ES2339819T3 - Separacion y purificacion de glicoles. - Google Patents
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Abstract
Un proceso para separar una solución de catalizador homogénea de un monoetilenglicol bruto (MEG) y para purificar MEG, para utilizarlo en un proceso para la conversión catalítica de EO a MEG, en el que el proceso comprende separar la solución de catalizador en una sección de separación de catalizador, por la evaporación de MEG bruto y el suministro de MEG bruto a una sección de rectificación, una sección de separación, y luego una sección de pasteurización, operándose cada sección a presiones subatmosféricas de 0,5 x 105 Nm-2 o menores, estando las secciones de rectificación y pasteurización a una presión menor que la de la sección de separación del catalizador, en el que el proceso proporciona una presión diferencial entre las secciones de separación y rectificación del catalizador, y en el que el MEG bruto en fase de vapor de la sección de separación de catalizador se suministra como suministro en fase sustancialmente vapor a la sección de rectificación.
Description
Separación y purificación de glicoles.
La presente invención describe un aparato y un
proceso para separar un catalizador de un producto monoetilenglicol
bruto (MEG) y para purificar el MEG; y el uso del mismo en una
planta de óxido de etileno (EO)/etilenglicol (EG).
El MEG se utiliza predominantemente para
elaborar fibras de poliéster, polietilentereftalato (PET) y, en
menor grado, en los sistemas de refrigeración de vehículos a motor,
donde sirve como anticongelante.
Puede producirse MEG por la conversión
catalizada homogéneamente de EO a EG, catalizada directamente, por
ejemplo, por sales bicarbonato o metalato. Como alternativa, puede
producirse MEG en un proceso de 2 etapas, un proceso de tipo cetal
(catalizado por ácidos) o por carbonato de etileno (EC) catalizado,
por ejemplo, por haluro de metal alcalino o alcalinotérreo o, cinc,
estaño, alquilamina o amonio cuaternario o similares. En caso de
este último, el proceso EO/EG integrado normalmente se divide en
cuatro secciones: reacción de EO y retirada de CO_{2} más
recuperación de EO; retirada de extremos livianos (LE) y
purificación de EO; reacción de EC/EG y recuperación de EG; y
purificación de MEG. En la sección de reacción de EC/EG, EO
reacciona con CO_{2} para EC en presencia de un catalizador
homogéneo. El EC y el catalizador se proporcionan a una sección de
hidrólisis en la que se hidroliza EC a MEG en presencia de
catalizador, y se separa el catalizador de MEG para reciclar a la
sección de reacción EC/EG.
En la memoria descriptiva de patente de Estados
Unidos Nº 6.080.897 se muestra un proceso en el que un recipiente
de separación de catalizador separa MEG del catalizador por
evaporación del MEG, y el MEG evaporado se condensa posteriormente
de nuevo para proporcionar un suministro de MEG líquido a una
columna de purificación de MEG principal para la separación,
rectificación y pasteurización. En un proceso de este tipo, la
columna de purificación de MEG opera a presiones superiores que el
recipiente de separación y se necesita una bomba o fuerza de
gravedad para transportar el MEG condensado a la columna de
purificación de MEG.
La desventaja de este sistema es que la
corriente MEG necesita evaporarse dos veces lo que significa una
alta demanda de vapor. Se ha encontrado ahora que puede ahorrarse
mucho en términos de vapor y de inversión si se limita el proceso a
una única evaporación de la corriente de MEG, omitiendo la
condensación de MEG y disminuyendo la presión de operación de la
columna de purificación de MEG que permite el transporte de vapores
de la sección de separación de catalizador a la purificación de MEG
sin utilizar un dispositivo de transporte mecánico.
De acuerdo con el aspecto más amplio de la
invención, se describe un proceso para separar una solución de
catalizador homogénea a partir de MEG bruto y para purificar MEG,
para utilizar en un proceso para la conversión catalítica de EO a
MEG, en el que el proceso comprende separar la solución de
catalizador en una sección de separación de catalizador por
evaporación de MEG bruto y suministro del MEG bruto a una sección de
rectificación, una sección de separación, y entonces a una sección
de pasteurización, cada sección opera a presión subatmosférica de
0,5 x 10^{5} Nm^{-2}, o menor, estando las secciones de
rectificación y pasteurización a una presión menor que la de la
sección de separación de catalizador, en el que el proceso
proporciona una presión diferencial entre las secciones de
separación de catalizador y rectificación y en el que el MEG bruto
en fase vapor de la sección de separación de catalizador se
suministra como un suministro sustancialmente en fase vapor a la
sección de rectificación.
En una primera realización preferida, las
secciones de separación, rectificación y pasteurización operan con
suministros internos en comunicación de presión abierta entre las
secciones, y la sección de separación opera como una sección de
separación lateral a presiones subatmosféricas, mayores que la
presión de la sección de rectificación, con el suministro externo
en comunicación de presión abierta con la sección de rectificación.
Los líquidos condensados de la sección de rectificación se
suministran externamente a la sección de separación. Los vapores MEG
separados se devuelven después externamente entre las secciones de
separación y rectificación.
