ES2572773T3 - Dispositivo para refrigerar un gas de reacción caliente, por ejemplo en la producción de anhídrido ftálico - Google Patents

Dispositivo para refrigerar un gas de reacción caliente, por ejemplo en la producción de anhídrido ftálico Download PDF

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Abstract

Dispositivo para refrigerar un gas de reacción caliente a una temperatura de entrada determinada previamente con respecto a un separador, después de una reacción precedente en un reactor principal, y eventualmente en un reactor secundario dispuesto aguas abajo; el cual contiene (a) un equipo para realizar la reacción principal (113, 213), (b) un equipo para el intercambio de calor (127, 227), (c) eventualmente un reactor secundario (241) situado aguas arriba del equipo (b), eventualmente con un equipo para la refrigeración intermedia (243), (d) un equipo para separar un producto de reacción (121, 221) y líneas de conexión hacia y entre los equipos (a) a (d), caracterizado porque el equipo (b) y/o el refrigerador intermedio (241) es un refrigerador de calor de placas de gas/gas.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo para refrigerar un gas de reaccion caliente, por ejemplo en la produccion de anhldrido ftalico
La presente invencion hace referencia a un dispositivo para refrigerar un gas de reaccion caliente a una temperatura de entrada determinada previamente en un separador, en particular para la utilizacion en la produccion de anhldrido ftalico.
Como punto de partida de la presente invencion se considera por ejemplo la produccion de anhldrido ftalico (PSA) a traves de la oxidacion de o-xileno. En dicha produccion, o-xileno y aire caliente se hacen reaccionar en presencia de un catalizador. El PSA as! formado abandona el reactor en la mezcla con aire como gas de reaccion caliente, y presenta una temperatura de unos 360°C. En el caso de instalaciones de PSA con reactores secundarios esa temperatura es algo inferior. En un separador dispuesto aguas abajo tiene lugar la separacion en PSA bruto y aire. Antes del ingreso en el separador o en los separadores es necesario refrigerar el gas de reaccion caliente a una temperatura deseada, determinada previamente, por lo general a una temperatura de 160 a 175° C.
Generalmente se utiliza para ello un refrigerador de gas complicado, de al menos dos etapas, con al menos dos colectores de vapor y suministros de medio refrigerante correspondientes. Debido a ello, el procedimiento de preparacion del gas de reaccion, posterior a la reaccion propiamente dicha, es complejo e implica costes elevados.
La combinacion de un reactor principal con un reactor secundario dispuesto aguas abajo, con o sin una refrigeracion contenida en los mismos, ya ha sido descrita; por ejemplo en la solicitud DE-A 197 42 821 o en la solicitud DEA 198 07 018.
En la solicitud US 3,466,300 se describe un procedimiento de varias etapas (por ejemplo de 14 etapas) para la produccion de PSA en base a o- xileno, donde la mezcla de o-xileno y aire introducida en la primera etapa se calienta previamente, de manera que la misma se utiliza para refrigerar el gas de reaccion que abandona las cuatro primeras etapas de contacto. De este modo, se pretende alcanzar incrementos de la temperatura de 50 a 60°C en las primeras etapas; en las otras etapas de 5 hasta 15°C.
Por la solicitud GB 1,422,516 se conoce igualmente un procedimiento para producir PSA en base a o-xileno y aire, donde deben observarse determinadas condiciones (temperatura del bano de sal). Se considera tambien el aprovechamiento de la energla termica que se produce (por ejemplo proveniente de intercambiadores de calor, de reactores secundarios, o de similares), pero no con una orientacion exclusiva hacia el calentamiento del producto intermedio o de uno de los productos intermedios.
Por consiguiente, es objeto de la presente invencion proporcionar un dispositivo optimizado para refrigerar un gas de reaccion caliente, el cual posibilite una estructura mas sencilla y economica de una instalacion de reaccion, con costes de mantenimiento mas reducidos, el cual conduzca a una reaccion de los eductos cualitativamente buena y cuantitativamente posible en cuanto al rendimiento, por ejemplo en un procedimiento para producir anhldrido ftalico.
