ES2293010T3 - Reactor de columna ascendente multiple con retorno de catalizador centralizado. - Google Patents
Reactor de columna ascendente multiple con retorno de catalizador centralizado. Download PDFInfo
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Abstract
Un equipo de conversión de hidrocarburos que comprende: (a) varios reactores de columna ascendente (402), cada uno de ellos con un primer extremo en el cual se puede alimentar un catalizador y un segundo extremo a través del cual el catalizador puede salir del reactor de columna ascendente (402); (b) una zona de separación proporcionada para separar el catalizador de los productos de una reacción llevada a cabo en el equipo de conversión de hidrocarburos, incluyendo la zona de separación numerosas entradas; (c) una gran cantidad de piezas desviadoras, estando orientada cada pieza desviadora a desviar un flujo de material desde el segundo extremo del reactor de columna ascendente respectivo hacia una respectiva entrada; en la cual al menos una de las piezas desviadoras está hecha en forma de codo, que incluye una placa de contacto (408), una zona de contacto del catalizador (412) y una pieza de entrega (404) y (d) al menos un retorno de catalizador en comunicación de fluidos con la zona de separación y los primeros extremos de los reactores de columna ascendente (402), estando proporcionado el retorno de catalizador para transferir el catalizador de la zona de separación a los primeros extremos de los reactores de columna ascendente (402).
Description
Reactor de columna ascendente múltiple con
retorno de catalizador centralizado.
La presente invención se refiere a un reactor
útil en los procesos de conversión de hidrocarburos y,
especialmente, en reacciones de conversión de oxigenados a
olefinas.
Cuando se convierte una materia prima que
contiene un hidrocarburo en un producto en un reactor industrial,
es conveniente y deseable maximizar la producción del producto o
productos deseados y controlar, típicamente minimizar, la
producción de subproductos. Un tipo de reactor útil para llevar a
cabo reacciones de conversión de hidrocarburos es un reactor de
lecho fluidizado, en el cual se suspenden partículas de catalizador
sólido en un estado fluidizado durante el contacto con la materia
prima y otros materiales en estado de vapor. Normalmente, estos
tipos de reactores tienen una geometría de reactor cilíndrica. Un
método para disminuir la producción de subproductos en un reactor
de lecho fluidizado implica realizar la operación en un régimen de
flujo hidrodinámico tal que la velocidad del gas superficial es lo
bastante alta como para provocar que exista un flujo neto de
catalizador en el reactor fluyendo en la misma dirección que el
flujo de la materia prima y los otros vapores; esto es, la materia
prima de entrada y los otros vapores transportan esencialmente las
partículas de catalizador con ellos. Estos regímenes de flujo son
conocidos por las personas conocedoras de la técnica como regímenes
de lecho fluidizado rápido y de columna ascendente, más generalmente
como régimen de transporte, y se prefieren en los sistemas de
reacción en los cuales se desea un tipo de reactor más de tipo
pistón.
En general, para un área de sección transversal
de reactor dada (la cual en una geometría de reactor cilíndrico es
proporcional al diámetro y, de manera más general, a una anchura
característica), la concentración de catalizador en un reactor de
lecho fluidizado disminuye a medida que aumenta la velocidad
superficial del gas. Generalmente, mayores velocidades
superficiales del gas requieren alturas de reactor mayores para
permitir que una cantidad dada de materia prima entre en contacto
con una cantidad de catalizador establecida. Estas velocidades
superficiales de gas más altas necesitan una relación o razón de
aspecto mayor del reactor (razón entre la altura del reactor y su
diámetro o anchura característica). Además, en muchos casos, se
desea construir un reactor fluidizado con un área de sección
transversal muy grande para posibilitar el tratamiento de
producciones muy grandes de materia prima en una instalación con un
único reactor. Sin embargo, aumentar el diámetro del lecho fluido,
especialmente en el régimen de transporte, necesita también aumentar
la altura del reactor. Este aumento de la altura se necesita
debido a que se necesita una altura de reactor mínima, por lo que
respecta a una relación de aspecto mínima, para conseguir un patrón
de flujo completamente desarrollado, que se aproxime al
comportamiento de un reactor de tipo pistón. A la salida y,
especialmente a la entrada, de un reactor de lecho fluidizado en
régimen de transporte los efectos de momento de estado no
estacionario dominan el comportamiento hidrodinámico (por ejemplo,
la energía necesaria para que los vapores de la materia prima
levanten y recojan y aceleren el catalizador sólido, contra la
fuerza de la gravedad) de una manera que no conduce a obtener un
comportamiento aproximado de tipo pistón. No aparecerá un patrón de
flujo sólido/fluido aproximadamente de tipo pistón hasta que se
eliminen los efectos de momento progresando a lo largo de la altura
del reactor. Finalmente, si se desean usar catalizadores de baja
actividad en el régimen de transporte, deberían también aumentarse
las razones de aspecto para proporcionar la mayor conversión de la
materia prima deseada.
Desafortunadamente, los reactores de lecho
fluido de transporte de gran relación de aspecto son difíciles y
caros de construir y mantener. Son caros debido a que deben tener en
el extremo superior un recipiente de separación pesado, muy grande,
a menudo lleno de equipamiento pesado, para capturar y controlar el
catalizador que fluye y el producto del reactor. A medida que el
reactor aumenta su altura (relación de aspecto), pueden ser
necesarias estructuras de soporte más caras. En ciertas zonas del
mundo en las cuales el tiempo es de forma habitual inclemente,
especialmente ventoso, se necesita incluso más soporte estructural y
ciertas relaciones de aspecto no son económicamente viables. Se
necesitan sistemas de reactores independientes, completos y
múltiples, con recipientes de separación independientes. Con estos
sistemas de reactores independientes, completos y múltiples viene
relacionada la multiplicación de los costes.
La patente de EE.UU. 2.847.364 describe un
procedimiento para la conversión de hidrocarburos y para el
transporte de partículas sólidas.
En consecuencia, existe la necesidad en la
técnica de un reactor que pueda proporcionar la relación de aspecto
deseada, sin necesidad de una altura difícil de manejar, forzando
una anchura en la cual nunca se pueda obtener un régimen de flujo
completamente desarrollado o sin dar como resultado sistemas de
reactores múltiples e independientes.
De acuerdo con la invención, se proporciona un
equipo o aparato y un procedimiento según se define en cualquiera
de las reivindicaciones que acompañan este texto. En una
realización, la presente invención proporciona una solución a la
necesidad que existe actualmente en la técnica proporcionando un
equipo de conversión de hidrocarburos más corto manteniendo a la
vez una relación de aspecto alta en los reactores de columna
ascendente. El equipo de conversión de hidrocarburos incluye varios
reactores de columna ascendente, cada uno de los cuales está en
comunicación de fluidos con una pieza de desviación respectiva, la
cual desvía el flujo del producto, la materia prima de alimentación
sin reaccionar y el catalizador desde el extremo superior del
reactor de columna ascendente a varios entrantes laterales de una
zona de separación. Preferentemente, los entrantes están formados
en la sección superior de la zona de separación. Desviando el flujo
de material desde el extremo superior de los reactores de columna
ascendente a través de entrantes orientados en la sección superior
de la zona de separación, se puede reducir de forma ventajosa la
altura global de la zona de separación, y, en consecuencia, la
altura total del equipo de conversión de hidrocarburos.
Adicionalmente, orientando los reactores de
columna ascendente adyacentes a los lados de la zona de separación
que se extienden verticalmente, en vez de orientarlos por debajo de
la zona de separación, la presente invención proporciona la ventaja
adicional de aumentar el número posible de reactores de columna
ascendente en un equipo dado de conversión de hidrocarburos.
Aumentando el número de reactores de columna ascendente en un equipo
dado de conversión de hidrocarburos, se aumenta la cantidad de
producto formado por unidad de tiempo.
En una realización de la presente invención, el
equipo de conversión de hidrocarburos comprende varios reactores de
columna ascendente, cada uno de ellos con un primer extremo o punta
a través del cual se puede alimentar un catalizador, un segundo
extremo a través del cual se puede sacar el catalizador y un eje
longitudinal o línea centroidal (eje que pasa por el centro de
gravedad), que se extiende entre ellos. Se proporciona una zona de
separación que tiene diversas entradas, cada una de ellas estando
preferentemente no orientada a lo largo de los ejes centrales de
los reactores de columna ascendente, para separar el catalizador de
los productos de una reacción que se lleva a cabo en el equipo de
conversión de hidrocarburos. También se proporcionan diversas
piezas de desviación, estando cada una de ellas en comunicación de
fluidos entre el segundo extremo de un reactor de columna
ascendente y una entrada respectiva de la zona de separación. El
equipo incluye también una zona de retención de catalizador
proporcionada para contener el catalizador, el cual se alimenta
luego a los reactores de columna ascendente y un retorno de
catalizador en comunicación de fluidos entre la zona de separación
y la zona de retención del catalizador.
La invención se dirige también a un equipo de
conversión de hidrocarburos que incluye varios reactores de columna
ascendente, cada uno de ellos con un primer extremo a través del
cual se alimenta un catalizador y un segundo extremo a través del
cual el catalizador puede salir del reactor de columna ascendente.
Se proporciona una zona de separación para separar el catalizador
de los productos de una reacción que se lleva a cabo en el equipo
de conversión de hidrocarburos; la zona de separación incluye
numerosas entradas. El equipo incluye también numerosas piezas de
desviación, estando cada una de ellas orientada a desviar un flujo
de material desde el segundo extremo de un respectivo reactor de
columna vertical hacia una entrada respectiva. Al menos un retorno
de catalizador está en comunicación de fluidos con la zona de
separación y los primeros extremos de los reactores de columna
vertical; el retorno de catalizador se proporciona para transferir
el catalizador desde la zona de separación a los primeros extremos
de los reactores de columna vertical.
La invención se dirige también a un
procedimiento de conversión de hidrocarburos que incluye: (a) poner
en contacto un catalizador fluidizable con un agente fluidizante
para fluidizar el catalizador fluidizable; (b) alimentar el
catalizador y una corriente de alimentación a numerosos reactores de
columna ascendente, formando parte un gran número de reactores de
columna ascendente de un equipo individual de conversión de
hidrocarburos; (c) poner en contacto la corriente de alimentación
con el catalizador en un gran número de reactores de columna
ascendente, bajo condiciones eficaces para convertir la corriente de
alimentación en un producto; (d) dirigir el producto y el
catalizador a través de un gran número de piezas desviadoras,
estando colocada cada pieza de desviación para desviar un flujo del
producto y del catalizador desde una salida de un respectivo reactor
de columna ascendente a una zona de separación; (e) separar el
catalizador del producto en la zona de separación, estando dicha
zona en comunicación de fluidos con un gran número de piezas
desviadoras; (f) devolver el catalizador de la zona de separación a
un gran número de reactores de columna ascendente y (g) repetir las
etapas (a) a (f).
En otra realización, la invención es un equipo
de conversión de hidrocarburos que incluye un gran número de
reactores de columna ascendente, cada uno de ellos con un primer
extremo para recibir catalizador y un segundo extremo a través del
cual pueden salir el catalizador y un producto. Se proporciona un
gran número de piezas desviadoras, cada una de ellas asociada con
un respectivo reactor de columna ascendente. Se proporciona una
zona de separación que tiene al menos un lateral para separar el
catalizador del producto, que incluye un gran número de entradas,
cada una de ellas asociada con una respectiva pieza desviadora y en
la cual las entradas están orientadas en el lateral de la zona de
separación. El equipo incluye también un retorno de catalizador
acoplado a un gran número de brazos, estando el retorno de
catalizador y los brazos en comunicación de fluidos entre la zona
de separación y los primeros extremos de un gran número de reactores
de columna ascendente.
Esta invención se comprenderá mejor tomando como
referencia la "Descripción detallada de la invención"
conjuntamente con los dibujos anexos, en los cuales:
La figura 1 presenta una vista de una sección
transversal parcial de un equipo de conversión de hidrocarburos de
la presente invención.
\newpage
La figura 2 presenta una vista de una sección
transversal parcial de otra realización del equipo de conversión de
hidrocarburos de la presente invención.
Las figuras 3A, 3B y 3C presentan vistas
superiores de secciones transversales parciales de tres
realizaciones de equipos de conversión de hidrocarburos según la
presente invención.
La figura 4 presenta una vista de un corte
lateral de una pieza desviadora en forma de codo según una
realización de la presente invención.
La figura 5 presenta una vista lateral de una
sección transversal parcial de un corte de un reactor de columna
ascendente acoplado estrechamente a un separador de ciclón.
La figura 6 presenta una vista de una sección
transversal parcial de una pieza desviadora que proporciona un
ángulo de desviación de menos de 90 grados.
Y la figura 7 presenta una vista de una sección
transversal parcial de un sistema de retorno de catalizador curvado
en J según otra realización de la presente invención.
La presente invención proporciona un equipo de
conversión de hidrocarburos que incluye un gran número de reactores
de columna ascendente cada uno de los cuales está en comunicación de
fluidos con una respectiva pieza desviadora. Cada pieza desviadora
desvía el flujo de producto, corriente de alimentación sin
reaccionar y catalizador desde la parte superior de un respectivo
reactor de columna ascendente a una de entre un gran número de
entradas de la zona de separación. Preferentemente, las entradas
están hechas en la parte lateral de la sección superior de la zona
de separación. Se puede disminuir ventajosamente la altura global de
la zona de separación y, en consecuencia, la altura global del
equipo de conversión de hidrocarburos, desviando el flujo de
material desde la parte superior de los reactores de columna
ascendente a través de entradas orientadas en la sección superior
de la zona de separación. La presente invención proporciona la
ventaja adicional de permitir que se reduzca el tamaño del
recipiente de separación debido a que no se necesita que la parte
superior de los reactores de columna ascendente se extienda o
prolongue dentro del recipiente de separación.
