de energía | = 10361 kW |
Condiciones de funcionamiento para la columna
120:
| Número de platos teóricos | = 25 + 23 + 7 (en 2 columnas) |
| Retorno de KW sobre plato | = 1 |
| Admisión de LM sobre plato | = 1 |
| Extracción de KW sobre plato | = 42 (hacia la zona de extracción (II)) |
| Admisión de KW sobre plato | = 26 |
| Presión sobre plato 1 | = 4,5 bares |
| Temperatura sobre plato 1 | = 41,5ºC |
| Cantidad de retorno de KW | = 2094 kg/h |
Condiciones de funcionamiento para la columna
130:
| Número de platos teóricos | = 4 + 30 (incluida la zona de relavado) |
| Retorno de KW sobre plato | = 1 |
| Admisión de LM sobre plato | = 5 |
| Presión sobre plato 1 | = 5,0 bares |
| Temperatura sobre plato 1 | = 45,3ºC |
| Cantidad de retorno de KW | = 2120 kg/h |
Condiciones de funcionamiento para la columna
140:
| Número de platos teóricos | = 10 |
| Admisión de extracto sobre plato | = 1 |
| Extracción de KW sobre plato | = 6 (hacia la columna 150) |
| Presión sobre plato 1 | = 1,52 bares |
| Temperatura sobre plato 1 | = 104,6ºC |
| Temperatura sobre plato 10 | = 146,1ºC |
| Cantidad de retorno de KW | = 2120 kg/h |
| Necesidad de energía | = 6773 kW |
Condiciones de funcionamiento para la columna
150:
| Número de platos teóricos | = 2 |
| Admisión de agua sobre plato | = 1 |
| Presión sobre plato 1 | = 1,52 bares |
| Temperatura sobre palto 1 | = 108ºC |
Condiciones de funcionamiento para la columna
160:
| Número de platos teóricos | = 46 |
| Retorno de KW sobre plato | = 1 |
| Admisión de extracto sobre plato | = 16 |
| Presión sobre plato 1 | = 7,0 bares |
| Temperatura sobre plato 1 | = 46,6ºC |
| Cantidad de retorno de KW | = 6130 kg/h |
| Necesidad de energía | = 761 kW |
Condiciones de funcionamiento para la columna
170:
| Número de platos teóricos | = 45 |
| Retorno de KW sobre plato | = 1 |
| Admisión de extracto sobre plato | = 23 |
| Presión sobre plato 1 | = 4,2 bares |
| Temperatura sobre plato 1 | = 39,3ºC |
| Cantidad de retorno de KW | = 11197 kg/h |
| Necesidad de energía | = 1671 kW |
Las etapas individuales del procedimiento
aparecen de la siguiente manera:
La mezcla de hidrocarburos de C_{4}
habitualmente líquida (corriente 40) es evaporada en el
intercambiador de calor 240 y entre en forma de vapor en la zona de
extracción (I), aproximadamente en el centro de la columna 120. Se
conduce LM sobre la corriente 42 a contracorriente de los gases
ascendentes. De esta manera se obtienen 2 corrientes nuevas: un
producto en forma de gas (corriente 43) con la corriente principal
esencialmente de propano, propeno, propadieno, los butanos y los
butenos así como un extracto (corriente 53) con los hidrocarburos
disueltos en LM de 1,3-butadieno y los otros
hidrocarburos, incluidos los hidrocarburos de C_{5}. El contenido
en 1,3-butenos, una variable importante de la
especificación para el fomento de la separación de la zona de
extracción (I), es menor que 100 ppm en peso.
Con objeto de la reducción del perfil de la
temperatura en la columna 120 se condensan 20% en peso de la
corriente de gas 43 en el intercambiador de calor 230.
