BRPI0820286B1 - processo para resfriar o vapor efluente de um reator de desidrogenação do etilbenzeno. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “PROCESSO PARA RESFRIAR O VAPOR EFLUENTE DE UM REATOR DE DESIDROGENAÇÃO DO ETILBENZENO”.

Campo da Invenção A presente invenção refere-se a um processo para resfriar o vapor efluente de um reator de desidrogenação. A desidrogenação catalítica do etilbenzeno para produzir estireno costuma ser realizada a temperaturas na faixa de cerca de 540° a 600° C em condições próximas à pressão atmosférica ou mesmo subatmosférica. Em termos gerais, uma alimentação de vapor de etilbenzeno com uma razão de vapor por mol de etilbenzeno de, talvez, 6, 7 ou 8 ou até mais, passa por um catalisador de desidrogenação como o óxido de ferro em um reator de desidrogenação adiabático. Grandes quantidades de vapor são empregadas a fim de alimentar parte do calor sensível à desidrogenação (reação endotérmica) para reduzir a pressão parcial do etilbenzeno em favor da reação de desidrogenação e para manter o catalisador livre de coque e resíduos de carbono. O vapor (também chamado de gás efluente) que deixa o reator de desidrogenação do etilbenzeno contém, essencialmente, estireno, hidrogênio, etilbenzeno não-reagido, benzeno, tolueno e pequenas quantidades de divinilbenzeno, metano, etano, monóxido de carbono, dióxido de carbono, vários materiais poliméricos e alcatrões, além um componente aquoso.

Antecedentes da Invenção O pedido US 3256355 refere-se à desidrogenação do etilbenzeno para a produção de estireno. Na técnica anterior, em relação ao vapor efluente do reator de desidrogenação do etilbenzeno, o calor de condensação latente do vapor contido é usado para aquecer os reaquecedores de colunas de destilação no processo como um todo. O referido vapor é, em primeiro lugar, lavado com água quente para remover alcatrões e, em seguida, comprimido e enviado aos reaquecedores. O pedido US 4288234 descreve uma desidrogenação de etilbenzeno em que o vapor efluente do reator de desidrogenação do etilbenzeno é inserido em uma área de resfriamento contendo uma ou mais etapas de resfriamento e uma etapa de compressão. Os demais gases, essencialmente o hidrogênio, são lavados com etilbenzeno e, em seguida, polietilbenzéno para remover compostos aromáticos. O pedido US 4628136 descreve uma desidrogenação de etilbenzeno em que o vapor efluente do reator de desidrogenação do etilbenzeno é inserido em uma área de resfriamento convencional, onde são recuperadas (i) uma fase gasosa (essencialmente de hidrogênio), (ii) uma fase orgânica (de etilbenzeno e estireno) e (iii) uma fase aquosa. A fase aquosa é adicionalmente misturada com etilbenzeno fresco e, então, vaporizada durante a condensação do refluxo da coluna de destilação do etilbenzeno/estireno e, a seguir, levada ao catalisador de desidrogenação. O pedido US 6388155 refere-se a um processo para a produção de monômeros de estireno a partir do etilbenzeno compreendendo as etapas de: a) desidrogenar cataliticamente o referido etilbenzeno na presença de vapor, produzindo assim cataliticamente um gás efluente de desidrogenação contendo etilbenzeno não-reagido e componentes mais leves, e monômero de estireno e componentes mais pesados; b) depurar o referido gás efluente com refluxo para remover pelo menos uma parte do referido monômero de estireno e componentes mais pesados do referido gás efluente; c) condensar o referido gás efluente depurado, produzindo assim uma mistura líquida orgânica de desidrogenação, uma fase aquosa e uma fase gasosa; e d) usar parte da referida mistura líquida orgânica de desidrogenação como o referido refluxo para a etapa de depuração (b).

