ES2304802T3

ES2304802T3 - Uso de lavado de la tuberia de refinado en un proceso para la separacion adsorbente continua en lecho movil simulado.

Info

Publication number: ES2304802T3
Application number: ES99304592T
Authority: ES
Inventors: Robert J.L. Noe
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2019-06-14
Also published as: JP2000354703A; CA2274353A1; EP1060776A1; EP1060776B1; TW546290B; US5912395A; SG81286A1; ATE391542T1

Abstract

Un proceso para la separación adsorbente continua en lecho móvil simulado de un primer compuesto deseado de una mezcla de alimentación que comprende al menos el primer compuesto y un segundo compuesto, cuyo proceso comprende: (a) pasar una corriente de alimentación que comprende dicha mezcla de alimentación a través de una primera tubería hacia una cámara adsorbente que contiene al menos tres lechos de un adsorbente que retiene selectivamente dicho primer compuesto, siendo separados los lechos por puntos de transferencia para las corrientes usadas en el proceso; (b) extraer una corriente de refinado que comprende el segundo compuesto de la cámara adsorbente en un segundo punto de transferencia a través de una segunda tubería de transferencia, pasar una corriente de desorbente a la cámara adsorbente en un tercer punto a través de una tercera tubería de transferencia, y eliminar una corriente de extracto que comprende el desorbente y el primer compuesto de la cámara adsorbente en un cuarto punto a través de una cuarta tubería de transferencia; (c) incrementar periódicamente la localización del primer, el segundo, el tercer y el cuarto puntos y cambiar así las tuberías de transferencia usadas para transportar las corrientes de alimentación, de desorbente, de extracto y de refinado para simular el movimiento a contracorriente de los lechos del adsorbente y de la corriente de alimentación; estando el proceso caracterizado además por el lavado de al menos una porción de los contenidos residuales de la tubería de transferencia usada para eliminar la corriente de refinado de la cámara adsorbente antes del último incremento de los puntos de transferencia haciendo que una corriente de líquido fluya a través de dicha tubería de transferencia, donde los contenidos residuales de la tubería de transferencia usada para eliminar la corriente de refinado son forzados a regresar a la cámara adsorbente.

Description

Uso de lavado de la tubería de refinado en un proceso para la separación adsorbente continua en lecho móvil simulado.

Campo

La invención se refiere a un proceso para la separación adsorbente de hidrocarburos - por ejemplo, un proceso para la separación adsorbente continua simulada a contracorriente de hidrocarburos aromáticos. Una aplicación preferida de tal proceso es la separación de hidrocarburos aromáticos tal como la separación de paraxileno de una mezcla de alimentación que comprende al menos dos isómeros de xileno, incluyendo el para-isómero, usando un adsorbente zeolítico y un desorbente.

Antecedente

Los tejidos y artículos de poliéster que en la actualidad tienen un uso amplio son producidos a partir de un polímero de etilenglicol y ácido teraftálico. El ácido teraftálico es producido mediante la oxidación de paraxileno. El paraxileno es recuperado típicamente a partir de una fracción de hidrocarburo aromático predominantemente de C_{8} derivada de varias fuentes tales como la reformación catalítica mediante extracción líquido-líquido y/o destilación fraccionaria. El paraxileno es separado comercialmente de una corriente de alimentación que contiene paraxileno, que contiene usualmente los tres isómeros de xileno, ya sea mediante cristalización o separación adsorbente o una combinación de estas dos técnicas. La separación adsorbente es la técnica más novedosa y ha captado la mayor parte del segmento de mercado de las plantas recién construidas para la producción de paraxileno.

Esencialmente todas estas unidades de separación adsorbente usan un movimiento a contracorriente simulado del adsorbente y de la corriente de alimentación que contiene xileno. Esta simulación es realizada usando tecnología comercial establecida donde el adsorbente es mantenido en una o más cámaras cilíndricas adsorbentes y las posiciones en las cuales las corrientes implicadas en el proceso entran y salen de las cámaras varían lentamente a lo largo de la longitud de los lechos. Normalmente en este procedimiento son empleadas al menos cuatro corrientes (alimentación, desorbente, extracto y refinado) y el lugar por el cual las corrientes de alimentación y de desorbente entran a la cámara y las corrientes de extracto y de refinado salen de la cámara son cambiados simultáneamente en la misma dirección a intervalos establecidos. Cada cambio de lugar de estos puntos de transferencia entrega o elimina líquido de un lecho diferente dentro de la cámara. Este cambio de lugar podría ser realizado usando una tubería dedicada para cada corriente en la entrada de cada lecho. Sin embargo, esto aumentará considerablemente el costo del proceso y por tanto las tuberías son reutilizadas y cada tubería transporta una de las cuatro corrientes del proceso en cierto momento en el ciclo.

La US-A-3,686,342 es representativa y describe la separación de paraxileno de los xilenos mezclados usando la adsorción simulada a contracorriente empleando un adsorbente zeolítico y para-dietilbenceno como desorbente. La técnica también incluye un reconocimiento de que la presencia de compuestos residuales en las tuberías de transferencia puede tener algunos efectos perjudiciales en un proceso en lecho móvil simulado.

