ES2280081T3 - Un procedimiento y dispositivo de destilacion reactiva con distribucion particular de las fases liquida y vapor. - Google Patents
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO DE DESTILACION REACTIVA EN UNA ZONA DE DESTILACION REACTIVA QUE CONTIENE AL MENOS UNA ZONA CATALITICA, ENMARCADA POR DOS ZONAS DE DESTILACION, CIRCULANDO EL VAPOR DE LA DESTILACION DE ABAJO A ARRIBA PARA NO ESTAR PRACTICAMENTE EN CONTACTO CON EL CATALIZADOR, Y CIRCULANDO EL LIQUIDO DESDE LA ZONA DE DESTILACION SUPERIOR (5) HASTA EN LA ZONA SENSIBLEMENTE CENTRAL EN LA PARTE BAJA DE LA ZONA CATALITICA SIN CONTACTO CON EL CATALIZADOR, Y CIRCULANDO RADIALMENTE POR DEBAJO DE DICHA ZONA CATALITICA POR AL MENOS UN MEDIOS (20) DE PARA SER INTRODUCIDO EN UNA ZONA DE DISTRIBUCION (23) DEL LIQUIDO, Y CIRCULANDO DESPUES A TRAVES DEL LECHO CATALITICO (8) EN LA ZONA CATALITICA, Y TRAS LO CUAL SE RECUPERA EL LIQUIDO POR AL MENOS UN MEDIO DE DESCARGA (18) DEL LIQUIDO, EN LA ZONA DE DESTILACION INFERIOR (14). LA INVENCION SE REFIERE TAMBIEN A UN DISPOSITIVO DE DESTILACION REACTIVA.
Description
Un procedimiento y dispositivo de destilación
reactiva con distribución particular de las fases líquida y
vapor.
La invención se refiere a un procedimiento de
destilación reactiva (llamada también destilación catalítica), que
permite realizar a la vez al menos una reacción química en presencia
de catalizador y la separación por destilación de la mezcla de
reacción obtenida. La invención se refiere también a un dispositivo
de destilación reactiva.
El procedimiento y el dispositivo de la
invención pueden aplicarse a diversas reacciones equilibradas, en
fase líquida, para las cuales se puede separar el producto de
reacción por destilación en las condiciones de temperatura y de
presión a las cuales se realiza la reacción, y particularmente en la
preparación de éteres alquílicos terciarios tales como el
metiltertiobutiléter (MTBE), el metiltertioamiléter (TAME), el
etiltertiobutiléter (ETBE), o también el etiltertioamiléter (TAEE),
por reacción catalítica sobre la olefina apropiada (isobuteno o
isopenteno) del alcohol apropiado (metanol o etanol, según el caso).
En lo que respecta más particularmente a las reacciones de
eterificación por destilación reactiva, diversos procedimientos han
sido ya propuestos en la técnica anterior.
La patente
US-A-4.847.430 describe un
procedimiento de eterificación del cual una de las características
es la disposición en el (los) lecho(s) catalítico(s)
de pasos o chimeneas para el vapor de destilación ascendente, que
permiten evitar los inconvenientes que proporcionaría el paso del
indicado vapor por el seno del lecho catalítico.
La patente
US-A-5.130.102 describe una columna
de destilación reactiva que comprende una zona en la cual se
realizan conjuntamente una reacción catalítica y la separación por
destilación de los productos de la indicada reacción, comprendiendo
esta zona al menos un "plato" de reacción que soporta un
catalizador particular y al menos un plato de destilación, más
particularmente del tipo plato de casquetes, estando el indicado
plato de reacción "acoplado" con el indicado plato de
destilación por medio de una masa líquida continua sumergiéndose en
su zona inferior el indicado catalizador y en su zona superior el
indicado plato de destilación. El plato de reacción comprende una
chimenea (de hecho es la chimenea del casquete que ha sido extendida
para tener en cuenta la presencia de la masa catalítica y su
altura), destinada para llevar el vapor que sube de la zona situada
por debajo del conjunto "acoplado" hacia un distribuidor de
vapor situado por debajo del plato de destilación. La altura de la
masa líquida entre el plato de reacción y el plato de destilación
debe ser suficiente para evitar el arrastre de las partículas del
catalizador. La fase líquida fluye de la parte superior del conjunto
acoplado por rebose por encima de un desagüe y luego por mediación
de una bajada bien sea hacia un plato de destilación clásico, o bien
hacia otro conjunto "acoplado" situado por debajo del conjunto
"acoplado" considerado. De igual modo, el plato de reacción de
un conjunto "acoplado" es alimentado en fase líquida por una
bajada procedente, por rebose por encima de un desagüe, bien sea de
un plato de destilación clásico o de otro conjunto "acoplado",
situado por encima del conjunto "acoplado" considerado.
La patente US-5.368.691 describe
un procedimiento que utiliza una configuración tal que las zonas de
reacción que alternan con zonas de destilación, están claramente
separadas de estas últimas, es decir sin masa líquida continua entre
una zona de reacción y la zona de destilación próxima. La indicada
solicitud describe un procedimiento de destilación reactiva
caracterizado porque:
se introducen los reactivos, generalmente por
separado o en mezcla, puros o diluidos, en al menos un nivel de una
columna de destilación reactiva que incluye:
- (a)
- al menos una zona de reacción catalítica que incluye un lecho de catalizador apropiado; y
- (b)
- al menos una zona de destilación constituida por al menos un plato de destilación, estando cada zona de destilación separada de la (o de las) zona(s) catalítica(s) consecutiva(s);
- se mantienen condiciones de destilación en la indicada columna con el fin de tener una fase líquida y una fase de vapor en la indicada columna;
- se hace circular una parte, de preferencia la totalidad, de la fase líquida desde abajo a lo alto a través del catalizador en cada zona catalítica;
- se hace circular una parte, de preferencia la totalidad, de la fase vapor de la destilación desde abajo a lo alto a través de cada zona de destilación, de tal forma que la indicada fase vapor se encuentre en contacto con la fase líquida en las zonas de destilación;
- se recoge una parte, de preferencia la totalidad, del producto buscado en un extremo de la indicada columna de destilación reactiva; y
- se recoge una parte, de preferencia la totalidad, del diluyente eventual de los reactivos y de cualquier exceso de reactivo(s) en el otro extremo de la indicada columna.
De forma preferida, se hace circular la
totalidad de la fase de vapor de la destilación de forma que solo
esté en contacto con la fase líquida en las zonas de destilación y
no en las zonas catalíticas.
El procedimiento y el dispositivo según la
invención, explicados a continuación, constituyen un
perfeccionamiento del procedimiento y del dispositivo descritos en
la patente US-A-5.368.691.
El procedimiento y dispositivo de la invención
pueden aplicarse a diversas reacciones equilibradas, en fase
líquida, para las cuales se puede separar el producto de reacción
por destilación en las condiciones de temperatura y de presión a las
cuales se realiza la reacción. Pueden aplicarse a las reacciones de
alquilación de hidrocarburos aromáticos, generalmente el benceno,
por reacción catalítica con la olefina apropiada, por ejemplo el
etileno o el propileno, para formar el alquilbenceno
correspondiente, por ejemplo el etilbenceno o el cumeno. Pero pueden
también aplicarse por ejemplo a las reacciones de isomerización de
parafinas, a las reacciones de isomerización de olefinas, o a la
producción de buteno por hidro-isomerización de
buteno-1 en buteno-2. Pueden
aplicarse también en la reacción de hidrogenación del benceno y de
las olefinas ligeras (que tienen 6 átomos de carbono como máximo en
su molécula) en el reformado ligero, o en la reacción de
hidrogenación de las diolefinas y/o de los compuestos acetilénicos
en fracciones ligeras de las fracciones petroleras o petroquímicas.
De forma preferida, se aplican a las reacciones de eterificación
entre una isoolefina (por ejemplo el isobuteno y el isopenteno) y un
monoalcohol alifático (tal como el metanol o el etanol),
particularmente en la preparación de éteres alquílicos terciarios
tales como el metiltertiobutiléter (MTBE), el metiltertioamiléter
(TAME), el etiltertiobutiléter (ETBE), o también el
etiltertioamiléter (TAEE), por reacción catalítica sobre la olefina
apropiada (isobuteno o isopenteno) del alcohol apropiado (metanol o
etanol, según el caso).