Como alternativa, en una segunda realización las
secciones de separación, rectificación y pasteurización operan con
suministros internos en comunicación de presión abierta entre las
secciones y la sección de separación se instala debajo de la
sección de rectificación. En esta realización, la sección de
separación de catalizador opera con un suministro externo en
comunicación de presión abierta con la sección de rectificación. El
bruto MEG en fase vapor de la sección de separación se suministra,
preferiblemente externamente entre la sección de separación y
rectificación.
La referencia en este documento a la
comunicación de presión abierta quiere decir la operación sin el uso
de medios para crear presión diferencial por encima de la que se
crea por la operación de las propias secciones, por ejemplo, en
boquillas, elementos internos, y similares.
En otro aspecto de la invención se proporciona
un aparato de purificación de MEG para separar una solución de
catalizador homogénea del MEG bruto y para purificar MEG, para
utilizar en una unidad para la conversión catalítica de EO a MEG,
en el que el aparato comprende una sección de separación de
catalizador, una sección de rectificación de MEG, una sección de
separación y una sección de pasteurización, en el que las secciones
de rectificación y pasteurización de MEG se ubican dentro de una
columna de purificación de MEG, y la sección de separación de
catalizador se ubica en la columna de purificación de MEG o en un
recipiente aguas arriba separado, y en el que la sección de
separación proporciona una entrada de suministro de MEG bruto a la
sección de rectificación de MEG y una salida para el catalizador
separado, en el que la entrada de suministro de MEG bruto a la
sección de rectificación de MEG es una entrada de suministro de
vapor. La sección de separación se ubica en la columna de
purificación de MEG o como un separador lateral.
En una primera realización preferida la sección
de separación de catalizador se ubica en la columna de purificación
de MEG por debajo de una entrada para introducir solución de
catalizador homogénea en fase líquida en MEG a la sección de
separación de catalizador, las secciones de rectificación y
pasteurización de MEG se ubican por encima de la entrada dentro de
la misma columna de purificación de MEG, y la entrada de suministro
de MEG bruto de la sección de separación a la sección de
rectificación de MEG es una entrada de suministro de vapor
interna.
En esta realización preferida la sección de
separación se proporciona como un separador lateral que comprende
una entrada suministrada por una salida de líquido condensado de la
sección de rectificación y que tiene una salida en fase vapor que
vuelve a la entrada de suministro de vapor MEG bruto interna desde
la sección de separación del catalizador hasta la sección de
rectificación.
En una segunda realización la sección de
separación de catalizador se ubica en un recipiente separado aguas
arriba de la columna de purificación de MEG y la entrada de
suministro de MEG bruto desde la sección de separación hasta la
sección de rectificación de MEG es una entrada de suministro de
vapor externa, más preferiblemente, una entrada de suministro de
vapor lateral. En esta realización la sección de separación se
proporciona en la columna de purificación de MEG por debajo de la
sección de rectificación.
En otro aspecto de la invención se proporciona
el uso de un aparato o proceso de la presente invención en una
unidad o proceso para la conversión catalítica de EO a MEG,
preferiblemente una planta EO/EG en la que el MEG está presente con
el catalizador tal como se ha descrito anteriormente en este
documento.
A pesar de que se conocen los sistemas, por
ejemplo, del documento
US-A-6.080.897, para separar la
solución de catalizador del MEG bruto con la purificación de MEG
por destilación secuencial típicamente en dos columnas de
destilación, no existe un sistema que opere a baja presión de
separación de la solución de catalizador del MEG bruto con la
purificación de MEG en una columna o en una columna de purificación
de MEG separada, y un recipiente de separación catalítica aguas
arriba separado, y que además incluye glicoles flameados
suministrados en la sección de rectificación aprovechando la
generación de vapor de MEG en la primera sección de separación para
utilizarlo en la segunda sección de rectificación sin condensar el
MEG bruto después de la separación y antes de suministrarlo a la
sección de rectificación. Esto produce un ahorro neto de energía y
evita la necesidad de acumular intermedios y equipo de transporte
para el MEG bruto condensado, en comparación con el proceso
conocido que opera en una sección de condensación intermedia para
permitir el suministro de MEG bruto líquido a una sección de
rectificación y separación de mayor presión en la que se vaporiza
nuevamente. Además, esto permite que la sección de separación
maneje menor carga de vapor y líquido que la carga de líquido y
vapor de las secciones de rectificación y pasteurización en la
columna de purificación de MEG. En otra ventaja de la presente
invención, ésta opera sin el uso de un dispositivo de transporte
mecánico entre la sección de separación y rectificación de
catalizador para transportar líquido condensado entre las secciones,
en contraste con el proceso conocido. Globalmente esto da como
resultado beneficios en términos de costes operativos y costes de
construcción de la planta.