A través de la corriente 51, una corriente
secundaria abandona la columna 120, que es lavada a contracorriente
en la zona de extracción (II), es decir, la columna 130, con LM
(corriente 46). Para la reducción del perfil de la temperatura y
para la reducción simultánea de la pérdida de NMP, la columna
posee un retorno de hidrocarburos líquidos (corriente 50). La
cantidad de LM (corriente 46) se ajusta de tal manera que se
cumplen las especificaciones para el 1,3-butadieno
puro posterior con respecto al acetileno de etilo y el acetileno de
vinilo. El decantador 320 incorporado en el circuito de cabeza
sirve para la extracción parcial de agua a partir del butadieno
bruto.
El extracto procedente de la zona de extracción
(I), es decir, la corriente 53, pasa por un intercambiador de calor
255 y es desorbido a continuación parcialmente bajo presión en el
depósito Flash 410, donde aparecen dos corrientes: una porción en
forma de gas (corriente 59), que es retornada inmediatamente de
nuevo a través de la corriente 67 a la columna 120, y una porción
líquida (corriente 60). La temperatura de la corriente 60, que está
siempre todavía por debajo de la presión Flash elevada del
depósito Flash 410, es elevada en otro intercambiador de calor 260
en torno a 5ºC, antes de que sea distendida bajo reducción de la
presión en la columna 140.
El extracto, corriente 61, es desorbido en la
columna 140 a través de la energía externa alimentada casi
completamente por los hidrocarburos de C_{4}. El gas resultante,
corriente 62, es refrigerado en el intercambiador de calor 265 a la
temperatura de 45ºC ya mencionada anteriormente y es dividido en el
depósito Flash 420 en una porción reducida de fase líquida
(corriente 66) y en la parte principal de la fase de gas (corriente
64). La corriente de gas 64 es comprimida en el compresor 500 y
después de la combinación con las corrientes 59 y 66 es retornada
como corriente 67 a la parte inferior de la columna 120.
Aproximadamente en el centro de la columna 140 se
extrae una corriente de gas 68. Contiene agua además de
hidrocarburos. Esta corriente de gas es lavada en la columna 150 a
contracorriente con condensado, el producto gaseoso (corriente 70)
es refrigerado en el intercambiador de calor 270 y es descargado
como producto después de la división en una fase de gas y una fase
de líquido (corrientes 72 y 73). El contenido de NMP en la
corriente es de 70 a aproximadamente 160 ppm en peso, lo que
significa una pérdida de NMP de 0,19 kg/h.
El trayecto de la LM casi completamente desorbida
procedente de la columna 140 recorre de manera sucesiva los
intercambiadores de calor 255 (calentamiento del extracto
procedente de la columna 120), 250 ( hervidor para la columna 170),
240 (evaporación de la mezcla de hidrocarburos de C_{4}) y 235
(refrigerador final de LM para el ajuste de la temperatura de la
LM). De esta manera son recorridas completamente las zonas de
extracción (I) y (III) y las zonas de desorción (I) y (II).
El producto de cabeza de la columna 120
(corriente 45) así como la corriente adicional Zbc (corriente 11)
son alimentados en el tercio inferior de la zona de extracción
(II), es decir, la columna 100. Junto con la corriente de gas que
se obtiene después del intercambio de calor en el intercambiador de
calor 215 y la distensión Flash siguiente en el depósito Flash 400
se conducen los gases a contracorriente a la LM (corrientes 12 y
57). En este caso, se obtiene una fracción de butanos de alta
pureza (corriente 13) con sólo 0,43 % en peso de butenos. De la
misma manera que el producto de la cabeza de la columna 130 se
condensa también la corriente de gas 13 (intercambiador de calor
200) y a continuación se libera parcialmente de agua en el
decantador 300, antes de que sea alimentada de nuevo a la columna
100 con retorno de hidrocarburos líquidos (corriente 16) o sea
descargada como producto como fracción de butanos (c), es decir,
como corriente 17.