Dicho objeto se alcanzara a traves de un dispositivo para refrigerar un gas de reaccion caliente a una temperatura de entrada determinada previamente con respecto a un separador, despues de una reaccion precedente en un reactor principal, y eventualmente en un reactor secundario dispuesto aguas abajo; el cual contiene
(a) un equipo para realizar la reaccion principal,
(b) un equipo para el intercambio de calor,
(c) eventualmente un reactor secundario situado aguas arriba del equipo, eventualmente con un equipo para la refrigeracion intermedia,
(d) un equipo para separar un producto de reaccion y llneas de conexion hacia y entre los equipos.
Se preve ademas que el equipo (b) y/o el refrigerador intermedio sea un intercambiador de calor de placas de gas/gas.
El intercambiador de calor reemplaza el refrigerador de gas, debido a lo cual toda la instalacion de reaccion obtiene una estructura simplificada y puede ser mantenida con una inversion reducida en cuanto a los costes.
Si la utilizacion del dispositivo acorde a la invencion se utiliza para la produccion de PSA, o -xileno caliente como reactivo en presencia de un catalizador se hace reaccionar con aire caliente, como otro reactivo. El gas de reaccion caliente que se produce a traves de la reaccion se compone esencialmente de PSA y aire. Puesto que el aire al
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mismo tiempo es el medio de refrigeracion para el gas de reaccion caliente y - tal como se indico mas arriba - sale del intercambiador de calor con una temperatura considerablemente mas elevada que lo posible en el estado del arte, el mismo es conducido directamente hacia el reactor. Otra ventaja reside en el hecho de que en el conducto que contiene el aire caliente, el o-xileno, el cual presenta una temperatura de aproximadamente 30°C, es conducido y al mismo tiempo es calentado sin ninguna otra inversion en cuanto a los aparatos y a la energla. No obstante, en el reactor principal o en el unico reactor resulta una temperatura de entrada superior aproximadamente en 100°C en comparacion con el estado del arte, lo cual conduce a una carga mejorada del catalizador y a una zona de calentamiento mas reducida en el reactor.
A diferencia de ello, en el estado del arte anterior, se requerla precalentar el aire mediante un precalentador de modo complicado y empleando gran cantidad de energla. A ese aire precalentado se suministraba o-xileno llquido precalentado en un intercambiador de calor separado, calentado con vapor. La mezcla de aire y o-xileno, sin embargo, no alcanzaba en el reactor la temperatura de entrada obtenida segun el procedimiento acorde a la invencion. Ademas, se ha comprobado que en el reactor, en el procedimiento acorde a la invencion, puede generarse mas vapor de alta presion.
Si bien se han descrito las ventajas del procedimiento acorde a la invencion con respecto a la produccion de PSA y sus ventajas en comparacion con procedimientos conocidos para la produccion de PSA en el estado del arte, la utilizacion del dispositivo necesario para refrigerar un gas de reaccion caliente no se limita a la reaccion qulmica mencionada. El dispositivo puede emplearse en general para la refrigeracion de gases de reaccion caliente y para cualquier reaccion qulmica que se realice en un reactor a una temperatura elevada, en donde el medio de refrigeracion del gas de reaccion que sale del reactor se necesita en el intercambiador de calor al mismo tiempo como un reactivo o disolvente (llquido o gaseoso) durante la realizacion de la reaccion qulmica.
En formas de ejecucion preferentes, el equipo (c) esta disenado de una o de varias piezas y desde el equipo (b) parte un conducto de derivacion que eventualmente es controlado por temperatura.
Como intercambiador de calor se utiliza un intercambiador de calor de placas de gas/gas.