La invención también permite menores
temperaturas de manipulación del MEG, y menor temperatura de
manipulación de catalizador en la sección de separación de
catalizador por operación a una menor presión. Otro beneficio de
operar a bajas presiones es que la recuperación de MEG en la columna
de purificación de MEG se simplifica aún más, lo que permite una
mayor recuperación de energía en la sección de purificación de MEG y
menor reciclaje de MEG. El suministro de MEG bruto como vapor a la
columna de purificación de MEG combinado con la mayor selectividad
del proceso de producción de glicol catalítico conduce a un menor
tamaño de la sección de separación de la columna de purificación de
MEG de la invención. Un diseño de equipo más compacto, por lo tanto,
puede aplicarse en la realización preferida mediante la instalación
de la sección de rectificación y pasteurización de la columna de
purificación de MEG sobre la columna de purificación de MEG sobre la
sección de separación de catalizador, e instalar la sección de
separación como separador lateral próximo a la columna de
purificación de MEG redispuesta, suministrada por una bandeja
retraible instalada entre las secciones de separación y
rectificación del catalizador. Globalmente esto da como resultado
beneficios en términos de costes operativos y costes de construcción
de la planta.
Típicamente, el proceso y aparato de la
invención separan la solución de catalizador derivada de una sección
de deshidratación de glicol. La solución de catalizador está
sustancial o predominantemente en fase líquida, a pesar de que
puede incluir vapor, al entrar a la sección de separación. La
solución de catalizador comprende catalizador en MEG bruto. En la
sección de separación, la entrada de calor a una temperatura como se
describe a continuación en este documento genera preferiblemente
una separación por vaporización de MEG bruto en el que la fase
vapor de MEG se separa de una solución de más de 0%p a 95%p de
catalizador en MEG bruto que se recicla para su posterior uso en la
reacción de conversión de EO a MEG. Tal como se ha descrito
anteriormente en este documento, se suministra el MEG bruto en fase
vapor a la sección de rectificación en la que la transferencia de
masa entre la fase líquida y la fase vapor confiere una
rectificación, separar MEG como destilado de cabeza desde el
dietilenglicol (DEG) hacia los glicoles de mayor temperatura de
ebullición. El MEG separado se eleva a una sección de
pasteurización en la que más transferencia de masa entre las fases
confiere una separación de MEG desde una corriente superior del
agua residual de menor temperatura de ebullición y otros componentes
más livianos.
El proceso de la invención incluye una sección
de separación que se lleva a cabo preferiblemente en un suministro
de líquido desde la sección de rectificación que incluye MEG, DEG y
glicoles superiores. La referencia en este documento a glicoles
superiores es a trietilenglicol y glicoles sustituidos superiores.
El separador proporciona un retorno de vapor superior de mayor
concentración de MEG en comparación con el suministro.
El suministro líquido es preferiblemente un
producto líquido de cola obtenido de la sección de rectificación,
dirigido directamente hacia la sección de separación interna o hacia
la sección de separación lateral. Los vapores superiores de la
sección de separación ascienden hacia la sección de rectificación o
se devuelven a la columna de purificación de MEG, y combinado con
el vapor bruto de la sección de separación de catalizador, se
suministran a la sección de rectificación. La sección de separación
se opera a presiones subatmosféricas de 0,5 x 10^{5} Nm^{-2} o
menores pero mayores que la sección de rectificación. Esta
disposición evita la necesidad de un dispositivo de transporte
mecánico entre las secciones de separación y rectificación.
La sección de separación proporciona una
corriente inferior de DEG concentrado y glicoles superiores a una
columna de reciclaje de MEG que recupera MEG del DEG concentrado y
glicoles superiores. En otra ventaja de la invención, la menor
presión de operación en el separador lateral permite trabajar a
menores temperaturas en los fondos del separador lateral, lo que
minimiza la degradación térmica de MEG y también mejora la
separación. El contenido de DEG y glicoles superiores de los fondos
del separador lateral aumenta en comparación con el suministro con
lo que una menor carga de MEG se envía a la columna de reciclaje de
MEG. La menor carga de reciclaje de MEG en comparación con la
invención anterior proporciona ventajas en términos de costes de
operación y costes de construcción de la planta.
Preferiblemente, se utiliza calor en la sección
de separación de catalizador y se recupera en la sección de
separación superior desde la sección de pasteurización. Puede
operarse un generador de vapor a bajas presiones porque el
condensador de vapor superior de la sección de pasteurización o el
condensador superior pueden utilizarse para calentar otra utilidad
o corriente de proceso. El proceso y aparato de la invención se
opera, por lo tanto, con recuperación de energía desde la sección
de pasteurización superior en comparación con la de los sistemas de
la técnica anterior, a pesar de que opera a presiones menores. Esto
permite una mayor fracción de entrada de energía total requerida
para la separación y purificación de MEG a ser operada en la sección
de separación recuperándose la energía en el condensador superior
de la columna de purificación de MEG, lo que permite una mayor
recuperación de MEG en la sección de separación, pero sin
degradación de la misma en virtud de la operación de presión
reducida.
Esto es de utilidad porque la energía que se
utiliza para recuperar el MEG en la columna de reciclado de MEG no
puede recuperarse debido a que la temperatura de operación es muy
baja. Esto hace que sea atractivo recuperar tanto MEG como sea
posible en el separador debido a que la energía puede recuperarse
para un beneficio útil. Cuanto más MEG se transfiera a la columna
de reciclaje de MEG menor fracción de energía se recupera en el
condensador de la columna de purificación de MEG.