La figura 1 presenta una vista de una sección
transversal parcial de un equipo de conversión de hidrocarburos
(HCA, por sus siglas en inglés), designado de forma general 110, de
acuerdo con una realización de la presente invención. El HCA 110
comprende una pared exterior 160, una zona de separación 124, un
gran número de reactores de columna ascendente 114, un distribuidor
de corriente de alimentación 154 y un retorno de catalizador 130.
Siguiendo como referencia con la figura 1, la pared exterior 160
define la zona de separación 124 en la cual se separa un producto
de la reacción de conversión de hidrocarburos del catalizador que
cataliza la reacción de conversión de hidrocarburos. La pared
exterior 160 y la zona de separación 124 incluyen un primer extremo
162 y un segundo extremo 128. Preferentemente, la zona de separación
124 incluye uno o más dispositivos de separación 126, los cuales se
utilizan para separar los productos del catalizador. Los
dispositivos de separación 126 pueden ser separadores ciclónicos,
filtros, pantallas, dispositivos de choque, placas, conos o
cualquier otro dispositivo que pudiera separar el catalizador del
producto de la reacción de conversión. Los dispositivos de
separación 126 mostrados en la figura 1 son separadores ciclónicos.
En otras realizaciones, no ilustradas, los dispositivos de
separación se colocan fuera de la zona de separación 124, en el
exterior de la pared que define la zona de separación 124 o de
manera combinada, con dispositivos de separación colocados externa e
internamente.
Los reactores de columna ascendente 114 se
extienden adyacentes a la pared exterior 160 y a la zona de
separación 124. Cada reactor de columna ascendente 114 incluye un
primer extremo 116 en el cual se alimentan el catalizador y la
corriente de alimentación, para llevar a cabo la reacción de
conversión de hidrocarburos. Si el reactor de columna ascendente
114 es de forma cilíndrica, como se muestra en la figura 1, hay un
eje longitudinal 158 que se extiende entre el primer extremo 116 y
el segundo extremo 118. Si el reactor de columna ascendente carece
de un eje longitudinal, es decir, no es cilíndrico, cónico, etc,,
una línea centroidal perpendicular a un plano transversal del
reactor de columna ascendente se extiende entre el primer y el
segundo extremo. Preferentemente, la zona de separación 124 es de
forma cilíndrica con un eje longitudinal 166, el cual es
preferentemente paralelo al eje longitudinal 158 de los reactores de
columna ascendente 114. Cada reactor de columna ascendente 114
incluye además un segundo extremo 118 a través del cual salen del
reactor de columna ascendente 114 el catalizador, los productos y
cualquier corriente de alimentación sin reaccionar, esta última si
existe. El primer extremo 116 de cada reactor de columna ascendente
114 termina en una boca 164, a través de la cual se alimenta el
catalizador en el reactor de columna ascendente 114. El número de
reactores de columna ascendente 114 empleados en el HCA 110 varía
dependiendo del proceso de conversión de hidrocarburos que tiene
que llevarse a cabo en el equipo 110. Éste puede contener dos, tres,
cuatro, cinco, seis o incluso más de seis reactores de columna
ascendente 114.
La geometría de los reactores de columna
ascendente 114 puede variar ampliamente. En la realización en las
figuras 1 y 2, la geometría está comprendida en una pieza
cilíndrica. Opcionalmente, la geometría de los reactores de columna
ascendente está comprendida en un cono truncado recto. Otras formas
geométricas adecuadas son las siguientes, si bien las posibilidades
no se limitan a ellas: prismas y troncos de pirámides triangulares,
prismas y troncos de pirámides rectangulares y cuadrados y
prismatoides y troncos de pirámide de ellos pentagonales,
hexagonales, heptagonales y octogonales, generales y rectos. Otros
ejemplos no limitadores incluyen varios poliedros, tales como
tetraedro, octoedro, dodecaedro o icosaedro y esferas cónicas y
sectores esféricos y toros y tambores en sus formas circular,
elíptica o parabólica y cuerpos obtenidos por truncamiento de ellos,
generales y rectos. Dentro del alcance de un equipo de la presente
invención, existen múltiples posibilidades de cualesquiera de estas
formas geométricas que definen el reactor de columna ascendente y/o
la zona de separación asociada.
De acuerdo con la presente invención, al menos
un reactor de columna ascendente 114, preferentemente varios
reactores de columna ascendente 114, se orientan externamente a la
pared exterior 160. Si la pared 160 es sustancialmente cilíndrica,
los reactores de columna ascendente 114 se colocan más allá del
máximo diámetro definido por la pared exterior 160.
Preferentemente, los reactores de columna ascendente 114 no se
colocan directamente debajo de la zona de separación 124. En una
realización, los reactores de columna ascendente 114 se colocan
contiguos a la zona de separación 124. En esta realización los
segundos extremos 118 de cada reactor de columna ascendente 114
entran en la zona de separación 124 por encima del segundo extremo
128 de la zona de separación 124.
El segundo extremo 118 de cada reactor de
columna ascendente 114 está, preferentemente, en comunicación de
fluidos con una pieza desviadora 120. Preferentemente, la pieza
desviadora 120 es una tubería curvada, un codo u otro dispositivo
de comunicación o conducto adaptado para recibir catalizador,
productos y corriente de alimentación no reaccionada, si existe,
que sale del reactor de columna ascendente 114 a través del segundo
extremo 118. La pieza desviadora 120 desvía el flujo del
catalizador, de los productos o de la corriente de alimentación sin
reaccionar del segundo extremo del reactor de columna ascendente 114
hacia la entrada 122 sobre la pared o paredes laterales de la pared
exterior 160. Preferentemente, la entrada 122 no está orientada a
lo largo del eje longitudinal 158 del reactor de columna ascendente
114 (o línea centroidal en el caso de un reactor de columna
ascendente en el que no exista un eje longitudinal).
Preferentemente, la pieza desviadora proporciona un ángulo de
desviación mayor de 0 grados. Preferentemente, al menos una de las
piezas desviadoras tiene un ángulo de desviación de al menos 10, al
menos 20, al menos 30 o al menos 45 grados, más preferentemente al
menos 60, al menos 80 o al menos 90 grados. El ángulo de desviación
se define aquí como el ángulo que el flujo de catalizador, de
productos y de corriente de alimentación sin reaccionar, si existe,
es desviado por la pieza desviadora 120 desde el segundo extremo
118 del reactor de columna ascendente 114 a la entrada 122. En la
figura 1, el ángulo de desviación se ilustra mediante el ángulo de
desviación \theta, el cual se define por el eje longitudinal 158
de un reactor de columna ascendente (o por la correspondiente línea
centroidal de un reactor de columna ascendente que carece de un eje
longitudinal) y el camino o recorrido de entrada del flujo,
mostrado mediante la flecha 170. En la figura 1, el ángulo de
desviación \theta es aproximadamente de 90 grados.
La figura 6 ilustra otra realización, en la cual
el montaje de la pieza desviadora, designado de manera general
mediante la flecha 600, proporciona un ángulo de desviación inferior
a 90 grados. Como se muestra en la figura 6, un reactor de columna
ascendente 602 que tiene un eje longitudinal 612 (o línea centroidal
si el reactor de columna ascendente carece de un eje longitudinal)
está en comunicación de fluidos con una pieza desviadora 604, la
cual desvía el flujo de catalizador, producto y corriente de
alimentación sin reaccionar, si existe, a la entrada 608 definida
por la pared exterior 610. Esta pared exterior 610 define también la
zona de separación 614, según se ha descrito previamente. Sin
embargo, a diferencia de las realizaciones previamente descritas,
el ángulo de desviación es menor de 90 grados. En la figura 6, el
ángulo de desviación \lambda se define por el eje longitudinal
612 de un reactor de columna ascendente 602 (o por la
correspondiente línea centroidal en el caso de un reactor de
columna ascendente que carezca de eje longitudinal) y el recorrido o
camino de entrada del flujo, mostrado por la flecha 606. En la
figura 6, el ángulo de desviación \lambda es aproximadamente de
45 grados. La corrosión se reduce ventajosamente proporcionando una
pieza desviadora que define un ángulo de desviación de menos de 90
grados. En cuanto a intervalos, en una realización, el ángulo de
desviación está entre 10 y 90 grados, más preferentemente entre 30
y 90 grados y más preferentemente de 45 a 90 grados. En otras
realizaciones, el ángulo de desviación es mayor de 90, mayor de 100
o mayor de 120 grados.
Una realización de la presente invención, no
mostrada, incluye un conjunto de varios reactores de columna
ascendente orientados por debajo de la zona de separación. Cada uno
de los reactores de columna ascendente de dicho conjunto incluye
primero y segundo extremos y un segundo eje longitudinal que se
extiende entre ellos. La zona de separación incluye un gran número
de segundas entradas, estando orientada cada una de las segundas
entradas a lo largo de un respectivo segundo eje longitudinal. Cada
uno de los reactores de columna ascendente de dicho conjunto se
extiende dentro de la zona de separación. En esta realización, el
número de reactores de columna ascendente para una zona de
separación dada se puede aumentar mucho. De acuerdo con ello, la
cantidad de producto formada en un equipo de conversión de
hidrocarburos individual también se puede aumentar
significativamente.
Volviendo a la figura 1, el tamaño de los
reactores de columna ascendente 114 depende de parámetros tales
como la velocidad del gas superficial, la hidrodinámica de los
sólidos, la presión y la capacidad de producción del proceso de
conversión de hidrocarburos deseado. En la presente invención, cada
reactor de columna ascendente 114 tiene, convenientemente, una
altura de 10 a 70 metros y una anchura (o diámetro) de uno a tres
metros. Todos los reactores de columna ascendente 114 tienen una
altura similar desde sus primeros extremos 116 hasta sus segundos
extremos 118. Convenientemente, las alturas de los reactores de
columna ascendente 114 varían en no más de un 20% de un reactor de
columna ascendente 114 a otro reactor de columna ascendente 114. Más
convenientemente, las alturas varían no más del 10% y, lo más
conveniente, varían no más del 1%.
En una realización de la presente invención,
cada uno de los reactores de columna ascendente 114 tiene un área
de sección transversal similar a lo largo de toda su altura.
Convenientemente, cada uno de los reactores de columna ascendente
tiene un área de sección transversal no mayor de 12 m^{2}. Más
convenientemente, cada uno de los reactores de columna ascendente
tiene un área de sección transversal no mayor de 7 m^{2}. Lo más
conveniente, cada uno de los reactores de columna ascendente tiene
un área de sección transversal no mayor de 3,5 m^{2}.
Convenientemente, las áreas de sección transversal de los reactores
de columna ascendente varían no más del 20% de un reactor a otro.
Más convenientemente, las áreas de sección transversal de los
reactores de columna ascendente varían no más del 10% y, lo más
deseable, las áreas de sección transversal de los reactores de
columna ascendente varían no más del 1%. Si uno o más reactores de
columna ascendente tienen tanto un área de sección transversal más
grande como más pequeña en diferentes puntos a lo largo de la
altura de los reactores, convenientemente las áreas de sección
transversal más grandes de los reactores de columna ascendente
varían no más del 20% de un reactor de columna ascendente a otro y
las áreas de sección transversal más pequeñas de los reactores de
columna ascendente varían no más del 20% de un reactor de columna
ascendente a otro. Más convenientemente, el área de sección
transversal más grande de un reactor de columna ascendente varía no
más del 10% respecto de área de sección transversal más grande de
otro reactor de columna ascendente y el área de sección transversal
más pequeña varía no más del 10% respecto de área de sección
transversal más pequeña de otro reactor de columna ascendente. Lo
más conveniente es que el área de sección transversal más grande de
un reactor de columna ascendente varíe no más del 1% respecto del
área de sección transversal más grande de otro reactor de columna
ascendente y el área de sección transversal más pequeña varíe no más
del 1% respecto de área de sección transversal más pequeña de otro
reactor de columna ascendente. Preferentemente, cada uno de los
reactores de columna ascendente tiene una anchura (o diámetro) de 1
a 3 metros.
Convenientemente, el área de la sección
transversal de cada reactor de columna ascendente varía no más del
50% a lo largo de toda su altura. Más deseablemente, el área de la
sección transversal de cada reactor de columna ascendente varía no
más del 30% a lo largo de toda su altura y lo más deseable es que el
área de la sección transversal de cada reactor de columna
ascendente varíe no más del 10% a lo largo de toda su altura.
En una realización, para proporcionar una
corriente de alimentación a los reactores de columna ascendente
114, al menos un distribuidor de corriente de alimentación 154 se
coloca cerca de los primeros extremos 116 de los reactores de
columna ascendente 114. El distribuidor de corriente de alimentación
154 recibe una corriente de alimentación de una línea 150 que
proporciona dicha corriente y dirige la misma a uno o más reactores
de columna ascendente 114. En otra realización, no mostrada, se
emplea más de un distribuidor de corriente de alimentación 154
contiguo a los primeros extremos 116 de los reactores de columna
ascendente 114, para proporcionar alimentación en diversos estados;
por ejemplo, un distribuidor de corriente de alimentación puede
proporcionar la misma en forma de vapor mientras que un segundo
distribuidor de corriente de alimentación puede proporcionarla en
forma líquida. Cada distribuidor de corriente de alimentación 154
incluye un cuerpo desde el que se extiende un gran número de
cuellos 152. Cada reactor de columna ascendente 114 tiene al menos
un cuello 152 asociado. Cada cuello 152 termina en una cabeza 112.
Cada cabeza 112 de cada cuello 152 se coloca contigua al primer
extremo 116 de cada reactor de columna ascendente 114.
