Proceso para la producción de etileno, que comprende las etapas de:

(a) convertir térmicamente una carga de alimentación que contiene metano en un efluente que contiene acetileno,

(b) hidrogenar in situ el acetileno producido en la etapa (a) para dar etileno caracterizado porque la hidrogenación se lleva a cabo mediante una reacción no catalítica mezclando de manera íntima el efluente que contiene acetileno con una alimentación de etano, y

(c) recuperar el calor de los efluentes calientes obtenidos en la etapa (b) y utilizar éstos para diferentes fines, en el que se hidrogena al menos parte del etileno obtenido para dar etano que junto con el hidrógeno no convertido en exceso se introduce en la etapa (b) y se usa como alimentación de etano.

Proceso para la producción de etileno a partir de gas natural con integración de calor.

Campo de la invención La presente invención se refiere a un proceso para la producción de etileno, que comprende las etapas de:

- convertir térmicamente una carga de alimentación que contiene metano en un efluente que contiene acetileno,

- hidrogenar in situ el acetileno producido en la etapa (a) para dar etileno.

Técnica anterior

Se ha usado la pirólisis a alta temperatura para convertir metano en acetileno comercialmente. Es un proceso probado y bien desarrollado. Dependiendo del método usado para suministrar el calor de pirólisis endotérmico necesario, el proceso de pirólisis de metano y/o hidrocarburo para dar acetileno se clasifica ampliamente en procesos en una etapa y en dos etapas.

El proceso de oxidación parcial desarrollado por BASF es el proceso de producción de acetileno en una etapa más representativo, en el que gas natural que comprende sustancialmente metano sirve para la alimentación de hidrocarburo y oxígeno puro como oxidante. Las características más recientes y especificaciones relacionadas se dan a conocer en los documentos US 5.824.834 y 5.789.644. La configuración del reactor general y el diseño mecánico para este proceso parcial en una sola etapa se describen en el documento US 5.789.644. En su conjunto, el sistema de reactor de oxidación parcial incluye tres partes importantes: la superior es una zona de mezclado con un difusor especial, la segunda parte (por debajo) es un quemador con camisa de agua seguido inmediatamente por una zona de reacción, y la parte final es una zona de enfriamiento brusco que usa agua o aceite pesado como refrigerante. El elemento clave de esta patente se atribuye al uso de una placa perforada para cubrir el quemador para fines de control especial. Aparte de la descripción del esquema de proceso general, algunas de las razones de alimentación críticas, especialmente las razones de carbono con respecto a oxígeno se especifican en el documento US 5.824.834. Según esta patente, la razón de carbono con respecto a oxígeno es esencial para controlar la formación de hollín, que no puede eliminarse completa o eficazmente a partir de este proceso.

Entretanto, la razón de acetileno con respecto a gas de síntesis en la corriente del producto puede controlarse y optimizarse también mediante esta razón de alimentación particular.

También puede producirse acetileno a través de un proceso de pirólisis a alta temperatura (HTP) en dos fases desarrollado por HOECHST (documentos GB 921.305 y 958.046) . Este proceso comprende dos zonas de reacción principales seguidas por una zona de enfriamiento brusco. La primera zona de reacción sirve como una cámara de combustión estequiométrica para suministrar el calor de pirólisis de hidrocarburo endotérmico necesario que tiene lugar en la segunda zona de reacción, en la que se introduce una alimentación de hidrocarburo nueva tal como metano. En la zona de enfriamiento brusco, se usa agua o aceite pesado como refrigerante para enfriar instantáneamente el gas producto caliente procedente de la zona de pirólisis. De manera similar, se formará una determinada cantidad de carbono en este proceso de pirólisis en dos etapas. La concentración de acetileno producida en el método de pirólisis en dos etapas es aproximadamente el doble del acetileno producido en el proceso de oxidación parcial en una fase. La cantidad de acetileno producida también puede aumentarse mediante inyección de metanol en la zona de reacción durante el craqueo térmico de hidrocarburos entre 1200-1000ºC tal como se da a conocer por Mitsubishi en la patente de EE.UU. 4.725.349.