A continuacion, la invencion se explicara en detalle mediante ejemplos y formas de ejecucion representados en el dibujo.
Las figuras muestran:
Figura 1: un diagrama de flujo del procedimiento conocido en el estado del arte para la produccion de PSA;
Figura 2: un diagrama de flujo segun una primera forma de ejecucion de un procedimiento para la produccion de PSA y del dispositivo adecuado para dicho procedimiento;
Figura 3: un diagrama de flujo segun una segunda forma de ejecucion de un procedimiento para la produccion de PSA y del dispositivo adecuado para dicho procedimiento;
Figura 4: un diagrama de flujo segun una tercera forma de ejecucion de un procedimiento para la produccion de PSA, incluyendo un conducto de derivacion alrededor del intercambiador de calor, con un control de la temperatura;
Figuras 5 a, b: un diagrama de flujo segun una cuarta forma de ejecucion de un procedimiento para la produccion de PSA (dos intercambiadores de placas, incluyendo conducto de derivacion con reactor secundario);
Figura 6 a - c: formas de ejecucion de los intercambiadores de calor con reactor secundario (de dos combinaciones);
Figura 7: una forma de ejecucion sin primer intercambiador de calor.
En primer lugar, en la figura 1 se representa una instalacion de reactor y se explica tal como la misma se conoce en el estado del arte para la produccion de PSA. El PSA, de modo conocido, puede producirse a traves de la oxidacion de o-xileno en presencia de un catalizador. Al comienzo, el o-xileno utilizado presenta una temperatura de unos 30°C y es suministrado a un precalentador 3 mediante un conducto 1, el cual abandona con una temperatura de aproximadamente 135 a 180°C. A continuacion se suministra al conducto 5. Mediante dicho conducto 5 se suministra aire que al comienzo presenta igualmente una temperatura de aproximadamente 30°C. El aire en el conducto 5 atraviesa primero un ventilador 7, se calienta a unos 80 a 90°C, alcanzando despues un precalentador 9, el cual abandona nuevamente calentado a unos 150 a 200°C. En ese momento, el o-xileno que presenta una temperatura de aproximadamente 135 a 180°C se suministra al conducto 5. La mezcla de aire - o-xileno en el conducto 5 atraviesa una calefaccion del conducto de cubierta 11, el cual se utiliza para mantener la temperatura de la mezcla de aire/ o -xileno a unos 160 a 175°C.
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El reactor 13 representa un reactor tubular, en cuyos tubos se encuentra el catalizador requerido para esa reaccion de oxidacion, por ejemplo oxido de vanadio/titanio enriquecido con Cs, en un soporte como esteatita.
Una vez finalizada la reaccion qulmica, el gas de reaccion abandona el reactor 13 mediante el conducto 15, a una temperatura de aproximadamente 350 a 375°C, donde el mismo se compone esencialmente de PSA y de aire; los componentes secundarios son por ejemplo ftalida y anhldrido maleico. Desde all! llega a un refrigerador de gas 17 de dos etapas, el cual presenta dos colectores de vapor 17', 17", enfriandose hasta alcanzar una temperatura de aproximadamente 160 a 175°C. De este modo, el gas de reaccion presenta una temperatura conveniente, determinada de forma previa, para ser conducido a un separador 21 mediante el conducto 19. Del separador 21 se extrae PSA bruto mediante el conducto 23 y, mediante el conducto 25, es suministrado el gas residual de una combustion o de una depuracion.
Por otra parte, en la figura 2 se representa un procedimiento para la produccion de PSA con un dispositivo adecuado acorde a la invencion. Aquellas caracterlsticas del dispositivo que corresponden a las ya representadas en la figura 1 se indican con el mismo numero de referencia, pero aumentado en 100.