Convenientemente, cada cabeza 112 se extiende en sentido ascendente
hacia dentro de cada reactor de columna ascendente 114. Más
convenientemente, cada cabeza 112 se coloca en la boca 164 del
primer extremo 116 de cada reactor de columna ascendente 114 o por
encima de ella. El distribuidor de corriente de alimentación 154
puede incluir un dispositivo de control de flujo opcional, no
mostrado, colocado sobre el distribuidor de corriente de
alimentación 154 para controlar la cantidad de corriente de
alimentación a cada cuello 152 o bien se puede colocar en cada
cuello 152 un dispositivo de control de flujo. Asimismo, el
dispositivo de control de flujo se puede emplear para medir el
flujo, así como para controlarlo. Además, sobre cada cabeza 112 se
puede colocar una boquilla, que no se muestra en el esquema, para
controlar más la distribución de la corriente de alimentación a cada
reactor de columna ascendente 114. Adicionalmente, cada cabeza 112
se puede montar con un una pantalla, un pistón u otro dispositivo,
que no se muestra, para evitar el flujo de retorno del catalizador
en cada uno de los cuellos 152 del distribuidor de corriente de
alimentación 154.
Al menos un sistema de retorno de catalizador
130 proporciona comunicación de fluidos entre la zona de separación
124 de la pared exterior 160 y los reactores de columna ascendente
114. El equipo 110 puede incluir uno, dos, tres, cuatro, cinco,
seis o más retornos de catalizador 130, aunque en las figuras 1 y 2
solamente se ilustra un único retorno de catalizador 130. Si se
desea un gran número de retornos de catalizador, cada uno de ellos
se adapta para entregar catalizador desde la zona de separación
directamente a cada uno de los respectivos reactores de columna
ascendente. Típica, aunque no necesariamente, se usa un retorno de
catalizador único 130, que está orientado centralmente respecto de
los reactores de columna ascendente 114. En esta realización, el
único retorno de catalizador está en comunicación de fluidos con un
gran número de brazos 136. Como se muestra en la figura 1, un único
retorno de catalizador 130 se coloca centralmente respecto de los
reactores de columna ascendente 114. El retorno de catalizador 130
tiene un primer extremo 140 y un segundo extremo 142. El primer
extremo 140 del retorno de catalizador 130 se abre al segundo
extremo 128 de la pared exterior 160 y el segundo extremo 142 del
retorno de catalizador 130 se abre a los brazos 136 adaptados para
entregar el catalizador a los primeros extremos 116 de los
reactores de columna ascendente 114.
Los brazos 136 se extienden desde el retorno de
catalizador 130 a cada uno de los reactores de columna ascendente
114 y proporcionan comunicación de fluidos entre el retorno de
catalizador 130 y los reactores de columna ascendente 114. Cada
brazo incluye un primer extremo 168 contiguo a la zona de retención
del catalizador 134 y al retorno de catalizador 130 y un segundo
extremo 148 contiguo al reactor de columna ascendente 114. El
catalizador fluye a través de cada brazo 136 desde el primer extremo
168 hasta el segundo extremo 148. El número de brazos 136
corresponderá preferentemente al número de reactores de columna
ascendente 114 de tal forma que cada reactor de columna ascendente
tenga al menos un brazo correspondiente 136. El flujo de catalizador
a través del retorno de catalizador 130 se controla opcionalmente
mediante el uso de un dispositivo o dispositivos de control de
flujo 144 colocados en el retorno de catalizador 130 y/o en cada
brazo 136. Los dispositivos de control de flujo pueden ser
cualquier tipo de dispositivos de control de flujo actualmente
usados en la técnica para controlar el flujo de catalizadores a
través de las líneas de transferencia de catalizadores. Si se
emplea, el dispositivo de control de flujo 144 es convenientemente
una válvula de bola, una válvula obturadora o una válvula de
compuerta.
En la realización mostrada en la figura 1, el
segundo extremo 142 del retorno de catalizador 130 y los brazos 136
definen una zona de retención del catalizador 134. Los brazos 136 se
abren a la zona de retención del catalizador 134. La zona de
retención de catalizador 134 se proporciona para retener el
catalizador que se usa para catalizar la reacción de conversión de
hidrocarburos que se lleva a cabo en el equipo 110. Como cualquier
persona conocedora de la técnica apreciará, la frontera entre la
zona de retención del catalizador 134 y el retorno de catalizador
130 es fluida y depende, al menos en parte, del nivel de catalizador
contenido en la zona de retención del catalizador 134 y en los
brazos 136.
Al menos un distribuidor de agente fluidizante
132 se coloca por debajo de la zona de retención del catalizador
134. El distribuidor de agente fluidizante 132 incluye un conducto
por el cual se alimenta un agente fluidizante para hacer fluido un
catalizador fluidificable en la zona de retención del catalizador
134 y en el retorno del catalizador 130. También se pueden colocar
distribuidores de agente fluidizante adicionales 132, como se
muestra en la figura 1 en el retorno de catalizador 130 y/o en uno o
más de los brazos 136 para hacer más fluido el catalizador
contenido en ellos. Opcionalmente, la zona de retención de
catalizador 134 incluye un dispersor, no mostrado en la figura,
colocado en la zona de retención del catalizador y proporcionado
para dispersar el agente fluidizante en la zona de retención del
catalizador para facilitar la fluidificación del catalizador que
está allí. Por ejemplo, el dispersor podría ser un dispositivo
escogido en el grupo que consiste en: una pantalla, una rejilla o
una placa perforada. Preferentemente, al menos un dispersor se
extiende en un plano perpendicular al eje longitudinal 166 de la
zona de separación 124 (o a la línea centroidal si la zona de
separación carece de eje longitudinal) y se orienta por encima de
uno o más distribuidores de agente fluidizante 132.
La figura 7 ilustra un sistema de retorno de
catalizador "curvado en J", designado en la misma de manera
global como 700, de acuerdo con otra realización de la presente
invención. Como se muestra en la figura 7, el retorno de
catalizador 712 se presenta en comunicación de fluidos con una zona
de retención de catalizador opcional 710, la cual es similar a la
zona de retención de catalizador 134 ilustrada en la figura 1. El
retorno de catalizador 712 está también en comunicación de fluidos
con un gran número de tubos verticales o brazos 708, cada uno de
los cuales se proporciona para transferir catalizador,
preferentemente de manera fluidificada, desde el retorno de
catalizador 712 y/o la zona de retención de catalizador 710 al
primer extremo de un respectivo reactor de columna ascendente 706.
Más específicamente, cada uno de los brazos 708 se adapta para
entregar catalizador a una pieza en forma de U 714, la cual desvía
el flujo de catalizador desde el segundo extremo de un brazo
respectivo 708 hacia el primer extremo de un respectivo reactor de
columna ascendente 706. Opcionalmente, cada uno de los brazos 708
incluye un dispositivo de control de flujo, no mostrado, según se ha
descrito anteriormente en el texto en referencia a la figura 1.
Preferentemente, se proporcionan uno o más distribuidores de agente
fluidizante 702 contiguos a una o más de las zonas de retención de
catalizador 710, a los brazos 708 y a la pieza en forma de U 714,
con el fin de proporcionar un agente fluidizante para mantener el
catalizador en un estado fluidificado. En esta realización, la
materia prima oxigenada se introduce preferentemente en los lados
del reactor de columna ascendente 706 mediante boquillas de
introducción de la materia prima laterales 704. De esta forma, el
flujo de catalizador desde los brazos a los reactores de columna
ascendente no está restringido por la presencia de uno o más
cuellos 152, ilustrados en las figuras 1 y 2.
Volviendo a la figura 1, el equipo de conversión
de hidrocarburos 110 puede incluir también una salida y un línea de
salida 146 a través de la cual se elimina el catalizador del equipo
110, por ejemplo para regenerarlo. La línea de salida 146 se
muestra colocada sobre el segundo extremo 128 de la pared exterior
160 pero puede estar colocada en cualquier posición del equipo 110.
En consecuencia, el equipo de conversión de hidrocarburos 110 de la
presente invención incluye opcionalmente un equipo asociado de
regeneración del catalizador, no mostrado en la figura. El equipo
de regeneración del catalizador está en comunicación de fluidos con
el equipo de conversión de hidrocarburos 110. El equipo de
regeneración del catalizador incluye un regenerador de catalizador,
que está en comunicación de fluidos con el equipo de conversión de
hidrocarburos 110 y un purificador de catalizador opcional, no
mostrado en la figura, que está en comunicación de fluidos con el
regenerador del catalizador y con el equipo de conversión de
hidrocarburos 110. Una primera línea, mostrada en parte mediante la
línea de salida 146 proporciona comunicación de fluidos entre el
purificador del catalizador y la salida en la pared exterior 162.
Una segunda línea, no mostrada, proporciona comunicación de fluidos
entre el purificador del catalizador y el regenerador del
catalizador. Una tercera línea, mostrada en parte mediante la línea
de entrada 156, proporciona comunicación de fluidos entre el
regenerador del catalizador y la entrada en la pared exterior 160.
Un dispositivo de control de flujo, no mostrado, se coloca
opcionalmente en la primera línea para controlar el flujo de
catalizador entre la pared exterior 160 y el purificador del
catalizador. Adicional o alternativamente, se coloca en la segunda
línea un dispositivo de control de flujo, no mostrado en la figura,
para controlar el flujo del catalizador entre el purificador del
catalizador y el regenerador del catalizador. Adicional o
alternativamente, se coloca en la tercera línea un dispositivo de
control de flujo, no mostrado en la figura, para controlar el flujo
del catalizador entre el regenerador del catalizador y la pared
exterior 160. Los dispositivos de control de flujo pueden ser de
cualquiera de los tipos de dispositivos de control de flujo que se
usan actualmente en la técnica para controlar el flujo del
catalizador a través de líneas de transferencia de catalizadores.
Entre los dispositivos útiles de control de flujo se incluyen
válvulas de bola, válvulas obturadoras y válvulas de compuerta.
Opcionalmente, el purificador del catalizador está separado del
regenerador del catalizador o está integrado con él. La tercera
línea puede devolver catalizador a cualquier parte del HCA 110. Por
ejemplo, en distintas realizaciones, el catalizador se devuelve a la
zona de separación 124, como se muestra en la figura 1, al retorno
de catalizador 130, a la zona de retención de catalizador 134, a
los brazos 136, directamente al reactor de columna ascendente 114 o
a combinaciones de los anteriores.
El equipo 110 mostrado en la figura 1 funciona
de la manera siguiente.
El equipo 110 se llena con una cantidad
apropiada de catalizador adecuado para llevar a cabo la reacción de
conversión de hidrocarburos deseada. El catalizador debería ser de
un tipo que sea fluidizable. Al menos una parte del catalizador se
retiene en el retorno de catalizador 130 y en la zona de retención
del catalizador 134. El catalizador se fluidifica en el retorno de
catalizador 130 y en la zona de retención del catalizador 134 por
medio de un agente fluidizante, el cual se proporciona al equipo de
conversión de hidrocarburos 110 a través de los conductos de los
distribuidores de agente fluidizante 132. Entre los agentes
fluidizantes útiles se incluyen los siguientes, si bien las
posibilidades no se limitan a ellos: gases inertes, nitrógeno,
vapor de agua, dióxido de carbono, hidrocarburos y aire. La elección
del agente fluidizante depende del tipo de reacción de conversión
que se esté llevando a cabo en el HCA 110. Es deseable que el agente
fluidizante sea no reactivo, p. ej. inerte, en la reacción que se
esté llevando a cabo en el HCA 110. En otros términos, es
conveniente que el agente fluidizante no intervenga en el proceso de
conversión de hidrocarburos que se esté llevando a cabo en el HCA
110 más que para fluidificar el catalizador fluidificable.
Una vez que el catalizador ha alcanzado un
estado fluidificado aceptable, se introduce en el HCA 110 una
corriente de alimentación a través del distribuidor de alimentación
154. La corriente de alimentación entra en el cuerpo del
distribuidor de alimentación 154, pasa a través de los cuellos 152
del distribuidor de la corriente de alimentación 154 y sale a
través de las cabezas 112 del distribuidor de la corriente de
alimentación 154. La corriente de alimentación se distribuye a cada
uno de los reactores de columna ascendente 114 a través de sus
primeros extremos 116. Convenientemente, la corriente de
alimentación se proporciona en chorros o corrientes sustancialmente
iguales a cada reactor de columna ascendente 114. Mediante
"sustancialmente igual" se quiere decir que el flujo de
alimentación proporcionado a cada reactor de corriente ascendente
114 a través del distribuidor de corriente de alimentación 154
varía no más del 25% en caudal volumétrico y varía no más del 25% en
porcentaje de masa para cada componente de la corriente de
alimentación, de un reactor de columna ascendente a otro reactor de
columna ascendente. Más convenientemente, el flujo de alimentación
proporcionado a cada reactor de columna ascendente 114 a través del
distribuidor de corriente de alimentación 154 varía no más del 10%
en caudal volumétrico y varía no más del 10% en porcentaje de masa
para cada componente de la corriente de alimentación, de un reactor
de columna ascendente a otro reactor de columna ascendente. Lo más
deseable es que el flujo de alimentación proporcionado a cada
reactor de columna ascendente 114 a través del distribuidor de
corriente de alimentación 154 varíe no más del 1% en caudal
volumétrico y varíe no más del 1% en porcentaje de masa para cada
componente de la corriente de alimentación, de un reactor de columna
ascendente a otro reactor de columna ascendente.
Una diferencia de presiones creada por la
velocidad de la corriente de alimentación al entrar a los primeros
extremos 116 de los reactores de columna ascendente 114 y la presión
de la altura del catalizador fluidizable en el retorno o retornos
del catalizador 130 y en la zona de retención del catalizador 134
provoca que el catalizador sea aspirado hacia el interior de los
primeros extremos 116 de los reactores de columna ascendente 114.
El catalizador es transportado a través de los reactores de columna
ascendente 114 bajo principios bien conocidos, en los cuales la
energía cinética de un fluido, en este caso la corriente de
alimentación, se utiliza para mover otro fluido, en este caso el
catalizador fluidizado. El catalizador y la corriente de
alimentación se desplazan desde los primeros extremos 116 hasta los
segundos extremos 118 de los reactores de columna ascendente 114.