No âmago da referida depuração da etapa (b), são recuperadas uma fase aquosa e uma fase orgânica; a referida fase aquosa é misturada com a fase aquosa recuperada na etapa (c), e a referida fase orgânica é alimentada a uma coluna de destilação para a separação do etilbenzeno e do monômero de estireno.

Descobrimos um novo processo em que o vapor de desidrogenação efluente da etapa (a): é temperado com uma fase aquosa e essencialmente todo o vapor presente no vapor efluente de desidrogenação do etilbenzeno é recuperado na parte inferior da coluna de têmpera.

Uma vantagem é que a maior parte do divinilbenzeno e dos materiais poliméricos contidos no referido vapor de desidrogenação efluente são removidos com facilidade. As referidas remoções eliminam os problemas de incrustação e aderência em condensadores e outros aparelhos no decorrer da recuperação do estireno.

Os pedidos US 3.515.764, GB 2.092, US 3.515.764, 018, US 3.515.765, US 3.515.766 e US 3.515.767 descrevem processos para a recuperação do estireno em um vapor efluente da desidrogenação do etilbenzeno. Entretanto, neles, o aparelho de têmpera tem apenas um vapor efluente na parte superior.

Breve Descrição da Invenção A presente invenção refere-se a um processo para a produção de monômero de estireno a partir do etilbenzeno compreendendo as etapas de: a) desidrogenar cataliticamente o referido etilbenzeno na presença de vapor, produzindo assim cataliticamente um gás de desidrogenação efluente contendo, em essência, etilbenzeno não-reagido, monômero de estireno, hidrogênio, vapor e divinilbenzeno; b) temperar o referido gás efluente com um refluxo aquoso em pelo menos uma coluna de têmpera para resfriar o referido gás efluente e, assim, obter um gás na parte superior e, na parte inferior, um vapor líquido mais quente do que o refluxo aquoso; c) condensar o referido gás na parte superior, produzindo assim uma fase líquida orgânica, uma fase aquosa e uma fase gasosa; d) usar parte da referida fase aquosa da etapa (c), ou ela toda, como refluxo para a referida etapa de têmpera (b); e) enviar para um decantador o vapor líquido obtido na etapa (b) para recuperar uma fase gasosa e uma fase orgânica. O estireno é recuperado a partir das fases orgânicas das etapas (c) e (e) por meios conhecidos.

Uma vantagem é que a maior parte do divinilbenzeno e dos materiais poliméricos contidos no referido vapor de desidrogenação efluente são removidos. A referida remoção elimina os problemas de incrustação e aderência no(s) condensador(es) da etapa (c).

De acordo com uma concretização específica, inserimos um tanque de mistura em meio ao percurso do vapor líquido entre a coluna de têmpera e o decantador da etapa (e). No referido tanque de mistura, introduzimos uma quantidade efetiva de um componente aromático (vantajosamente, um componente aromático incapaz de polimerizar), vantajosamente, etilbenzeno, benzeno, tolueno ou uma mistura deles. O fim de tal inserção é o de causar a migração de orgânicos mais pesados para a fase orgânica no decantador, o que leva a uma fase aquosa pura efluente do decantador. Por “fase aquosa pura”, queremos dizer que a referida fase aquosa que deixa o decantador não induzirá incrustações ou polimerizações ao acaso nos veículos, tubos ou quaisquer outros equipamentos.

De acordo com outra concretização específica, a fase aquosa que deixa o decantador da etapa (e) passa por um extrator para remover parte substancial de qualquer componente orgânico remanescente, principalmente etilbenzeno e benzeno ou tolueno. De forma vantajosa, o máximo possível dos componentes orgânicos remanescentes é removido. Em seguida, a referida fase aquosa é vantajosamente usada para gerar vapor.

De acordo com outra concretização específica em relação à coluna de têmpera da etapa (b), a fase aquosa da etapa (c) é enviada à parte superior da referida coluna de têmpera e o vapor de desidrogenação efluente da etapa (a) é enviado à extremidade inferior da referida coluna de têmpera. De acordo com outra concretização específica, a referida fase aquosa da etapa (c) é dispersa na coluna de têmpera por bicos pulverizadores.

