Un método para fabricar un producto olefínico a partir de una alimentación que contiene compuestos oxigenados,

que comprende:

(a) Dirigir la alimentación a un reactor MTO a través de una boquilla de introducción de la alimentación unida al reactor MTO y que tiene una superficie interna, extendiéndose al menos una porción de la boquilla dentro del reactor MTO;

(b) Mantener la superficie interna de la boquilla a una temperatura por debajo de 350ºC; y

(c) Poner en el contacto, en el reactor, la alimentación con un catalizador para formar un efluente que comprende olefinas ligeras a una temperatura de conversión dentro del reactor de 350ºC a 600ºC

Método y aparato para reducir los subproductos de la descomposición en un sistema reactor de metanol a olefina.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un aparato y a un método para reducir subproductos de la descomposición del metanol en un sistema reactor de metanol a olefinas.

Antecedentes de la invención

Las olefinas ligeras, definidas en la presente memoria como etileno y propileno, sirven como productos de alimentación para la producción de numerosos productos químicos y polímeros importantes. Tradicionalmente, las olefinas ligeras son producidas mediante el craqueo de fuentes petrolíferas. Debido al limitado suministro y al creciente coste de los productos de alimentación derivados del petróleo, el coste de producir olefinas a partir de fuentes petrolíferas ha crecido sin parar. Los esfuerzos para desarrollar y mejorar tecnologías de producción de olefinas, particularmente tecnologías de producción de olefinas ligeras, han aumentado.

La industria petroquímica ha sabido durante algún tiempo que los compuestos oxigenados, especialmente los alcoholes, son convertibles en olefinas ligeras. Hay numerosas tecnologías disponibles para producir compuestos oxigenados que incluyen la fermentación o la reacción del gas de síntesis derivado de gas natural, compuestos líquidos derivados del petróleo, materiales carbonáceos que incluyen carbón, plásticos reciclados, residuos municipales o cualquier otro material orgánico. En general, la producción de gas de síntesis implica una reacción de combustión de gas natural, en su mayoría metano, y una fuente de oxígeno en hidrógeno, monóxido de carbono y/o dióxido de carbono. Los procedimientos de producción de gas de síntesis son bien conocidos, e incluyen el reformado convencional con vapor de agua, el reformado autotérmico, o una de sus combinaciones.

El metanol, el alcohol preferido para la producción de olefinas ligeras, se sintetiza típicamente a partir de la reacción catalítica de hidrógeno, monóxido de carbono y/o dióxido de carbono en un reactor de metanol en presencia de un catalizador heterogéneo. Por ejemplo, en un procedimiento de síntesis el metanol se produce usando un catalizador de óxido de cobre/cinc en un reactor de metanol tubular, enfriado con agua. Al procedimiento preferido de conversión de metanol se le denomina en general procedimiento metanol a olefina(s), en el que el metanol se convierte principalmente en etileno y/o propileno en presencia de un tamiz molecular.

En un sistema de reacción compuesto oxigenado a olefina (OTO), se vaporiza una alimentación que contiene un compuesto oxigenado y se introduce en un reactor. Compuestos oxigenados ejemplo incluyen alcoholes tales como metanol y etanol, dimetil éter, metil etil éter, formiato de metilo, y carbonato de dimetilo. En un sistema de reacción metanol a olefina (MTO), la alimentación que contiene el compuesto oxigenado incluye metanol. En el reactor, el metanol se pone en contacto con un catalizador en condiciones efectivas para crear olefinas ligeras deseables. Típicamente, los catalizadores tipo tamiz molecular han sido usados para convertir compuestos oxigenados en olefinas. Los catalizadores tipo tamiz molecular silicioaluminofosfato (SAPO) son particularmente deseables en tales procedimientos de conversión porque son muy selectivos en la formación de etileno y propileno.

En un sistema reactor MTO típico pueden formarse subproductos indeseables a través de reacciones secundarias. Por ejemplo, los metales de las paredes de los reactores convencionales pueden actuar como catalizadores en una o más reacciones secundarias. Si el metanol entra en contacto con la pared metálica del reactor a una temperatura y presión suficientes, el metanol puede convertirse en metano y/u otros subproductos no deseados.

La formación de subproductos en un reactor MTO no es deseable por varias razones. En primer lugar, se requiere una mayor inversión para separar y recuperar los subproductos de las olefinas ligeras deseadas. Adicionalmente, cuantos más subproductos se forman menos olefinas ligeras se sintetizan. En otras palabras, la producción de subproductos no es deseable porque la alimentación de metanol se consume para producir los subproductos. Además, aunque las concentraciones relativas de subproductos de las reacciones secundarias catalizadas por metales son en general bastante bajas, la cantidad total de subproductos producida a escala industrial puede ser enorme. Así, es deseable disminuir o eliminar la síntesis de subproductos en un sistema reactor MTO.

Los compuestos químicos que contienen azufre han demostrado ser efectivos para desactivar o pasivar la superficie metálica de un reactor reduciendo de este modo la formación de subproductos indeseables en el reactor. Por ejemplo, la solicitud de patente japonesa dejada abierta JP 01090136, de Yoshinari et al., se refiere a un método para impedir la descomposición del metanol o el dimetil éter y la formación de coque sulfurando la superficie metálica de un reactor. Más particularmente, el método incluye hacer reaccionar metanol y/o dimetil éter en presencia de un catalizador por encima de 450ºC en un reactor tubular hecho de hierro y/o níquel o acero inoxidable. La pared interna del reactor se sulfura con un compuesto tal como disulfuro de carbono, disulfuro de hidrógeno o disulfuro de dimetilo. Adicionalmente, puede añadirse a la alimentación un compuesto de azufre.