El extracto, calentado ya a través de intercambio
de calor, procedente de la zona de extracción (II), es decir, la
corriente 20, es alimentado después del nuevo intercambio de calor
indirecto en el intercambiador de calor 220, después de la
reducción de la presión, a la zona de desorción (III), es decir, a
la columna 110. A través de la entrada de calor externo se libera
allí el extracto de la mayor medida posible de los hidrocarburos
de C_{4}. La fracción de buteno (b) que se obtiene de esta
manera, la corriente 23, es igualmente de alta pureza y contiene
solamente 1,85% en butenos. Después de la condensación en el
intercambiador de calor 225 y de la separación parcial de agua en
el decantador 225 se alimenta la fracción de butenos en parte en
forma líquida como retorno de nuevo a la columna 110 (corriente 26)
o bien se descarga como producto (corriente 27).
El intercambiador de calor 225 necesita un
refrigerante debido a la temperatura baja de condensación de la
fracción de butenos. No es posible elevar el nivel de la presión en
la columna 110: por una parte, se elevaría la temperatura de la
cola de la columna 110 por encima del límite de 150ºC, lo que
equivaldría a una carga térmica inadmisible de la LM y, por otra
parte, se dificultaría la desorción de los hidrocarburos, lo que
sólo se podría compensar con una entrada adicional de energía
externa.
La LM desorbida en la columna 110 recorre de
forma sucesiva los intercambiadores de calor 220 (precalentamiento
del extracto), 215 (elevación de la temperatura del extracto con
objeto de la presión Flash), 210 (evaporador de la corriente
adicional (10) y 205 (refrigerador final para el ajuste de la
temperatura de la LM). Debido a la variedad de las tareas, están
predeterminados ciertos niveles de temperatura, por lo que el
contenido de hidrocarburos de la corriente 28 no puede ser
discrecionalmente alto. En el caso del ejemplo, la concentración es
800 ppm en peso. De esta manera se recorren totalmente también las
zonas de absorción y de desorción (III).
Solamente permanece todavía la región con las
columnas de destilación 160 y 170 para el ajuste definitivo de las
especificaciones de la fracción de 1,3- butadieno (a). La
alimentación del butadieno bruto (corriente 80) se realiza en el
tercio superior de la columna 160. Se condensa el producto de cabeza
en forma de gas (corriente 81) y, después de la separación parcial
de agua en el decantador 330, tanto se reconduce como retorno de
hidrocarburos líquidos (corriente 84) a la columna 160 como también
se descarga como producto (corriente 83). Hay que observar que la
corriente 81 no puede exceder, por razones de seguridad, una cierta
concentración de propina. Esta concentración límite depende de la
presión. A la presión de la cabeza de 7 bares, este valor es 50% en
vol.
La extracción casi libre de agua de la cola de la
columna 160 es alimentada aproximadamente al centro de la columna
170. Así se separa la mezcla en una fracción de
1,3-butadieno de alta pureza (corriente 89) y en un
producto de cola (corriente 91), representando la corriente 91 una
mezcla principalmente de los hidrocarburos
cis-buteno-2,
1,3-butadieno, 1,2-butadieno e
hidrocarburos de C_{5}. A través de la previsión de la
concentración de 1,3-butadieno se puede influir
sobre el rendimiento en 1,3-butadieno. En el
presente ejemplo, éste rendimiento es 25%. La especificación del
producto de la fracción (a), es decir, el butadieno puro, es:
| 1,3-butadieno | = 99, 6% en peso |
| suma de butenos | = 0,4 %en peso |
| propina | = 10 ppm en peso |
| 1,2-butadieno | = 50 ppm en peso |
| suma de acetilenos de C_{4} | < 5 ppm en peso |
| suma de KW de C_{5} | < 5 ppm en peso |