El procedimiento de destilación reactiva de la
invención es tal que:
se introducen los reactivos eventualmente
diluidos por un diluyente, pudiendo uno de los reactivos ser
excedentario, en al menos un nivel de una zona de destilación
reactiva que incluye:
- a)
- al menos una zona de reacción catalítica que incluye al menos un lecho catalítico que comprende el catalizador,
- b)
- al menos una zona de destilación situada por debajo de la zona catalítica precedente, o zona de destilación inferior,
- c)
- al menos otra zona de destilación situada por encima de la zona catalítica precedente, o zona de destilación superior.
se mantienen condiciones de destilación con el
fin de tener una fase líquida y una fase vapor en la zona de
destilación reactiva,
se hace circular la mayor parte, de preferencia
la casi totalidad, del líquido desde abajo hacia lo alto a través
del catalizador en la zona catalítica,
se hace circular la mayor parte del vapor desde
abajo hacia lo alto en la zona catalítica, de tal forma que el
indicado vapor no esté en contacto con el catalizador,
se recoge una parte, de preferencia la mayor
parte, del producto de reacción buscado,
se recoge una parte, de preferencia la mayor
parte, de un diluyente eventual y de los reactivos,
se recupera la mayor parte del líquido después
de su paso por el lecho catalítico por al menos un medio de vertido
del líquido, de forma que el líquido se vierta en la zona de
destilación inferior,
y se recoge la mayor parte del líquido
procedente de la zona de destilación superior,
caracterizándose el indicado procedimiento
porque:
se recoge la mayor parte del líquido procedente
de la zona de destilación superior por al menos un medio colector de
forma que el líquido llegue a la zona central de la zona catalítica,
por debajo de cada lecho catalítico de la zona catalítica, sin tener
contacto con el catalizador,
se hace circular sustancialmente de forma radial
la mayor parte del líquido por debajo de dicho lecho catalítico por
al menos un medio de circulación sustancialmente radial con el fin
de introducir en al menos una zona de reparto del líquido.
En el procedimiento según la invención, la zona
de destilación reactiva consiste en una zona de reacción catalítica,
una zona de destilación inferior que es la zona de agotamiento y una
zona de destilación superior que es la zona de rectificación.
El medio colector puede ser tal que el líquido
llegue prácticamente exento de vapor por debajo de dicho lecho
catalítico, es decir que el indicado medio toma cualquier forma
adecuada para realizar una alimentación de la zona de reparto por al
menos un medio de circulación sustancialmente radial del líquido
correcto, evitando en particular todo gas arrastrado en el indicado
líquido. Así, el líquido se reparte sin turbulencias excesivas en el
medio de circulación sustancialmente radial y luego en la zona de
reparto.
La zona de reparto del líquido, alimentada por
al menos un medio de circulación sustancialmente radial, permite la
regulación y la homogeneización del líquido antes de su entrada en
cada lecho catalítico de la zona catalítica. Así una de las ventajas
de la presente invención es mejorar la circulación del líquido en
cada lecho catalítico de la zona catalítica. Como consecuencia, el
procedimiento es tal que el líquido se extiende por toda la sección
de la zona de destilación reactiva que le es accesible antes de
entrar en el lecho catalítico, en al menos una zona de reparto del
líquido.
De forma preferida, el líquido procedente de la
zona de destilación superior que es recogido circula en su mayor
parte por la zona central de la zona catalítica.
De forma preferida, el líquido que se vierte en
la zona de destilación inferior pasa por al menos un medio de
vertido en su mayor parte por la zona periférica de la zona
catalítica.
Cuando la reacción utilizada comprende la
presencia de al menos un reactivo gaseoso, el procedimiento según la
invención puede comprender al menos una introducción de dicho
reactivo gaseoso, de preferencia el hidrógeno, para cada lecho
catalítico de la zona catalítica.
En un primer modo de realización preferido del
procedimiento según la invención, el medio colector está situado en
la zona central de la zona catalítica, el líquido procedente de la
zona de destilación superior que es recogido circula en su mayor
parte por la zona central de la zona catalítica, el líquido que se
vierte en la zona de destilación inferior pasa en su mayor parte por
la zona periférica de la zona catalítica, y el vapor procedente de
la zona de destilación inferior y que circula por la zona catalítica
pasa principalmente por la zona central de la zona catalítica. En
este caso, de preferencia, el medio de circulación sustancialmente
radial de cada lecho catalítico comprende al menos un brazo de
distribución, de preferencia de 2 a 10 brazos de distribución, de
forma aún más preferida de 2 a 8 brazos de distribución.
En el primer modo de realización preferido del
procedimiento según la invención, el vapor procedente de la zona de
destilación inferior, que circula por la zona central de la zona
catalítica, pasa en su casi totalidad por la zona central de la zona
catalítica. En el indicado modo, el medio de vertido del líquido
está situado en la zona periférica de la zona catalítica y de
preferencia el indicado medio es tal que no permite prácticamente el
paso de la fase de vapor en sentido ascendente.
Además, de forma preferida, en el indicado modo
de realización, el vapor procedente de la zona de destilación
inferior y que circula por la zona central de la zona catalítica, no
está prácticamente en contacto con líquido que circula por la zona
central de la indicada zona catalítica.
En un segundo modo de realización preferido del
procedimiento según la invención, el medio colector está situado en
la zona central de la zona catalítica, el líquido procedente de la
zona de destilación superior que es recogido circula en su mayor
parte por la zona central de la zona catalítica, el líquido que se
vierte en la zona de destilación inferior pasa en su mayor parte a
la zona periférica de la zona catalítica, y el vapor procedente de
la zona de destilación inferior y que circula por la zona catalítica
pasa por la zona periférica de la zona catalítica. En tal caso, un
primer modo de realización que es por consiguiente un tercer modo de
realización preferido del procedimiento según la invención es tal
que el vapor procedente de la zona de destilación inferior y que
circula por la zona periférica de la zona catalítica está al menos
en parte, de preferencia en su mayor parte, en contacto con el
líquido que circula por el medio de vertido. Y un segundo modo de
realización que es por consiguiente un cuarto modo de realización
preferido del procedimiento según la invención es tal que el vapor
procedente de la zona de destilación inferior y que circula por la
zona periférica de la zona catalítica no tiene sustancialmente
contacto con el líquido que circula por el medio de vertido.
Sea cual fuere el modo de realización del
procedimiento según la invención, el medio de circulación
sustancialmente radial puede comprender al menos un brazo de
distribución, de preferencia de 2 a 10 brazos de distribución, de
forma aún más preferida de 2 a 8 brazos de distribución.
Bien entendido, el vapor producido en la
reacción catalítica en cada lecho catalítico de la zona catalítica
se junta de nuevo por encima de dicho lecho catalítico el vapor
procedente de la zona de destilación inferior que atraviesa el
indicado lecho catalítico bajo contacto con el catalizador, sea cual
fuere el modo de realización.
Cualquier otro modo de realización del
procedimiento según la invención, que combine los diferentes modos
de realización preferidos del procedimiento según la invención, se
puede también considerar. Por ejemplo, es posible combinar los
tercero y primer modos de realización preferidos descritos
anteriormente, es decir que una parte del vapor procedente de la
zona de destilación inferior pase por la zona periférica de la zona
catalítica y que la otra parte del indicado vapor pasa por la zona
central de la zona catalítica.
La zona de destilación reactiva según la
invención es al menos una columna catalítica. En los casos conocidos
del experto en la materia donde la utilización de una sola columna
plantea problemas, se prefiere generalmente escindir la indicada
columna con el fin de utilizar finalmente al menos dos columnas que,
puestas extremo con extremo, realizan la indicada columna, es decir
que las zonas de rectificación, de destilación catalítica y de
agotamiento se reparten en las columnas. En la práctica, la zona de
rectificación o la zona de agotamiento, y de preferencia la zona de
agotamiento, puede generalmente encontrarse en al menos una columna
diferente de la columna que comprende la zona catalítica.
La zona superior o zona de rectificación de la
zona de destilación reactiva comprende generalmente bien sea al
menos un plato distribuidor eventualmente situado por encima de una
zona que comprende al menos un guarnecido que asegura la
destilación, o al menos un plato de destilación, que puede ser
convencional, así como cualquier combinación de
guarnecido(s), de plato(s) distribuidor(es) y
de plato(s) de destilación que aseguran la destilación según
cualquier técnica conocida del experto en la materia.
De igual modo, la zona de agotamiento de la zona
de destilación reactiva comprende generalmente bien sea al menos un
plato distribuidor eventualmente situado por encima de una zona que
comprende al menos un guarnecido que asegura la destilación, bien
sea al menos un plato de destilación, que puede ser convencional,
así como cualquier combinación de guarnecido(s), de
plato(s) distribuidor(es) y de plato(s) de
destilación que aseguran la destilación según cualquier técnica
conocida del experto en la materia.