El acetileno así obtenido puede usarse para preparar una variedad de productos útiles mediante diferentes rutas de síntesis. Notablemente, el acetileno puede convertirse en etileno a través de una etapa de hidrogenación catalítica. También se conoce bien el proceso para la hidrogenación de acetileno para dar etileno en presencia de catalizador de Pd/AI2O3 (documento US 5.847.250) . Una etapa de proceso de este tipo se usa principalmente para purificar el producto de etileno procedente de un dispositivo de craqueo con vapor habitualmente contaminado con normalmente menos del 1, 5% de acetileno. Este esquema de proceso de hidrogenación tradicional no es económico para producción en masa de etileno a partir de acetileno. Otra deficiencia encontrada en el uso del esquema de hidrogenación tradicional para este fin es un alto grado de oligomerización de acetileno en hidrocarburos pesados, que son los precursores de la formación de coque y aceite verde. Debido a estas reacciones secundarias no deseadas, el catalizador de hidrogenación se desactiva rápidamente y es necesario regenerarlo de vez en cuando. Además, debido al alto calor de reacción exotérmico, la temperatura del reactor puede perderse fácilmente, conduciendo así a una disminución inaceptable de la selectividad del catalizador. En vistas de estas desventajas y deficiencias, el uso de la hidrogenación en fase de vapor para la producción en masa de etileno a partir de acetileno se considera difícil aunque no es imposible.

No obstante, la temperatura del hidrogenado puede ser controlable en un reactor de fase líquida, a través del cual se recircula de manera continua un volumen adecuado de disolvente líquido para mantener una temperatura de reacción constante y reducir de ese modo la velocidad de la desactivación del catalizador (documentos US

4.128.595 y 5.059.732 así como las solicitudes de patente de EE.UU. 2005/0048658 A1 y 2005/0049445 A1) . De esta manera, el acetileno se disuelve principalmente en el disolvente. Dependiendo del tipo de disolvente usado, el grado de hidrogenación puede variar tal como se ilustra en el documento US 4.128.595. Para un ejemplo de esta práctica, la reacción de hidrogenación se ha llevado a cabo a de 116 a 193ºC sobre catalizador de Pd/AI2O3 sumergido en un disolvente hidrocarbonado parafínico inerte. En el transcurso de este experimento, la conversión de acetileno se mantuvo de manera constante en el 99% con una selectividad del 84% durante 9 días. Sin embargo, si se usó en su lugar un disolvente de DMF, la conversión de acetileno disminuía desde el 100% hasta el 50% en aproximadamente 17 horas y la selectividad alcanzable era sólo del 75%. Los resultados de este experimento revelaron las dificultades para alcanzar el rendimiento en estado estacionario del catalizador de hidrogenación particular.

La hidrogenación en fase líquida de acetileno similar usando gasolina como medio líquido se ha descrito en el documento US 5.059.732. Aunque este método ha prolongado la vida del catalizador, sí que dio lugar a la formación de hidrocarburos pesados como resultado de la oligomerización de acetileno.

Las solicitudes de patente de EE.UU. 2005/0048658 A1 y 2005/0049445 A1 ofrecen un método para la hidrogenación de acetileno sobre un catalizador a base de Pd usando NMP como disolvente líquido. Según estas solicitudes de patente, la concentración de acetileno disuelto en el disolvente es de sólo aproximadamente el 4, 2%. Basándose en esta información particular, no es difícil pronosticar que el tamaño del reactor requerido será grande de manera poco económica para la producción en masa de etileno. Además, este método no podía eliminar eficazmente la oligomerización de acetileno. Todavía era necesaria una etapa de regeneración del catalizador para mantener la actividad del catalizador deseable aunque el catalizador podía permanecer estable durante 6 días (140 horas) . Además, se da a conocer un proceso de pirólisis para la producción de acetileno seguido por un esquema de hidrogenación en fase líquida tradicional aguas abajo. Sin embargo, el esquema que va a implementarse no sólo complica el diseño del proceso sino que también proporciona una tasa de producción específica bastante limitada debido a la baja solubilidad del acetileno en el disolvente.