Para realizar la reaccion qulmica, en lugar del refrigerador de gas de dos etapas se utiliza un intercambiador de calor de una etapa, en este caso un intercambiador de calor de placas gas/gas 127. Gracias a ello, el control de la reaccion puede modificarse igualmente de forma multiple, donde se considera por tanto ventajoso describir la realizacion de la reaccion acorde a la invencion partiendo del intercambiador de calor de placas de gas/gas 127.
Al intercambiador de calor de placas de gas/gas 127, mediante el conducto 115, se suministra gas de reaccion que circula desde el reactor 113, con una temperatura de 350 a 375°C. Al mismo tiempo, mediante el conducto 129 circula un medio de refrigeracion en forma de aire con una temperatura de unos 90°C, hacia el intercambiador de calor de placas 127. El aire - medio de refrigeracion mencionado presenta en principio una temperatura de unos 30°C y es guiado mediante un filtro de aire 113, para a continuacion ser calentado a una temperatura de 90°C mediante un ventilador 133 y un calentador de inicio 135. En el intercambiador de calor de placas 127 tiene lugar entonces un intercambio de calor entre el gas de reaccion caliente y el aire - medio de refrigeracion. A continuacion, el gas de reaccion abandona el intercambiador de calor de placas 127 mediante el conducto 137, con una temperatura de aproximadamente 160 a 175°C. De este modo, el gas de reaccion presenta la temperatura conveniente, previamente determinada, para ser conducido al separador 121 y, seguidamente, ser separado del modo ya descrito en PSA bruto y gas residual. A traves del intercambio de calor entre el gas de reaccion caliente y el aire - medio de refrigeracion, este ultimo se calienta a unos 330°C, de manera que ahora, mediante el conducto 139, puede ser suministrado al reactor 113 como uno de los reactivos para la reaccion qulmica, donde el reactor se encuentra disenado del mismo modo que en el estado del arte antes descrito.
Es decir que, en comparacion con el procedimiento conocido hasta el momento, el medio de refrigeracion - aire se calienta a mayor temperatura, aproximadamente en 150°, debido a lo cual es posible y conveniente su nueva utilizacion como un reactivo de la reaccion qulmica sin el precalentamiento con gran inversion de energla, necesario hasta el momento, de dicho reactivo, mediante un precalentador (por ejemplo 9).
Sin embargo, al mismo tiempo se suprime tambien el precalentamiento necesario hasta el momento del o -xileno mediante otro precalentador (por ejemplo 3).
El o-xileno que es suministrado mediante el conducto 101, llega directamente al conducto 139 que presenta el medio de refrigeracion - aire caliente, formando la mezcla de o-xileno/aire necesaria para la reaccion para producir PSA. A traves del suministro del o -xileno que presenta aproximadamente una temperatura de 30°C, la mezcla de o- xileno/medio de refrigeracion - aire se enfrla hasta alcanzar unos 280°C. La temperatura mencionada, con la cual ingresa al rector 113, se ubica sin embargo aun en 100°C mas elevada que lo posible de acuerdo con el procedimiento conocido. Gracias a ello, el catalizador puede aprovecharse mejor en el reactor 113, de manera que puede generarse mas vapor de alta presion. Puesto que se suprimen el precalentamiento de o -xileno separado mediante un precalentador y por ejemplo la calefaccion de la cubierta 11 del conducto 5 que conduce al reactor en la figura 1, la estructura de la instalacion se simplifica y se torna mas conveniente en cuanto a los costes, lo cual aplica igualmente para el mantenimiento de la instalacion.
En la figura 3 se representa otra forma de ejecucion de un procedimiento para la produccion de PSA y un dispositivo acorde a la invencion adecuado para ello. De este modo, las mismas caracterlsticas del dispositivo de acuerdo con la forma de ejecucion segun la figura 2 se indican con los mismos numeros de referencia correspondientes, pero aumentados en cien; esa clase de numeros de referencia se mantiene en las otras figuras (por ejemplo numeros a partir de 200). La figura 4 muestra una disposicion analoga a la figura 3, con un conducto de derivacion 250, incluyendo un controlador de temperatura 251; mientras que en la figura 7 se muestra una disposicion diferente a la figura 4, sin el refrigerador intermedio 243.