El cuerpo de guarnecido eventualmente utilizado
en el procedimiento de la presente invención es elegido en función
de la eficacia necesaria para la función de destilación. El cuerpo
de guarnecido puede ser elegido entre los cuerpos de guarnecido bien
conocidos del experto en la materia, tales como por ejemplo sólidos
en forma de anillos, de extrusionados polilobulados o de residuos. A
título de ejemplo no limitativo de cuerpos de guarnecido, se pueden
citar los anillos de Raschig, los anillos de Pall, los anillos de
Intos, los residuos de Bert, los residuos de Novalox y los residuos
Intalox. Pero el cuerpo de guarnecido puede ser elegido entre los
guarnecidos estructurados, por ejemplo de tipo FLEXIPAC (marca
depositada) comercializados por la Sociedad Koch, o SULZER CHEMTECH
o SULZER (marcas depositadas) comercializados por la Sociedad
Sulzer.
El plato distribuidor eventualmente utilizado en
el procedimiento de la presente invención es un simple plato que
permite el paso ascendente del vapor y la recogida y luego el
vertido de líquido, tal como cualquier plato distribuidor conocido
del experto en la materia y muy particularmente si la zona de
destilación a la cual pertenece comprende en su mayor parte
guarnecidos.
En el caso en que se utilice, según el
procedimiento de la presente invención un plato de destilación, este
puede ser elegido entre los platos de destilación conocidos del
experto en la materia, particularmente los platos perforados, los
platos de casquete, los platos de chapaletas, y comprende:
al menos una mesa de trabajo discontinua, es
decir provista de discontinuidades para el paso de la fase de vapor,
estando cada mesa de trabajo destinada para el removido y para la
mezcla de las corrientes líquida y de vapor,
al menos una bajada (o canal), de preferencia
situada en el centro o en la periferia de cada plato de destilación,
para el acondicionamiento del líquido y el control de la regularidad
de su circulación (bajada a través de la cual fluirá el líquido que
se encuentra antes sobre la mesa de trabajo de dicho plato), y
al menos un vertedor (o pequeño brocal)
bordeando cada bajada, destinado para el mantenimiento de un cierto
nivel de líquido en la mesa de trabajo de dicho plato y por
consiguiente para el control de la regularidad de la evacuación del
líquido de la indicada mesa de trabajo.
Según la presente invención, se puede por
ejemplo considerar que toda zona de destilación situada entre dos
lechos catalíticos comprenda un número impar de platos de
destilación, de preferencia de doble paso (alternancia de
plato(s) con medios de vertido en la parte central y de
plato(s) con medio(s) de vertido en la parte
periférica(s), así como es bien conocido del experto en la
materia).
El catalizador a instalar en cada lecho
catalítico de zona catalítica está generalmente constituido por
partículas catalíticas. Puede acondicionarse bajo cualquier forma
adecuada, particularmente en forma de partículas de forma
sustancialmente cilíndrica o de forma sustancialmente esférica,
estando las dimensiones de las indicadas partículas de catalizador
generalmente comprendidas entre 0,1 y 20 mm. La naturaleza de dicho
catalizador depende de la reacción considerada, así como es bien
conocido del experto en la materia. En el caso de la síntesis del
metiltertiobutiléter por ejemplo, se utiliza en general un
catalizador del tipo de resina sulfónica, por ejemplo una resina de
poliestireno-divinilbenceno sulfonada, cuya
granulometría se encuentra generalmente comprendida entre 0,1 y 1,2
mm.
En cada lecho catalítico de la zona catalítica,
el catalizador puede ser incluido en al menos una envuelta
permeable al líquido pero impermeable a las partículas catalíticas
(es decir que no deje pasar las indicadas partículas sólidas de
catalizador), envuelta constituida por ejemplo por una tela de
tejido, de material sintético (por ejemplo de polipropileno) o de
tejido metálico.
El catalizador puede igualmente disponerse en
desorden, es decir libremente, en el interior de cada lecho
catalítico de la zona catalítica. En este caso, para mantener el
catalizador en su lugar y para evitar que sea arrastrado por la
corriente de líquido que lo atraviesa, se prevé generalmente que
todo lecho catalítico comprendido en la zona catalítica descanse
sobre cualquier dispositivo que permita el paso del líquido pero
impermeable a las partículas catalíticas, tales como por ejemplo una
rejilla de tipo Johnson o boquillas de tipo Johnson repartidas
regularmente sobre una superficie impermeable a los flujos gaseoso,
líquidos o sólidos. Ventajosamente, el indicado dispositivo está
ligeramente sobreelevado con relación a la llegada del (de los)
medio(s) de circulación sustancialmente radial, sobre el
fondo de la zona catalítica, con el fin de crear una zona de reparto
situada en parte por debajo del lecho catalítico de la zona
catalítica.
Es posible también prever la presencia de una
rejilla superior por todo el lecho catalítico comprendido en la zona
catalítica, impermeable al paso de las partículas catalíticas,
permeable al líquido y al gas, con el fin de confinar las indicadas
partículas en el mencionado lecho. Pero también puede considerarse,
y esto es un modo de realización preferido de la invención, colocar
cualquier dispositivo que permita el paso del líquido pero
impermeable a las partículas catalíticas, a nivel del medio de
vertido por el cual fluye el líquido después de su paso por la zona
catalítica, tal como una rejilla de tipo Johnson. De igual modo,
también es posible prever la presencia de una rejilla superior en la
parte alta del medio de circulación del vapor, impermeable a las
partículas catalíticas y permeable al vapor ascendente que atraviesa
el lecho catalítico prácticamente sin tener contacto con las
indicadas partículas, con el fin de prevenir un arrastre eventual
del catalizador en un funcionamiento anormal de la columna.
Cuando el catalizador está dispuesto en
desorden, se puede prever utilizarlo en forma de lecho fijo, de
lecho expandido o de lecho fluidizado. Cuando el catalizador esté
dispuesto en desorden o incluido en al menos una cubierta, el
porcentaje de vacío que se puede conferirle se encuentra comprendido
generalmente entre el 30 y el 70%.
En el funcionamiento de la zona de destilación
reactiva, en el procedimiento según la invención, en razón del
posible arrastre por el líquido de fragmentos de partículas
catalíticas que constituyen el catalizador (o finos), puede resultar
ventajoso prever recoger el líquido que fluye por ejemplo del lecho
catalítico inferior de la zona catalítica situada lo más abajo en la
zona catalítica, trasegar este líquido, filtrarlo en al menos un
dispositivo de filtrado (situado generalmente en el exterior de la
zona de destilación reactiva), y reintroducirlo en la zona
catalítica entre la posición de donde ha sido trasegado y la zona
de destilación inferior. El lecho catalítico inferior es el único
lecho de la indicada zona catalítica si esta solo comprende un único
lecho catalítico, o bien el lecho catalítico situado más bajo de la
zona catalítica si esta comprende al menos dos lechos catalíticos.
Este filtrado permite eliminar todos los fragmentos eventuales de
catalizador arrastrados por la fase líquida y, en particular, les
impide llegar al fondo de la zona de destilación reactiva.
La carga del catalizador se realiza generalmente
en la zona catalítica por cualquier medio conocido del experto en la
materia, tal como un registro o cualquier medio de distribución cuya
llegada está situada justo por encima de cada lecho catalítico,
permitiendo una carga de preferencia estanca del catalizador (por
ejemplo en medio orgánico). La descarga del catalizador se realiza
generalmente por cualquier medio conocido del experto en la materia.
Así la descarga del catalizador puede realizarse por aspiración, por
ejemplo por un registro, o por un conducto de vaciado.
Los caminos seguidos de la fase líquida y de la
fase de vapor en el interior de la zona de destilación reactiva, y
en particular en el interior de la zona catalítica, son
características de uno de los aspectos del procedimiento según la
invención.