Como el catalizador y la corriente de alimentación se desplazan a
través de los reactores de columna ascendente 114, la reacción de
conversión de hidrocarburos tiene lugar y se produce un producto de
conversión. Los flujos de catalizador a los reactores de columna
ascendente 114 están controlados mediante los dispositivos de
control de flujo 144.
Diseñando el equipo de conversión de
hidrocarburos 110 con estas características, cada reactor de
corriente ascendente 114 funciona de una forma sustancialmente
idéntica. Con esta invención, es conveniente mantener las tasas de
alimentación de la corriente de alimentación y las tasas de
alimentación del catalizador a los mismos valores en cada uno de
los reactores de corriente ascendente 114. De esta forma, la
conversión de la corriente de alimentación y la selectividad para
dar los productos deseados serán sustancialmente idénticas y pueden
funcionar en condiciones operacionales óptimas.
El producto o los productos de conversión, la
corriente de alimentación sin reaccionar, si existe, y el
catalizador salen de los reactores de columna ascendente 114 a
través de sus segundos extremos 118 y entran a la pieza desviadora
120. La pieza desviadora es, preferentemente, una tubería curva, un
tubo acodado u otro dispositivo de conducto adaptado para recibir
catalizador, productos y corriente de alimentación sin reaccionar,
si existe, que sale del reactor de corriente ascendente 114 a
través de su segundo extremo 118. La pieza desviadora 120 desvía el
flujo del catalizador, los productos y la corriente de alimentación
que no ha reaccionado desde el segundo extremo del reactor de
columna ascendente 114 hacia la entrada 122 en la pared o paredes
laterales de la zona de separación 124. El producto o productos de
conversión, la corriente de alimentación que no ha reaccionado, si
existe, y el catalizador entran luego en la zona de separación 124
de la pared exterior 160. En la zona de separación 124, el producto
de conversión y la corriente de alimentación que no ha reaccionado,
si existe, se separan del catalizador mediante unos dispositivos de
separación 126, tal como separadores ciclónicos, filtros,
pantallas, dispositivos de choque, placas, conos, otros dispositivos
que podrían separar el catalizador del producto de la reacción de
conversión y combinaciones de ellos. Convenientemente, como se
muestra en la figura 1, el producto de conversión y la corriente de
alimentación que no ha reaccionado, si existe, se separan mediante
una serie de separadores ciclónicos. Una vez que el catalizador se
ha separado del producto de conversión y de la corriente de
alimentación que no ha reaccionado, si existe, los productos de
conversión y la corriente de alimentación sin reaccionar, si
existe, se eliminan desde la pared exterior 160 a través de la línea
de salida de producto 138 para procesados adicionales tales como
separación y purificación.
El conducto o conductos de salida de productos
176 desde el dispositivo o dispositivos de separación 126 se unen
abiertamente a una pared de una cámara con sobrepresión (plenum)
172. El volumen 174 de la zona de sobrepresión está definido dentro
de las fronteras de la pared del plenum 172 según se une a la
sección de la pared exterior 160 que define la parte superior de la
zona de separación 124. La pared de la cámara con sobrepresión 172
y el volumen de la misma 174 se proporcionan para recoger el
producto de reacción y la posible corriente de alimentación sin
reaccionar que salen de los dispositivos de separación 126 a través
del conducto o conductos de salida de productos 176 y dirigen el
material a la línea de salida de producto 138. La línea de salida
de producto 138 está unida abiertamente a la zona de separación 124
en la vecindad del volumen del plenum 174 y se proporciona para
transportar el producto de la reacción y la posible materia de la
corriente de alimentación sin reaccionar fuera del equipo. Tales
diseños de plenum son particularmente útiles en realizaciones en las
que se utiliza un gran número de dispositivos de separación, según
se describe por ejemplo en las figuras 1 y 2. Como se muestra, los
conductos de salida de producto 176 de los dispositivos de
separación 126 están unidos abiertamente a la pared exterior del
plenum 172 y se puede usar una línea de salida de producto
secundaria, única 138 para transportar el producto fuera del equipo
de conversión de hidrocarburos.
El catalizador, tras ser separado de los
productos y de la corriente de alimentación sin reaccionar, se
desplaza desde la pared exterior 160 al retorno de catalizador 130
y a la zona de retención de catalizador 134. El catalizador sale de
la pared 160 a través del primer extremo 140 del retorno de
catalizador 130 y se desplaza a través de éste al segundo extremo
142 del retorno de catalizador 130, desde el cual el catalizador se
desplaza a la zona de retención de catalizador opcional 134. Si se
desea, el flujo de catalizador a través de los retornos de
catalizador 130 se controla mediante los dispositivos de control de
flujo 144. Si se emplean los dispositivos de control de flujo 144,
se mantiene una altura de catalizador fluidizable por encima de cada
dispositivo de control de flujo144 en el retorno de catalizador 130
para permitir que el dispositivo de control de flujo 144 funcione
adecuadamente.
Según se ha descrito anteriormente en el texto,
si es necesario o así se desea, al menos una parte del catalizador
se circula al equipo de regeneración de catalizador. El catalizador
que se va a regenerar se elimina de la pared exterior 160 a través
de la salida y de la línea de salida 146 y se transporta, si se
desea, al purificador del catalizador. Opcionalmente, el flujo de
catalizador entre el equipo de conversión de hidrocarburos 110 y el
purificador de catalizador se controla mediante un dispositivo de
control de flujo, no mostrado. En el purificador del catalizador,
el catalizador se purifica de la mayoría de los materiales orgánicos
eliminables fácilmente. Los procedimientos de purificación y las
condiciones para los procedimientos de conversión de hidrocarburos
concretos están dentro del ámbito del conocimiento de las personas
adiestradas y conocedoras de la técnica. El catalizador purificado
se transfiere desde el purificador de catalizador al regenerador
del catalizador a través de una segunda línea, no mostrada.
Opcionalmente, el flujo de catalizador a través de la segunda línea
se controla mediante uno o más dispositivos de control de flujo. En
el regenerador del catalizador, se eliminan del catalizador, al
menos parcialmente, depósitos carbonáceos formados sobre el mismo
durante una reacción de conversión de hidrocarburos. Luego, el
catalizador regenerado se transfiere a la pared exterior 160 del
equipo de conversión de hidrocarburos 110 a través de una tercera
línea. Opcionalmente, el flujo de catalizador a través de la
tercera línea se controla mediante uno o más dispositivos de control
de flujo. Típicamente, se proporciona un gas de transporte a la
tercera línea para facilitar la transferencia del catalizador desde
el regenerador del catalizador al equipo de conversión de
hidrocarburos 110. El catalizador se devuelve a la pared exterior
160 a través de la entrada 156.
La figura 2 ilustra un equipo de conversión de
hidrocarburos similar al mostrado en la figura 1 que tiene una zona
de reposo 204 para facilitar la eliminación del catalizador. En esta
realización, el retorno de catalizador 130 incluye una ampliación
de la pared 202, que se extiende hacia arriba en el segundo extremo
128 de la pared exterior 160 y una parte en forma de chimenea 208.
La ampliación de pared 202 y la parte en forma de chimenea 208
definen una zona de reposo 204 en la cual se retiene una parte del
catalizador antes de eliminarlo de la pared exterior 160 a través
de la salida 146. Puesto que el catalizador se acumula en la zona de
reposo 204 hasta el borde de la ampliación de la pared 202, el
exceso de catalizador se derramará fuera de la zona de reposo 204 y
en el retorno de catalizador 130.
La figura 2 ilustra también una realización de
la presente invención en la cual los primeros extremos 168 de los
brazos 136 actúan como zona de retención del catalizador. En esta
realización, opcionalmente, un gran número de brazos 136 se
encuentran en un vértice 206 mejor que en una zona de retención 134
del catalizador separada y definida, ilustrada en la figura 1. En
la realización mostrada en la figura 2, el flujo de catalizador a
los reactores de columna ascendente 114 está controlado mediante
dispositivos de control de flujo 144, descritos anteriormente en el
texto. Opcionalmente se proporciona un distribuidor de agente
fluidizante en el vértice 210 contiguo al vértice 206 para
facilitar el flujo del catalizador a los brazos 136, como se muestra
en la figura 2. Se notará que el HCA de la figura 2 funciona de una
forma similar al HCA descrito anteriormente en el texto, con
respecto a la figura 1.
Realizaciones representativas de posibles
configuraciones de reactores de columna ascendente y de zonas de
separación de acuerdo con la presente invención se muestran mediante
vistas superiores en las figuras 3A, 3B y 3C. Aunque cada una de
esas figuras mencionadas ilustra un HCA 110 que tiene cuatro
reactores de columna ascendente 114, debe comprenderse que esas
configuraciones podrían modificarse para proporcionar dos, tres,
cuatro, cinco, seis o incluso más de seis reactores de columna
ascendente orientados de manera similar alrededor de la zona de
separación 124.
La figura 3A muestra una posible configuración
para los reactores de columna ascendente 114, para el HCA 110
mostrado en la figura 1. Como se muestra en la figura 3A, los
reactores de columna ascendente 114 están orientados externamente y
contiguos a la zona de separación 124 definida por la superficie
exterior 160. Cada reactor de columna ascendente 114 está acoplado
a una pieza desviadora 120, la cual está adaptada para desviar el
flujo de catalizador, producto y corriente de alimentación sin
reaccionar, si existe, desde la parte superior de los reactores de
columna ascendente 114 hacia una entrada 122 en la pared lateral de
la superficie exterior 160 que define la zona de separación 124.
Cada una de las piezas de desviación 120 desvía el flujo de
catalizador, producto y corriente de alimentación sin reaccionar,
si existe, desde la parte superior de los reactores de corriente
ascendente 114 hacia la zona de separación 124, preferentemente
hacia el eje longitudinal 166 (o línea centroidal), como se muestra
en la figura 1, de la zona de separación 124. Opcionalmente, cada
pieza desviadora es una pieza tubular curvada en forma de arco en
un único plano, que pasa preferentemente a través del eje
longitudinal 166 (o línea centroidal) de la zona de separación 124 y
del eje longitudinal 158 (o línea centroidal) del reactor de columna
ascendente 114, como se muestra en la figura 1. El flujo de material
desde la parte superior de los reactores de columna ascendente 114
se ilustra mediante la flecha 300, que, preferentemente, está
orientada perpendicularmente a una línea tangente imaginaria a la
superficie exterior cilíndrica de la superficie exterior 160 que
define la zona de separación 124 contigua al centro de la entrada
122. Si la superficie exterior y la zona de separación no están
orientadas en un cilindro, el flujo de material está orientado
preferentemente de manera sustancialmente perpendicular a la
superficie de la pared exterior 160 contigua a la entrada 122. En
esta realización, el catalizador, el producto y cualquier corriente
de alimentación sin reaccionar de reactores de columna ascendente
situados en lados opuestos de la zona de separación 124 pueden
colisionar entre sí o, más adecuadamente, con dispositivos de
separación 126, mostrados en la figura 1, facilitando de esta forma
la mezcla de estos componentes y proporcionando un aumento en el
tiempo de reacción para la reacción de conversión de hidrocarburos,
la cual puede continuar teniendo lugar dentro de la zona de
separación 124.
La figura 3B muestra otra realización de la
presente invención en la que la separación de los productos de la
reacción de conversión de hidrocarburos del catalizador está
facilitada por la formación de un ciclón dentro de la zona de
separación. En esta realización, el ciclón se forma por el flujo del
material que entra en la zona de separación a velocidades del gas
superficial relativamente altas desde los reactores de columna
ascendente a través de piezas desviadoras en forma de arco. Como se
muestra en la figura 3B, los reactores de columna ascendente 310
están orientados externamente y contiguos a la zona de separación
124 definida por la superficie exterior 160. Cada reactor de
columna ascendente 310 está acoplado a una pieza desviadora en forma
de arco 306, la cual está adaptada para desviar el flujo de
catalizador, producto y corriente de alimentación sin reaccionar,
si existe, desde la parte superior de los reactores de columna
ascendente 310 hacia la zona de separación 124. Opcionalmente,
cada pieza desviadora 306 es una pieza tubular curvada en forma de
arco sobre un gran número de planos. El flujo de material desde la
parte superior de los reactores de columna ascendente 310 se
ilustra mediante la flecha 302, la cual está orientada
preferentemente en ángulo oblicuo, esto es, no perpendicular, a una
línea tangente imaginaria a la superficie exterior cilíndrica de la
pared 160 que define la zona de separación 124 en la entrada 314.
De acuerdo con ello, cada entrada 314 está desplazada con respecto
a su respectivo reactor de columna ascendente 310. Cada una de las
piezas desviadoras en forma de arco 306 desvía el flujo del
catalizador, del producto y de la corriente de alimentación sin
reaccionar, si existe, ilustrado por la flecha 302, desde la parte
superior de los reactores de columna ascendente 310 hacia una
región periférica de la zona de separación 124 a través de la
entrada 314. "Región periférica" significa una región de la
zona de separación 124 distinta de la región definida por el eje
longitudinal 166, mostrado en la figura 1, o la región central de
ella. Preferentemente, cada pieza desviadora en forma de arco 306
dirige el flujo desde su respectivo reactor de corriente ascendente
310 hasta una región periférica de la zona de separación respectiva
situada similarmente. Dirigiendo el catalizador, el producto y la
corriente de alimentación sin reaccionar a regiones periféricas
respectivas del reactor situadas similarmente, se forma un ciclón
dentro de la zona de separación 124. La formación de un ciclón
facilita la separación del catalizador de forma similar a las
unidades de separación tipo ciclón convencional, ilustradas como
dispositivos de separación 126 en las figuras 1 y 2. Formando un
ciclón dentro de la zona de separación, se puede disminuir
ventajosamente el número de dispositivos de separación 126 dentro
de la zona de separación 124, consiguiendo a la vez una separación
del catalizador similar o mejor que en el caso de los HCA
convencionales.