Existe un equilibrio entre disminuir la presión
y disminuir la temperatura del separador y conservación del
producto MEG y catalizador, y reducir la temperatura del fondo del
separador y la carga y carga de reciclaje de MEG, en comparación
con el mantenimiento de la presión que permita una recuperación de
energía suficiente en la sección de pasteurización superior.
Preferiblemente, el proceso se opera a presiones en la separación,
rectificación, separación y pasteurización respectiva, que son, como
mínimo 0,01 x 10^{5} Nm^{-2}, más preferiblemente al menos 0,02
x 10^{5} Nm^{-2}, y especialmente al menos 0,05 x 10^{5}
Nm^{-2}. Preferiblemente, el proceso se opera a presiones en la
separación, rectificación, retirada, y pasteurización respectivas,
como máximo son 0,5 x 10^{5} Nm^{-2}, más preferiblemente como
máximo 0,4 x 10^{5} Nm^{-2}, y especialmente como máximo 0,2 x
10^{5} Nm^{-2}.
Preferiblemente, las secciones de rectificación
y pasteurización, y cuando se encuentran incluidas en la misma
columna, las secciones de separación y retirada de catalizador,
operan de forma integral en comunicación de presión abierta, lo que
simplifica el suministro interno entre secciones. Preferiblemente,
el suministro interno es impulsado por la presión diferencial en la
longitud de la columna de purificación de MEG, y recipiente de
separación de catalizador aguas arriba o separador lateral, cuando
está presente. En algunas instancias, se utiliza gravedad para
facilitar que el suministro, por ejemplo líquido, se desplace
lateralmente a un separador lateral, si está presente.
Preferiblemente, la presión diferencial a través de la columna de
purificación de MEG es menor de 0,3 x 10^{5} Nm^{-2},
preferiblemente menor de 0,1 x 10^{5} Nm^{-2}, con menor presión
a través de la elevación de la columna de purificación de MEG.
El proceso de la invención se opera a presiones
subatmosféricas al tiempo que la operación puede ser a menores
temperaturas que en otros casos. Preferiblemente, la temperatura en
el proceso de purificación de MEG combinado es al menos 50ºC y como
máximo 200ºC, por ejemplo, según el tipo de catalizador, la calidad
de MEG y la presión que prevalece, más preferiblemente al menos
100ºC y como máximo 170ºC, lo que facilita la recuperación de
energía y conserva la calidad de MEG, y especialmente al menos 120ºC
y como máximo 160ºC.
En lo que respecta ahora al otro aspecto de la
invención tal como se ha descrito anteriormente en este documento,
preferiblemente, el aparato comprende entradas, salidas de
suministro, elementos internos, y similares, que confieran menores
caídas de presión, lo que cumple con las limitaciones en las caídas
de presión permitidas.
Preferiblemente, el aparato comprende una
entrada de suministro líquido a la sección de separación de
catalizador, suministrado desde una unidad de deshidratación de EG.
Puede utilizarse cualquier entrada de suministro adecuada, y
preferiblemente se utiliza un suministro de velocidad baja para
optimizar la separación de los vapores vaporizados en la entrada.
Preferiblemente, la entrada proporciona una gran área superficial
para facilitar la separación de MEG bruto.
El aparato de la invención proporciona la
separación por evaporación instantánea del catalizador del vapor de
MEG in situ dentro de la columna de purificación o en un
recipiente de separación aguas arriba de la columna.
Preferiblemente, la sección de separación del catalizador incluye
medios para la entrada de calor. Preferiblemente, la entrada de
calor por medio de un revaporizador, preferiblemente, un
revaporizador de tipo de película descendente. Esto presenta la
ventaja de que el catalizador posee menores temperaturas
superficiales y menor tiempo de residencia en el revaporizador, lo
que limita el calentamiento del catalizador.
El catalizador separado como solución
concentrada en MEG se descarga por la salida inferior.
Preferiblemente, la salida inferior incluye un quebrador por
torbellino.
Se ha llegado al inesperado hallazgo de que es
posible suministrar el MEG bruto separado de la sección de
separación de catalizador como corriente de vapor hacia la sección
de purificación, sin que sea necesaria la condensación intermedia
del MEG separado, el transporte mecánico y la reevaporización en la
purificación destilada. Por lo tanto, puede llevarse a cabo la
separación de catalizador en un recipiente aguas arriba separado o
en una sola columna de purificación de MEG. Preferiblemente, las
secciones de separación, rectificación y pasteurización son de
diámetros sustancialmente iguales. La sección de separación puede
ser de menor diámetro que las otras secciones. Por lo tanto, la
separación puede llevarse a cabo en un separador lateral de menor
diámetro o en una sola columna de purificación de MEG, en la que
puede proporcionarse una sección de acoplamiento entre las
secciones de rectificación y separación, hacia una sección de
separación de diámetro menor. En una ventaja en particular la
sección de separación de catalizador comprende un colector de menor
diámetro que la sección principal en la que se mantiene el
catalizador y el tiempo de residencia es mínimo y el calentamiento
del catalizador se minimiza.
