ES2572735T3 - Proceso mejorado para recuperar anhíbrido maleico con un disolvente orgánico - Google Patents

Abstract

Un proceso para recuperar el anhídrido maleico de una mezcla gaseosa de reacción, comprendiendo dicho proceso los siguientes pasos: (a) Alimentar la mezcla gaseosa de reacción (1) a una temperatura de entre 120 a 200 °C a una columna de absorción de alta eficiencia (21), en donde el absorbedor incluye una zona de alimentación (F), una sección de absorción (C1, C2, Am, Af) dispuesta encima de la zona de alimentación (F) y una sección de desorción (S) dispuesta debajo de la zona de alimentación (F); (b) Recuperación del anhídrido maleico contenido en los gases de reacción en la zona de absorción de dicha columna (21), que consiste en: (i) una primera sección de enfriamiento de los gases que comprende una sección de relleno (C1) en donde el calor sensible y el calor de absorción se eliminan mediante el enfriamiento de una corriente de disolvente de recirculación, retirado mediante un plato de chimenea situado encima de la zona de alimentación, enfriado en un intercambiador de calor externo (23) mediante agua de enfriamiento a una temperatura controlada y que se recicla de nuevo (8) por encima de la mencionada sección de relleno, con una baja caída de la presión y un tiempo de residencia del líquido bajo; (ii) Una segunda sección de enfriamiento de gas (C2) encima de la primera, para eliminar del 10 al 30% de calor total eliminado por las dos secciones de enfriamiento (C1, C2), a través de la recirculación de una corriente de disolvente rico (7) a través de un intercambiador de calor (22) usando agua de enfriamiento a una temperatura controlada; (iii) una sección de absorción principal (Am), que consiste en platos de fraccionamiento, en donde los gases de reacción a una temperatura inferior a 90°C entran en contacto con una corriente (3) de disolvente orgánico desorbido a vacío, pero que aún contiene una pequeña cantidad de anhídrido maleico, alimentado bajo condiciones controladas de caudal y temperatura, a un plato intermedio situado cerca de la parte superior de la columna de absorción, (iv) una sección de absorción final, (Af) consistente en uno o más platos adecuados, en donde los gases de reacción, que llegados a este punto contienen una cantidad muy pequeña de anhídrido maleico, se lavan adicionalmente con una pequeña corriente (2) de disolvente orgánico, típicamente de 10 al 25% de la cantidad total del disolvente, procedente de la sección de lavado de disolvente de la planta, donde se usa agua desmineralizada para eliminar las impurezas acumuladas y los alquitranes de polimerización, estando dicha corriente de disolvente totalmente desprovisto de anhídrido maleico; (c) desorber el disolvente orgánico enriquecido de la zona de alimentación (F) mediante una corriente de aire caliente (5) en la sección inferior (S), que contiene platos o relleno, de la misma columna de absorción (21).

Description

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de los gases de reacción.

La presente invención introduce diferentes innovaciones en comparación con la patente europea EP0459543 existente sobre el asunto de la eliminación de agua de un disolvente enriquecido en anhídrido maleico.

En primer lugar, la desorción de agua no se realiza en una columna al efecto, sino que se integra en las otras secciones del absorbedor; cuanto más compacta y sencilla sea la configuración, junto con tamaño mucho más pequeño de esta sección de desorción en comparación con las secciones superiores de enfriamiento y absorción, debido a una corriente de aire muy inferior en comparación con la mezcla gaseosa de reacción enviada a la zona de alimentación, más se garantiza un tiempo de residencia del líquido inferior y por lo tanto una menor conversión de ácido maleico en su isómero ácido fumárico.

