ES2274062T3 - Proceso para la recuperacion de componentes cobustibles de una corriente gaseosa. - Google Patents

Abstract

¿ Proceso para la recuperación de componentes com- bustibles de una corriente de gas que comprende los com- ponentes combustibles y oxígeno por absorción selectiva de los componentes combustibles en un disolvente, caracterizado porque durante la absorción, la fase gaseosa está dispersada en una fase líquida continua del disolvente en una unidad de absorción que opera como una columna de borboteo, utili- zando para ello un disolvente orgánico.

Description

Proceso para la recuperación de componentes combustibles de una corriente gaseosa.

La presente invención se refiere a un proceso para la recuperación de componentes combustibles de una corriente gaseosa que comprende los componentes combustibles y oxígeno por absorción selectiva de los componentes combustibles en un disolvente. La presente invención se refiere en particular a un proceso para recuperación de componentes combustibles a partir de una corriente gaseosa de salida de una reacción de oxidación con un componente peróxido, por el cual debido a la descomposición del peróxido se acumula oxígeno durante la reacción de oxidación. La presente invención es particularmente adecuada para una etapa de tratamiento en un proceso para epoxidación de olefinas.

En numerosos procesos que implican oxidación con compuestos de tipo peróxido, particularmente peróxido de hidrógeno, se forman mezclas gaseosas que comprenden cantidades considerables de componentes orgánicos combustibles además de oxígeno molecular resultante de la descomposición de los compuestos peróxido. Por razones de seguridad, estos procesos tienen que conducirse de modo que se garantice que el contenido de oxígeno es inferior al límite de explosión. Por razones económicas, es a menudo necesario recuperar los componentes combustibles de una corriente de gas de salida, dado que los mismos pueden contener compuestos valiosos como, por ejemplo, compuestos o componentes del producto que pueden reciclarse a la etapa inicial de la reacción. Por esta razón, se ha propuesto la recuperación de los componentes combustibles por absorción selectiva en un disolvente adecuado.

El contenido de oxígeno de la fase gaseosa aumenta en la unidad de absorción debido a la absorción de los componentes orgánicos combustibles en el disolvente. Esto puede tener como consecuencia que incluso si la corriente gaseosa que entra en la unidad de absorción no es una composición inflamable, la misma puede volverse inflamable durante el proceso de absorción. Debido a ello, por razones de seguridad, se introduce un gas inerte en la unidad de absorción para evitar, en cualesquiera condiciones, la formación de una composición inflamable en el interior de la unidad de absorción.

Por ejemplo, el documento EP-A-719768 describe un proceso para la epoxidación de una olefina con peróxido de hidrógeno, en el cual una mezcla gaseosa de la olefina y oxígeno procedente de la descomposición del peróxido de hidrógeno se separa de la mezcla de reacción de epoxidación líquida y la olefina es absorbida de la mezcla gaseosa en un absorbente líquido y se añade gas inerte al oxígeno en una cantidad suficiente para prevenir la formación de una composición gaseosa inflamable. Haciendo referencia al ejemplo del documento EP-A-719768, el líquido de absorción se introduce en la sección superior y la corriente gaseosa de purga en la sección inferior de la zona de absorción para asegurar un flujo en contracorriente. Pero no se hace indicación alguna de si la fase líquida o la fase gaseosa es la fase continua.

El documento EP-A-583828 da a conocer un proceso para la recuperación de etileno en un proceso de oxidación directa de óxido de etileno. De acuerdo con este proceso, el producto de oxidación directa se trata en 3 etapas diferentes. En la tercera etapa, el etileno sin reaccionar se separa por absorción utilizando un líquido orgánico de peso molecular alto, por ejemplo parafinas. De la información dada para realización de la absorción, no se hace evidente que la fase gaseosa esté dispersada en una fase líquida continua. Por el contrario, la información de que la superficie de contacto puede crearse por bandejas, rellenos estructurados o rellenos vertidos aleatoriamente implica para la persona experta en la técnica que la fase gaseosa es la fase continua y la fase líquida es la fase dispersada, dado que de lo contrario la superficie de contacto entre la fase gaseosa y la fase líquida no puede aumentarse utilizando rellenos en la columna del absorbedor.