De acordo com outra concretização específica, a referida coluna de têmpera não tem níveis de líquido na parte inferior a fim de diminuir o tempo de permanência para impedir a geração de incrustações ou polimerizações ao acaso.

Descrição Detalhada da Invenção A Fig. 1 ilustra um processo de acordo com a invenção. O número de referência 10 indica a coluna de têmpera da etapa (b); 20, o condensador da etapa (c); 30, um decantador (ou separador); e, 40, o decantador da etapa (e). O vapor que deixa o reator de desidrogenação do etilbenzeno é resfriado a cerca de 120° a 150° e enviado pela linha 1 à coluna de têmpera 10. A coluna de têmpera é alimentada pela linha 5 por uma fase aquosa a cerca de 40° C. O vapor líquido 6 que deixa a coluna de têmpera encontra-se a cerca de 65° C; já o gás da parte superior da coluna de têmpera encontra-se a cerca de 70° C e é enviado pela linha 2 ao condensador 20. Os componentes condensados e não-condensados, que saem do condensador 20 a cerca de 40° C, são enviados pela linha 3 a um decantador 30, que produz um vapor gasoso 9, uma fase líquida orgânica 4 e uma fase aquosa 5. O vapor 6 que deixa a coluna de têmpera 10 é enviado a um decantador 40 para produzir uma fase líquida orgânica 8 e uma fase aquosa 7. Por opção, um tanque de mistura (não-ilustrado na Fig. 1) é inserido em meio ao percurso do vapor 6. No referido tanque de mistura, introduzimos uma quantidade efetiva de um componente aromático; de forma vantajosa, etilbenzeno, benzeno, tolueno ou uma mistura deles. A Fig. 2 corresponde à Fig. 1 com a inserção do tanque de mistura em meio ao percurso do vapor 6. O vapor 6 deixa a coluna de têmpera e entra no tanque de mistura 61, onde um componente aromático entra pela linha 62, e sai pela linha 63 para o decantador 40 da etapa (c).

Quanto ao vapor (também chamado de gás efluente) que deixa o reator de desidrogenação do etilbenzeno, ele contém, essencialmente, estireno, hidrogênio, etilbenzeno não-reagido, benzeno, tolueno e pequenas quantidades de divinilbenzeno, metano, etano, monóxido de carbono, dióxido de carbono, vários materiais poliméricos e alcatrões, além de um componente aquoso. De forma vantajosa, o vapor que deixa o reator de desidrogenação do etilbenzeno é disponibilizado a uma pressão reduzida, e a coluna de têmpera opera à referida pressão reduzida. A título exemplificativo, tal pressão reduzida é na faixa de 0,2 a 0,7 bar absoluto e, de forma vantajosa, entre 0,3 a 0,5.

Quanto à coluna de têmpera da etapa (b), ela pode ser qualquer tipo de contator de líquido/gás tal como, por exemplo, uma coluna empacotada, uma coluna com bandejas ou uma combinação de bandejas e empacotamento. De forma vantajosa, a fase aquosa enviada à parte superior da coluna de têmpera é dispersa por bicos pulverizadores e não há empacotamento. Por opção, uma ou mais bandejas de lavagem (de preferência duas) podem ser dispostas na parte superior da coluna de têmpera sobre os bicos pulverizadores, mas elas precisam ser alimentadas com parte da fase aquosa enviada aos bicos pulverizadores.

As fases líquidas orgânicas recuperadas nas etapas (c) e (e) são enviadas à seção de recuperação para separar o estireno e o etilbenzeno de todas as impurezas; o etilbenzeno sendo reciclado para a desidrogenação.