La figura 3C muestra otra realización de la
presente invención en la que la separación de los productos de la
reacción de conversión de hidrocarburos está facilitada, como en la
figura 3B, por la formación de un ciclón dentro de la unidad de
separación. El ciclón se forma por el flujo de material que entra en
la zona de separación 124 a velocidades del gas superficial
relativamente altas desde los reactores de columna ascendente a
través de las piezas desviadoras 308. Como se muestra en la figura
3C, los reactores de columna ascendente 312 están orientados
externamente y contiguos a la zona de separación 124 definida por la
superficie exterior 160. Adicionalmente los reactores de columna
ascendente 312 están desplazados hacia un lado del reactor respecto
de las realizaciones ilustradas en las figuras 3A y 3B. Cada
reactor de columna ascendente 312 está acoplado a una pieza
desviadora 308, la cual está adaptada para desviar el flujo de
catalizador, producto y corriente de alimentación sin reaccionar,
si existe, desde la parte superior de los reactores de columna
ascendente 312 hacia la zona de separación 124. Opcionalmente, cada
pieza desviadora 308 es una pieza tubular curvada sobre un único
plano, que es preferentemente paralela a un segundo plano que pasa
a través del eje de la zona de separación 124. El flujo del
material desde la parte superior de los reactores de columna
ascendente 312 está ilustrado mediante la flecha 304, la cual está
orientada preferentemente en ángulo oblicuo, esto es, no
perpendicular, a una línea tangente imaginaria a la superficie
exterior cilíndrica de la superficie 160 que define la zona de
separación 124 en la entrada 316. Cada uno de las piezas
desviadoras 308 desvía el flujo de catalizador, de producto y de
corriente de alimentación sin reaccionar, si existe, ilustrado
mediante la flecha 304, desde la parte superior de los reactores de
columna ascendente 312 hacia una región periférica de la zona de
separación 124. Preferentemente, cada pieza desviadora dirige el
flujo desde su respectivo reactor de columna ascendente 312 a una
respectiva región periférica de la zona de separación 124 situada
de manera similar. Dirigiendo el catalizador, el producto y la
corriente de alimentación sin reaccionar a regiones periféricas
respectivas del reactor situadas similarmente, se forma un ciclón
dentro de la zona de separación 124.
Aunque las figuras 1-3 ilustran
HCA que tienen piezas desviadoras formadas a partir de piezas
tubulares, se puede formar una o más de las piezas desviadoras como
un codo, tal y como se ilustra en la figura 4. En esta realización,
cada reactor de columna ascendente 402 está en comunicación de
fluidos con una pieza desviadora en forma de codo, designada
globalmente como 400, la cual incluye una placa de contacto 408, una
región de contacto con el catalizador 412 y una pieza de entrega
404. Después de que el catalizador, el producto y la corriente de
alimentación sin reaccionar, si existe, se hayan desplazado hacia
arriba por el reactor de columna ascendente 402, entran en la
región de contacto del catalizador 412. Una parte del catalizador
colisiona a velocidades superficiales del gas relativamente altas
con la superficie interior 410 de la placa de contacto 408.
Idealmente, la velocidad superficial del gas es suficientemente alta
de tal forma que una cantidad de catalizador es retenida
temporalmente en la región de contacto del catalizador 412. A medida
que más catalizador fluye hacia arriba por el reactor de columna
ascendente, 402, el catalizador se pone en contacto con el
catalizador retenido en la región de contacto del catalizador 412 y
es desviado de este modo a la pieza de entrega 404. La pieza de
entrega 404 está adaptada para recibir catalizador, producto y
corriente de alimentación sin reaccionar, si existe, desde la
región de contacto del catalizador 412 y para dirigir el
catalizador, el producto o la materia prima de alimentación sin
reaccionar hacia la entrada 414 formada en la superficie exterior
160. La pieza de entrega 404 está formada opcionalmente por una
tubería o pieza tubular o tiene cualquier otra forma adecuada para
entregar catalizador, producto y materia prima de alimentación sin
reaccionar, si existe, desde la región de contacto del catalizador
412 a la entrada 414. Poniendo en contacto las partículas de
catalizador retenidas en la región de contacto del catalizador 412,
mejor que en una pared de la pieza desviadora, se minimiza
ventajosamente la corrosión en la pieza desviadora 400. El ángulo
formado por el eje longitudinal del reactor de columna ascendente
402 y el eje de la pieza de entrega 404 es preferentemente de
aproximadamente 90 grados, aunque son posibles otros ángulos.
Como se muestra en las figuras 1 y 2, la pieza
desviadora 120 dirige el catalizador, el producto y la corriente de
alimentación sin reaccionar, si existe, desde el reactor de columna
ascendente 114 a una entrada 122 en la pared lateral de la
superficie exterior 160 que define la zona de separación 124. Esto
es, el catalizador, el producto y la corriente de alimentación sin
reaccionar se introducen directamente en la zona de separación 124.
Una primera parte del catalizador, del producto y de la corriente de
alimentación sin reaccionar entran por una entrada a uno o más de
los dispositivos de separación 126 en los que se separar el
catalizador y el producto, por ejemplo por centrifugación. Una
segunda parte del catalizador cae en el retorno de catalizador 130
sin ser procesado en los dispositivos de separación 126.
La figura 5 ilustra otra realización de la
presente invención, designada de manera general mediante el número
500, en la cual todo el material que procede de la pieza desviadora
se envía directamente a uno o más dispositivos de separación 506
asegurando de este modo una separación eficaz del catalizador del
producto de la reacción de conversión de hidrocarburos. Esto es,
uno o más reactores de columna ascendente 504 están estrechamente
acoplados a un dispositivo de separación 508 dentro de la zona de
separación 124 o sin ella. Como se muestra en la figura 5, el
reactor de columna ascendente 504 está en comunicación de fluidos
con una pieza desviadora 502, la cual dirige el catalizador, el
producto y la corriente de alimentación sin reaccionar, si existe,
a través de la superficie exterior 160, que define la zona de
separación 124. Sin embargo, a diferencia de las realizaciones
descritas previamente en el texto, la pieza desviadora 502 se
extiende opcionalmente dentro de la zona de separación 124 y dirige
el catalizador, el producto y la corriente de alimentación sin
reaccionar, si existe, a la entrada 508 sobre el dispositivo de
separación 506. Aunque la figura 5 ilustra la pieza desviadora 502
en comunicación de fluidos con dos separadores ciclónicos en serie,
se puede instalar en esta realización cualquier tipo de los
separadores de catalizador descritos anteriormente en el texto. En
el dispositivo de separación 506, el catalizador se separa
eficazmente del producto de la reacción de conversión de
hidrocarburos. Opcionalmente, cada combinación de reactor de
columna ascendente respectivo y pieza desviadora está equipada con
su propio dispositivo de separación. De manera alternativa, una gran
cantidad de piezas desviadoras de una gran cantidad de reactores de
columna ascendente asociados pueden dirigir el catalizador, el
producto y la corriente de alimentación sin reaccionar, si existe,
a un único dispositivo de separación. Opcionalmente, debido a que
el reactor de columna ascendente de esta realización está
estrechamente acoplado a uno o más dispositivos de separación, el
dispositivo de separación puede ser exterior a la zona de separación
124. Si el dispositivo de separación es exterior a la zona de
separación, entonces la zona de separación puede tener un tamaño
reducido ventajosamente. Adicionalmente, se pueden incorporar más
ciclones en la presente invención, si están orientados externamente
a la zona de separación, sin tener que aumentar el tamaño de la zona
de separación.
Aunque los reactores de columna ascendente y los
retornos de catalizador se muestran en las diversas figuras con una
sección transversal circular, los reactores de columna ascendente y
los retornos de catalizador pueden tener cualquier sección
transversal que pudiera facilitar el funcionamiento del equipo de
conversión de hidrocarburos. Otras secciones transversales útiles
para los reactores de columna ascendente y los retornos de
catalizador son secciones transversales elípticas, poligonales y
secciones transversales de secciones de elipses y polígonos.
Secciones transversales convenientes para los reactores de columna
ascendente y los retornos de catalizador son círculos y polígonos
regulares con lados de longitudes iguales. Mediante "regular"
se quiere decir que la forma de la sección transversal no tiene
segmentos de línea con vértices, dentro de las fronteras de la
forma, que tiene ángulos mayores de 180º. Las secciones
transversales más convenientes son círculos y triángulos, cuadrados
y hexágonos, con lados de longitudes iguales. Los medios de
determinar las áreas transversales para cualquier forma de sección
transversal se basan en principios geométricos ampliamente
establecidos bien conocidos por las personas adiestradas en la
técnica. Similarmente, las secciones transversales convenientes para
las zonas de separación son círculos y polígonos regulares con
lados de longitudes iguales. Las secciones transversales más
convenientes son círculos y triángulos, cuadrados y hexágonos, con
lados de longitudes iguales.
Si bien las posiciones de los reactores de
columna ascendente respecto de la zona de separación se muestran en
las figuras como equidistantes y simétricas, dentro del alcance de
la presente invención se incluyen configuraciones alternativas.
Por ejemplo, los reactores de columna ascendente se pueden colocar a
un lado de la zona de separación en una disposición semiesférica.
Como otro ejemplo, cuando la zona de separación tiene una sección
transversal circular o aproximadamente circular, los reactores de
columna ascendente se pueden colocar en una línea a lo largo del
diámetro de la zona de separación. Cualquier persona adiestrada en
la técnica se dará cuenta de que se puede utilizar en la presente
invención una amplia variedad de configuraciones de los reactores
de columna ascendente respecto de la zona de separación.
El equipo de conversión de hidrocarburos de la
presente invención es útil para llevar a cabo la mayoría de los
procesos de conversión de hidrocarburos en los cuales se emplea un
catalizador fluidizado. Entre las reacciones típicas se incluyen,
por ejemplo, reacciones de interconversión de olefinas, reacciones
de conversión de oxigenados a olefinas, reacciones de conversión
de oxigenados a gasolina, formulación de anhídrido maleico, síntesis
de metanol en fase de vapor, formulación de anhídrido ftálico,
reacciones de Fischer Tropsch y formulación de acrilonitrilo.
El equipo de conversión de hidrocarburos de la
presente invención es especialmente adecuado para llevar a cabo una
reacción de conversión de oxigenados a olefinas. En una reacción de
conversión de oxigenados a olefinas, se convierte un oxigenado en
una olefina poniendo en contacto una corriente de alimentación de
oxigenados con un catalizador en condiciones suficientes para
convertir el oxigenado en una olefina.
El proceso para convertir oxigenados en olefinas
ligeras emplea una corriente de alimentación que incluye un
oxigenado. Según se usa en este documento, el término
"oxigenado" se define para incluir, si bien no se limita solo
a ellos, compuestos hidrocarbonados que contienen oxígeno tales como
los siguientes: alcoholes alifáticos, éteres, compuestos
carbonílicos (aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, carbonatos y
similares) y mezclas de ellos. Convenientemente, la parte alifática
debería estar contenida en el intervalo de aproximadamente 1 a 10
átomos de carbono y más convenientemente, en el intervalo de
aproximadamente 1 a 4 átomos de carbono. Entre los oxigenados
representativos se incluyen, si bien la relación no se limita a
ellos, alcoholes alifáticos de cadena recta o ramificada de bajo
peso molecular y sus equivalentes insaturados. Ejemplos de
oxigenados adecuados son, si bien la relación no se limita a ellos:
metanol, etanol, n-propanol, isopropanol, alcoholes
de 4 a 10 átomos de carbono, metiletiléter, dimetiléter,
dietiléter, di-isopropiléter, formiato de metilo,
formaldehído, carbonato de dimetilo, carbonato de metiletilo,
acetona y mezclas de ellos. Convenientemente, el oxigenado que se
usa en la reacción de conversión se escoge en el grupo que consiste
en: metanol, dimetiléter y sus mezclas. Más convenientemente, el
oxigenado es metanol. La carga total de corriente de alimentación
de los reactores de columna ascendente puede contener componentes
adicionales, tales como
diluyentes.
diluyentes.
Se pueden alimentar a los reactores de columna
ascendente uno o más diluyentes con los oxigenados, de tal forma
que la mezcla total de alimentación comprende un diluyente en un
intervalo de 1% molar a 99% molar. Entre los diluyentes que se
pueden emplear en el proceso se incluyen, aunque las posibilidades
no se limitan necesariamente a ellos: helio, argón, nitrógeno,
monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrógeno, agua,
parafinas, otros hidrocarburos (como metano), compuestos aromáticos
y mezclas de ellos. Entre los diluyentes convenientes se incluyen
agua y nitrógeno, si bien las posibilidades no se limitan
necesariamente a ellos.
Una parte de la corriente de alimentación se
puede proporcionar al reactor en forma líquida. Cuando se
proporciona una parte de la corriente de alimentación al reactor de
forma líquida, la parte líquida de la corriente de alimentación
puede ser bien un oxigenado, o bien un diluyente o una mezcla de
ambos. La parte líquida de la alimentación se puede inyectar
directamente en los reactores de columna ascendente individuales o
bien arrastrada o transportada de otra manera a los reactores de
columna ascendente por la parte en forma de vapor de la corriente
de alimentación o por un vehículo o portador adecuado gas/diluyente.
Proporcionando una parte de la corriente de alimentación (oxigenado
y/o diluyente) en fase líquida, se puede controlar la temperatura de
los reactores de columna ascendente. El calor de reacción de la
reacción exotérmica de conversión del oxigenado es absorbido
parcialmente por el proceso endotérmico de vaporización de la parte
líquida de la corriente de alimentación. Un posible procedimiento
de controlar la temperatura en el reactor es controlar la proporción
de corriente de alimentación líquida a corriente de alimentación de
vapor alimentada al reactor, en particular en los reactores de
columna ascendente.
La cantidad de corriente de alimentación
proporcionada en forma líquida, ya sea alimentada junto con la
corriente de alimentación en forma de vapor, o separadamente de
ella, varía de 0,1% en peso a 85% en peso del contenido total de
oxigenado más diluyente en la corriente de alimentación. Más
convenientemente, el intervalo varía de 1% en peso a 75% en peso de
la corriente de alimentación total de oxigenado más diluyente,
siendo lo más deseable el intervalo de 5% en peso a 65% en peso.