El catalizador usado para la hidrogenación de acetileno para dar etileno es susceptible de incrustación como consecuencia de la inevitable formación de materiales pesados en el reactor cuando la concentración de acetileno supera un determinado límite. En la bibliografía se describe la desactivación del catalizador que contiene Pd producida por el aceite verde durante la hidrogenación de acetileno (R.K. Edvinsson, A.M. Holmgren y Said Irandoust., Ind. Eng. Chem. Res. 1995, 34, 94-100) . Los autores sugirieron que puede usarse un tipo especial de reactor monolítico para la reacción de hidrogenación de acetileno gaseoso/líquido/sólido.... [Seguir leyendo]

1. Proceso para la producción de etileno, que comprende las etapas de:

(a) convertir térmicamente una carga de alimentación que contiene metano en un efluente que contiene acetileno,

(b) hidrogenar in situ el acetileno producido en la etapa (a) para dar etileno caracterizado porque la hidrogenación se lleva a cabo mediante una reacción no catalítica mezclando de manera íntima el efluente que contiene acetileno con una alimentación de etano, y

(c) recuperar el calor de los efluentes calientes obtenidos en la etapa (b) y utilizar éstos para diferentes fines,

en el que se hidrogena al menos parte del etileno obtenido para dar etano que junto con el hidrógeno no convertido en exceso se introduce en la etapa (b) y se usa como alimentación de etano.

2. Proceso según la reivindicación 1, en el que la conversión térmica es una pirólisis o un proceso de oxidación parcial.

3. Proceso según la reivindicación 2, en el que el proceso de pirólisis es un proceso en dos fases.

4. Proceso según la reivindicación 3, en el que el proceso de pirólisis es una pirólisis a alta temperatura (HTP) , en el que se precalientan la alimentación que contiene metano y el oxígeno hasta de 550 a 650ºC y se alimentan en razón estequiométrica o con el oxígeno ligeramente por debajo de la razón estequiométrica a un reactor y se hacen reaccionar en una zona de combustión del mismo para formar gases calientes que tienen una temperatura de desde 900 hasta 2000ºC y una presión en el intervalo de desde 0, 5 hasta 5 atmósferas, en el que luego se hacen pasar los gases de combustión calientes a una zona de pirólisis en la que puede introducirse metano adicional para formar acetileno y en el que la zona de pirólisis se mantiene en una temperatura de 1200ºC a 1600ºC, en el que el tiempo de contacto es de 3 a 30 milisegundos y la presión se mantiene en desde 0, 5 hasta 5 atmósferas.

5. Proceso según la reivindicación 2, en el que el proceso de oxidación parcial está compuesto por precalentar la alimentación que contiene metano y el oxígeno desde 600ºC hasta 650ºC, en el que la razón de alimentación de oxígeno con respecto a metano está en una razón subestequiométrica de desde 0, 5 hasta 0, 9, y la zona de reacción está a una temperatura de desde 1200 hasta 1600ºC.

6. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se refrigera el acetileno, antes de la hidrogenación in situ, usando el efecto Joule-Thompson o enfriamiento brusco parcial usando un refrigerante o una combinación de ambos a una temperatura de entre 800 y 1000ºC.

7. Proceso según la reivindicación 6, en el que se logra el efecto Joule-Thompson a través de una expansión en múltiples fases.

8. Proceso según la reivindicación 6, en el que el refrigerante se selecciona del grupo que consiste en agua, hidrocarburos pesados, gas natural, metanol y mezclas de los mismos.

9. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el calor recuperado en la etapa (c) se utiliza para precalentar al menos parte de la alimentación introducida en el proceso o se transfiere a y se utiliza en una planta de craqueo con vapor de alcanos o se usa para generar vapor sobrecalentado usando un intercambiador de calor de múltiples tubos.

10. Proceso según la reivindicación 1, en el que la alimentación de etano comprende además metano, oxígeno y metanol.

11. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dióxido de carbono (CO2) obtenido en la etapa (a) se transfiere a y se reforma en un dispositivo de reformado, en el que el calor recuperado en la etapa (c) se utiliza para realizar el reformado del dióxido de carbono.

12. Proceso según la reivindicación 11, en el que aguas abajo del dispositivo de reformado de dióxido de carbono se prevé un aparato de síntesis de metanol en el que el gas de síntesis producido en el dispositivo de reformado de dióxido de carbono se convierte en metanol.

13. Proceso según la reivindicación 12, en el que se recircula al menos parte del metanol obtenido de vuelta a la etapa (a) y/o (b) .

14. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se precalienta al menos parte de la alimentación que va a introducirse en el proceso en un precalentador usando el hidrógeno y monóxido de carbono producidos por el proceso.

15. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se separa el acetileno no convertido y se recircula de vuelta a la etapa (b) .