La US-A-3,201,491 y la WO 95/07740 abordan ambas el lavado de la tubería usada para entregar la corriente de alimentación a la cámara adsorbente como medio para aumentar la pureza del extracto recuperado o del componente sorbato. Este paso evita la contaminación de la corriente de extracto con componentes del refinado de la alimentación remanente en esta tubería cuando es usada posteriormente para extraer la corriente de extracto de la cámara. Ambas referencias emplean un vapor rico en desorbente para lavar el contenido de esta tubería llevándolo de nuevo hacia la cámara adsorbente.

La FR-A-2 756 751 y la EP-A-0 818 226 abordan ambas un proceso a contracorriente en lecho móvil simulado para separar paraxileno de los xilenos mezclados en el que son lavadas las tuberías de distribución hacia los lechos. El líquido resultante del lavado es extraído.

Sumario

La invención es una mejora a los procesos de separación adsorbente en lecho móvil simulado e incluye el paso de lavar la tubería de transferencia a través de la cual la corriente de refinado acaba de ser extraída de la cámara adsorbente, con lo cual es aumentada la capacidad del proceso.

Una realización abarcadora de la invención es un proceso para la separación adsorbente continua en lecho móvil simulado de un primer compuesto deseado de una mezcla de alimentación que comprende al menos el primer compuesto y un segundo compuesto, cuyo proceso comprende pasar una corriente de alimentación que comprende dicha mezcla de alimentación a través de un primer conducto hacia una cámara adsorbente, que contiene al menos tres lechos de un adsorbente en la zona de adsorción que retiene selectivamente dicho primer compuesto, siendo separados los lechos del adsorbente por puntos de transferencia de las corrientes de proceso usadas en el proceso; extraer del adsorbente una corriente de refinado que comprende el segundo compuesto en un segundo punto a través de un segundo conducto, pasar una corriente del desorbente a la cámara adsorbente en un tercer punto a través de un tercer conducto, y eliminar una corriente de extracto que comprende el desorbente y el primer compuesto de la cámara adsorbente en un cuarto punto a través de un cuarto conducto; incrementar periódicamente la localización del primer, el segundo, el tercer y el cuarto puntos a lo largo de la longitud de la cámara adsorbente y cambiar así los conductos usados para transportar las corrientes de alimentación, de desorbente, de extracto y de refinado para simular el movimiento a contracorriente de los lechos del adsorbente y de la corriente de alimentación; donde se lava al menos una porción de los contenidos residuales de la tubería de transferencia usados para eliminar la corriente de refinado de la cámara adsorbente antes del último incremento de los puntos de transferencia al provocar que una corriente de líquido fluya a través de dicha tubería, donde la corriente de líquido usada para lavar la tubería de transferencia es una cantidad de la corriente de alimentación, donde los contenidos residuales de la tubería de transferencia usados para eliminar la corriente de refinado son forzados a regresar a la cámara adsorbente.

Descripción detallada y realizaciones preferidas

En numerosos procesos descritos en la literatura de patentes son usados adsorbentes zeolíticos para separar varios hidrocarburos y otros compuestos químicos tales como aromáticos clorados. Las separaciones del compuesto químico que han sido el centro específico de estos procesos incluyen los hidrocarburos alifáticos lineales contra los no lineales y los hidrocarburos olefínicos lineales contra los no lineales. Otro ejemplo de separación de hidrocarburo por clase es la recuperación de parafina o de aromáticos de una mezcla de alimentación que comprende tanto aromáticos como parafina. El proceso en cuestión puede ser empleado en estas separaciones o en la separación de otros compuestos incluyendo compuestos quirales para uso en productos farmacéuticos y productos químicos finos, oxigenados tales como alcoholes y éteres, carbohidratos tales como azúcares, y dimetil naftalenos. La efectividad es un factor más importante en el éxito comercial de unidades pequeñas que producen compuestos quirales separados y otros productos químicos finos que para las unidades a gran escala tales como aquellos que producen paraxileno. La siguiente descripción de la invención en cuestión será presentada sin embargo básicamente en términos de la separación de varios isómeros de aromáticos monocíclicos substituidos de dialquilo de otros isómeros, que normalmente es realizada en unidades a gran escala.

Durante el paso de adsorción del proceso una mezcla de alimentación que contiene una mezcla de isómeros, tales como isómeros de xileno, es puesta en contacto con el adsorbente en condiciones de adsorción y el isómero deseado es adsorbido selectivamente y retenido por el adsorbente mientras los otros componentes de la mezcla de alimentación son relativamente no adsorbidos. La mezcla de alimentación puede contener compuestos que no sean isómeros del compuesto deseado. Por ejemplo, una corriente mezclada de alimentación de xileno puede contener etilbenceno y/o compuestos aromáticos de C_{9}. Cuando el adsorbente contiene una carga casi equilibrada del isómero más selectivamente adsorbido, es llamado adsorbente "rico". Los componentes del refinado no adsorbidos de la mezcla de alimentación son eliminados entonces de los espacios vacíos intersticiales entre las partículas del adsorbente y de la superficie del adsorbente. El isómero adsorbido es recuperado entonces del adsorbente rico poniendo en contacto el adsorbente rico con una corriente que comprende un material desorbente en condiciones de desorción. El desorbente desplaza al isómero deseado para formar una corriente de extracto, que es transferida a una zona de fraccionamiento para la recuperación del isómero deseado de la mezcla que contiene el isómero deseado y el desorbente.