El dispositivo de destilación reactiva de la
invención comprende:
- a)
- al menos una zona de reacción catalítica que incluye al menos un lecho catalítico que comprende el catalizador,
- b)
- al menos una zona de destilación situada por debajo de la zona catalítica precedente, o zona de destilación inferior,
- c)
- al menos otra zona de destilación situada por encima de la zona catalítica precedente, o zona de destilación superior,
al menos un medio de circulación de la mayor
parte, de preferencia la casi totalidad, del líquido desde la parte
baja a la parte alta a través del catalizador de cada lecho
catalítico,
al menos un medio de circulación del vapor desde
la parte baja a la parte alta, de la zona catalítica de tal forma
que el indicado vapor no esté en contacto con el catalizador,
al menos un medio de vertido del líquido que
comprende al menos un conducto, de forma que el líquido, después de
su paso por el lecho catalítico, se vierta en la zona de destilación
inferior,
al menos un medio colector,
caracterizándose el indicado dispositivo
porque:
el indicado al menos un medio colector está
adaptado de forma que el líquido procedente de la zona de
destilación superior llegue a la zona central de la zona catalítica,
por debajo de cada lecho catalítico de la zona catalítica,
comprendiendo el indicado medio colector en parte por encima de la
zona catalítica una zona colectora y comprendiendo el indicado medio
al menos un conducto que permita el paso del líquido de arriba a
abajo de la zona catalítica sin tener contacto con el
catalizador,
y porque comprende:
al menos un medio de circulación sustancialmente
radial del líquido por debajo de cada lecho catalítico de la zona
catalítica con el fin de introducirlo en al menos una zona de
reparto del líquido.
En el dispositivo según la invención, la zona de
destilación reactiva consiste en una zona de reacción catalítica,
una zona de destilación inferior que es la zona de agotamiento y una
zona de destilación superior que es la zona de rectificación.
La zona colectora del medio colector puede
permitir la liberación del vapor, es decir que permite realizar,
por el conducto de dicho medio y luego por al menos un medio de
circulación sustancialmente radial del líquido, una alimentación de
la zona de reparto correcta, evitando en particular cualquier gas
arrastrado en el mencionado líquido. Así, el líquido se reparte sin
turbulencias excesivas en el mencionado conducto y luego en el medio
de circulación sustancialmente radial para por último juntarse en la
zona de reparto.
La zona de reparto del líquido, alimentada por
al menos un medio de circulación sustancialmente radial, permite la
regulación y la homogeneización del líquido antes de su entrada en
cada lecho catalítico de la zona catalítica. Así una de las ventajas
de la presente invención es mejorar la circulación del líquido en
cada lecho catalítico de la zona catalítica. Por consecuencia, el
procedimiento es tal que el líquido se extiende por toda la sección
de la zona de destilación reactiva que le es accesible antes de
entrar en el lecho catalítico, en al menos una zona de reparto del
líquido.
De forma preferida, el medio colector está
situado en la zona central de la zona catalítica.
De forma preferida, el líquido que se vierte en
la zona de destilación inferior pasa en su mayor parte por la zona
periférica de la zona catalítica. Así, el medio de vertido comprende
al menos un conducto, y cualquier conducto de dicho medio está
situado en la zona periférica de la zona catalítica.
Cuando la reacción puesta en juego comprende la
presencia de al menos un reactivo gaseoso, el dispositivo según la
invención puede comprender al menos un medio de introducción de
dicho reactivo gaseoso, de preferencia hidrógeno, para cada lecho
catalítico de la zona catalítica.
En un primer modo de realización preferido del
dispositivo según la invención, el medio colector está situado en
la zona central de la zona catalítica, el medio de vertido está
situado en la zona periférica de la zona catalítica, y el medio de
circulación del vapor procedente de la zona de destilación inferior
está situado en la zona central de la zona catalítica. De
preferencia el medio de circulación del vapor procedente de la zona
de destilación inferior comprende al menos un conducto, siendo
cualquier conducto de dicho medio de circulación distinto de
cualquier conducto del medio colector de líquido. En este caso, de
preferencia, el medio de circulación sustancialmente radial es un
dispositivo de tipo "araña" que incluye al menos un brazo de
distribución, de preferencia de 2 a 10 brazos de distribución, de
forma también más preferida de 2 a 8 brazos de distribución.
En el primer modo de realización preferido del
dispositivo según la invención, de forma preferida, el dispositivo
es tal que el medio de vertido del líquido es tal que no permite
prácticamente el paso de la fase vapor en el sentido ascendente, es
decir que cualquier conducto de dicho medio de vertido del líquido
comprende al menos un medio que no permite prácticamente el paso de
vapor en el sentido ascendente.
De forma preferida, en el indicado modo de
realización, el medio de circulación de la fase de vapor procedente
de la zona de destilación inferior comprende al menos un conducto, y
cualquier conducto de dicho medio es distinto a la vez de cualquier
conducto del medio colector y de cualquier conducto del medio de
vertido.
En un segundo modo de realización preferido del
dispositivo según la invención, el medio colector está situado en
la zona central de la zona catalítica, el medio de vertido está
situado en la zona periférica de la zona catalítica y el medio de
circulación del vapor procedente de la zona de destilación inferior
está situado en la zona periférica de la zona catalítica. Entonces,
un primer modo de realización que es por consiguiente un tercer modo
de realización preferido del dispositivo según la invención es tal
que el vapor procedente de la zona de destilación inferior y que
circula por la zona periférica de la zona catalítica está al menos
en parte, de preferencia en su mayor parte, en contacto con el
líquido que circula por el medio de vertido. Así, el medio de
circulación del vapor comprende al menos un conducto, y al menos un
conducto de dicho medio es también un conducto del medio de vertido
del líquido, y de preferencia todo conducto de dicho medio es
también conducto del medio de vertido del líquido. Y un segundo modo
de realización que es por consiguiente un cuarto modo de realización
preferido del dispositivo según la invención es tal que el vapor
procedente de la zona de destilación inferior y que circula por la
zona periférica de la catalítica no tiene sustancialmente contacto
con el líquido que circula por el medio de vertido. Así, el medio de
circulación del vapor comprende al menos un conducto, siendo
cualquier conducto de dicho medio de circulación distinto de
cualquier conducto del medio de vertido.
De forma preferida, sea cual fuere el modo de
realización del dispositivo según la invención, el medio de
circulación de líquido desde la parte baja a la parte alta a través
del catalizador comprende al menos un medio de inyección de dicho
líquido en cada lecho catalítico de la zona catalítica, que es de
preferencia una boquilla. En tal caso, cuando la reacción a promover
es una reacción que comprende al menos una introducción de reactivo
gaseoso que es hidrógeno, es decir que la reacción comprende una
hidrogenación, es por consiguiente generalmente necesario añadir un
dispositivo de introducción de hidrógeno, para cualquier lecho
catalítico de la zona catalítica, por ejemplo según una de las tres
técnicas descritas a continuación. Así, la zona catalítica comprende
al menos un dispositivo de inyección de líquido y al menos un
dispositivo de introducción de hidrógeno en todo el lecho catalítico
de la zona catalítica. Según una primera técnica, el dispositivo de
introducción de hidrógeno está situado delante del dispositivo de
inyección de líquido, y por consiguiente delante del lecho
catalítico. Según una segunda técnica, el dispositivo de
introducción de hidrógeno está dispuesto a nivel del dispositivo de
inyección de líquido, de tal forma que el hidrógeno sea introducido
en el líquido antes del lecho catalítico. Según una tercera técnica,
el dispositivo de introducción de hidrógeno está situado después del
dispositivo de inyección de líquido, y por consiguiente en el seno
del lecho catalítico, de preferencia no lejos de dicho dispositivo
de inyección de líquido en el mencionado lecho catalítico. Los
términos "antes" y "después" utilizados anteriormente se
entienden con relación al sentido de circulación del líquido que
atravesará el lecho catalítico.
Sea cual fuere el medio de realización del
dispositivo según la invención, el medio de circulación
sustancialmente radial puede comprender al menos un brazo de
distribución, de preferencia de 2 a 10 brazos de distribución, de
forma aún más preferida de 2 a 8 brazos de distribución.
Bien entendido, el vapor producido en la
reacción catalítica en cada lecho catalítico de la zona catalítica
se junta de nuevo por encima de dicho lecho catalítico el vapor
procedente de la zona de destilación inferior que atraviesa el
indicado lecho sin contacto con el catalizador, sea cual fuere el
modo de realización.
Cualquier otro modo de realización del
dispositivo según la invención, que combine los diferentes modos de
realización preferidos del dispositivo según la invención, se puede
también considerar. Por ejemplo es posible combinar el primero y el
tercer modos de realización preferidos descritos anteriormente, es
decir que una parte del vapor procedente de la zona de destilación
inferior circula por al menos un conducto en la zona periférica de
la zona catalítica y que la otra parte del indicado vapor circula
por al menos un conducto en la zona central de la zona
catalítica.