En la realización preferida la columna de
purificación de MEG incluye una salida de líquido para la fase
líquida MEG, DEG y glicoles de mayor temperatura de ebullición
hacia un separador lateral, y una entrada de vapor de retorno para
el MEG concentrado separado, la salida y la entrada se ubican entre
la sección de separación de catalizador y la sección de
rectificación. Preferiblemente, la salida es una caída por
gravedad.
La bandeja retraible permite el paso de vapores
desde la sección de separación de catalizador hacia la sección de
rectificación, y recoger el líquido desde la sección de
rectificación para el pasaje al separador lateral, que se ubica
preferiblemente entre la sección de separación de catalizador y la
sección de rectificación.
Preferiblemente, el separador lateral es de
menor diámetro que las secciones de separación, rectificación y
pasteurización de catalizador de la columna de purificación, debido
a que las cargas de líquido y vapor en el separador lateral se
reducen por suministro directo de vapor hacia la sección de
rectificación y selectividad mejorada de la reacción de glicol
catalítico, en particular con menor DEG y mayor carga de glicoles.
La incorporación como separador lateral posee la ventaja de que no
se instala una sección de acoplamiento entre la sección de
rectificación y separación. Esto posee la ventaja de menores costes
de construcción de las unidades debido a que puede fabricarse un
diseño más compacto.
El separador lateral proporciona una salida
superior para el MEG separado. El separador lateral incluye una
salida inferior para el DEG concentrado y glicoles superiores hacia
la columna de reciclado de MEG que recupera MEG residual para el
reciclaje hacia el deshidratador. La columna de reciclaje de MEG
opera a presiones menores que el separador lateral para recuperar
el MEG para el reciclaje. En una ventaja particular el separador
lateral recupera más MEG en comparación con el proceso de la
técnica anterior, mientras que una menor carga de MEG incluida en
la corriente de salida inferior se envía a la columna de reciclaje
de MEG. Por lo tanto, preferiblemente, el reciclado de MEG es de
menor carga en comparación con la técnica anterior, lo que significa
una ventaja en lo que respecta a los costes de operación y de
construcción de la planta.
La columna de purificación de MEG de la
invención comprende suministros de vapor internos entre las
secciones. Se ha llegado al inesperado hallazgo de que si es
posible suministrar corrientes de vapor y reflujo opuestas
internamente con arrastre mínimo, es posible integrar la sección de
separación y rectificación del catalizador en un único recipiente
en la realización preferida tal como se ha descrito anteriormente en
este documento. Preferiblemente, la columna de purificación de MEG
proporciona una bandeja de bajada de producto MEG que permite el
pasaje de suministro de vapor desde la sección de rectificación
hacia la sección de pasteurización y proporciona el retorno de MEG
desde la sección de pasteurización para su recolección como producto
MEG, preferiblemente como líquido de salida lateral. La sección de
pasteurización se ubica por encima de la salida de producto MEG,
junto con una salida de vapor superior para MEG, agua residual y
otros componentes livianos, un reflujo de producto superior
condensado y una corriente de salida líquida para retirar agua y
componentes livianos.
Además, en la realización preferida la columna
de purificación de MEG proporciona una bandeja de bajada adicional
que permite el pasaje de suministro de vapor desde la sección de
separación hasta la sección de rectificación de MEG y proporciona
el retorno de líquido que contiene MEG, DEG y glicoles de mayor
temperatura de ebullición desde la sección de rectificación para su
salida hacia el separador lateral.
Preferiblemente, las bandejas de bajada
proporcionan una caída baja de presión. Adecuadamente, por ejemplo,
una bandeja de bajada comprende una bandeja de chimenea, un colector
de álabes o un colector de cuneta de dos
pisos.
pisos.
El aparato puede además comprender elementos
internos para simplificar la separación y distribución dentro de las
secciones y entre las mismas, por ejemplo, una o más láminas de
separación de partículas, distribuidores de gravedad y
similares.
Las secciones de rectificación, pasteurización,
y separación incluyen adecuadamente elementos internos tales como,
preferiblemente, relleno estructurado, o menos preferido relleno
aleatorio, generar un perfil de temperatura a lo largo de la
elevación del mismo, permitiendo así la separación del vapor MEG del
DEG y glicoles de mayor temperatura de ebullición en la sección de
rectificación y sección de separación, y separar el MEG del agua
residual y otros componentes livianos en la sección de
pasteurización. El perfil de temperatura puede regularse por la
naturaleza y la concentración y la densidad de los elementos
internos tal como se conoce en la técnica.
Preferiblemente, un distribuidor de gravedad
proporciona una distribución de líquido a los elementos internos en
las secciones de rectificación, pasteurización y separación, lo que
permite el máximo contacto del vapor y el líquido, para garantizar
la rectificación y pasteurización óptima con baja caída de
presión.