Los procesos para la separación adsorbente del paraxileno de otros isómeros de xileno mediante la adsorción a contracorriente simulada son ampliamente descritos y practicados. Estos procesos incluyen típicamente al menos tres o cuatro pasos separados que son realizados secuencialmente en zonas separadas dentro de una masa de adsorbente retenida en una o más cámaras cilíndricas verticales de adsorción. Normalmente cada una de estas zonas es formada a partir de una pluralidad de lechos del adsorbente, denominados en ocasiones sublechos, oscilando el número de lechos por zona entre 2 ó 3 hasta 8-10. Las unidades de proceso comerciales más ampliamente practicadas contienen típicamente alrededor de 24 lechos. Todos los lechos están contenidos en uno o más recipientes verticales denominados aquí colectivamente la cámara adsorbente. Los lechos están separados estructuralmente unos de otros por una rejilla horizontal de colección/distribución de líquido. Cada rejilla está conectada a una tubería de transferencia que define un punto de transferencia en el cual las corrientes de proceso entran y salen de las cámaras verticales de adsorción.

En el primer paso, que normalmente es etiquetado como que ocurre en la zona de adsorción o Zona I de la cámara, la corriente de alimentación es puesta en contacto con un adsorbente selectivo que adsorbe el isómero deseado. Esto elimina el isómero deseado del líquido que fluye. Este líquido agotado y cualquier desorbente que sea mezclado con él durante el paso por la zona de adsorción son eliminados del proceso como una corriente de proceso denominada como corriente de refinado.

El adsorbente en la Zona I está rodeado por líquido que contiene el(los) isómero(s) no deseado(s), es decir con el refinado. Este líquido es eliminado del adsorbente en la Zona II, denominada como una zona de purificación. En la zona de purificación los componentes no deseados del refinado son lavados del volumen vacío del lecho del adsorbente mediante un material que es separado fácilmente del componente deseado mediante destilación fraccionada.

En la Zona III de la(s) cámara(s) adsorbente(s) el isómero deseado es liberado del adsorbente exponiendo y lavando el adsorbente con un líquido llamado desorbente. El isómero deseado liberado y el desorbente acompañante son eliminados del adsorbente en forma de una corriente denominada aquí como corriente de extracto. La Zona IV es una porción del adsorbente situado entre las zonas I y III que es usado para segregar las Zonas I y III. En la Zona IV el desorbente es eliminado parcialmente del adsorbente por una mezcla que fluye del desorbente y de componentes no deseados de la corriente de alimentación. El flujo de líquido a través de la Zona IV evita la contaminación de la Zona III por el líquido de la Zona I mediante flujo simultáneo con el movimiento simulado del adsorbente de la Zona III hacia la Zona I. Una explicación más cuidadosa de los procesos en lecho móvil simulados es dada en la sección Adsorptive Separation de la Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology en la página 563.

Esta simulación es realizada usando tecnología comercial establecida en la que el adsorbente es mantenido en una o más cámaras cilíndricas adsorbentes y las posiciones en las cuales las corrientes implicadas en el proceso entran y salen de las cámaras son cambiadas lentamente a lo largo de la longitud de los lechos. El sustantivo singular cámara es usado aquí para referirse a una o más cámaras. Normalmente en este procedimiento son empleadas al menos cuatro corrientes (alimentación, desorbente, extracto y refinado) y el lugar por el cual las corrientes de alimentación y de desorbente entran a la cámara y las corrientes de extracto y de refinado salen de la cámara son cambiados simultáneamente en la misma dirección a intervalos establecidos. Cada cambio de lugar de estos puntos de transferencia entrega o extrae líquido de un lecho diferente dentro de la cámara. Este cambio de lugar podría ser realizado usando una tubería dedicada para cada corriente en la entrada a cada lecho. Sin embargo, esto aumentará considerablemente el costo del proceso y por tanto las tuberías son usadas para diferentes corrientes en diferentes momentos. Cada tubería transporta una de las cuatro corrientes del proceso en cierto momento en el ciclo.

Es fácilmente evidente que cuando una tubería de transferencia que se está usando para transportar una corriente particular se deja ociosa al final de un paso permanecerá llena de los compuestos que forman esa corriente hasta que estos compuestos sean eliminados de la tubería por una segunda corriente que fluye. Los compuestos residuales dejados en la tubería de transferencia no usada ahora serán por tanto retirados del proceso como parte inicial de una corriente de proceso eliminada del proceso o forzados hacia la cámara adsorbente cuando la tubería de transferencia transporta una corriente eliminada de o pasada hacia la cámara adsorbente.

Es un objetivo de la invención en cuestión proporcionar un proceso mejorado para la separación adsorbente en lecho móvil simulado de compuestos químicos, por ejemplo, hidrocarburos aromáticos. Es otro objetivo de la invención en cuestión proporcionar un proceso que aumente la capacidad de un proceso de separación adsorbente en lecho móvil simulado para recuperar un compuesto adsorbido selectivamente. Es un objetivo específico aumentar la capacidad de una unidad de lecho móvil simulado para recuperar paraxileno de una corriente de alimentación que comprende una mezcla de isómeros de xileno.

Se ha encontrado que estos objetivos pueden ser alcanzados lavando el contenido de la tubería de transferencia que acaba de ser usada para eliminar la corriente de refinado de la cámara adsorbente usando una corriente de material de alimentación. El uso de la invención en cuestión puede proporcionar un aumento de 3 a 6 porciento volumétrico en la capacidad de una unidad existente para producir un isómero adsorbido deseado. La cantidad del aumento dependerá de factores tales como la cantidad de capacidad que es perdida cuando los componentes del refinado del proceso son forzados nuevamente hacia dentro de la cámara adsorbente, lo que variará dependiendo de los compuestos que están siendo separados al usar este proceso.