El dispositivo de destilación reactiva según la
invención consiste en al menos una columna catalítica. En los casos
conocidos del experto en la materia donde la utilización de una sola
columna plantea problemas, se prefiere generalmente escindir la
indicada columna con el fin de utilizar finalmente al menos dos
columnas que, puestas extremo con extremo, realizan la indicada
columna, es decir que las zonas de rectificación (o zona superior),
de destilación catalítica y de agotamiento (o zona inferior) se
reparten en las columnas. En la práctica, la zona de rectificación o
la zona de agotamiento, y de preferencia la zona de agotamiento,
puede encontrarse generalmente en al menos una columna diferente de
la columna que comprende la zona catalítica.
La zona de rectificación del dispositivo según
la invención comprende generalmente bien sea al menos un plato
distribuidor eventualmente situado por encima de una zona que
comprende al menos un guarnecido que asegura la destilación, bien
sea al menos un plato de destilación, que puede ser convencional,
así como cualquier combinación de guarnecido(s), de
plato(s) distribuidor(es) y de plato(s) de
destilación que aseguran la destilación según cualquier técnica
conocida del experto en la materia.
De igual modo, la zona de agotamiento del
dispositivo según la invención comprende generalmente bien sea al
menos un plato distribuidor eventualmente situado por encima de una
zona que comprende al menos un guarnecido que asegura la
destilación, bien sea al menos un plato de destilación, que puede
ser convencional, así como cualquier combinación de
guarnecido(s), de plato(s) distribuidor(es) y
de plato(s) de destilación que aseguran la destilación según
cualquier técnica conocida del experto en la materia.
Las características del plato distribuidor, del
cuerpo de guarnecido, del catalizador y de la carga y descarga del
catalizador, para el dispositivo según la invención, son las mismas
que las facilitadas anteriormente en el caso del procedimiento según
la invención.
El dispositivo de destilación reactiva según la
invención puede comprender al menos un medio de recogida de una
parte del líquido que fluye por ejemplo del lecho catalitico
inferior de la zona catalítica situada lo más baja en la zona
catalítica sobre la zona de destilación inferior, al menos un medio
de filtrado (situado generalmente en el exterior de la zona de
destilación reactiva), que permite retener los fragmentos eventuales
de las partículas catalíticas que constituyen el catalizador
eventualmente arrastradas por la fase líquida, y al menos un medio
de redistribución del líquido (sustancialmente exento de fragmentos
de partículas catalíticas) en la zona catalítica, generalmente entre
la posición de donde ha sido trasegado y la zona de destilación
inferior.
Los encaminamientos de la fase líquida y de la
fase vapor en el interior de la indicada zona de destilación
reactiva, y en particular en el interior de la zona catalítica, son
impuestos por los internos de la zona de destilación reactiva y son
características de uno de los aspectos del dispositivo según la
invención.
Por otro lado, en el caso de reacciones
exotérmicas, por ejemplo para la síntesis de los éteres alquílicos
terciarios, una de las ventajas del procedimiento y del dispositivo
según la invención es que la circulación en corriente ascendente de
la fase líquida a través de los lechos catalíticos permite además
evacuar fácilmente la fase de vapor generada sobre el catalizador
por el calor de reacción.
El procedimiento y el dispositivo de la
invención se ilustran por las figuras adjuntas. La figura 1 ilustra
bajo una forma esquemática la disposición general de la indicada
zona; las figuras 2, 2A, 2B y 2C ilustran la configuración de zonas
de destilación y de zonas catalíticas que componen al menos en parte
la indicada zona, según el primer modo de realización preferido del
dispositivo según la invención; las figuras 3, 4, 4A y 4C ilustran
la configuración de zonas de destilación y de zonas catalíticas que
componen al menos en parte la indicada zona, según el tercer modo de
realización preferido del dispositivo según la invención; las
figuras 5 y 5A ilustran la configuración de zonas de destilación y
de zonas catalíticas que componen al menos en parte la indicada
zona, según el cuarto modo de realización preferido del dispositivo
según la invención. Los mismos números se utilizan para representar
los órganos similares en todas las figuras.
La zona de destilación reactiva utilizada en el
procedimiento de la invención que está representada en la figura 1
es una columna catalítica que comprende esencialmente tres zonas, a
saber: una zona catalítica (C), en la cual progresan la destilación
y la reacción química, una favoreciendo a la otra, una cima (S) (o
zona de rectificación) y una base (B) (o zona de agotamiento).
La cima (S) está equipada con un conducto 1 para
la evacuación de los vapores de los constituyentes más volátiles y
de un conducto 2 para la introducción de un reflujo líquido
constituido por una fracción de los indicados vapores condensados en
el intercambiador Es.
La base (B) está equipada con un conducto 3 para
la evacuación de los constituyentes menos volátiles en forma líquida
y por un conducto 4 para la introducción del vapor de rehervido
generado por vaporización parcial de al menos una parte de los
indicados constituyentes en el intercambiador Eb. La misma está
igualmente equipada con uno o varios conductos para la introducción
eventual de la totalidad o parte de los reactivos.
La zona catalítica (C) recibe, de forma interna,
una fase líquida generada por el reflujo introducido en la cima de
la zona de destilación reactiva y una fase de vapor generada por el
vapor de rehervido introducida en la base de la zona de destilación
reactiva así como, de forma externa, en al menos una altura, un
aporte eventual de al menos uno de los reactivos, puro o diluido por
ejemplo de alcohol en el caso de la utilización del dispositivo en
síntesis de éteres. En la figura 1, no se ha representado una
introducción de este tipo.
Una disposición del lecho catalítico de la zona
catalítica, asociada con dos zonas de destilación y que forman una
de las características del dispositivo según la invención, se
describe a continuación en relación con las figuras 2, 2A, 2B y 2C,
que ilustran dos formas de realización en el caso del primer modo de
realización preferido del dispositivo según la invención. La zona
catalítica comprende un solo lecho catalítico 8 y está bordeada en
su parte superior por un plato de destilación 5 y en su parte
inferior por un plato de destilación 14. El plato 5 de destilación,
que comprende un vertedor 7 central, que une el indicado plato con
una bajada 6, está situado por encima del lecho catalítico y es bien
sea el plato más bajo de la zona (S), o el único plato de la zona
(S) si esta solo comprende un plato, bien sea el plato más bajo de
una zona de destilación comprendida en la zona catalítica (C), o
bien el único plato de la indicada zona comprendida en la zona (C)
si esta solo comprende un plato. El plato 14 de destilación, que
comprende un vertedor 12 central, que une el indicado plato con una
bajada 13, está situado por debajo del lecho catalítico y es bien
sea el plato más alto de la zona (B), o el único plato de la zona
(B) si esta solo comprende un plato, o el plato más alto de una zona
de destilación comprendida en la zona de destilación catalítica (C),
o el único plato de la indicada zona comprendida en la zona (C) si
esta comprende un solo plato.
El lecho catalítico 8 está adaptado para ser
atravesado de abajo a arriba por la fase líquida sin ser atravesado
por la fase vapor procedente de la zona de destilación.
El catalizador a instalar en el conjunto de
lechos catalíticos 8 está acondicionado bajo cualquier forma
adecuada, particularmente en forma de partículas catalíticas de
forma sustancialmente cilíndrica o de forma sustancialmente
esférica, estando las dimensiones de las partículas de catalizador
comprendidas entre 0,1 y 20 mm. Para mantener el catalizador en su
sitio y para evitar que sea arrastrado por la corriente de líquido
que lo atraviesa, el lecho catalítico reposa sobre una rejilla
inferior 15a. Ventajosamente, la rejilla inferior 15a está
ligeramente sobreelevada con relación a la llegada de los medios de
distribución de líquido 17, sobre el fondo (placa 15b) de la zona
catalítica, con el fin de crear una zona de reparto de la fase
líquida 23, en la cual llega la fase líquida procedente del medio de
circulación sustancialmente radial del líquido por debajo de la zona
catalítica, antes de que la fase líquida circule por el lecho
catalítico.
También es posible prever la presencia de una
rejilla superior 16a impermeable al paso de las partículas
catalíticas, con el fin de confinar las indicadas partículas en el
lecho catalítico. De forma alternativa, es posible prever cualquier
medio tales como los medios 16b ó 16c, ilustrados a continuación en
la figura 2, con el fin de evitar que el catalizador no rebose el
lecho catalítico en el funcionamiento. También es posible combinar
medios tales como los de las referencias 16a, 16b o 16c ilustrados
en la figura 2.