La forma de ejecucion acorde a la figura 3 se diferencia de la forma de ejecucion segun la figura 2 en principio solo debido a que un reactor secundario 241 se encuentra situado aguas abajo del reactor 213, con un catalizador identico o distinto al del reactor principal 213; un catalizador adecuado para el reactor secundario es por ejemplo un oxido de vanadio/titanio no enriquecido, en un soporte como carburo de silicio. Puesto que el reactor secundario 241 5 debe presentar una temperatura de entrada mas reducida que el gas de reaccion despues de salir del reactor 213 propiamente dicho, un refrigerador intermedio 243 se encuentra dispuesto aguas arriba del reactor secundario 241. El refrigerador intermedio 243 puede estar disenado como precalentador de agua usada para un refrigerador de bano de sal 245 que se encuentra asociado al reactor 213. Sin embargo, el mismo puede estar realizado como precalentador para el medio de refrigeracion - aire, por ejemplo del tipo de otro intercambiador de calor de placas de 10 gas/gas o de otro tipo de intercambiador de calor. Lo mencionado se representa en las figuras 5a y 5b, donde por ejemplo el medio de refrigeracion - aire que abandona un intercambiador de calor de placas 243 (refrigerador intermedio) puede ser conducido al segundo intercambiador de calor de placas 227 como medio de refrigeracion - aire (figura 5a) - o tambien en la secuencia inversa (figura 5b). De este modo, el refrigerador intermedio 243, el reactor secundario 241 y el intercambiador de calor de placas de gas/gas 227, en la forma de ejecucion segun la 15 figura 3, se encuentran dispuestos en una carcasa comun. Sin embargo, se ha comprobado que para optimizar los requerimientos de la reaccion tambien puede ser conveniente disponer el refrigerador intermedio 243, el reactor secundario 241 y/o el intercambiador de calor de placas de gas/gas 227 en carcasas separadas unas de otras. De este modo, los tres dispositivos pueden estar dispuestos en carcasas respectivamente propias o respectivamente dos de los dispositivos mencionados pueden estar dispuestos juntos en una carcasa. Estas variantes se representan 20 en la figura 6a (separation del refrigerador intermedio 243 del reactor secundario 241 y del intercambiador de calor 227), 6b (separacion del intercambiador de calor 227 del refrigerador intermedio 243 y del reactor secundario 241) y 6c (como 6b sin conducto de derivation 250, pero con 243 como intercambiador de calor de placas de gas/gas), respectivamente con una conexion entre los componentes.

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo para refrigerar un gas de reaccion caliente a una temperatura de entrada determinada previamente con respecto a un separador, despues de una reaccion precedente en un reactor principal, y eventualmente en un reactor secundario dispuesto aguas abajo; el cual contiene
    5 (a) un equipo para realizar la reaccion principal (113, 213),
    (b) un equipo para el intercambio de calor (127, 227),
    (c) eventualmente un reactor secundario (241) situado aguas arriba del equipo (b), eventualmente con un equipo para la refrigeracion intermedia (243),
    (d) un equipo para separar un producto de reaccion (121, 221) y llneas de conexion hacia y entre los equipos (a) a
    10 (d),
    caracterizado porque el equipo (b) y/o el refrigerador intermedio (241) es un refrigerador de calor de placas de gas/gas.
  2. 2. Dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el equipo (c) esta disenado de una o de varias piezas.
  3. 3. Dispositivo segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque desde el equipo (b) parte un conducto de
    15 derivation (250) que conduce al reactor (113, 213) mediante una llnea (139, 239), el cual eventualmente esta
    controlado por temperatura (251).
  4. 4. Utilization del dispositivo segun una de las reivindicaciones 1 a 3 en un procedimiento para producir anhldrido ftalico.
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