Análogamente, la Solicitud de Patente Europea 00102542.8 da a conocer un proceso para el tratamiento de una corriente gaseosa de salida procedente de la epoxidación de una olefina con peróxido de hidrógeno, que comprende óxido de olefina, olefina sin reaccionar, y oxígeno, por el cual la corriente gaseosa de salida se pone en contacto en una unidad de absorción con el mismo disolvente utilizado en la etapa de epoxidación, y una corriente de disolvente cargado con olefina y óxido de olefina se retira de la unidad de absorción, y se descarga una corriente gaseosa de salida que contiene oxígeno. Adicionalmente, se introduce una corriente de gas inerte en la unidad de absorción, en la cual el gas inerte sale de la unidad de absorción junto con el oxígeno en la corriente gaseosa de salida. La cantidad de gas inerte introducida se selecciona preferiblemente en función de la cantidad y composición de la corriente gaseosa de salida que abandona la etapa de reacción, de tal modo que la corriente gaseosa de salida que abandona la unidad de absorción ya no es una composición inflamable. Por ello, se toman medidas para evitar en cualquier etapa dentro de la unidad de absorción la presencia de una composición inflamable.

Existe un inconveniente considerable asociado con este procedimiento. Debido a la adición de gas inerte, la corriente gaseosa total dentro de la unidad de absorción se incrementa drásticamente. Con ello, la eficiencia de la absorción se reduce y se hacen necesarias unidades de absorción mayores y cantidades mayores de disolventes de absorción para conseguir la separación deseada de los componentes orgánicos valiosos de la corriente de gas de salida de una zona de reacción.

Así pues, el objeto de la presente invención es proporcionar un proceso para la recuperación de compuestos combustibles de una corriente gaseosa que comprende componentes combustibles y oxígeno que no tiene las desventajas arriba expuestas al tiempo que garantiza la seguridad del proceso global.

Este objeto se ha conseguido por un proceso para la recuperación de componentes combustibles de una corriente gaseosa que comprende los componentes combustibles y oxígeno por absorción selectiva de los componentes combustibles en un disolvente, por el cual durante la absorción la fase gaseosa está dispersada en una fase continua líquida del disolvente.

Los autores de la presente invención han descubierto sorprendentemente que si la fase gaseosa que comprende componentes combustibles y oxígeno está dispersada en una fase continua líquida del disolvente durante la absorción, aun cuando debido al agotamiento de los componentes combustibles de la fase gaseosa la concentración de oxígeno en la fase gaseosa aumenta por encima del límite de explosión, la fase gaseosa no puede inflamarse sin embargo en la unidad de absorción debido a que la fase gaseosa está dispersada finamente en la fase líquida continua del disolvente. Como consecuencia, la adición de gas inerte a la fase gaseosa antes de la entrada en la unidad de absorción o dentro de la zona de absorción en la unidad de absorción ya no es necesaria. Así pues, se prefiere que ni antes de entrada en la unidad de absorción ni dentro de la zona de absorción se añada un gas inerte. De este modo, el proceso de absorción es muy eficiente, dado que la fase gaseosa contiene menos o nada de gas inerte. Como consecuencia, las dimensiones de la unidad de absorción pueden reducirse, ahorrando con ello costes de inversión, y puede utilizarse un volumen reducido del fluido de absorción, es decir el disolvente, con el efecto de que la cantidad de disolvente a reciclar o procesar en las etapas de tratamiento puede reducirse considerablemente, mejorando con ello la economía global del proceso.

No obstante, aunque no se añade cantidad alguna de gas inerte antes de la entrada en la zona de absorción o dentro de la zona de absorción, se garantiza la seguridad del proceso dado que la fase gaseosa, aunque el contenido de oxígeno puede ser superior al límite de explosión, no puede inflamarse.

La unidad de absorción trabaja como una columna de borboteo.

De acuerdo con una realización preferida, las burbujas de gas dispersadas en la fase continua del disolvente de absorción tienen un diámetro de 10 milímetros o menos, preferiblemente 2-10 milímetros, y de modo más preferible 5 milímetros como máximo.

De acuerdo con una realización específicamente preferida de la presente invención, la corriente de gas se introduce en la unidad de absorción en una sección inferior de la unidad de absorción, y la fase de disolvente líquido entra en la unidad de absorción en una posición situada aguas arriba con respecto a la localización en que la corriente de gas entra en la unidad de absorción, y la fase de disolvente líquido sale de la unidad de absorción en una posición inferior a la entrada de la corriente de gas en la unidad de absorción. De este modo, se logra que la corriente gaseosa y el disolvente pasen a través de la unidad de absorción en una modalidad de contracorriente. La unidad de absorción opera como columna de borboteo.