Tal como se ha descrito anteriormente en este
documento, la sección de pasteurización incluye una destilación
superior hacia un recipiente de recuperación de energía generador de
vapor u otro aparato de calentamiento de corriente de proceso o
dispositivo para recuperar la salida de calor hacia la columna de
purificación de MEG y el separador lateral. Preferiblemente, el
condensador opera a presiones subatmosféricas de menos de 0,5 x
10^{5} Nm^{-2} y es capaz de recuperar calor de condensación de
los vapores superiores de la columna de purificación de MEG a
temperaturas mayores de 50ºC, preferiblemente mayores de 100ºC, más
preferiblemente mayores de 120ºC y transferir este calor para su
utilización en otro lado en la unidad o en las unidades
asociadas.
El aparato y proceso de la invención puede
utilizarse en cualquier proceso para la conversión catalítica de EO
a MEG. Preferiblemente, el uso es en una unidad o proceso para la
conversión catalizada homogénea de EO a MEG producido por un
proceso de dos etapas, un proceso de tipo cetal (catalizado por
ácidos), o por un EC catalizado, por ejemplo, por haluro de metal
alcalino o alcalinotérreo, cinc, estaño, alquilamina o amonio
cuaternario o similares, o cualquier otro proceso homogéneo
catalizado.
Preferiblemente, el sistema se utiliza en un
proceso catalítico para crear MEG que comprende una etapa en la que
se permite que EO reaccione con CO_{2} en presencia de un
catalizador, lo que afecta a la formación de una solución de
reacción que contiene EC, y una etapa en la que se convierte la
solución de reacción en una solución acuosa de EG por hidrolización
de EC en la solución de reacción, una etapa de destilación en la
que se retira el agua de la solución acuosa de EG, y una etapa de
destilación en la que se obtiene EG purificado y una solución que
contiene el catalizador de la solución de EG resultante por
destilación.
Preferiblemente, el catalizador en dicho proceso
es un catalizador homogéneo, más preferiblemente un haluro de metal
alcalino como bromuro o yoduro, opcionalmente en combinación con un
catalizador éter corona, un haluro de metal alcalinotérreo, un
catalizador de cinc homogéneo, un compuesto de estaño orgánico o un
compuesto de germanio o telurio, o preferiblemente una alquilamina
o un amonio cuaternario tal como haluro de amonio cuaternario o un
haluro de fosfonio cuaternario. Se describen los catalizadores
adecuados en el documento US 6.080.897 cuyos contenidos se incluyen
como referencia en este documento. Los catalizadores homogéneos
preferiblemente para la etapa de hidrólisis que convierte EC a MEG
incluyen carbonatos como carbonato de potasio, molibdato de potasio
tal como se describe en el documento US 4.283.580, y similares. Se
conocen otros catalizadores homogéneos para la conversión directa
de EO a MEG, por ejemplo en el documento
EP-1.484.300-A1, cuyo contenido se
incorpora en este documento como referencia.
Preferiblemente, la invención se utiliza en un
proceso en el que la conversión a MEG, DEG y glicoles superiores es
sustancialmente del 100%, caso en el que sustancialmente no existen
intermedios, como EC, que haya que separare. Preferiblemente, el
proceso es altamente selectivo para MEG.
La invención se ilustra ahora de modo no
limitativo con respecto a las siguientes figuras, en las que:
La Figura 1 ilustra un proceso y aparato de
purificación de MEG de la técnica anterior, como se muestra en el
documento US-A-6.080.897;
Las Figuras 2 y 3 ilustran realizaciones del
proceso y aparato de purificación de MEG de la invención.
\newpage
En la Figura 1, se muestra un reactor de glicol
(1), una unidad de deshidratación de EG (2), un recipiente o
evaporador de separación (instantánea) de catalizador (3), una
columna de purificación de MEG (4), una sección de separación
incorporada (7), una sección de rectificación (5), y una sección de
pasteurización (6). El líquido condensado del recipiente de
combustión (3) se acumula en un tambor (no mostrado), y luego se
transporta, por bombeo o por gravedad, a la columna (4).
En la Figura 2, se muestra un reactor de glicol
(1), una unidad de deshidratación de EG (2), una sección de
separación de catalizador (3) incorporada, una columna de
purificación de MEG (4), una sección de rectificación de MEG (5), y
una sección de pasteurización (6). Se muestra el separador lateral
de MEG (7) y una columna de reciclaje de MEG (22). Cada unidad de
deshidratación de EG (2), columna de purificación de MEG (4),
separador lateral de MEG (7) y columna de reciclaje de MEG (22)
incorporan un revaporizador, tal como se muestra. El deshidratador
(2) y la columna de reciclaje de MEG (22) incorporan un condensador
de agua fría en la sección superior.
En lo que respecta a la Figura 2, el fondo del
deshidratador de glicol contiene mayoritariamente MEG, algo de
catalizador y una cantidad minoritaria de DEG y se dirigen hacia la
columna de purificación de MEG (4). Esta columna de vacío opera a
condiciones subatmosféricas y consiste en una sección de separación
de catalizador inferior (3), una sección de rectificación media (5)
y una sección de pasteurización superior (6) que están separadas
por bandejas de retirada de líquido total (8, 9). En la sección de
separación de catalizador inferior (3) se vaporiza la mayoría del
MEG presente en el suministro de la columna (11). Se recupera la
solución de catalizador concentrada en MEG como corriente inferior
(12), y se vuelve a reciclar hacia el proceso, por ejemplo, hacia un
reactor EC (no mostrado) por una bomba de reciclaje del catalizador
(no mostrada).