Más particularmente, el caso del primer modo de
realización preferido del dispositivo según la invención está
representado en las figuras 2, 2A, 2B y 2C, las figuras 2B y 2C
representan cada una una posibilidad de sección de la figura 2 según
el eje BB, y la figura 2A que representa una sección de la figura 2
según el eje AA. El lecho catalítico 8 recibe la fase líquida que
fluye del plato de destilación 5 por rebose por encima del desagüe
central 7 y por la bajada 6. La alimentación del lecho catalítico
con líquido de destilación es una de las características de la
presente invención. Se realiza por mediación de un medio de
circulación sustancialmente radial 20 del líquido que comprende ocho
brazos de alimentación 17, que permite el paso ascendente de la
fase vapor en el conducto 21 de la zona de destilación inferior a la
zona de destilación superior sin contacto con el líquido. La figura
2A permite comprender una estructura particular posible de dicho
medio 20 que comprende los brazos de distribución 17, explicándose
las referencias 18 y 19 a continuación.
A través del lecho catalítico 8, la fase líquida
se desplaza desde abajo a arriba y se vierte sobre el plato de
destilación 14 por rebose por encima del desagüe 9 y circulación por
la bajada 19. Es posible en el marco de la presente invención poner,
por encima del desagüe 9, cualquier medio tal como el medio 16b
ilustrado en la figura 2, permeable al líquido e impermeable a las
partículas catalíticas, por ejemplo una rejilla de tipo Jonson. El
plato 14 presenta una bajada central 13 y un desagüe 12. De
preferencia, como se ha representado en las figuras 2 y 2A, la
bajada 19 es tal que comprende un medio 18 que no permite
prácticamente el paso de fase de vapor en el sentido ascendente en
la indicada bajada 19. En este caso, el plato 14 no comprende
evidentemente medio de contacto líquido-vapor,
susceptible de generar vapor de destilación, por debajo de la
indicada bajada 19.
Por otra parte, la fase vapor generada por la
zona de destilación inferior circula en el sentido ascendente por
la zona central de la zona catalítica por el conducto 21, siendo su
paso hacia el conducto 21 posible gracias a la estructura del medio
de distribución 20 (ver en particular las figuras 2A, 2B y 2C). Es
posible en el marco de la presente invención dar salida al conducto
21, situándose la indicada salida por encima del lecho catalítico,
cualquier medio tal como el medio 16c, ilustrado en la figura 2,
permeable al vapor e impermeable a las partículas catalíticas, por
ejemplo una rejilla de tipo Johnson.
La carga del catalizador se realiza generalmente
en la zona de destilación reactiva por cualquier medio conocido del
experto en la materia, tal como el registro 24 ilustrado en la
figura 2. En cuanto a la descarga, varias configuraciones son
posibles en el marco del primer modo de realización preferido del
dispositivo según la invención, entre las cuales dos posibilidades
han sido ilustradas más particularmente en las figuras 2B y 2C que
presentan las dos una posibilidad de sección de la figura 2 según el
eje BB. Así la descarga del catalizador puede realizarse por
aspiración, por ejemplo por el registro 24 cuando la configuración
es la de la figura 2B, o por un conducto de vaciado 22 especialmente
previsto a este efecto cuando la configuración es la de la figura
2C.
El procedimiento y el dispositivo de la
invención presentan particularmente la ventaja de controlar la
circulación de líquido en el interior de las zonas catalíticas. En
particular, se prefiere en el marco de la presente invención que
toda sección de zona catalítica sea tal que el líquido que circula
en el lecho catalítico a nivel de la indicada sección pueda
repartirse libremente en el indicado nivel, es decir que todas las
partículas catalíticas que constituyen el catalizador se encuentren
en contacto a la altura de una misma sección. Además, la existencia
de una zona de reparto 23 (figura 2) permite mejorar particularmente
el riego del lecho catalítico. Además, la utilización de una
corriente ascendente de fase líquida a través de los lechos de
catalizador lleva una expansión y una cierta movilidad de estos
lechos, lo cual permite evitar el atascamiento de los lechos
catalíticos. Por último, la bajada 6 del líquido se optimiza con el
fin de permitir una llegada homogénea del líquido descendente antes
de su distribución por el medio 20.
Las figuras 3, 4, 4A, y 4B permiten ilustrar dos
formas de realización en el caso del tercer modo de realización
preferido del dispositivo según la invención. Las referencias de la
figura 2 se aplican a las figuras 3 y 4, pero en este caso el vapor
circula en su mayor parte por la zona periférica, subiendo por la
bajada 25 por la cual fluye el líquido que ha pasado a través del
lecho catalítico 8, por desbordamiento por la parte superior del
vertedor 9. En este caso, el medio 20a de circulación
sustancialmente radial del líquido toma una forma sustancialmente
diferente del medio 20 ilustrado en la figura 2. Para la figura 4,
comprende esencialmente el tubo 37 y está asociado con la forma
cilíndrica 38 y con una placa 15b que mantiene el catalizador, con
el fin de crear la zona de reparto 23. Contrariamente al caso de la
figura 2, la placa 15b ha sido omitida, estando el fondo de la zona
catalítica constituido por la placa 26. Pero esto solo es una
posibilidad. Entre otras posibilidades, el dispositivo (representado
en la figura 3) está compuesto por el medio 20 de la figura 2 con
brazos de alimentación 17 asociado con una placa 26.
Las figuras 4A y 4B presentan dos posibilidades
de sección de la figura 4 según el eje AA. La descarga del
catalizador puede realizarse por aspiración, por ejemplo por el
registro 24 cuando la configuración es la de la figura 4A, o por un
conducto de vaciado 22 cuando la configuración es la de la figura
4B.
Las figuras 5 y 5A permiten ilustrar una forma
de realización en el caso del cuarto modo de realización preferido
del dispositivo según la invención. Las referencias de la figura 2
se aplican en la figura 5, como se ha explicado anteriormente, pero
en este caso el vapor circula en su mayor parte por la zona
periférica, subiendo por dos espacios 36 mientras que el líquido que
ha pasado a través del lecho catalítico 8 se vierte por encima de
los dos vertedores 9 por dos bajadas 27. En este caso, el medio de
circulación sustancialmente radial del líquido 20a es
sustancialmente el mismo que el descrito anteriormente en el caso
del tercer modo de realización preferido del dispositivo según la
invención ilustrado por la figura 3. La figura 5A presenta una
sección de la figura 5 según el eje AA. La descarga del catalizador
se realiza por un conducto de vaciado 22. Desde luego, en este caso,
el dispositivo está provisto de cualquier medio adecuado para
impedir sustancialmente totalmente la subida de vapor por las
bajadas de líquido 27, y para impedir el rebose de una parte del
líquido que ha atravesado el lecho catalítico 8 en los espacios
36.
Como se ha expuesto anteriormente, el
procedimiento y el dispositivo de la invención pueden aplicarse a
diversas reacciones equilibradas, en fase líquida, para las cuales
se puede separar el producto de reacción por destilación en las
condiciones de temperatura y de presión a las cuales se realiza la
reacción, y particularmente las reacciones de alquilación de
hidrocarburos aromáticos con la olefina apropiada, las reacciones de
isomerización de parafinas, las reacciones de isomerización de
olefinas o la producción de butano-2 por
hidroisomerización. De forma preferida, se aplican más
particularmente a las reacciones de eterificación entre una
isoolefina (por ejemplo el isobuteno o el isopenteno) y un
monoalcohol alifático (por ejemplo el metanol o el etanol) para
formar los éteres correspondientes. Las condiciones de realización
de estas reacciones son bien conocidas del experto en la materia.
Sin embargo a título indicativo se dan a continuación las
condiciones de síntesis del metiltertiobutiléter.
Las condiciones habitualmente utilizadas son
generalmente una presión comprendida entre 0,4 y 1,6 MPa, una
temperatura de fondo de zona de destilación reactiva, en función de
la presión elegida, comprendida entre 110 y 170ºC y una temperatura
de cabeza de zona de destilación reactiva, función de la presión
elegida, comprendida entre 40 y 90ºC. Se mantiene en general un
porcentaje de reflujo con relación al destilado comprendido entre
0,5:1 y 5:1. Por este procedimiento es posible convertir la casi
totalidad del isobuteno y obtener MTBE con una pureza elevada, en
general de al menos un 98% en moles. La carga que contiene isobuteno
está en general constituida por una fracción C_{4} (carga
hidrocarbonada que comprende en su mayor parte compuestos que tiene
4 átomos de carbono por molécula), procedentes particularmente de
una unidad de vapocraqueo, de un craqueo catalítico o de la
deshidrogenación del isobutano. En una primera zona de reacción, la
misma se pone en contacto con metanol, en condiciones de reacción
bien conocidas del experto en la materia. Esta reacción,
equilibrada, permite convertir una parte del isobuteno (en general
del 70 al 90%) en MTBE. Es la mezcla procedente de esta primera zona
la que se trata seguidamente según el procedimiento de destilación
reactiva de la invención o en el dispositivo de destilación reactiva
según la invención. La carga que contiene isobuteno y metanol no
convertidos se introduce generalmente justo por debajo de la zona
catalítica. Un aporte de metanol se introduce generalmente justo por
encima de la indicada zona. Se puede igualmente prever una
introducción de este aporte en varios puntos repartidos a lo largo
de la zona catalítica. El catalizador se coloca en las zonas
catalíticas de la zona de destilación reactiva como se ha descrito
más adelante.