El caudal de la fase gaseosa dispersada y de la fase líquida continua de disolvente pueden modificarse dentro de intervalos amplios con tal que se mantenga el requerimiento de que la fase líquida sea continua y la fase gaseosa esté dispersada. El caudal por unidad de sección transversal para la fase gaseosa es preferiblemente 10-100 m^{3}/m^{2}h, de modo más preferible 20-60 m^{3}/m^{2}h y el caudal por unidad de sección transversal para la fase líquida es preferiblemente 50-200 m^{3}/m^{2}h, más preferiblemente 100-150 m^{3}/m^{2}h.

De acuerdo con una realización preferida de la presente invención, la corriente de gas se introduce en la unidad de absorción con un sistema de toberas anulares para dispersar finamente la fase gaseosa en la fase líquida continua. Las dimensiones de la unidad de absorción así como las condiciones de flujo de la fase gaseosa y la fase continua de disolvente se seleccionan de modo que proporcionen burbujas de gas dispersadas en la fase líquida continua que tengan un diámetro de 10 milímetros o menos, preferiblemente 2-10 milímetros, más preferiblemente 5 milímetros como máximo. Pueden tomarse varias medidas individualmente o en combinación para controlar el tamaño de las burbujas arriba definido. Por ejemplo, la sección transversal de los orificios de las toberas anulares puede seleccionarse de modo que esté comprendida dentro del intervalo de 0,2-2 mm, y/o pueden colocarse bandejas perforadas en el interior de la unidad de absorción con separación definida que tengan una sección transversal de orificio de 0,2-2 mm y/o los caudales de la fase líquida y la fase gaseosa se ajustan como se ha definido arriba. Si se utilizan bandejas perforadas, la relación de la sección transversal libre de las bandejas perforadas a la sección transversal de la unidad de absorción se ajusta preferiblemente a fin de asegurar un caudal de la fase gaseosa a través de las placas perforadas de 0,5-2 m/s.

La unidad de absorción que puede utilizarse en el proceso de la presente invención puede comprender medios de intercambio de calor y/o medios de dispersión del gas. Los medios de intercambio de calor pueden ser útiles para controlar la temperatura en la unidad de absorción, especialmente para eliminar el calor de absorción. Pueden estar presentes medios de dispersión del gas para mejorar la dispersión del gas y la transferencia de masa entre la fase gaseosa y la fase continua de disolvente. Preferiblemente, bandejas perforadas y de modo particularmente preferible bandejas perforadas con bajantes se utilizan como medios de dispersión del gas.

Por razones de seguridad, se prefiere introducir gas inerte en el espacio de cabeza por encima del nivel del líquido en la unidad de absorción. Con ello, la corriente de gas que abandona la fase líquida del disolvente está diluida en tal grado que la concentración de oxígeno es inferior al límite de explosión. Dado que la fase gaseosa después de abandonar la fase líquida de disolvente ya no está dispersada finamente, la mezcla gaseosa se volverá inflamable en el caso de que la concentración de oxígeno debida al agotamiento de los componentes combustibles durante la absorción sea superior al límite de explosión.

Es adecuado cualquier gas inerte que tenga un contenido de oxígeno menor que 10% en volumen y no forme mezclas combustibles con el oxígeno. El gas inerte preferido es nitrógeno, dióxido de carbono o vapor de agua o mezclas de los mismos, como pueden obtenerse por procedimientos usuales de combustión.

De acuerdo con una realización preferida de la presente invención, no se introduce gas inerte alguno o sólo cantidades muy limitadas de gas inerte en la corriente de gas antes de entrar en la unidad de absorción o en la zona de absorción dentro de la unidad de absorción para conseguir la reducción de las dimensiones de la unidad de absorción y el volumen de disolvente. Un límite superior adecuado de la relación de gas inerte introducida en la corriente de gas antes de la absorción o en la zona de absorción a oxígeno presente en la corriente de gas es 5:1. Sin embargo, se prefiere no introducir gas inerte alguno en la zona de absorción durante el proceso de absorción.

De acuerdo con una realización alternativa, el volumen del paso de cabeza en la unidad de absorción por encima del nivel del líquido se reduce por medio de flotadores y la unidad de absorción está equipada con medios de reducción de presión y una barrera antillama en la línea de salida del gas. En tal caso, la cantidad de gas inerte introducida en el espacio de cabeza puede reducirse considerablemente al tiempo que se garantiza una seguridad suficiente para el proceso de absorción.