En relación con la FIG. 2 anexa, la presente invención introduce otra innovación en relación con la desorción por deshidratación que consiste en la utilización de una corriente de aire reciclado 10 en lugar de aire fresco. Más específicamente, tal y como se muestra en la FIG. 2, la corriente 14 representa el disolvente pobre que procede del desorbedor de vacío, en donde se separa el anhídrido maleico del disolvente orgánico en una columna de destilación que funciona en condiciones de presión subatmosférica. Dicho disolvente aún contiene, debido a la necesidad de limitar la temperatura en el fondo de la columna de vacío por debajo de la temperatura de descomposición del disolvente, normalmente ftalato de dibutilo, y cierta cantidad limitada, del 0,2 al 1 % por peso, de anhídrido maleico.

Tal y como se conoce en la técnica, mientras que la mayoría del disolvente pobre, representado como corriente 3, tras un enfriamiento adecuado a temperatura controlada, puede reciclarse directamente en el absorbedor 21, una parte, representada por la corriente 15, puede someterse a un tratamiento de lavado con agua 26, para eliminar las impurezas y alquitranes acumulados solubles en la corriente acuosa 12 dispuesto en una unidad de tratamiento de agua residual adecuada. Desgraciadamente, en la técnica anterior este lavado con agua eliminaba del disolvente y también la pequeña cantidad anteriormente mencionada de anhídrido maleico, que se transforma en ácido maleico, lo que representa una pérdida neta de producto y una carga orgánica adicional para la planta de tratamiento de aguas residuales.

En el proceso de la presente invención, la corriente de disolvente 15, antes de proceder con el tratamiento de lavado 26, se extrae con aire en una columna sencilla y de tamaño relativamente pequeño 25 para recuperar la cantidad de anhídrido maleico, que de lo contrario se perdería durante la etapa de lavado con agua.

El aire de desorción 5 tendrá el mismo caudal que el que es necesario para deshidratar el disolvente rico situado en la parte inferior del absorbedor de anhídrido maleico 21. El vapor superior 10 del extractor, formado principalmente por aire con una pequeña cantidad de anhídrido maleico y disolvente orgánico, se envía a continuación a la parte inferior del absorbedor de anhídrido maleico, donde se recuperan ambos compuestos orgánicos en el disolvente rico. Esta innovadora solución permite utilizar la misma cantidad de aire de desorción en dos servicios en serie, el primero para recuperar anhídrido maleico del disolvente pobre, el segundo para eliminar agua del disolvente rico, reduciendo así el coste asociado con la compresión de esta corriente de aire.

Para mejorar la recuperación de anhídrido maleico, el desorbedor 25 funciona a alta temperatura, alimentando la columna con disolvente pobre directamente del desorbedor de vacío, que funciona a una temperatura de 180 a 200°C.

El aire enriquecido 10 que sale de la parte superior del desorbedor 25 está a una temperatura que se aproxima a la temperatura de entrada del disolvente pobre 15, por lo que se evita la necesidad de contar con un intercambiador de calor al efecto para aumentar la temperatura del aire usado para deshidratar el disolvente rico.

Por supuesto, también la corriente inferior 11 del desorbedor 25 se encuentra a una temperatura bastante elevada y, por lo tanto, antes de acceder a la sección de lavado con agua 26, se enfriará en un intercambiador al efecto, no mostrado en el esquema simplificado de la FIG. 2.

Finalmente, la FIG. 3 muestra una variación del proceso anteriormente descrito, en donde la totalidad del disolvente pobre 14 del desorbedor de vacío se alimenta al desorbedor de aire 25. Desde ahí la corriente inferior 16 se divide en dos partes, la corriente 3 reciclada en el absorbedor 21 y la corriente 11 se envía a la sección de lavado 26. La mejora consiste en una recuperación general del anhídrido maleico mejorada gracias a una ligera reducción de la cantidad de anhídrido maleico que se pierde en la corriente superior 4 de la columna de absorción 21.

La invención se ilustra en mayor detalle con los ejemplos descritos a continuación, que no deben interpretarse como limitación del alcance de la propia invención o de la forma en que pudiera practicarse.