La entrada de calor hacia la columna de
purificación de MEG tiene lugar mediante un revaporizador de
película descendente de separador de catalizador (13).
La sección superior de la columna de
purificación de MEG (4), la sección de pasteurización (6) contiene
un relleno y separa el agua residual y otros componentes livianos,
se retira como destilado superior (16) del producto MEG. El MEG de
alta pureza se recupera como corriente lateral líquida (14) y se
dirige hacia el almacenamiento de MEG purificado (15).
Los vapores del destilado superior (16) de la
columna de purificación de MEG (4) se condensan en un condensador
(17) que genera vapor de baja presión o calentamiento de otro medio.
El condensador posee una baja diferencia de temperatura que
requiere un cuidadoso control de la presión en la columna. El
condensado superior (18) de la columna de purificación de MEG (4)
se recoge en el tambor de reflujo de columna de purificación de MEG
(19) desde la que se dirige al deshidratador de glicol (2) para la
retirada del agua y otros componentes livianos. Parte se devuelve a
la columna de purificación de MEG (4) como reflujo.
La sección de rectificación media (5) de la
columna de purificación de MEG (4) contiene relleno y separa MEG
del DEB más componentes más pesados. El DEG y los componentes más
pesados se acumulan en la parte inferior (21) de la sección de
rectificación (5) de la columna de purificación de MEG (4) y se
retiran de la columna por la bandeja de salida de líquido (9) como
suministro del separador lateral (20). Además, se concentra MEG en
el separador lateral de MEG (7) y DEG y los glicoles más pesados se
separan del MEG en el separador lateral de MEG (7) y la columna de
reciclaje de MEG (22). La temperatura del fondo del separador (7) se
controla con el control del flujo de vapor hacia el revaporizador
del separador lateral de MEG (23), un revaporizador de película
descendente impulsado por vapor u otro medio de calentamiento.
El separador lateral de MEG (7) es una columna
al vacío que opera en condiciones máximas de vacío ligeramente
menor que la columna de purificación y contiene un lecho de relleno.
El separador lateral (7) concentra DEG y los componentes más
pesados en los fondos del separador lateral (24). El vapor superior
del separador lateral (25), principalmente MEG, se devuelve a la
sección de rectificación (5) de la columna de purificación de MEG
(4).
La columna de reciclaje de MEG (22) es una
columna de destilación al vacío que opera a condiciones máximas en
el condensador interno del vacío más profundo que la columna de
purificación de MEG. La columna recupera MEG residual que está
presente en la corriente del fondo del separador lateral de MEG
(24). La columna de reciclaje (22) incluye relleno. La entrada de
calor se hace por revaporizador de tipo película descendente
impulsada por vapor u otro medio de calentamiento. La columna
incorpora un condensador superior, en este caso como condensador
interno para reducir la caída de presión. El líquido del condensador
se recoge sobre una bandeja retraible de líquido que también puede
actuar como acumulador. Se recupera MEG como producto superior de
columna de reciclaje de MEG (26) y se recicla al deshidratador de
glicol (2) donde se retira cualquiera de los productos de
descomposición livianos. Los fondos de la columna de reciclaje de
MEG (27) contienen DEG altamente concentrado y se descarga al
almacenamiento para un procesamiento adicional.
La Figura 3 muestra una realización alternativa
a la Figura 2 en la que la sección de separación de catalizador (3)
se ubica aguas arriba de la columna de purificación de MEG (4), la
columna de purificación de MEG incluye una sección de separación
(7), una sección de rectificación (5) y una sección de
pasteurización (6) en diseño apilado. La sección de separación (7)
es de menor diámetro que las secciones de rectificación (5) y
pasteurización (6), existiendo una sección de acoplamiento entre
las secciones de separación (7) y rectificación (5). El suministro
de vapor se proporciona por la entrada lateral (11a) desde la
sección de separación de catalizador (3) hacia las secciones
intermedias de separación (7) y rectificación (5). Los componentes
DEG y más pesados se acumulan en la parte inferior (21) de la
sección de rectificación (5) de la columna de purificación de MEG
(4), como en la Figura 2, pero en esta realización no se retiran de
la columna sino que se suministran a la sección de separación
(7).
La columna de purificación de MEG, el recipiente
de separación de catalizador y el separador de MEG lateral están
presentes, y la columna de reciclaje de MEG se opera en condiciones
subatmosféricas. Debido a que existen limitaciones en la caída de
presión permitida en las columnas, se emplea relleno con baja caída
de presión. El relleno adecuado tiene una retención de líquido
baja. También se seleccionan revaporizadores de película
descendente de todas las columnas, para minimizar la descomposición
térmica de producto MEG o de catalizador.
Las ventajas de coste de construcción de la
planta consisten en un diseño de columna de purificación de MEG
compacto (Figura 2) o, en menor grado, un diseño de acoplamiento
(Figura 3) y un menor tamaño de diseño de columna de reciclado de
MEG y equipo asociado. El ahorro operativo se consigue porque se
recupera relativamente más energía para la separación de MEG en el
condensador de purificación de MEG y se evita una entrada de energía
extra al introducir la corriente de MEG bruto como vapor a la
sección de rectificación directamente desde la sección de separación
del catalizador.