Como fase continua en la unidad de absorción, puede utilizarse cualquier líquido que disuelva los componentes combustibles que deben recuperarse mejor que el oxígeno y que permita una separación fácil de los compuestos recuperados. A este fin, pueden utilizarse disolventes orgánicos usuales tales como alcoholes, hidrocarburos aromáticos y alifáticos o cetonas. Se prefiere utilizar un disolvente que se utilice también en el proceso del que se deriva la corriente de gas con anterioridad a la absorción. Esto es ventajoso, dado que entonces la corriente de disolvente puede reciclarse directamente a la zona de reacción o puede hacerse pasar a una etapa de tratamiento aguas abajo de la zona de reacción.

En el proceso de la presente invención, cualquier corriente gaseosa procedente de un paso de reacción en el cual se genera oxígeno y que contiene materiales combustibles puede procesarse para recuperar los componentes combustibles valiosos. Se prefiere particularmente que la corriente de gas sea el efluente gaseoso de un proceso de oxidación que utiliza compuestos peróxido. El proceso de la presente invención es especialmente preferido para recuperar olefinas y óxidos de olefinas del efluente gaseoso de la epoxidación de una olefina con peróxido de hidrógeno.

Así pues, la presente invención se refiere también a un proceso para la epoxidación de propileno con peróxido de hidrógeno en un disolvente alcohólico en presencia de un catalizador, en el cual una corriente de gas que comprende propileno sin reaccionar, óxido de propileno, y oxígeno procedente de la descomposición del peróxido de hidrógeno, se separa de la mezcla de reacción y los componentes combustibles contenidos en dicha corriente de gas se recuperan utilizando el proceso que se ha descrito arriba.

De acuerdo con una realización particularmente preferida, se utiliza también en el paso de recuperación el mismo disolvente alcohólico que en el paso de oxidación. El alcohol preferido es metanol.

La presión en el interior de la unidad de absorción en el proceso de recuperación de acuerdo con la presente invención puede modificarse dentro de límites amplios, y puede estar comprendida preferiblemente entre la presión atmosférica y 50 bar; en el caso de la absorción de propileno y óxido de propileno, la presión está comprendida preferiblemente dentro de un intervalo de 4-30 bar, más preferiblemente entre 10 y 25 bar.

La presente invención se expondrá a continuación con mayor detalle con respecto a la figura adjunta.

La Figura 1 muestra una unidad de absorción adecuada para el presente proceso en sección transversal.

La Figura 2 muestra una unidad de absorción preferida de acuerdo con la presente invención en sección transversal.

Haciendo referencia a la Figura 1, se muestra una unidad de absorción tubular, en la cual la corriente gaseosa 1 que comprende componentes combustibles y oxígeno se introduce en la unidad de absorción a través de una entrada que está posicionada cerca del extremo inferior de la unidad de absorción. La entrada para la corriente de disolvente 2 que forma la fase líquida continua en la zona de absorción está posicionada más próxima al extremo superior de la unidad de absorción. La salida para el disolvente 3 cargado con los componentes combustibles absorbidos está localizada en el fondo de la unidad de absorción. En el extremo superior de la unidad de absorción, se encuentra una abertura de entrada para permitir la introducción de un gas inerte 4 a fin de diluir el gas antes de salir de la unidad de absorción hasta una concentración de oxígeno inferior al límite de explosión. La corriente de gas de salida 5 que comprende oxígeno, pequeñas cantidades de componentes combustibles, y opcionalmente gas inerte sale de la unidad de absorción a través de un orificio de salida posicionado en el extremo superior de la unidad de absorción.

Haciendo referencia a la Figura 2, de acuerdo con una realización preferida, la corriente gaseosa 1 se introduce en la unidad de absorción a través de un sistema de toberas anulares 9 para asegurar una dispersión eficiente de la fase gaseosa en el interior de la fase líquida continua. Dentro de la zona de absorción en la unidad de absorción, están dispuestas bandejas perforadas 6 con bajantes para mejorar la transferencia de masa entre la fase continua y el gas dispersado a fin de mejorar la absorción. El volumen del espacio de cabeza por encima del nivel del fluido en el extremo superior de la unidad de absorción se reduce por incorporación de flotadores 7, y está dispuesta una manera antillama 8 en la tubería de salida del gas.

La presente invención se explicará a continuación con mayor detalle haciendo referencia a ejemplos.