A continuación se indican de forma resumida las
cantidades de intercambio de energía [kW] para condensadores e
intercambiadores de calor:
Intercambiador de calor 200 : 785
Intercambiador de calor 205 : 8991
Intercambiador de calor 210 : 482
Intercambiador de calor 215 : 3127
Intercambiador de calor 220 : 4000
Intercambiador de calor 225 : 1679
Intercambiador de calor 230 : 230
Intercambiador de calor 235 : 2945
Intercambiador de calor 240 : 1772
Intercambiador de calor 254 : 857
Intercambiador de calor 250 : 1671
Intercambiador de calor 255 : 7264
Intercambiador de calor 260 : 744
Intercambiador de calor 265 : 1729
Intercambiador de calor 270 : 572
Intercambiador de calor 275 : 693
Intercambiador de calor 280 : 1757
Claims (21)
1. Procedimiento para la separación de una mezcla
de hidrocarburos de C_{4}, que contiene esencialmente
1,3-butadieno, butenos, butanos, y otros
hidrocarburos de C_{4} en al menos 4 fracciones, donde
a) la fracción (a) está constituida esencialmente
por 1,3- butadieno,
b) la fracción (b) está constituida esencialmente
por butenos,
c) la fracción (c) está constituida esencialmente
por butanos y
d) una o varias fracciones (d), que están
constituidas esencialmente por los otros hidrocarburos de
C_{4},
a través de destilación por extracción por medio
de
N-metil-2-pirrolidona
o una solución acuosa de
N-metil-2-pirrolidona
(NMP), donde
- 1.
- se pone en contacto la mezcla de hidrocarburos de C_{4} gaseosa en primer lugar con NMP en una zona de extracción (I), donde la relación de cantidades de NMP con respecto a la mezcla de hidrocarburos de C_{4} es de 5 :1 a 20 : 1, siendo absorbidos el 1,3 butadieno y los otros hidrocarburos de C4 por el NMP esencialmente de forma completa, pero permaneciendo los butenos y butanos esencialmente en la fase de gas;
- 2.
- los butenos y butanos no absorbidos (corriente de gas bc) y la solución de extracción formada en la etapa 1 (solución de extracción ad) se eliminan separados de la zona de extracción (I)
- 3.
- se transfiere la solución de extracción (ad) a una zona de desorción (I) con presión reducida y/o temperatura elevada con respecto a la zona de extracción (I) y en este caso se desorbe 1,3-butadieno a partir de la solución de extracción (ad), permaneciendo la parte principal de los otros hidrocarburos de C_{4} en la fase líquida;
- 4.
- se eliminan la solución de extracción formada en la fase 3 (solución de extracción d) y el 1,3-butadieno desorbido (fracción a) separado de la zona de desorción (I) y, dado el caso, se retorna una parte de la fracción (a) a la zona de extracción I;
- 5.
- se transfiere la solución de extracción (d) a una segunda zona de desorción (II) con presión reducida y/o temperatura elevada con respecto a la zona de desorción (I) y con un gradiente de presión y/o de temperatura y en este caso se desorben 1,3-butadieno que permanecía todavía allí procedente de la solución de extracción (d) y los otros hidrocarburos de C_{4} fraccionados al menos como 2 fracciones separadas, donde en al menos una de las dos fracciones (fracciones d), la porción de los otros hidrocarburos de C_{4} es al menos 10 veces mayor que en la solución de extracción (d), con respecto a la porción de todos los hidrocarburos de C_{4}, y en al menos una de las fracciones (fracciones dR), la porción de los otros hidrocarburos de C_{4} es correspondientemente menor que en las fracciones (d), con respecto a la porción de todos los hidrocarburos de C_{4}.
- 6.
- se eliminan la NMP formada en la zona de desorción (II), que está esencialmente libre de hidrocarburos de C_{4}, y las fracciones (d) y (dR) separadas de la zona de desorción II y se retornan una o varias fracciones (dR) a la zona de desorción (I);
- 7.