Debe ser reconocido que la invención en cuestión está dirigida a lavar una tubería de transferencia que transporta el líquido hacia y desde la cámara adsorbente. Por tanto no está relacionada con la tecnología que implica el lavado de los lechos del material adsorbente.

Al menos dos puntos distinguen el proceso en cuestión del arte anterior que divulga el lavado de la tubería que acaba de transportar la corriente de alimentación hacia el proceso. Primero, el proceso en cuestión está relacionado con el lavado de una tubería diferente en el proceso. En lugar de lavar la tubería que acaba de usarse para agregar la corriente de alimentación a la cámara adsorbente, el proceso en cuestión lava una tubería diferente, la que acaba de ser usada para eliminar la corriente de refinado. En segundo lugar, la invención lava esta tubería usando medios diferentes. Además tanto el propósito como el efecto de los pasos de lavado son diferentes. Es conocido que no es deseable dejar el residuo de la corriente de alimentación en la tubería que es usada posteriormente para retirar la corriente del producto pues los componentes del refinado de la corriente de alimentación contaminarán el producto. En contraste el proceso en cuestión elimina el refinado de la tubería de proceso antes de que la tubería de transferencia sea usada para pasar la corriente de alimentación al proceso para evitar que el desorbente presente en la corriente de refinado pase de nuevo hacia la cámara adsorbente.

El paso de desorbente a la cámara adsorbente a través de la tubería de alimentación no es deseado pues el desorbente compite con el isómero deseado por los sitios adsorbentes en el adsorbente. Los dos compuestos compiten por la capacidad adsorbente. Un resumen simplificado de esto es que la capacidad de adsorción del adsorbente en la zona de adsorción (Zona I) es la suma del isómero deseado y el compuesto desorbente que es adsorbido en el adsorbente. Disminuir la cantidad de desorbente cargado en la zona de adsorción aumenta por tanto la cantidad de capacidad de adsorbente disponible para el paraxileno o cualquier otro compuesto deseado.

Los términos "aguas arriba" y "aguas abajo" son usados aquí en su sentido normal y son interpretados basado en la dirección total en la cual el líquido está fluyendo hacia la cámara adsorbente. Es decir, si el líquido está fluyendo generalmente hacia abajo a través de una cámara adsorbente vertical, entonces aguas arriba es equivalente a una localización aguas arriba o más elevada en la cámara. Esto es sobre todo importante en la descripción de la tubería de transferencia que es lavada en la invención en cuestión. Esta es la tubería que fue usada para eliminar la corriente de refinado antes del último incremento de los puntos de transferencia durante la simulación de la operación del lecho móvil a contracorriente. Por tanto es la tubería de transferencia justo aguas arriba de la tubería usada actualmente como tubería de refinado.

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La cantidad exacta de material que es usado para lavar la tubería de refinado no es importante, pero es necesaria la medición de esta cantidad. Es considerado que solo hay una remezcla mínima de líquidos en las tuberías de transferencia y que por tanto no es necesario que la cantidad de líquido de lavado exceda considerablemente el volumen total de la(s) tubería(s) de transferencia que debe(n) ser lavada(s). La "tubería" de transferencia puede estar unida en varias partes por válvulas o algún otro dispositivo conector. Un amplio rango de la cantidad requerida del líquido de lavado es de 0.4 a 2.5 veces este volumen total. Una cantidad preferida de la corriente de alimentación usada para lavar la tubería de refinado y cualquier válvula asociada es de 0.5 a 1.5 veces este volumen total. Aunque cantidades mayores de lavado pueden a primera vista parecer beneficiosas pues aumentarían el grado de eliminación del refinado, debe ser reconocido que este material de lavado es pasado a la cámara adsorbente. El paso de cantidades significativas de la corriente de alimentación a la cámara alrededor del punto de eliminación del refinado cambiará los perfiles de concentración en la cámara adsorbente. Esto puede aumentar la cantidad del producto deseado que está contenida en la corriente de refinado.

La invención será empleada normalmente en un proceso de separación adsorbente que simule el movimiento a contracorriente del adsorbente y del líquido circundante pero también puede ser practicada en un proceso continuo simultáneo, como el divulgado en la US-A-4,402,832 y US-A-4,478,721. Las funciones y propiedades de los adsorbentes y desorbentes en la separación cromatográfica de componentes líquidos son bien conocidas, y puede ser hecha referencia a la US-A-4,642,397 para una descripción adicional de estos principios de adsorción.

La práctica de la invención en cuestión no requiere cambios significativos en las condiciones operativas, la composición del adsorbente o desorbente o cambios mecánicos en las cámaras adsorbentes. No se necesitan nuevas corrientes de entrada y las corrientes de salida también permanecen esencialmente sin cambios a excepción de la mejora resultante y algún cambio menor en la composición. El único cambio significativo requerido en el equipamiento del proceso es el necesario para entregar una cantidad controlada de la corriente de alimentación a la tubería que será lavada. Estos cambios son realizados preferentemente en y cerca del equipamiento usado para controlar el flujo de las corrientes de proceso hacia y desde la cámara adsorbente esencialmente de la misma manera en que es referido anteriormente a la referencia de Stine y otros. Es decir, el proceso en cuestión puede ser implementado en una unidad existente mediante una modificación en el equipo que dirige el flujo del líquido. La cantidad de material de lavado es controlada preferentemente por una sola válvula en una sola tubería a través de la cual fluye el material de lavado antes de entrar a la tubería y al sistema de válvula a ser lavado.