Ejemplo 1

Un tubo que tenía un diámetro de 76 milímetros y una longitud de 1000 milímetros se llenó con benceno y se mantuvo la temperatura a 70ºC. En el extremo inferior, se inyectó oxígeno puro a una presión de 4 bar y a un caudal de 200 litros por hora. La producción de la fase gaseosa dentro de la unidad tubular de absorción era 5 por ciento en volumen tal como se medía por el aumento de la altura del nivel del líquido. Debido a la volatilidad del benceno, la fase gaseosa dispersada ascendente se carga con benceno y alcanza inmediatamente una composición inflamable. Se sumergió un alambre incandescente 10 centímetros por debajo del nivel del líquido, y se intentó inflamar la fase gaseosa por aplicación de un pulso eléctrico de 500 vatios. No obstante, no pudo observarse ignición alguna de la fase gaseosa dispersada.

Ejemplo 2

Se repitió el Ejemplo 1 con un caudal de oxígeno de 170 litros por hora, en tanto que la porción de la fase gaseosa dispersada dentro de la fase líquida era 25 por ciento en volumen. No obstante, tampoco pudo observarse en este experimento ignición alguna de la fase gaseosa dispersada.

Los ejemplos demuestran que una fase gaseosa que contiene un material combustible y oxígeno en una relación que está dentro del intervalo de explosión no puede inflamarse con tal que la fase gaseosa esté dispersada finamente en una fase líquida
continua.

Claims (17)

1. Proceso para la recuperación de componentes combustibles de una corriente de gas que comprende los componentes combustibles y oxígeno por absorción selectiva de los componentes combustibles en un disolvente,

caracterizado porque

durante la absorción, la fase gaseosa está dispersada en una fase líquida continua del disolvente en una unidad de absorción que opera como una columna de borboteo, utilizando para ello un disolvente orgánico.

2. El proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso es un proceso continuo.

3. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las burbujas de gas dispersadas en la fase continua tienen un diámetro de 10 mm o menos, preferiblemente de 5 mm como máximo.

4. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la corriente de gas se introduce en una unidad de absorción en una sección inferior de la unidad de absorción y la fase líquida del disolvente entra en la unidad de absorción en una posición situada aguas arriba con respecto a la localización en la que entra la corriente de gas en la unidad de absorción, por lo cual la corriente de gas y el disolvente pasan a través de la unidad de absorción en contracorriente y la fase de disolvente líquido sale de la unidad de absorción en una posición inferior a la entrada de la corriente de gas en la unidad de absorción.

5. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el volumen del espacio de cabeza por encima del nivel del líquido de la fase continua se reduce por medio de
flotadores.

6. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1, 4 y 5, caracterizado porque la corriente de gas que sale de la fase líquida del disolvente se diluye con un gas inerte en tal proporción que la concentración de oxígeno es inferior al límite de explosión.

7. El proceso de la reivindicación 6, caracterizado porque el gas inerte se selecciona de nitrógeno, vapor de agua, dióxido de carbono o mezclas de los mismos.

8. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1, 4-7, caracterizado porque la corriente de gas se introduce en la unidad de absorción a través de un sistema de toberas anulares.

9. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1, 4-8, caracterizado porque las condiciones de flujo en la unidad de absorción se seleccionan para proporcionar burbujas de gas dispersadas en la fase líquida continua que tienen un diámetro de 10 mm o menos, preferiblemente 5 mm como máximo.

10. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1, 4-9, caracterizado porque la unidad de absorción comprende medios de intercambio de calor y/o medios de dispersión del gas.

11. El proceso de la reivindicación 10, caracterizado porque están dispuestas bandejas perforadas en el interior de la unidad de absorción.

12. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la corriente de gas es el efluente gaseoso de un proceso de oxidación que utiliza compuestos peróxido.

13. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el disolvente se selecciona de alcoholes, hidrocarburos alifáticos y aromáticos, y cetonas.

14. Un proceso para la epoxidación de propileno con peróxido de hidrógeno en un disolvente alcohólico en presencia de un catalizador, en el cual una corriente de gas que comprende propileno sin reaccionar, óxido de propileno y oxígeno procedente de la descomposición del peróxido de hidrógeno se separa de la mezcla de reacción y los componentes combustibles en dicha corriente de gas se recuperan utilizando un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-13.

15. El proceso de la reivindicación 14, en el cual se utiliza en la etapa de recuperación el mismo disolvente alcohólico que en la etapa de epoxidación.

16. El proceso de la reivindicación 15, en el cual el disolvente es metanol.

17. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 15 y 16, en el cual la fase de disolvente líquido que comprende los componentes combustibles recuperados se recicla al paso de epoxidación o se hace pasar a una etapa de tratamiento aguas abajo del paso de epoxidación.