De acordo com uma concretização específica, um tanque de mistura é inserido no meio do percurso do vapor líquido entre a coluna de têmpera e o decantador da etapa (e). No referido tanque de mistura, introduzimos uma quantidade efetiva de um componente aromático; de forma vantajosa, etilbenzeno, benzeno, tolueno ou uma mistura deles. O fim de tal inserção é o de causar a migração de orgânicos mais pesados para a fase orgânica no decantador, o que leva a uma fase aquosa pura efluente do decantador. Por “fase aquosa pura”, queremos dizer que a referida fase aquosa que deixa o decantador não induzirá incrustações ou polimerizações ao acaso nos veículos, tubos ou quaisquer outros equipamentos. O componente aromático inserido no tanque de mistura pode ser qualquer um que não polimerize; de preferência, etilbenzeno, benzeno, tolueno ou uma mistura deles. A quantidade do referido componente aromático inserido é de 0,05% a 5% em peso da quantidade de fase aquosa. O volume do referido tanque de mistura é projetado para ter, de forma vantajosa, um tempo de permanência de 5 a 45 minutos.

De acordo com outra concretização específica, a fase aquosa que deixa o decantador da etapa (e) passa por um extrator para remover o máximo possível de qualquer componente orgânico remanescente; principalmente etilbenzeno e benzeno ou tolueno. Em seguida, a referida fase aquosa é vantajosamente usada para gerar vapor. O referido extrator é conhecido na técnica e funciona como qualquer extrator (seção de exaustão de uma coluna de destilação). De forma vantajosa, a temperatura da parte superior do extrator é de cerca de 95° a 110° C dependendo de sua pressão operacional. Na parte superior do extrator, há água, benzeno, tolueno e outros componentes aromáticos, que são condensados e enviados, de forma vantajosa, a um decantador, a fase orgânica sendo enviada para a seção de recuperação que separa o estireno, o etilbenzeno e outras impurezas. A vantagem da coluna de têmpera da invenção são as economias de energia no aquecimento da referida fase aquosa a ser extraída.

REIVINDICAÇÕES

Claims (7)

1. - Processo para produzir monômeros de estireno a partir do etilbenzeno, caracterizado por compreender as etapas de: a) desidrogenar cataliticamente o referido etilbenzeno na presença de vapor, produzindo assim cataliticamente um gás de desidrogenação efluente contendo, em essência, etilbenzeno não-reagido, monômero de estireno, hidrogênio, vapor e divinilbenzeno; b) temperar o referido gás efluente com um refluxo aquoso em pelo menos uma coluna de têmpera para resfriar o referido gás efluente e, assim, obter um gás na parte superior e, na parte inferior, um vapor líquido mais quente do que o refluxo aquoso; c) condensar o referido gás na parte superior, produzindo assim uma fase líquida orgânica, uma fase aquosa e uma fase gasosa; d) usar parte da referida fase aquosa da etapa (c), ou ela toda, como refluxo para a referida etapa de têmpera (b); e) enviar para um decantador o vapor líquido obtido na etapa (b) para recuperar uma fase gasosa e uma fase orgânica.

2. - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um tanque de mistura é inserido em meio ao percurso do vapor líquido entre a coluna de têmpera e o decantador da etapa (e) e pelo fato de que o referido tanque de mistura recebe uma quantidade efetiva de um componente aromático para causar a migração de componentes orgânicos mais pesados para a fase orgânica no referido decantador da etapa (e).

3. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a fase aquosa que deixa o decantador da etapa (e) passa por um extrator para remover parte significativa de qualquer componente orgânico remanescente.

4. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a fase aquosa da etapa (c) é enviada à parte superior da coluna de têmpera e o vapor de desidrogenação efluente da etapa (a) é enviado à parte inferior da referida coluna de têmpera.

5. - Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a referida fase aquosa da etapa (c) é dispersa na coluna de têmpera por bicos pulverizadores.

6. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a coluna de têmpera da etapa (b) não tem níveis de líquido no fundo.

7. - Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que uma ou mais bandejas de lavagem localizam-se na parte superior da coluna de têmpera acima dos bicos pulverizadores e são alimentadas com parte da fase aquosa enviada a eles.