EJEMPLOS

8

En una planta de fabricación de anhídrido maleico con un volumen de fabricación de 20.000 TM/A, se mezcla una corriente de n-butano vaporizado de gran pureza con una corriente de aire comprimido y se introduce en un reactor tubular con alrededor 18.000 tubos verticales incluyendo un catalizador VPO de tipo SynDane 3100 fabricado por Scientific Design Company Inc.

5

La reacción se conduce bajo condiciones de reciclaje parcial de gas de la parte superior de la columna de absorción anhídrido maleico hacia la succión del compresor de aire, con recuperación de una fracción del n-butano no convertida dentro de los tubos del reactor. El gas efluente del reactor a alrededor de 400°C, tras un adecuado enfriamiento en dos intercambiadores de calor en serie, se alimenta a la sección de recuperación de la planta bajo

10 las condiciones mostradas en la Tabla I.

TABLA I – Efluente de referencia del reactor

Caudal, Kg/h Composición, %mol nitrógenooxígenoagua monóxido de carbono dióxido de carbono n-butanoanhídrido maleico ácido acético ácido acrílico Temperatura, °C Presión, KPa g

79000

74,9 14,3 7,8 0,9 0,84 0,3 0,94 0,01 0,01 170 0,6

15 Los siguientes ejemplos son relevantes para demostrar la recuperación del anhídrido maleico con un disolvente orgánico, específicamente ftalato de dibutilo, son los resultados de simulaciones por ordenador utilizando un modelo de configuración y comprobados mediante ensayos experimentales en plantas piloto e industriales.

Ejemplos comparativos 1 a 6

20 El efluente de la reacción entra en una columna de absorción sencilla con 12 platos teóricos situados debajo del plato inferior. Se alimenta ftalato de dibutilo pobre en el plato superior del desorbedor a vacío tras un adecuado enfriamiento.

25 Al utilizar el caudal de disolvente utilizado normalmente en un proceso eficiente tal y como se describe en la presente invención, es decir, correspondiente a una concentración de anhídrido maleico en el disolvente rico entre 10 a 20 por ciento en peso, se demuestra que el absorbedor es muy ineficiente, debido a la falta de enfriamiento. Por lo tanto, se han producido otras series con mayores niveles de disolvente, aún sin enfriamiento en columna. Los resultados pertinentes se muestran en la Tabla II.

30

TABLA II – Absorbedor sin enfriamiento

Caudal de disolvente, Kg/h Perfil temp. del absorbedor, °C

- parte superior

-- parte inferior % de ANM absorbido % de agua absorbida

Ej.1 Ej.2 Ej.3 Ej.4 Ej.5 Ej.6 15000 30000 40000 50000 60000 70000

130 107 102 95 85 73

160 155 146 141 140 138

8,8 9,3 45,5 73,7 94,5 99,6

0,6 1,1 1,7 2,4 2,9 3,4

De los datos anteriores se deriva que, sin enfriamiento de la columna de absorción y utilizando una cantidad razonable de disolvente, es decir no más de 10 veces la cantidad de anhídrido maleico (ANM) presente en los gases

35 de reacción, la eficiencia del sistema es extremadamente baja. Para alcanzar una eficiencia de absorción superior al 90%, debe aumentarse sustancialmente la cantidad de disolvente, al menos más de 50 veces la cantidad de ANM alimentado al sistema. La utilización de una cantidad tan grande de circulación de disolvente posee dos desventajas evidentes:

40 - costes de energía elevados, debido a la energía de bombeo necesaria para hacer circular el disolvente y en particular debido a la energía de calentamiento necesaria para aumentar su temperatura hasta las condiciones de desorción a vacío para separar el ANM del disolvente

- la cantidad de agua absorbida por el disolvente aumenta más que proporcionalmente que el caudal de disolvente:

45 lo cual significa que también la cantidad de ANM hidratado en ácido maleico y en ácido fumárico dentro del absorbedor y los otros equipos y conductos del sistema, aumenta drásticamente, reduciéndose el rendimiento neto

9

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Claims (1)

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