Los ejemplos siguientes ilustran la
invención.
En este ejemplo, realizado según el primer modo
de realización preferido del procedimiento de la invención se trata
una carga procedente de una primera sección de reacción de
eterificación donde el isobuteno ha sido convertido al 88%. La
composición de la alimentación de la columna de destilación
reactiva, según la invención, se facilita en la tercera columna de
la tabla 1. La misma tiene en cuenta un aporte de alcohol
suplementario proporcionado a la columna, que representa el 0,5 por
ciento en peso.
| Carga unidad | Carga columna | Fondo de columna | Cabeza de columna | |
| catalítica | (% en peso) | (% en peso) | ||
| Isobuteno | 22,5 | 2,70 | <0,002 | 0,62 |
| n-butano | 7,0 | 7,0 | <0,01 | 10,64 |
| Butenos | 39,0 | 39,0 | <0,01 | 59,28 |
| Isobutano | 18,0 | 18,0 | <0,01 | 27,36 |
| Metanol | 13,5 | 2,69 ** | - | 2,10 |
| MTBE | 31,11 | 99,2 | <0,02 | |
| Total (g) | 100 | 100,5 | ||
| Conversión de | 88% | 98,2% | ||
| isobuteno | ||||
| ** un aporte suplementario de metano (0,5 por 100) es proporcionado a la columna |
Se utiliza una columna con una altura de 350 cm
y un diámetro de 5 cm. La misma presenta una zona superior (zona de
rectificación) equipada con 8 platos de destilación de tipo de doble
paso y una zona inferior (zona de agotamiento) equipada con 15
platos de destilación de tipo de doble paso. La zona catalítica está
constituida por una alternancia de zona de destilación y de zona de
reacción, según el primer modo de realización preferido del
dispositivo de la invención. (Ver figuras 2, 2A, 2B y 2C). En esta
zona catalítica, existen cinco lechos catalíticos, que contienen
cada uno 6 cm^{3} de catalizador (resina sulfónica, vendida por
Rohm & Haas) bajo la marca depositada Amberlyst 15), separados
unos de los otros por tres platos de destilación de tipo de doble
paso.
La columna se opera bajo una presión relativa de
0,7 MPa, con un porcentaje de reflujo de 1:1.
La carga se alimenta a nivel del vigésimo sexto
plato (contado de arriba abajo). El aporte de metanol se inyecta
sobre el plato justo por encima del primer lecho catalítico (es
decir sobre el plato 8). Después de la puesta en régimen, se
establece en la columna un perfil de temperatura que va de 62ºC en
la cabeza a 139ºC de fondo.
Para una alimentación de la columna de 1800 g/h
(más de 9 g/h de metanol), se saca en cabeza un destilado que tiene
la composición dada en la tabla 2 con un caudal de 1183 g/h. Se saca
del fondo 623 g/h un producto MTBE con una pureza superior al 99%.
La conversión del isobuteno en la columna se eleva al 85%.
En este ejemplo, realizado según el tercer modo
de realización preferido del procedimiento de la invención, se
trata una carga procedente de una primera sección de reacción de
eterificación donde el isobuteno ha sido convertido al 88%. La
composición de la alimentación de la columna de destilación
catalítica, según la invención, se facilita en la tercera columna de
la tabla 2. La misma tiene en cuenta un aporte de alcohol
suplementario proporcionada en la columna, que representa un 0,5 por
ciento en peso.
| Carga unidad | Carga columna | Fondo de columna | Cabeza de columna | |
| catalítica | (% en peso) | (% en peso) | ||
| Isobuteno | 22,5 | 2,70 | <0,002 | 0,66 |
| n-butano | 7,0 | 7,0 | <0,01 | 10,63 |
| Butenos | 39,0 | 39,0 | <0,01 | 59,24 |
| Isobutano | 18,0 | 18,0 | <0,01 | 27,34 |
| Metanol | 13,5 | 2,69** | - | 2,12 |
| MTBE | 31,11 | 99,2 | <0,02 | |
| Total (g) | 100 | 100,5 | ||
| Cv. del | 88% | 98,1% | ||
| isobuteno | ||||
| ** un aporte suplementario de metanol (0,5 por 100) es proporcionada a la columna. |
Se utilizó una columna con una altura de 350 cm
y 5 cm de diámetro. La misma presenta una zona superior (zona de
rectificación) equipada de guarnecido Sulzer y una zona inferior
(zona de agotamiento) equipada igualmente de guarnecido Sulzer. La
zona catalítica está constituida por una alternancia de zona de
destilación y de zona de reacción, según el tercer modo de
realización preferido del dispositivo de la invención. (ver figuras
4 y 4A). En esta zona catalítica, existen cinco lechos catalíticos,
conteniendo cada uno 6 cm^{3} de catalizador (resina sulfónica,
vendida por Rohm & Haas bajo la marca depositada Amberlyst 15),
separados unos de los otros por tres platos de destilación de tipo
de doble paso.
La columna se preparó bajo una presión relativa
de 0,7 MPa, con un porcentaje de reflujo de 1:1.
La carga fue alimentada a la altura del vigésimo
sexto plato (contado de arriba a abajo). El aporte de metanol se
inyectó sobre el plato justo por encima del primer lecho catalítico
(es decir el plato 8). Después de la puesta en régimen, se establece
en la columna un perfil de temperatura que va de 62ºC en cabeza a
139ºC en el fondo.
Para una alimentación de la columna de 1800 g/h
(más 9 g/h de metanol), se saca en cabeza un destilado que tiene la
composición dada en la tabla 1 con un caudal de 1182 g/h. Se sacan
del fondo 622 g/h de un producto MTBE con una pureza superior al
99%. La conversión del isobuteno en la columna se eleva al 84%.
En este ejemplo, realizado según el cuarto modo
de realización preferido del procedimiento según la invención se
trató una carga procedente de una primera sección de reacción de
eterificación donde el isobuteno ha sido convertido al 88%. La
composición de la alimentación de la columna de destilación
catalítica, según la invención, se facilita en la tercera columna de
la tabla 3. La misma tiene en cuenta un aporte de alcohol
suplementario proporcionado a la columna, que representa un 0,5 por
100 en peso.
| Carga unidad | Carga columna | Fondo de columna | Cabeza de columna | |
| catalítica | (% en peso) | (% en peso) | ||
| Isobuteno | 22,5 | 2,70 | <0,002 | 0,57 |
| n-butano | 7,0 | 7,0 | <0,01 | 10,65 |
| Butenos | 39,0 | 39,0 | <0,01 | 59,32 |
| Isobutano | 18,0 | 18,0 | <0,01 | 27,38 |
| Metanol | 13,5 | 2,69** | - | 2,08 |
| MTBE | 31,11 | 99,1 | <0,02 | |
| Total (g) | 100 | 100,5 | ||
| Cv del | 88% | 98,3% | ||
| isobuteno | ||||
| ** un aporte suplementario de metanol (0,5 por 100) es proporcionado a la columna. |
Se utilizó una columna con una altura de 350 cm
y un diámetro de 5 cm. La misma presenta una zona superior (zona de
rectificación) equipada con guarnecido Sulzer y una zona inferior
(zona de agotamiento) equipada igualmente con guarnecido Sulzer. La
zona catalítica está constituida por una alternancia de zona de
destilación y de zona de reacción, según el cuarto modo de
realización del dispositivo de la invención. (ver figuras 5 y 5A).
En esta zona catalítica, existen cinco lechos catalíticos,
conteniendo cada uno 6 cm^{3} de catalizador (resina sulfónica,
vendida por Rohm & Haas bajo la marca depositada Amberlyst 15),
separados unos de los otros por tres platos de destilación del tipo
de doble paso.