Las partes líquida y en forma de vapor de la corriente de
alimentación pueden tener la misma composición o pueden contener
proporciones diversas del mismo o de diferentes oxigenados y del
mismo o de distintos diluyentes. Un diluyente líquido especialmente
eficaz es el agua, debido a su calor de vaporización relativamente
alto, lo cual permite un gran impacto en la diferencia de
temperatura en el reactor con un caudal relativamente pequeño.
Otros diluyentes útiles se describen previamente en el texto. La
selección adecuada de la temperatura y de la presión de cualquier
oxigenado y/o diluyente adecuado que se alimente al reactor
asegurará al menos que una parte esté en fase líquida cuando entre
al reactor y/o cuando se ponga en contacto con el catalizador o con
la parte en forma de vapor de la corriente de alimentación y/o del
diluyente.
Opcionalmente, la fracción líquida de la
corriente de alimentación se puede dividir en partes y se puede
introducir en los reactores de columna ascendente en muchas
ubicaciones diferentes a lo largo de toda la longitud de los
reactores de columna ascendente. Esto se puede hacer bien con la
corriente de alimentación de oxigenados, con el diluyente o con
ambos. Típicamente se realiza con la parte del diluyente de la
corriente de alimentación. Otra opción es proporcionar una
boquilla, la cual introduce la fracción líquida total de la
corriente de alimentación en los reactores de columna ascendente de
una manera tal que forma gotitas líquidas con una distribución de
tamaños apropiada, las cuales, cuando se arrastran con el gas y los
sólidos introducidos a los reactores de columna ascendente, se
vaporizan gradualmente a lo largo de la longitud de los reactores de
columna ascendente. Para controlar mejor la diferencia de
temperaturas en los reactores de columna ascendente se puede usar
cualquiera de estos montajes o una combinación de ellos. El medio
de introducir una gran cantidad de puntos de corriente de
alimentación líquida en un reactor o de diseñar una boquilla de
alimentación de líquidos para controlar la distribución de tamaños
de las gotitas se conoce bien en la técnica y no se discute en este
documento.
El catalizador adecuado para catalizar una
reacción de conversión de oxigenados a olefinas incluye un tamiz
molecular y mezclas de tamices moleculares. Los tamices moleculares
pueden ser zeolíticos (zeolitas) o no zeolíticos (no zeolitas).
También se pueden formar catalizadores útiles a partir de mezclas de
tamices moleculares zeolíticos y no zeolíticos. Convenientemente,
el catalizador incluye un tamiz molecular no zeolítico. Los tamices
moleculares convenientes para usar en una reacción de conversión de
oxigenados a olefinas incluyen los tamices moleculares de poro
"mediano" y "pequeño". Los tamices moleculares de "poro
pequeño" se definen como tamices moleculares con poros que
tienen un diámetro de menos de aproximadamente 5,0 Angstroms. Los
tamices moleculares de "poro mediano" se definen como tamices
moleculares con poros que tienen un diámetro de aproximadamente 5,0
a aproximadamente 10,0 Angstrom.
Entre los tamices moleculares útiles se
incluyen: mordenita, chabazita, erionita, ZSM-5,
ZSM-34, ZSM-48 y sus mezclas, si
bien las posibilidades no se limitan a ellos. Los métodos para
producir estos tamices moleculares se conocen en la técnica y no es
necesario tratarlos en este texto. Tipos estructurales de tamices
moleculares de poro pequeño que son adecuados para usar en esta
invención son: AEI, AFT, APC, ATN, ATT, ATV, AWW, BIK, CAS, CHA,
CHI, DAC, DDR, EDI, ERI, GOO, KFI, LEV, LOV, LTA, MON, PAU, PHI,
RHO, ROG, THO y formas sustituidas de ellos. Tipos estructurales
de tamices moleculares de poro mediano que son adecuados para usar
en esta invención son MFI, MEL, MTW, EUO, MTT, HEU, FER, AFO, AEL,
TON y formas sustituidas de ellos.
Los silicoaluminofosfatos (SAPO por sus siglas
en inglés) constituyen un grupo de tamices moleculares no zeolíticos
que son útiles en una reacción de conversión de oxigenados a
olefinas. Los SAPO comprenden una estructura marco general
cristalina microporosa tridimensional de unidades tetraédricas
[SiO_{2}], [AlO_{2}] y [PO_{2}]. La forma en que el silicio
se incorpora a la estructura se determina mediante RMN 29Si MAS;
véase Blackwell y Patton, J. Phys. Chem., 92, 3965 (1988). Los
tamices moleculares SAPO convenientes mostrarán uno o más picos en
el RMN 29Si MAS con un desplazamiento químico (Si)] en el intervalo
de -88 a -96 ppm y con un área de pico combinada en el intervalo de
al menos 20% del área de pico total de todos los picos con un
desplazamiento químico (Si)] en el intervalo de -88 ppm a -115 ppm,
donde los desplazamientos químicos (Si)] se refieren a
tetrametilsilano (TMS) externo.
Es conveniente que el tamiz molecular de
silcoaluminofosfato usado en un procedimiento tal tenga una relación
Si/A12 relativamente baja. En general, cuanto más baja es la
proporción Si/A12, menos saturan los hidrocarburos de 1 a 4 átomos
de carbono la selectividad, en particular la selectividad del
propano. Una proporción Si/A12 menor de 0,65 es conveniente, siendo
preferible una relación Si/A12 no mayor de 0,40 y siendo
especialmente preferida una relación Si/A12 no mayor de 0,32.
Los tamices moleculares de silicoaluminofosfatos
se clasifican generalmente como materiales microporosos que tienen
estructuras de anillos de 8, 10 o 12 miembros. Estas estructuras
anulares pueden tener un tamaño de poro promedio que varía entre
aproximadamente 3,5 y 15 Angstrom. Los preferidos son los tamices
moleculares SAPO de poro pequeño que tienen un tamaño de poro
promedio que varía entre aproximadamente 3,5 y 5 Angstrom, más
preferentemente entre 4,0 y 5,0 Angstrom. Estos tamaños de poro son
característicos de tamices moleculares que tienen anillos de 8
miembros.
En general, los tamices moleculares de
silicoaluminofosfatos comprenden una estructura molecular de
unidades tetraédricas [SiO_{2}], [AlO_{2}] y [PO_{2}] que
comparten las esquinas. Este tipo de estructura marco es eficaz
para convertir diversos oxigenados en productos olefínicos.
Entre los tamices moleculares de
silicoaluminofosfatos adecuados para usar en los procesos de
conversión de oxigenados a olefinas se incluyen:
SAPO-5, SAPO-8,
SAPO-11, SAPO-16,
SAPO-17, SAPO-18,
SAPO-20, SAPO-31,
SAPO-34, SAPO-35,
SAPO-36, SAPO-37,
SAPO-40, SAPO-41,
SAPO-42, SAPO-44,
SAPO-47, SAPO-56, las formas de
ellos que contienen metales y sus mezclas. Los preferidos son
SAPO-18, SAPO-34,
SAPO-35, SAPO-44 y
SAPO-47, especialmente SAPO-18 y
SAPO-34, incluyendo las formas de ellos que
contienen metales y sus mezclas. Según se usa en este documento, el
término mezcla es sinónimo de combinación y se considera una
composición de materia que tiene dos o más componentes en
proporciones variables, independientemente de su estado físico.
Si se desea, se pueden mezclar con el
catalizador de silicoaluminofosfato otros materiales de tamices
moleculares que formen olefinas. Existen varios tipos de tamices
moleculares, cada uno de los cuales muestra diferentes propiedades.
Entre los tipos estructurales de tamices moleculares de poro pequeño
que son adecuados para usar en la invención se incluyen: AEI, AFT,
APC, ATN, ATT, ATV, AWW, BIK, CAS, CHA, CHI, DAC, DDR, EDI, ERI,
GOO, KFI, LEV, LOV, LTA, MON, PAU, PHI, RHO, ROG, THO y formas
sustituidas de ellos. Tipos estructurales de tamices moleculares
de poro mediano que son adecuados para usar en esta invención son
MFI, MEL, MTW, EUO, MTT, HEU, FER, AFO, AEL, TON y formas
sustituidas de ellos. Los tamices moleculares preferidos que se
pueden combinar con un catalizador de silicoaluminofosfato son
ZSM-5, ZSM-34, erionita y
chabazita.
Los SAPO sustituidos forman una clase de tamices
moleculares conocidos como "MeAPSO" que son también útiles en
la presente invención. Los procedimientos para obtener MeAPSO son
conocidos en la técnica. Los SAPO con sustituyentes, tales como los
MeAPSO son también adecuados para usar en la presente invención.
Entre los sustituyentes adecuados, "Me", se incluyen: níquel,
cobalto, manganeso, zinc, titanio, estroncio, magnesio, bario y
calcio, si bien las posibilidades no se limitan necesariamente a
ellos. Los sustituyentes se pueden incorporar durante la síntesis
de los MeAPSO. De manera alternativa, los sustituyentes se pueden
incorporar después de la síntesis de los SAPO o MeAPSO utilizando
muchos métodos. Entre estos métodos se incluyen: intercambio iónico,
humedad incipiente, mezcla en seco, mezcla en húmedo, mezcla
mecánica y combinaciones de ellos, si bien las posibilidades no se
limitan necesariamente a ellos.
Los MeAPSO convenientes son MeAPSO de poro
pequeño que tienen tamaños de poro inferiores a aproximadamente 5
Angstrom. Entre los MeAPSO de poro pequeño se incluyen:
NiSAPO-34, CoSAPO-34,
NiSAPO-17, CoSAPO-17 y sus mezclas,
si bien las posibilidades no se limitan necesariamente a ellos.
Los aluminofosfatos (ALPO) con sustituyentes,
conocidos también como "MeAPO", constituyen otro grupo de
tamices moleculares que son adecuados para usar en una reacción de
conversión de oxigenados a olefinas, siendo los MeAPO convenientes
los de poro pequeño. Los procedimientos para obtener MeAPO se
conocen en la técnica. Entre los sustituyentes adecuados se
incluyen: níquel, cobalto, manganeso, zinc, titanio, estroncio,
magnesio, bario y calcio, si bien las posibilidades no se limitan
necesariamente a ellos. Los sustituyentes se pueden incorporar
durante la síntesis de los MeAPO. De manera alternativa, los
sustituyentes se pueden incorporar después de la síntesis de los
ALPO o MeAPO utilizando muchos métodos. Entre estos métodos se
incluyen: intercambio iónico, humedad incipiente, mezcla en seco,
mezcla en húmedo, mezcla mecánica y combinaciones de ellos, si bien
las posibilidades no se limitan necesariamente a ellos.
Asimismo, el tamiz molecular se puede incorporar
a una composición sólida, preferentemente partículas sólidas, en la
cual el tamiz molecular está presente en una cantidad eficaz para
catalizar la reacción de conversión deseada. Las partículas sólidas
pueden incluir una cantidad eficaz catalíticamente de un tamiz
molecular y de un material matriz o aglomerante, preferentemente al
menos uno entre un material de relleno y un material aglutinante,
para proporcionar una propiedad o varias propiedades convenientes a
la composición sólida, por ejemplo, dilución del catalizador
conveniente, resistencia mecánica y similares. Tales materiales de
matriz o aglomerantes a menudo son porosos por naturaleza en cierta
medida y a menudo tienen alguna actividad catalítica no selectiva
que fomenta la formación de productos no deseados y puede ser o no
eficaz para fomentar la conversión química que se desea. Entre
tales materiales de matriz, esto es, materiales de relleno y
aglutinantes, se incluyen, por ejemplo, sustancias de origen
natural y sintéticas, óxidos metálicos, arcillas, sílices, alúminas,
silicoalúminas, silicomagnesias, silicozirconias, silicotorias,
silicoberilias, silicotitanias, silicoaluminotorias,
silicoaluminozirconias y mezclas de estos materiales.
Preferentemente, la composición de catalizador
sólido comprende de 1% a 99%, más preferentemente de 5% a 90% y
todavía más preferentemente de 10% a 80% en peso de tamiz molecular
y una cantidad de 1% a 99%, más preferentemente de 5% a 90% y
todavía más preferentemente de 10% a 80% en peso del material de
matriz o aglomerante.
La preparación de las composiciones de
catalizador sólido, esto es, de partículas sólidas, que comprende el
tamiz molecular y el material de matriz, es tradicional y bien
conocida en la técnica y, en consecuencia, no se describe aquí con
detalle.
El catalizador puede contener además
aglutinantes, rellenos u otros materiales para proporcionar mejores
rendimiento catalítico, resistencia al desgaste, regenerabilidad y
otras propiedades convenientes. Convenientemente, el catalizador es
fluidizable en las condiciones de reacción. El catalizador debería
tener tamaños de partículas entre 20 \mum y 3000 \mum,
convenientemente de 30 \mum a 200 \mum y más convenientemente de
50 \mum a 150 \mum. El catalizador se puede someter a diversos
tratamientos para conseguir las características físicas y químicas
convenientes. Entre tales tratamientos se incluyen: calcinación,
molienda, molienda en molino de bolas, trituración, secado por
pulverización, tratamiento hidrotérmico, tratamiento con ácidos,
tratamiento con bases y combinaciones de ellos, si bien las
posibilidades no se limitan necesariamente a ellos.