La práctica de la invención en cuestión no es considerada relacionada o limitada al uso de ningún adsorbente particular o combinación de adsorbente/desorbente particular. La única limitación es la efectividad de la combinación de adsorbente/desorbente en la separación deseada. Los ejemplos de los adsorbentes que pueden ser usados en el proceso de esta invención incluyen tamices moleculares no zeolíticos, incluyendo tamices moleculares a base de carbono, silicalita y tamices moleculares de aluminosilicatos cristalinos clasificados como zeolitas X y Y. El adsorbente puede o no ser una zeolita. Las propiedades adsorbentes de un tamiz molecular no zeolítico, ALPO-5, son descritas en un documento impreso en el Journal of Catalysis 111, 23-40 (1988). Los detalles sobre la composición y síntesis de muchos de estos tamices moleculares microporosos son proporcionados en la US-A-4,793,984; la información sobre los adsorbentes también puede ser obtenida de US-A-4,385,994; US-A-4,605,492; US-A-4,310,440; y, US-A-4,440,871. Diferentes combinaciones de tamiz/desorbente son usadas para separaciones diferentes. Por ejemplo, las zeolitas X, específicamente las zeolitas X intercambiadas por bario o por iones de bario y potasio en sus sitios intercambiables, son los adsorbentes preferidos para la recuperación del p-xileno de las mezclas de xileno.

Las zeolitas tienen estructuras de jaula en las cuales los tetrahedros de alúmina y silicona están íntimamente conectados en una red tridimensional abierta con forma de estructuras similares a jaulas con poros como ventanas. Los tetrahedros son reticulados compartiendo átomos de oxígeno con los espacios entre los tetrahedros ocupados por las moléculas de agua antes de la deshidratación parcial o total de esta zeolita. La deshidratación de la zeolita da lugar a cristales entrelazados con células que tienen dimensiones moleculares. Así, los aluminosilicatos cristalinos son llamados a menudo tamices moleculares cuando la separación que efectúan es dependiente esencialmente de las diferencias entre los tamaños de las moléculas de alimentación como, por ejemplo, cuando moléculas normales de parafina más pequeñas son separadas de moléculas más grandes de isoparafina. En las realizaciones preferidas de esta invención, sin embargo, esta base para el término tamices moleculares no es estrictamente exacta puesto que la separación de isómeros aromáticos específicos al parecer también es muy dependiente de las diferencias en la atracción electroquímica entre los diferentes isómeros y el adsorbente en lugar de puramente de las diferencias del tamaño físico en las moléculas de isómero.

En una forma hidratada, las zeolitas de aluminosilicato de tipo X son representadas por la fórmula que aparece a continuación en términos de moles de óxidos:

1

donde "M" es un catión que tiene una valencia de no más de 3 que balancea la electrovalencia de los tetrahedros y es llamado generalmente como sitio catiónico intercambiable, "n" representa la valencia del catión, y "y", que representa los moles de agua, es un valor hasta 9 dependiendo de la identidad de "M" y del grado de hidratación del cristal. El catión "M" puede ser cationes monovalentes, bivalentes o trivalentes o mezclas de los mismos. Por ejemplo, para la separación de los xilenos "M" puede ser bario o una mezcla de bario y potasio.

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Las zeolitas son usadas en separaciones de adsorción en forma de aglomeraciones de partículas que tienen elevada fuerza física y resistencia al agotamiento. Las aglomeraciones usadas en procesos de separación contienen el material cristalino dispersado en una matriz o aglutinante amorfos, inorgánicos, que tienen canales y cavidades que permiten el acceso del líquido al material cristalino. Los métodos para formar los polvos cristalinos en tales aglomeraciones incluyen la adición de un aglutinante inorgánico, generalmente una arcilla que comprende un dióxido de silicio y óxido de aluminio, al polvo de la zeolita de pureza elevada en mezcla mojada. El aglutinante contribuye a formar o aglomerar las partículas cristalinas que de otra manera comprenderían un polvo fino. La mezcla de arcilla-zeolita mezclada es sacada en grageas cilíndricas o es formada en granos que son calcinados posteriormente para convertir la arcilla en un aglutinante amorfo de considerable fuerza mecánica. Así las partículas del adsorbente pueden estar en forma de extrudidos, tabletas, macroesferas o gránulos que tienen un rango de partícula deseado, preferentemente de 1.9 mm a 250 micrones (16 a 60 Mesh Estándar U.S.). Generalmente son usados como aglutinantes arcillas del tipo del caolín, polímeros orgánicos permeables al agua o sílice.

El desempeño de un adsorbente es influenciado considerablemente por un número de factores no relacionados con su composición tales como las condiciones operativas, la composición de la corriente de alimentación, el contenido de agua del adsorbente y la composición del desorbente. La composición óptima del adsorbente es por tanto dependiente de un número de variables correlacionadas. Una de esas variables es el contenido de agua del adsorbente que es expresado aquí en términos de la reconocida prueba de Pérdida en la Ignición (LOI). En la prueba de LOI el contenido de la materia volátil del adsorbente zeolítico es determinado por la diferencia de peso obtenido antes y después de secar una muestra de adsorbente a 500ºC bajo purgación de gas inerte tal como nitrógeno durante un período de tiempo suficiente para alcanzar un peso constante. Para la recuperación de p-xileno es preferido que el contenido en agua del adsorbente de lugar a un LOI a 500ºC de menos de 7.0% y preferentemente dentro del rango de 0 a 6.5% en peso.