La columna se preparó bajo una presión relativa
de 0,7 MPa, con un porcentaje de reflujo de 1:1.
La carga se alimentó a la altura del vigésimo
sexto plato (contado de arriba a abajo). El aporte de metanol se
inyectó sobre el plato justo situado por encima del primer lecho
catalítico (es decir el plato 8). Después de la puesta en régimen,
se estableció en la columna un perfil de temperatura que va de 62ºC
en cabeza a 139ºC en el fondo.
Para una alimentación de la columna de 1800 g/h
(más de 9 g/h de metanol), se saca de cabeza un destilado que tiene
la composición dada en la tabla 3 con un caudal de 1183 g/h. Se saca
del fondo 623 g/h de un producto MTBE con una pureza superior al
99%. La conversión del isobuteno en la columna se eleva al 86%.
Claims (20)
1. Procedimiento de destilación reactiva tal
que:
se introducen reactivos, solos o diluidos,
pudiendo uno de los reactivos ser excedentario, en al menos un nivel
de una zona de destilación reactiva que incluye:
- a)
- al menos una zona de reacción catalítica que incluye al menos un lecho catalítico que comprende el catalizador,
- b)
- al menos una zona de destilación situada por debajo de la zona catalítica precedente, o zona redestilación inferior,
- c)
- al menos otra zona redestilación situada por encima de la zona catalítica precedente, o zona de destilación superior,
- se mantienen condiciones de destilación con el fin de tener una fase líquida y una fase vapor en la zona de destilación reactiva,
- se hace circular la mayor parte del líquido desde abajo hacia lo alto a través del catalizador en la zona catalítica,
- se hace circular la mayor parte del vapor desde abajo hacia lo alto en la zona catalítica, de tal manera que el indicado vapor no esté en contacto con el catalizador,
- se recoge una parte del producto de reacción buscado,
- se recoge una parte de un diluyente eventual y reactivos,
- se recupera la mayor parte del líquido después de su paso por el lecho catalítico por al menos un medio de vertido del líquido, de forma que el líquido se vierta en la zona de destilación inferior,
- y
- se recoge la mayor parte del líquido procedente de la zona de destilación superior,
caracterizándose el indicado
procedimiento
porque:
se recoge la mayor parte del líquido procedente
de la zona de destilación superior por al menos un medio colector de
forma que el líquido llegue a la zona central de la zona catalítica,
por debajo de cada lecho catalítico de la zona catalítica, sin tener
contacto con el catalizador,
se hace circular sustancialmente de forma radial
la mayor parte del líquido por debajo de dicho lecho catalítico por
al menos un medio de circulación sustancialmente radial con el fin
de introducirlo en al menos una zona de reparto del líquido.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, que
comprende al menos la introducción de un reactivo gaseoso por cada
lecho catalítico de la zona catalítica.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 y 2, tal que el líquido que se vierte en la zona
de destilación inferior por al menos un medio de vertido pasa en su
mayor parte por la zona periférica de la zona catalítica.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3 tal que el líquido procedente de la zona de
destilación superior que se recoge circula por la zona central de la
zona catalítica, el líquido que se vierte en la zona de destilación
inferior pasa en su mayor parte a la zona periférica de la zona
catalítica, y el vapor procedente de la zona de destilación inferior
y que circula por la zona catalítica circula por la zona central de
la zona catalítica.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, tal que el líquido procedente de la zona de
destilación superior que se recoge circula por la zona central de la
zona catalítica, el líquido que se vierte en la zona de destilación
inferior pasa en su mayor parte por la zona periférica de la zona
catalítica y el vapor procedente de la zona de destilación inferior
y que circula por la zona catalítica circula por la zona periférica
de la zona catalítica.
6. Procedimiento según la reivindicación 5 tal
que el vapor procedente de la zona de destilación inferior y que
circula por la zona periférica de la zona catalítica no tiene
contacto con el líquido que circula por el medio de
vertido.
vertido.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6 tal que el medio de circulación radial
comprende al menos un brazo de distribución.
\newpage
8. Dispositivo de destilación reactiva que
comprende:
- a)
- al menos una zona de reacción catalítica que incluye al menos un lecho catalítico que comprende el catalizador,
- b)
- al menos una zona de destilación situada por debajo de la zona catalítica precedente, o zona de destilación inferior,
- c)
- al menos otra zona de destilación situada por encima de la zona catalítica precedente, o zona de destilación superior,
al menos un medio de circulación de la mayor
parte del líquido, desde la parte baja a la parte alta a través del
catalizador de cada lecho catalítico,
al menos un medio de circulación del vapor desde
la parte baja a la parte alta, de la zona catalítica de tal forma
que el indicado vapor no esté en contacto con el catalizador,
al menos un medio de vertido del líquido que
comprende al menos un conducto, de forma que el líquido, después de
su paso por el lecho catalítico, se vierta en la zona de destilación
inferior,
al menos un medio colector,
caracterizándose el indicado
dispositivo
porque:
el indicado al menos un medio colector está
adaptado de forma que el líquido procedente de la zona de
destilación superior llegue a la zona central de la zona catalítica,
por debajo de cada lecho catalítico de la zona catalítica,
comprendiendo el indicado medio colector en parte por encima de la
zona catalítica una zona colectora y comprendiendo el indicado medio
al menos un conducto que permita el paso del líquido de arriba a
abajo de la zona catalítica sin tener contacto con el
catalizador,
y porque comprende:
al menos un medio de circulación sustancialmente
radial del líquido por debajo de cada lecho de la zona catalítica
con el fin de introducirlo en al menos una zona de reparto del
líquido.
9. Dispositivo según la reivindicación 8, tal
que la zona colectora del medio colector permite la liberación del
vapor.
10. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 8 ó 9 que comprende al menos un medio de
introducción de un reactivo gaseoso para cada lecho catalítico de la
zona catalítica.
11. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 8 a 10 tal que el medio de vertido del líquido que
se vierte en la zona de destilación inferior está situado en la zona
periférica de la zona catalítica.
12. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 8 a 11, tal que el medio colector está situado en
la zona central de la zona catalítica, el medio de vertido está
situado en la zona periférica de la zona catalítica, y el medio de
circulación del vapor procedente de la zona de destilación inferior
está situado en la zona central de la zona catalítica.
13. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 8 a 12, tal que el medio colector está situado en
la zona central de la zona catalítica, el medio de vertido está
situado en la zona periférica de la zona catalítica, y el medio de
circulación del vapor procedente de la zona de destilación inferior
está situado en la zona periférica de la zona catalítica.
14. Dispositivo según la reivindicación 13 tal
que el medio de circulación del vapor procedente de la zona de
destilación inferior comprende al menos un conducto, siendo
cualquier conducto de dicho medio de circulación distinto de
cualquier conducto del medio de vertido del líquido.
15. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 8 a 14 tal que el medio de circulación de líquido
de abajo a arriba a través del catalizador comprende al menos un
medio de inyección de dicho líquido en cada lecho catalítico de la
zona catalítica.
16. Dispositivo según la reivindicación 15, tal
que cualquier lecho catalítico de la zona catalítica comprende al
menos un dispositivo de introducción de hidrógeno.
17. Dispositivo según la reivindicación 16, tal
que el dispositivo de introducción del hidrógeno está dispuesto
antes del dispositivo de inyección de líquido.
18. Dispositivo según la reivindicación 16 tal
que el dispositivo de introducción del hidrógeno está dispuesto a
nivel del dispositivo de inyección de líquido.
19. Dispositivo según la reivindicación 16, tal
que el dispositivo de introducción de hidrógeno está dispuesto
después del dispositivo de inyección de líquido.
20. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 8 a 19 tal que el medio de circulación
sustancialmente radial comprende al menos un brazo de
distribución.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9509060A FR2737131B3 (fr) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | Procede et dispositif de distillation reactive avec distribution particuliere des phases liquide et vapeur |
| FR9509060 | 1995-07-24 | ||
| FR9515532A FR2737132B1 (fr) | 1995-07-24 | 1995-12-27 | Procede et dispositif de distillation reactive avec distribution particuliere des phases liquide et vapeur |
| FR9515532 | 1995-12-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2280081T3 true ES2280081T3 (es) | 2007-09-01 |
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ID=26232122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES96401533T Expired - Lifetime ES2280081T3 (es) | 1995-07-24 | 1996-07-11 | Un procedimiento y dispositivo de destilacion reactiva con distribucion particular de las fases liquida y vapor. |
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| EP (1) | EP0755706B1 (es) |
| JP (1) | JP4069217B2 (es) |
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