Claims (12)
1. Un proceso para separar una solución de
catalizador homogénea de un monoetilenglicol bruto (MEG) y para
purificar MEG, para utilizarlo en un proceso para la conversión
catalítica de EO a MEG, en el que el proceso comprende separar la
solución de catalizador en una sección de separación de catalizador,
por la evaporación de MEG bruto y el suministro de MEG bruto a una
sección de rectificación, una sección de separación, y luego una
sección de pasteurización, operándose cada sección a presiones
subatmosféricas de 0,5 x 10^{5} Nm^{-2} o menores, estando las
secciones de rectificación y pasteurización a una presión menor que
la de la sección de separación del catalizador, en el que el proceso
proporciona una presión diferencial entre las secciones de
separación y rectificación del catalizador, y en el que el MEG bruto
en fase de vapor de la sección de separación de catalizador se
suministra como suministro en fase sustancialmente vapor a la
sección de rectificación.
2. El proceso de acuerdo con la reivindicación
1, en el que las secciones de separación, rectificación y
pasteurización se ubican en una columna de purificación de MEG y
operan con suministros internos en comunicación de presión abierta
entre las secciones, y la sección de separación se ubica
externamente a la columna de purificación de MEG y opera como una
sección de separación lateral a una presión subatmosférica mayores
que la presión de la sección de rectificación, con el suministro
externo en comunicación de presión abierta con la sección de
rectificación.
3. El proceso de acuerdo con la reivindicación
2, en el que los vapores condensados de la sección de rectificación
se suministran externamente a la sección de separación y los vapores
de MEG separados se devuelven externamente a una zona entre las
secciones de separación y rectificación.
4. El proceso de acuerdo con la reivindicación
1, en el que las secciones de separación, rectificación y
pasteurización se ubican en la columna de purificación de MEG y
operan con suministros internos en comunicación de presión abierta
entre las secciones, y la sección de separación se ubica por debajo
de la sección de rectificación, y la sección de separación de
catalizador se ubica externamente a la columna de purificación de
MEG y opera con el suministro externo en comunicación de presión
abierta con la sección de rectificación.
5. El proceso de acuerdo con la reivindicación
4, en el que el suministro de MEG bruto en fase vapor se suministra
externamente hacia y entre las secciones de separación y
rectificación.
6. El proceso de acuerdo con las
reivindicaciones 1 a 5, en el que la entrada de calor en la sección
de separación del catalizador y la sección de separación se recupera
en una destilación superior de la sección de pasteurización.
7. Un aparato de purificación de
monoetilenglicol (MEG) para la separación de una solución de
catalizador homogénea del MEG bruto y para purificar MEG, para
utilizar en una unidad para la conversión catalítica de óxido de
etileno (EO) a MEG, en el que el aparato comprende
una sección de separación de catalizador, una
sección de rectificación de MEG, una sección de separación y una
sección de pasteurización,
en el que las secciones de rectificación y
pasteurización de MEG se ubican dentro de la columna de purificación
de MEG, y la sección de separación de catalizador se ubica en la
columna de purificación de MEG o en un recipiente aguas arriba
separado, y en el que la sección de separación proporciona una
entrada de suministro de MEG bruto a la sección de rectificación de
MEG y una salida para el catalizador separado, en el que la entrada
de suministro de MEG bruto a la sección de rectificación de MEG es
una entrada de suministro de vapor.
8. El aparato de acuerdo con la reivindicación
7, en el que la sección de separación de catalizador se ubica en una
columna de purificación de MEG por debajo de una entrada para
introducir solución de catalizador homogénea en fase líquida en MEG
a la sección de separación de catalizador, y las secciones de
rectificación y pasteurización de MEG se ubican por encima de la
entrada dentro de la misma columna de purificación de MEG, y la
entrada de suministro de MEG bruto de la sección de separación a la
sección de rectificación de MEG es una entrada de suministro de
vapor interno.
9. El aparato de acuerdo con la reivindicación
8, en el que la sección de separación se proporciona como un
separador lateral con una entrada suministrada por una salida de
líquido condensado de la sección de rectificación, con una salida en
fase vapor que vuelve a la entrada de suministro de vapor de MEG
bruto interno desde la sección de separación del catalizador hacia
la sección de rectificación.
10. El aparato de acuerdo con la reivindicación
7, en el que la sección de separación del catalizador se ubica en un
recipiente separado aguas arriba de la columna de purificación de
MEG y la entrada de suministro de MEG bruto de la sección de
separación hacia la sección de rectificación de MEG es una entrada
de suministro de vapor externo.
11. El aparato de acuerdo con la reivindicación
10, en el que la sección de separación se proporciona en la columna
de purificación de MEG por debajo de la sección de
rectificación.
\newpage
12. El uso de un proceso o aparato de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en una unidad o
proceso para la conversión catalítica de EO a MEG, en el que el MEG
está presente en combinación con un catalizador homogéneo.
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