Convenientemente, en una reacción de conversión
de oxigenados a olefinas que se lleva a cabo en el equipo de
conversión de hidrocarburos de la presente invención se utiliza una
velocidad superficial de gas en los reactores de columna ascendente
mayor de 1 metro por segundo (m/s). Tal y como se usa en esta
descripción y en las reivindicaciones, el término "velocidad
superficial del gas" se define como la medida del caudal
volumétrico de materia prima de alimentación vaporizada y de
cualquier diluyente, dividida por el área de la sección transversal
del reactor. Debido a que el oxigenado se convierte en un producto
que incluye una olefina ligera mientras que fluye a través del
reactor, la velocidad superficial del gas puede variar en diferentes
ubicaciones dentro del reactor, dependiendo del número total de
moles de gas presentes y de la sección transversal de una
determinada ubicación en el reactor, de la temperatura, de la
presión y de otros parámetros de la reacción pertinentes. La
velocidad superficial del gas, incluyendo cualquier diluyente
presente en la corriente de alimentación, se mantiene a tasas
mayores de 1 m/s en cualquier punto del reactor. Convenientemente,
la velocidad superficial del gas es mayor de aproximadamente 2 m/s.
Más convenientemente, la velocidad superficial del gas es mayor de
aproximadamente 2,5 m/s. Incluso, más convenientemente, la velocidad
superficial del gas es mayor de aproximadamente 4 m/s. Lo más
conveniente es que la velocidad superficial del gas sea mayor de
aproximadamente 8 m/s.
Mantener la velocidad superficial del gas a
estas velocidades aumenta la tendencia de los gases que fluyen en
los reactores de columna ascendente a un comportamiento de flujo
tipo pistón. Cuando la velocidad superficial del gas aumenta por
encima de 1 m/s, se produce una reducción en la difusión axial o
contramezcla de los gases como resultado de una disminución de la
recirculación interna de los sólidos, que transportan con ellos el
gas. (El comportamiento de flujo tipo pistón ideal se produce cuando
los elementos de un reactivo fluido homogéneo se trasladan a través
de un reactor como tapones moviéndose paralelamente al eje del
reactor). La minimización de la contramezcla de los gases en el
reactor aumenta la selectividad de cara a las olefinas ligeras
deseadas en la reacción de conversión del oxigenado.
Cuando la velocidad superficial del gas se
acerca a 1 m/s o es superior, una parte sustancial del catalizador
en el reactor puede ser arrastrada con el gas que sale de los
reactores de columna ascendente. Al menos una parte del catalizador
que sale de los reactores de columna ascendente se recircula para
volver a ponerse en contacto con la corriente de alimentación a
través del retorno de catalizador.
Convenientemente, el caudal de catalizador
recirculado, que comprende el tamiz molecular y cualquier otro
material tal como aglutinantes, rellenos, etc, para ponerlo en
contacto con la corriente de alimentación es de 1 a 100 veces, más
convenientemente, de 10 a 80 veces y, lo más conveniente, de
aproximadamente 10 a aproximadamente 50 veces el caudal de
corriente de alimentación total, en peso, de oxigenados al
reactor.
La temperatura útil para convertir oxigenados en
olefinas ligeras varía en un amplio intervalo dependiendo, al menos
en parte, del catalizador, de la fracción de catalizador regenerado
en una mezcla catalítica y de la configuración del equipo de
reactores y del reactor. Aunque estos procesos no se limitan a una
temperatura concreta, los mejores resultados se obtienen si el
proceso se lleva a cabo a una temperatura de 200ºC a 700ºC,
convenientemente de 250ºC a 600ºC y, lo más conveniente, de 300ºC a
500ºC. Temperaturas más bajas dan como resultado, generalmente,
velocidades de reacción más bajas, y la velocidad de formación de
los productos de olefinas ligeras puede devenir marcadamente más
baja. Sin embargo, a temperaturas superiores a 700ºC, el proceso
puede no formar una cantidad óptima de productos de olefinas ligeras
y la velocidad de formación a la cual se forman coque y saturados
ligeros sobre el catalizador se puede hacer demasiado alta.
Las olefinas ligeras se formarán en un amplio
intervalo de presiones -aunque no necesariamente en cantidades
óptimas-, entre las que se incluyen presiones de 0,1 kPa a 5 MPa, si
bien las posibilidades no se limitan a ellas. Presiones
convenientes son las comprendidas entre 5 kPa y 1 MPa y, más
convenientemente, entre 20 kPa y 500 kPa. Las presiones anteriores
no incluyen la del diluyente, si existe, y se refieren a la presión
parcial de la corriente de alimentación en lo que se refiere a los
compuestos oxigenados y/o sus mezclas. Se pueden usar presiones
fuera de los intervalos establecidos y no se excluyen del alcance de
la invención. Los extremos superior e inferior de la presión pueden
afectar adversamente a la selectividad, conversión, velocidad de
coquización y/o velocidad de reacción; sin embargo, aún en esos
casos, se formarán olefinas ligeras y, por esa razón, estos
extremos de presión se consideran parte de la presente
invención.
Con la presente invención funciona un amplio
intervalo de WHSV (velocidad espacial horaria en peso, por sus
siglas en inglés) para la reacción de conversión de oxigenados,
definida como el peso de corriente de alimentación de oxigenados
total a los reactores de columna ascendente por hora por peso de
tamiz molecular en el catalizador en los reactores de columna
ascendente. La corriente total de alimentación de oxigenados a los
reactores de columna ascendente incluye todos los oxigenados, tanto
en fase de vapor como en fase líquida. Aunque el catalizador puede
contener otros materiales, que actúan como inertes, rellenos o
aglutinantes, la WHSV se calcula utilizando solamente el peso de
tamiz molecular en el catalizador en los reactores de columna
ascendente. La WHSV es, convenientemente, lo suficientemente alta
como para mantener el catalizador en un estado fluidizado en las
condiciones de la reacción y dentro de la configuración y diseño del
reactor. Generalmente, la WHSV es de aproximadamente 1 h^{-1} a
aproximadamente 5000 h^{-1}, convenientemente de aproximadamente 2
h^{-1} a aproximadamente 3000 h^{-1}, y, lo más conveniente, de
aproximadamente 5 h^{-1} a aproximadamente 1500 h^{-1}. Los
solicitantes han descubierto que el funcionamiento de la reacción de
conversión de oxigenados a olefinas a una WHSV mayor de 20 h^{-1}
disminuye el contenido de metano en la lista de productos de la
reacción de conversión. En consecuencia, es conveniente hacer
funcionar la reacción de conversión a una WHSV de al menos 20
h^{-1}. Para una corriente de alimentación que comprende metanol,
dimetiléter o sus mezclas, la WHSV es, convenientemente, al menos
de aproximadamente 20 h^{-1} y, más convenientemente, de
aproximadamente 20 h^{-1} a aproximadamente 300 h^{-1}.
Se prefiere especialmente que las condiciones de
reacción para obtener olefinas a partir de un oxigenado comprendan
una WHSV de al menos 20 h^{-1} y una selectividad para metano
normalizada corregida en temperatura (TCNMS, por sus siglas en
inglés) de menos de aproximadamente 0,016. Según se usa en este
documento, la TCNMS se define como la selectividad para metano
normalizada (NMS, por sus siglas en inglés) cuando la temperatura
es menor de 400ºC. La NMS se define como el rendimiento de producto
de metano dividido por el rendimiento de producto de etileno, en la
que cada rendimiento se mide o se convierte a una base de
porcentaje en peso. Cuando la temperatura es de 400ºC o más alta,
la TCNMS se define mediante la ecuación siguiente, en la cual T es
la temperatura promedio dentro del reactor en ºC:
TCNMS =
\frac{NMS}{1 + (((T -
400)/400)*14,84)}
La conversión de oxigenados debería mantenerse
suficientemente alta para evitar la necesidad de niveles
inaceptables comercialmente de reciclado de la corriente de
alimentación. Si bien se desea la conversión de los oxigenados al
100%, con el propósito de evitar completamente el reciclado de la
corriente de alimentación, con frecuencia se observa una
disminución de subproductos no deseados cuando la conversión es del
98% o menos. Puesto que reciclar hasta tanto como un 50% de la
corriente de alimentación es comercialmente aceptable, son
convenientes tasas de conversión de 50% a 98%. Las tasas de
conversión se pueden mantener en este intervalo -50% a 98%-
utilizando varios métodos que resultan familiares a las personas que
tienen un conocimiento normal de la técnica. Ejemplos de dichos
métodos incluyen ajustar uno o más de los siguientes parámetros, si
bien las posibilidades no se limitan a ellos: temperatura de
reacción; presión; caudal unitario (velocidad espacial horaria en
peso y/o velocidad superficial del gas); tasa de recirculación del
catalizador; configuración del equipo de reactores; configuración
del reactor; composición de la corriente de alimentación; cantidad
de corriente de alimentación líquida respecto de la corriente de
alimentación en fase de vapor (tal y como se describirá más
adelante); cantidad de catalizador recirculado; grado de
regeneración del catalizador y otros parámetros que afectan a la
conversión.
Durante la conversión de oxigenados en olefinas
ligeras, se acumulan depósitos carbonáceos sobre el catalizador
usado para fomentar la reacción de conversión. En algún momento, la
acumulación de estos depósitos carbonáceos provoca una disminución
de la capacidad del catalizador para convertir la corriente de
alimentación de oxigenados en olefinas ligeras. En este punto, el
catalizador está parcialmente desactivado. Cuando un catalizador ya
no puede convertir un oxigenado en un producto de olefinas, el
catalizador se considera completamente desactivado. Como una etapa
opcional en una reacción de conversión de oxigenados en olefinas,
una parte del catalizador se retira del reactor y al menos una
parte de la parte eliminada del reactor se regenera parcialmente, si
no completamente, en un equipo de regeneración 80 como se muestra
en la figura 4. Regeneración quiere decir que los depósitos
carbonáceos son eliminados al menos parcialmente del catalizador.
Convenientemente, la parte del catalizador retirada del reactor
está al menos parcialmente desactivada. La parte del catalizador que
queda en el reactor se recircula sin regeneración, según se ha
descrito previamente en el texto. El catalizador regenerado se
devuelve entonces al reactor, con o sin enfriamiento.
Convenientemente, la tasa de retirada de la parte del catalizador
para regeneración es de 0,1% a 99% de la tasa de catalizador que
sale del reactor. Más convenientemente, la tasa es de 0,2% a 50% y,
lo más conveniente, de 0,5% a 5%.
Convenientemente, una parte del catalizador, que
comprende tamiz molecular y cualquier otro material como
aglutinantes, rellenos, etc, se elimina del reactor para su
regeneración y recirculación de vuelta al reactor a una tasa de 0,1
veces a 10 veces, más convenientemente de 0,2 a 5 veces y, lo más
conveniente, de 0,3 a 3 veces de la tasa total de alimentación de
oxigenados al reactor. Estas tasas se refieren al catalizador que
contiene solo tamiz molecular y no incluyen los sólidos no
reactivos. La tasa de sólidos totales, es decir, de catalizador y
de sólidos no reactivos, eliminados del reactor para su regeneración
y recirculación de vuelta al reactor variará en proporción directa
al contenido de sólidos no reactivos en el total de sólidos.
Convenientemente, la regeneración del
catalizador se lleva a cabo en un aparato de regeneración en
presencia de un gas que comprende oxígeno u otros oxidantes. Entre
los ejemplos de otros oxidantes se incluyen O_{2} singlete,
O_{3}, SO_{3}, N_{2}O, NO, NO_{2}, N_{2}O_{5} y sus
mezclas, si bien las posibilidades no se limitan a ellos. Gases
convenientes para la regeneración son el aire o el aire diluido con
nitrógeno o CO_{2}. La concentración de oxígeno en el aire se
puede disminuir hasta un nivel controlado para minimizar el
sobrecalentamiento del regenerador o la creación de zonas calientes
en el mismo. El catalizador también podría regenerarse
reductivamente con hidrógeno, mezclas de hidrógeno y monóxido de
carbono u otros gases reductores adecuados.
El catalizador se puede regenerar mediante
cualquiera de varios métodos: por lotes, en continuo, en
semicontinuo o en combinaciones de ellos. Un método conveniente es
la regeneración del catalizador en continuo. Convenientemente, el
catalizador se regenera hasta un nivel de coque remanente de
aproximadamente 0,01% en peso a aproximadamente 15% en peso del
peso del catalizador.
La temperatura de regeneración del catalizador
debería ser de 250ºC a 750ºC y, convenientemente, de 500ºC a 700ºC.
Debido a que la reacción de regeneración tiene lugar a una
temperatura considerablemente más alta que la reacción de
conversión de oxigenados, puede ser conveniente enfriar al menos una
parte del catalizador regenerado a una temperatura más baja antes
de devolverlo al reactor. Para eliminar algo de calor del
catalizador tras haberlo extraído del equipo de regeneración, se
puede usar un intercambiador de calor, no mostrado, situado fuera
del equipo de regeneración. Cuando el catalizador regenerado se
enfría, es conveniente enfriarlo a una temperatura que sea de 200ºC
más alta a 200ºC más baja que la temperatura del catalizador
retirado del reactor. Más convenientemente, el catalizador
regenerado se enfría a una temperatura de 10ºC a 200ºC más baja que
la temperatura del catalizador retirado del reactor. Este
catalizador enfriado se puede devolver luego bien a alguna zona del
reactor bien al equipo de regeneración o bien a ambos. Cuando el
catalizador regenerado del equipo de regeneración se devuelve al
reactor, puede ser devuelto a cualquier zona del reactor. Podría
ser devuelto a la zona de contención del catalizador para esperar el
contacto con la corriente de alimentación, a la zona de separación
para estar en contacto con los productos de la corriente de
alimentación o a ambas.
Convenientemente, la regeneración del
catalizador se lleva a cabo sobre catalizador desactivado al menos
parcialmente al que se le ha eliminado primero la mayor parte de
los materiales orgánicos fácilmente eliminables en un purificador o
cámara de purificación. Esta purificación se consigue pasando un gas
purificador sobre el catalizador agotado a una temperatura elevada.