Ordinariamente la zeolita estará en forma de cristales pequeños presentes en las partículas en cantidades que oscilan de alrededor de 75 a alrededor de 98% en peso de la partícula basada en la composición libre de volátiles. Las composiciones libres de volátiles son determinadas generalmente después que el adsorbente haya sido calcinado a 900ºC para eliminar toda la materia volátil. El resto del adsorbente será generalmente la matriz inorgánica presente en mezcla íntima con las partículas pequeñas del material de zeolita. Este material de la matriz puede ser un suplemento del proceso de fabricación para la zeolita (por ejemplo, de la purificación intencionalmente incompleta de la zeolita durante su fabricación) o puede ser agregado a la zeolita relativamente pura, pero en cualquier caso su propósito generalmente es como aglutinante para contribuir a formar o aglomerar la zeolita en las partículas duras.

En la práctica de la presente invención, una mezcla de alimentación que comprende dos o más isómeros es pasada a través de uno o más lechos de un adsorbente que adsorbe selectivamente el xileno deseado mientras permite que otros isómeros y otros componentes de la corriente de alimentación pasan a través de la zona de adsorción en una condición sin cambios. El flujo de alimentación es detenido y la zona de adsorción es entonces lavada para eliminar los materiales no adsorbidos que rodean al adsorbente. Posteriormente el isómero deseado es desorbido del adsorbente pasando una corriente desorbente a través del lecho del adsorbente. El material desorbente también es usado comúnmente para lavar los materiales no adsorbidos de los espacios vacíos alrededor y dentro del adsorbente.

El benceno, el tolueno, y el p-etilbenceno son descritos normalmente como desorbentes convenientes para la recuperación de paraxileno en las referencias, convirtiéndose el p-dietilbenceno (p-DEB) en un estándar comercial para la separación. El P-DEB es un desorbente "pesado" (con un punto de ebullición superior al del p-xileno) lo que permite una recuperación más fácil del desorbente de las corrientes de extracto y de refinado mediante destilación fraccionada.

Varios términos usados aquí se definen como sigue. Una "mezcla de alimentación" es una mezcla que contiene uno o más componentes del extracto y uno o más componentes del refinado que serán separados por el proceso. El término "corriente de alimentación" indica una corriente de una mezcla de alimentación que es pasada en contacto con el adsorbente usado en el proceso. Un "componente del extracto" es un compuesto o una clase de compuestos que es adsorbida más selectivamente por el adsorbente mientras que un "componente del refinado" es un compuesto o un tipo de compuesto que es adsorbido menos selectivamente. El término "material desorbente" significará generalmente un material capaz de desorber un componente del extracto del adsorbente. El término "corriente de refinado" o "corriente de la salida del refinado" significa una corriente en la cual un componente del refinado es eliminado del lecho del adsorbente después de la adsorción del compuesto del extracto. La composición de la corriente de refinado puede variar de esencialmente 100% del material desorbente a esencialmente 100% de componentes del refinado. El término "corriente de extracto" o "corriente de salida del extracto" significa una corriente en la cual un material del extracto, que ha sido desorbido por un material desorbente, es eliminado del lecho del adsorbente. La composición de la corriente de refinado puede variar de esencialmente 100% del material desorbente a esencialmente 100% de componentes del extracto.

Al menos porciones de la corriente de extracto y de la corriente de refinado son pasadas a medios de separación, típicamente columnas de destilación fraccionada, donde al menos una porción del material desorbente es recuperada para producir un producto del extracto y un producto del refinado. Los términos "producto del extracto" y "producto del refinado" significan productos producidos por el proceso que contiene, respectivamente, un componente del extracto y un componente del refinado en concentraciones más altas que aquellas encontradas en la corriente de extracto y en la corriente de refinado. El término "rico" está concebido para indicar una concentración del compuesto indicado o clase de compuestos mayor que 50 porciento molar.

La selectividad, (\beta), como es usada a lo largo de esta descripción es definida como la proporción de los dos componentes en la fase adsorbida dividida por la proporción de los mismos dos componentes en la fase no adsorbida en condiciones de equilibrio. La selectividad relativa es dada por la ecuación:

Selectividad = \frac{porciento \ en \ peso \ C/porciento \ en \ peso \ D_{A}}{porciento \ en \ peso \ C/porciento \ en \ peso \ D_{U}}

donde C y D son dos componentes de la alimentación representada en porciento en peso y los subíndices A y U representan las fases adsorbida y no adsorbida, respectivamente. Las condiciones de equilibrio son determinadas cuando la alimentación que pasa sobre un lecho del adsorbente no cambia la composición, es decir cuando no está teniendo lugar ninguna transferencia neta de material entre las fases adsorbida y no adsorbida. La selectividad relativa puede ser expresada no solo para un compuesto de alimentación con respecto a otro sino que también puede ser expresada entre cualquier componente de la mezcla de alimentación y el material desorbente.