- se pone la corriente de gas (bc) en contacto en primer lugar con la NMP formada en la etapa 6 en una zona de extracción (II), siendo absorbidos los butenos por la NMP esencialmente de forma completa, pero permaneciendo los butanos esencialmente en la fase de gas;
- 8.
- se eliminan los butanos no absorbidos (fracción c) y la solución de extracción formada en la etapa 1 (solución de extracción b) desde la zona de extracción (II);
- 9.
- se transfiere la solución de extracción (b) a una zona de desorción (III) con presión reducida y/o temperatura elevada con respecto a la zona de extracción (II) y se desorben en este caso los butenos a partir de la solución de extracción (b);
- 10.
- se eliminan la NMP formada en la etapa 9, que está esencialmente libre de hidrocarburos de C_{4}, y los butenos desorbidos (fracción b) desde la zona de desorción (III);
- 11.
- se retorna la NMP formada en la etapa 9 a una de las zonas de extracción;
- 12.
- se retorna una parte de la fracción de 1,3-butadieno (a), que se elimina desde la zona de desorción (I), a la zona de extracción (I) (fracción a1) y se pone la otra parte (fracción a2) de nuevo en contacto en una zona de extracción (III) con NMP, que ha sido recuperada según la etapa 6 de la reivindicación 1, siendo la relación de NMP con respecto a la fracción de butadieno bruto (a2) de 1 : 3 a 1 : 7, y siendo desorbida la parte predomiinante de otros hidrocarburos de C_{4}, que están contenidos todavía como impureza en la fracción (a2), desde la NMP (solución de extracción ax);y
- 13.
- se elimina la parte no absorbida de la fracción (a2) (fracción a3) separada de la zona de extracción y se retorna la solución de extracción (ax) a la zona de extracción (I).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se alimentan la NMP y la mezcla de
hidrocarburos de C_{4} en una relación de masas de 5 : 1 a 20 : 1
a la zona de extracción (I).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la mezcla de hidrocarburosde C_{4}
contiene:
- 10 a 80% en peso de
1,3-butadieno;
- 10 a 60% en peso de butenos;
- 5 a 40% en peso de butanos; y
- 0,1 a 5% en peso de otros hidrocarburos de
C_{4}.
4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
3, caracterizado porque la zona de extracción (I) está
realizada en forma de 2 columnas conectadas entre sí.
5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
4, caracterizado porque se realizan las zonas de extracción
(I), (II) y (III) en forma de columnas, y se conducen a través de
éstas las corrientes de gas a contracorriente de la NMP.
6. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
5, caracterizado porque se realiza la desorción descrita en
las etapas 3 y 5 de la reivindicación 1 elevando la temperatura en
la zona de desorción (I) con respecto a la de la zona de extracción
(I) y elevando la temperatura en la zona de desorción (II) con
respecto a la de la zona de desorción (I), conduciendo el calor de
la NMP, que ha sido eliminada desde la zona de desorción (II) según
la etapa 11 de la reivindicación 1, a través de intercambio de
calor indirecto en una zona de intercambio de calor, la zona de
desorción (I).
7. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
6, caracterizado porque se añade a la corriente de gas
formada en la etapa 1 otra corriente de hidrocarburo (corriente
adicional Zbc), estando constituida esta última esencialmente por
una mezcla de butanos y butenos.
8. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
7, caracterizado porque la elevación de la temperatura en
las zonas de desorción (II) y (III) se realiza, con objeto de la
desorción completa de la NMP de hidrocarburos, a través de
intercambio de calor indirecto con vapor.
9. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
8, caracterizado porque el gas de retorno, necesario para la
separación de las fracciones (b) y (c), en la zona de extracción
(II) se obtiene a través de desorción parcial de la solución de
extracción (Eb), procediendo la elevación necesaria de la
temperatura a través de intercambio de calor indirecto procedente de
la NMP liberada de hidrocarburos de C_{4} de la zona de desorción
(III).
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