Entre los gases adecuados para purificar el catalizador se incluyen
vapor de agua, nitrógeno, helio, argón, metano, CO_{2}, CO,
hidrógeno y sus mezclas. Un gas preferido es el vapor de agua. La
velocidad espacial horaria del gas del gas purificado (GHSV, por
sus siglas en inglés, sobre la base de volumen de gas a volumen de
catalizador y coque) es de 0,1 h^{-1} a 20.000 h^{-1}.
Temperaturas aceptables para la purificación son las comprendidas
entre 250ºC y 750ºC y preferentemente entre 350ºC y 675ºC.
El procedimiento de obtención del producto de
olefinas preferido en esta invención puede incluir la etapa
adicional de obtención de las composiciones oxigenadas a partir de
hidrocarburos como petróleo, carbón, arenas asfálticas, pizarras,
biomasas y gas natural. Los procedimientos de obtención de las
composiciones se conocen en la técnica. Estos procedimientos
incluyen la fermentación a alcoholes o éteres, produciendo gas de
síntesis, y convirtiendo luego el gas de síntesis en alcohol o
éter. El gas de síntesis se produce mediante procesos conocidos
mediante la conversión o isomerización con vapor, la conversión
autotérmica y la oxidación parcial.
Cualquier persona conocedora de la técnica
comprenderá y valorará asimismo que las olefinas producidas mediante
la reacción de conversión de oxigenados a olefinas de la presente
invención se polimerizan opcionalmente para formar poliolefinas,
especialmente polietileno y polipropileno. Los procedimientos de
obtención de poliolefinas a partir de olefinas son conocidos en la
técnica. Se prefieren los procesos catalíticos. Especialmente
preferidos son los sistemas catalíticos de metalocenos, ácidos y
Ziegler-Natta. Se pueden ver, por ejemplo, los
documentos de las patentes de Estados Unidos números: 3.258.455,
3.305.538, 3.364.190, 5.892.079, 4.659.685, 4.076.698, 3.645.992,
4.302.565 y 4.243.691. En general, estos procedimientos suponen
poner en contacto el producto olefínico con un catalizador que
forma poliolefinas a unas presión y temperatura eficaces para formar
el producto poliolefínico.
Un catalizador preferido para obtener
pololefinas es un catalizador metalocénico. El intervalo de
temperaturas preferido para su funcionamiento es de 50ºC a 240ºC y
la reacción se lleva a cabo a presión alta, media o baja, a
cualquier valor comprendido entre 1 y 200 bar. Para procesos que se
llevan a cabo en disolución, se utiliza opcionalmente un diluyente
inerte y el intervalo preferido de presiones de funcionamiento es de
10 a 150 bar, con una temperatura preferida de 120ºC a 230ºC. Para
procesos en fase gaseosa, generalmente se prefiere que la
temperatura esté entre 60ºC y 160ºC y que la presión de
funcionamiento sea de 5 a 50 bar.
Además de poliolefinas, se pueden obtener otros
muchos derivados de olefinas, a partir de las olefinas producidas
mediante el procedimiento de la presente invención o de las olefinas
recuperadas del mismo. Entre ellos se incluyen, aunque las
posibilidades no se limitan a ellos: aldehídos, alcoholes, ácido
acético, alfa-olefinas lineales, acetato de vinilo,
dicloruro de etileno y cloruro de vinilo, etilbenceno, óxido de
etileno, etilenglicol, cumeno, alcohol isopropílico, acroleína,
cloruro de alilo, óxido de propileno, ácido acrílico, cauchos de
etileno y propileno y acrilonitrilo y trímeros y dímeros de etileno,
propileno o butilenos. Los procedimientos de fabricación de estos
derivados son bien conocidos en la técnica y, en consecuencia, no se
describen en el presente texto.
Claims (40)
1. Un equipo de conversión de hidrocarburos que
comprende:
(a) varios reactores de columna ascendente
(402), cada uno de ellos con un primer extremo en el cual se puede
alimentar un catalizador y un segundo extremo a través del cual el
catalizador puede salir del reactor de columna ascendente (402);
(b) una zona de separación proporcionada para
separar el catalizador de los productos de una reacción llevada a
cabo en el equipo de conversión de hidrocarburos, incluyendo la zona
de separación numerosas entradas;
(c) una gran cantidad de piezas desviadoras,
estando orientada cada pieza desviadora a desviar un flujo de
material desde el segundo extremo del reactor de columna ascendente
respectivo hacia una respectiva entrada; en la cual al menos una de
las piezas desviadoras está hecha en forma de codo, que incluye una
placa de contacto (408), una zona de contacto del catalizador (412)
y una pieza de entrega (404) y
(d) al menos un retorno de catalizador en
comunicación de fluidos con la zona de separación y los primeros
extremos de los reactores de columna ascendente (402), estando
proporcionado el retorno de catalizador para transferir el
catalizador de la zona de separación a los primeros extremos de los
reactores de columna ascendente (402).
2. El equipo de conversión de hidrocarburos de
la reivindicación 1, que comprende además.
(e) una zona de retención de catalizador
proporcionada para contener catalizador que se puede alimentar al
reactor de columna ascendente (402).
3. El equipo de cualquiera de las
reivindicaciones 1 o 2, en el que cada reactor de los varios
reactores de columna ascendente incluye un eje longitudinal que se
extiende entre el primer y el segundo extremo del mismo y en el que
las numerosas entradas no están orientadas a lo largo de los ejes
longitudinales de los reactores de columna ascendente (402).
4. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende
además:
(f) una gran cantidad de brazos, cada uno de
ellos en comunicación de fluidos entre la zona de retención del
catalizador y el primer extremo de un reactor de columna ascendente
respectivo (402).
5. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende
además:
(g) un distribuidor de corriente de
alimentación que incluye numerosos cabezales de alimentación
colocados junto a los primeros extremos de los reactores de
corriente ascendente.
6. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye al
menos dos reactores de columna ascendente (402), preferentemente al
menos tres, más preferentemente al menos cuatro.
7. El equipo de conversión de hidrocarburos de
la reivindicación 5, en el que el distribuidor de corriente de
alimentación proporciona alimentación a cada uno de los reactores de
corriente de alimentación en corrientes sustancialmente iguales a
través de los cabezales de alimentación.
8. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende
además:
(h) un distribuidor de agente fluidizante en
comunicación de fluidos con la zona de retención del catalizador,
siendo proporcionado el distribuidor de agente fluidizante para
alimentar un agente fluidizante a la zona de retención del
catalizador para fluidizar el catalizador contenido en la zona de
retención del catalizador.
9. El equipo de conversión de hidrocarburos de
la reivindicación 8, que comprende además:
(i) un dispersor colocado en la zona de
retención del catalizador, estando proporcionado el mismo para
dispersar el agente fluidizante en la zona de retención del
catalizador para fluidizar el catalizador.
10. El equipo de conversión de hidrocarburos de
la reivindicación 9, en el que el dispersor es un dispositivo
escogido en el grupo que consiste en: una rejilla, una pantalla y
una placa perforada.
11. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el
retorno del catalizador se coloca de manera central en los reactores
de columna ascendente (402).
12. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye varios
retornos de catalizador.
13. El equipo de conversión de hidrocarburos de
la reivindicación 12, que comprende además:
(j) un dispositivo de control de flujo colocado
sobre al menos uno de los retornos de catalizador.
14. El equipo de conversión de hidrocarburos de
la reivindicación 13, en el que se coloca un dispositivo de control
de flujo en cada uno de los varios retornos de catalizador.
15. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la zona
de separación comprende además una zona de reposo en la que se
retiene el catalizador hasta que el mismo se desplaza desde la zona
de separación al retorno de catalizador.
16. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende
además:
(k) un regenerador del catalizador en
comunicación de fluidos con el equipo de conversión de
hidrocarburos.
17. El equipo de conversión de hidrocarburos de
la reivindicación 16, que comprende además:
(l) un purificador del catalizador en
comunicación de fluidos con el equipo de conversión de hidrocarburos
y el regenerador del catalizador.
18. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende
además:
(m) al menos un dispositivo de separación
colocado en la zona de separación.
19. El equipo de conversión de hidrocarburos de
la reivindicación 18, en el que al menos un dispositivo de
separación se escoge en el grupo que consiste en: un separador
ciclónico, un filtro, un dispositivo de choque o combinaciones de
ellos.
20. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada uno
de los reactores de columna ascendente (402) tiene un área de
sección transversal no mayor de 12 m^{2}, preferentemente no
mayor de 7 m^{2}, más preferentemente no mayor de 3,5 m^{2}.
21. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada uno
de los reactores de columna ascendente (402) tiene una altura de 10
a 70 metros.
22. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada uno
de los reactores de columna ascendente (402) tiene una anchura de 1
a 3 metros.
23. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada uno
de los reactores de columna ascendente tiene un área de sección
transversal y el área de sección transversal de uno de los
reactores de columna ascendente (402) varía no más del 20%,
preferentemente no más del 10%, más preferentemente no más del 1%,
del área de sección transversal de otro de los reactores de columna
ascendente (402).
24. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el hombro
tiene un ángulo formado por el eje longitudinal del reactor de
columna ascendente (402) y el eje de la pieza de entrega (404) de 90
grados.
25. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende
además:
al menos un dispositivo de separación colocado
en la zona de separación, en el que uno o más de los reactores de
columna ascendente están acoplados íntimamente con el dispositivo de
separación.
26. El equipo de conversión de hidrocarburos de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende
además:
(n) un segundo conjunto de numerosos reactores
de columna ascendente (402), en el que cada uno de los mismos
incluye primeros y segundos extremos y un segundo eje longitudinal
que se extiende entre ellos, en el que la zona de separación
incluye un conjunto de numerosas entradas, estando orientada cada
segunda entrada a los largo de un respectivo segundo eje
longitudinal.
27. Un procedimiento de conversión de
hidrocarburos que tiene lugar en un equipo según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, que comprende las etapas de:
(i) poner en contacto un catalizador fluidizable
con un agente fluidizante para fluidizar el catalizador
fluidiza-
ble;
ble;
(ii) alimentar el catalizador y una corriente de
alimentación a los numerosos reactores de columna ascendente (402)
(a);
(iii) poner en contacto la corriente de
alimentación con el catalizador en el conjunto de reactores de
columna ascendente (402) (a) en condiciones eficaces para convertir
la corriente de alimentación en un producto;
(iv) dirigir el producto y el catalizador a
través de un gran número de piezas desviadoras (c);
(v) separar el catalizador del producto en la
zona de separación (b), estando dicha zona en comunicación de
fluidos con el conjunto de piezas desviadoras (c);
(vi) devolver el catalizador de la zona de
separación (b) al conjunto de reactores de columna ascendente (402)
(a) y
(vii) repetir las etapas (i) a (vi).
28. El procedimiento de la reivindicación 27, en
el que la corriente de alimentación se alimenta a cada uno de los
reactores del conjunto de reactores de columna ascendente (402) de
tal forma que el flujo de alimentación no varía más del 25%,
preferentemente no más del 10%, más preferentemente no más del 1% en
caudal volumétrico, de un reactor de columna ascendente (402) a
otro.
29. El procedimiento de la reivindicación 27, en
el que la corriente de alimentación se alimenta a cada uno de los
reactores del conjunto de reactores de columna ascendente (402) de
tal forma que el flujo de alimentación no varía más del 25%,
preferentemente no más del 10%, más preferentemente no más del 1%,
en porcentaje de masa para cada componente de la corriente de
alimentación, de un reactor de columna ascendente (402) a otro.
30. El procedimiento de las reivindicaciones 27
a 29, en el que el agente fluidizante se escoge en el grupo que
consiste en: nitrógeno, vapor de agua, dióxido de carbono,
hidrocarburos y aire.
31. El procedimiento de las reivindicaciones 27
a 30, en el que la etapa (v) comprende además dirigir el catalizador
de la zona de separación a un retorno de catalizador, el cual está
en comunicación de fluidos con la zona de separación y numerosos
brazos.
32. El procedimiento de la reivindicación 31, en
el que la etapa (v) comprende además dirigir el catalizador a
través de numerosos brazos y a una entrada de cada uno de los
respectivos reactores de columna ascendente (402).
33. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 27 a 32, en el que el catalizador se pone en
contacto con el agente fluidizante para fluidizar el catalizador
fluidizable en un retorno de catalizador, en una zona de retención
del catalizador o en una combinación del retorno de catalizador y de
la zona de retención del catalizador.
34. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 27 a 33, que comprende además las etapas de:
(viii) regenerar al menos una parte del
catalizador en un regenerador de catalizador después de separar el
catalizador de los productos, para producir un catalizador
regenerado y
(ix) devolver el catalizador regenerado a al
menos una zona de separación, a un retorno de catalizador y a una
zona de retención de catalizador.
35. El procedimiento de la reivindicación 34,
que comprende además la etapa de:
(x) purificar al menos una parte del catalizador
antes de regenerar al menos una parte del catalizador.
36. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 27 a 35, en el que el proceso de conversión de
hidrocarburos es una reacción escogida en el grupo que consiste en:
una reacción de interconversión de olefinas; una reacción de
conversión de oxigenados a olefinas; una reacción de conversión de
oxigenados a gasolina; formulación de anhídrido maleico; síntesis
de metanol en fase de vapor; formulación de anhídrido ftálico; una
reacción de Fischer-Tropsch y formulación de
acrilonitrilo.
37. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 27 a 36, en el que el proceso de conversión de
hidrocarburos es una reacción de conversión de oxigenados a
olefinas.
38. El procedimiento de la reivindicación 37, en
el que el catalizador es un silicoaluminofosfato.
39. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 37 a 38, en el que la corriente de alimentación se
escoge en el grupo que consiste en: metanol, etanol,
n-propanol, isopropanol, alcoholes de 4 a 10 átomos
de carbono, metiletiléter, dimetiléter, dietiléter,
di-isopropiléter, formiato de metilo, formaldehído,
carbonato de dimetilo; carbonato de metiletilo, acetona y sus
mezclas.
40. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 27 a 39, en el que la orientación de las piezas
desviadoras forma un ciclón dentro de la zona de separación.
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