Donde la selectividad de dos componentes se aproxima a 1.0, no hay adsorción preferencial de un componente por parte del adsorbente con respecto al otro; ambos son adsorbidos hasta alrededor del mismo grado uno con respecto al otro. Cuando \beta se convierte en menor o mayor que 1.0, hay una adsorción preferencial por parte del adsorbente de un componente con respecto al otro. Al comparar la selectividad del adsorbente para el componente C con respecto al componente D, una \beta mayor que 1.0 indica la adsorción preferencial del componente C dentro del adsorbente. Una \beta menor que 1.0 indicaría que el componente D es adsorbido preferencialmente dejando una fase no adsorbida más rica en componente C y una fase adsorbida más rica en componente D.

Una característica importante de un adsorbente es la tasa de intercambio del desorbente para el componente del extracto de los materiales de la mezcla de alimentación o, en otras palabras, la tasa relativa de desorción del componente del extracto. Esta característica se relaciona directamente con la cantidad de material desorbente que debe ser empleado en el proceso para recuperar el componente del extracto del adsorbente. Las tasas de intercambio más rápidas reducen la cantidad de material desorbente necesario para eliminar el componente del extracto, y por tanto, permiten una reducción de los costos operativos del proceso. Con tasas de intercambio más rápidas, menos material desorbente tiene que ser bombeado a través del proceso y separado de la corriente de extracto para ser reutilizado en el proceso. A menudo las tasas de intercambio son dependientes de la temperatura. Idealmente, los materiales desorbentes deben tener una selectividad igual a alrededor de 1 o ligeramente menor que 1 con respecto a todos los componentes del extracto de manera que todos los componentes del extracto puedan ser desorbidos como una clase con tasas de flujo razonables del material desorbente, y de manera que los componentes del extracto puedan posteriormente desplazar al material desorbente en un paso subsecuente de adsorción.

En los procesos de separación adsorbente, que generalmente son operados de manera continua con presiones y temperaturas substancialmente constantes para asegurar la fase líquida, el material desorbente debe ser seleccionado juiciosamente para satisfacer muchos criterios. En primer lugar, el material desorbente debe desplazar a un componente del extracto del adsorbente con tasas de flujo de la masa razonables sin que él mismo sea adsorbido tan fuertemente como para impedir indebidamente que un componente del extracto desplace al material desorbente en un ciclo de adsorción subsecuente. Expresado en términos de selectividad, es preferido que el adsorbente sea más selectivo para todos los componentes del extracto con respecto a un componente del refinado que lo que lo es para el material desorbente con respecto a un componente del refinado. En segundo lugar, los materiales desorbentes deben ser compatibles con el adsorbente particular y la mezcla de alimentación particular. Más específicamente, no deben reducir o destruir la capacidad del adsorbente o la selectividad del adsorbente por un componente del extracto con respecto a un componente del refinado. Además, los materiales desorbentes no deben reaccionar químicamente con o causar una reacción química de un componente del extracto o un componente del refinado. La corriente de extracto y la corriente de refinado son eliminadas típicamente del volumen vacío del adsorbente en mezcla con el material desorbente y cualquier reacción química que comprenda un material desorbente y un componente del extracto o un componente del refinado o ambos complicaría o evitaría la recuperación del producto. El desorbente también debe ser separado fácilmente de los componentes del extracto y del refinado, como por fraccionamiento. Por último, los materiales desorbentes deben estar fácilmente disponibles y tener un costo razonable.

Las mezclas de alimentación que pueden ser usadas en el proceso de esta invención son preparadas típicamente mediante destilación fraccionada. Las mismas pueden comprender paraxileno y al menos otro isómero aromático C_{8}, y también pueden contener otros hidrocarburos. Así, las mezclas de alimentación para el proceso de esta invención pueden contener cantidades importantes de compuestos aromáticos C_{6}, C_{7}, y C_{9}, y también pueden contener cantidades de parafinas de cadena recta o ramificada, cicloloparafinas, o material olefínico que tienen puntos de ebullición relativamente cercanos al isómero del xileno deseado. El xileno deseado puede ser para-, meta- u orto-isómero. La alimentación puede contener alternativamente una mezcla de isómeros de otros hidrocarburos aromáticos o parafínicos. Algunos ejemplos específicos son isómeros de cresol, isómeros de cimeno e isómeros de dimetil naftaleno. El proceso en cuestión también puede ser empleado para separar clases de compuestos tales como olefinas de parafinas o parafinas de cadena recta de parafinas de cadena no recta; por ejemplo, iso- y cicloparafinas,

Las mezclas que contienen cantidades substanciales de paraxileno, otros isómeros aromáticos C_{8}, y otros hidrocarburos y aromáticos C_{9} son producidas generalmente mediante procesos catalíticos de reformación de la nafta y de isomerización de hidrocarburos aromáticos. Estos procesos son bien conocidos en las técnica de refinación y petroquímica. En un proceso de reformación catalítica de la nafta una alimentación en el rango de ebullición de la nafta es puesta en contacto con un catalizador que contiene platino y halógeno a severidades seleccionadas para producir un efluente que contiene isómeros aromáticos de C_{8}. Generalmente, el reformado es entonces fraccionado para concentrar los isómeros aromáticos de C_{8} en una fracción de C_{8} que también contenga no aromáticos co-ebullentes y algunos aromáticos de C_{7} y C_{9}. Las mezclas de alimentación para el proceso de esta invención también pueden ser obtenidas de procesos de isomerización y transalquilación. Por ejemplo, la transalquilación de mezclas de aromáticos de C_{7} y/o C_{9} produce isómeros de xileno. Las mezclas de xileno recuperadas de la zona de adsorción que son deficientes en uno o más isómeros pueden ser isomerizadas, en condiciones de isomerización, para producir un efluente que contiene isómeros aromáticos de C_{8}, que luego puede ser reciclado hacia la zona de adsorción para la separación.

Las condiciones de adsorción en general incluyen un rango de temperaturas de 20 a 250ºC, siendo más preferido de 60 a 200ºC para la separación del paraxileno. Las condiciones de adsorción también incluyen una presión suficiente para mantener la fase líquida, que puede ser de 101.3 kPa a 4.24 MPa (atmosférico a 600 psig). Las condiciones de desorción incluyen generalmente el mismo rango de temperaturas y de presión usado para las condiciones de adsorción. Diferentes condiciones pueden ser preferidas para otros compuestos del extracto.

Una realización preferida del proceso en cuestión puede ser caracterizada como un proceso para la separación adsorbente continua en lecho móvil simulado de un primer compuesto deseado de una mezcla de alimentación que comprende al menos el primer compuesto y un segundo compuesto cuyo proceso comprende pasar una corriente de alimentación que comprende dicha mezcla de alimentación a través de una primera tubería hacia una(s) cámara(s) adsorbente(s) que contiene(n) al menos diez lechos separados de un adsorbente zeolítico en partículas que retienen selectivamente dicho primer compuesto, extraer una corriente de refinado que comprende el segundo compuesto de la cámara adsorbente en un segundo punto a través de una segunda tubería de transferencia, pasar una corriente de desorbente a la cámara adsorbente en un tercer punto a través de una tercera tubería de transferencia, y eliminar una corriente de extracto que comprende el desorbente y el primer compuesto de la cámara adsorbente en un cuarto punto a través de una cuarta tubería de transferencia; incrementar periódicamente la localización del primer, el segundo, el tercer y el cuarto puntos y cambiar así la identidad de las tuberías de transferencia usadas para transportar las corrientes de alimentación, de desorbente, de extracto y de refinado y mantener un flujo de líquido en la cámara para simular el movimiento a contracorriente de los lechos del adsorbente y de la corriente de alimentación mediante el uso de una válvula rotatoria; y lavar al menos una porción de los contenidos residuales de la tubería de transferencia que acaba de ser usada para eliminar la corriente de refinado de la cámara adsorbente. Esos contenidos son forzados a regresar a la cámara adsorbente pasando una corriente de líquido a través de la tubería de transferencia y hacia la cámara adsorbente.

Para verificar la mejora esperada de la invención, fue realizada una comparación usando un modelo automatizado que ha demostrado predecir con exactitud y correlacionar con la operación real de unidades simuladas de separación adsorbente en lecho móvil a escala comercial usadas para recuperar el paraxileno de una mezcla de isómeros de xileno. La unidad simulada tenía veinticuatro lechos del adsorbente divididos en dos columnas y una válvula rotatoria de veinticuatro puertos para dirigir el flujo de las corrientes de proceso. La alimentación a la columna fue establecida para contener los compuestos presentados en la Tabla 1. El modelo produjo el adsorbente diferente requerido para las tasas de alimentación necesarias para que la unidad produzca un extracto que tiene la pureza del paraxileno requerida. Estas tasas fueron 0.705 sin lavado de la tubería y 0.674 con lavado de la tubería. Estas tasas se traducen en un aumento de aproximadamente 4 porciento volumétrico de la capacidad de una unidad del tamaño fijo.

TABLA 1 Composición de la alimentación % en peso

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Claims

1. Un proceso para la separación adsorbente continua en lecho móvil simulado de un primer compuesto deseado de una mezcla de alimentación que comprende al menos el primer compuesto y un segundo compuesto, cuyo proceso comprende:

(a) pasar una corriente de alimentación que comprende dicha mezcla de alimentación a través de una primera tubería hacia una cámara adsorbente que contiene al menos tres lechos de un adsorbente que retiene selectivamente dicho primer compuesto, siendo separados los lechos por puntos de transferencia para las corrientes usadas en el proceso;

(b) extraer una corriente de refinado que comprende el segundo compuesto de la cámara adsorbente en un segundo punto de transferencia a través de una segunda tubería de transferencia, pasar una corriente de desorbente a la cámara adsorbente en un tercer punto a través de una tercera tubería de transferencia, y eliminar una corriente de extracto que comprende el desorbente y el primer compuesto de la cámara adsorbente en un cuarto punto a través de una cuarta tubería de transferencia;

(c) incrementar periódicamente la localización del primer, el segundo, el tercer y el cuarto puntos y cambiar así las tuberías de transferencia usadas para transportar las corrientes de alimentación, de desorbente, de extracto y de refinado para simular el movimiento a contracorriente de los lechos del adsorbente y de la corriente de alimentación; estando el proceso caracterizado además por el lavado de al menos una porción de los contenidos residuales de la tubería de transferencia usada para eliminar la corriente de refinado de la cámara adsorbente antes del último incremento de los puntos de transferencia haciendo que una corriente de líquido fluya a través de dicha tubería de transferencia, donde los contenidos residuales de la tubería de transferencia usada para eliminar la corriente de refinado son forzados a regresar a la cámara adsorbente.

2. El proceso de la reivindicación 1, en el cual el volumen de la corriente de alimentación usada para lavar la tubería de transferencia es igual a 0.5 a 2.5 veces el volumen total de la tubería de transferencia y la válvula asociada.