Aunque los compuestos químicos pasivantes han demostrado ser efectivos en la reducción de las reacciones secundarias catalizadas por metales, la introducción de compuestos químicos desactivantes o pasivantes aumenta los costes de producción porque estos compuestos químicos o sus productos tienen que ser separados del producto deseado. Por tanto, existe la necesidad de un método y un aparato para reducir la formación de subproductos de reacción catalizados por metales en un sistema reactor MTO a la vez que se minimiza el uso de compuestos químicos desactivantes o pasivantes.

Compendio de la invención

La presente invención incluye un método para fabricar un producto olefínico a partir de una alimentación que contiene un compuesto oxigenado según la reivindicación 1. La superficie interna de la boquilla se mantiene a una temperatura por debajo de 400ºC, preferiblemente por debajo de 350ºC, ventajosamente por debajo de 300ºC, más preferiblemente por debajo de 250ºC, incluso más preferiblemente por debajo de 200ºC o mucho más preferiblemente por debajo de 150ºC. El método también incluye poner en contacto, en el reactor, la alimentación con un catalizador en condiciones efectivas para formar un efluente que comprende olefinas ligeras. La presente invención proporciona la capacidad de producir olefinas ligeras a la vez que reduce o elimina la producción de subproductos de reacción catalizados por metales en la vaporización de la alimentación y el sistema de introducción (FVI). El sistema FVI es la región del sistema reactor que comienza en el punto en el que al menos una porción de la alimentación está en un estado vaporizado y se extiende hasta el punto en el que la alimentación sale de la boquilla de introducción de la alimentación y entra en el reactor MTO en el que la alimentación entra en contacto con el catalizador. Como la corriente de olefina ligera resultante contiene menos subproductos de reacción catalizados por metales que los producidos en sistemas reactores MTO convencionales, los costes de separación y purificación de la olefina pueden reducirse. La corriente de olefina purificada resultante es particularmente adecuada para usar como alimentación en la fabricación de poliolefinas.

Adicionalmente, el método inventivo, opcionalmente, incluye enfriar al menos una porción de la superficie interna de la boquilla con un sistema de refrigeración. La boquilla de una realización está adicionalmente o alternativamente encamisada con un material térmicamente aislante, el cual se selecciona del grupo que consiste en ladrillos refractarios, ladrillos de alúmina, ladrillos de sílice, ladrillos de magnesita, ladrillos de cromo, ladrillos de carburo de silicio, circonio, circonia, forsterita, silicato de calcio resistente a altas temperaturas, materiales cerámicos de alúmina y sílice-alúmina, sílice de tierra de diatomeas, cementos, cargas, carbonato de calcio, sulfato de calcio, hormigón, vidrio, granito, mármol, lana mineral, porcelana, cemento portland, piedra pómez, gunita, y otros materiales refractarios con propiedades aislantes. Para materiales aislantes adicionales que se incorporan en una realización de la presente invención,...

1. Un método para fabricar un producto olefínico a partir de una alimentación que contiene compuestos oxigenados, que comprende:

2. El método según la reivindicación 1, en el que la superficie interna de la boquilla se mantiene a una temperatura por debajo de 300ºC, más preferiblemente por debajo de 250ºC, incluso más preferiblemente por debajo de 200ºC y mucho más preferiblemente por debajo de 150ºC.

3. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la alimentación se mantiene a una temperatura por debajo de 350ºC en la etapa (b).

4. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la alimentación se mantiene a una temperatura por debajo de 300ºC, más preferiblemente por debajo de 250ºC, incluso más preferiblemente por debajo de 200ºC y mucho más preferiblemente por debajo de 150ºC en la etapa (b).

5. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende refrigerar al menos una porción de la superficie interna de la boquilla con un sistema de refrigeración.

6. El método según la reivindicación 5, en el que el sistema de refrigeración incluye un conducto externo colocado alrededor de la boquilla de introducción de la alimentación, estando el conducto externo adaptado para recibir un medio de refrigeración.

7. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la boquilla está al menos parcialmente encamisada con un material térmicamente aislante.

8. El método según la reivindicación 7, en el que el material térmicamente aislante se selecciona del grupo que consiste en ladrillos refractarios, ladrillos de alúmina, ladrillos de sílice, ladrillos de magnesita, ladrillos de cromo, ladrillos de carburo de silicio, circonio, circonia, forsterita, silicato de calcio resistente a altas temperaturas, materiales cerámicos de alúmina y sílice-alúmina, sílice de tierra de diatomeas, cementos, cargas, carbonato de calcio, sulfato de calcio, hormigón, vidrio, granito, mármol, lana mineral, porcelana, cemento portland, piedra pómez, y gunita.

9. El método según cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, en el que el material térmicamente aislante cubre al menos una porción interior de la boquilla que se extiende dentro del reactor MTO.

10. El método según la reivindicación 9, en el que la porción interior de la boquilla que está cubierta por el material térmicamente aislante se extiende dentro del reactor MTO.

11. El método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en el que el material térmicamente aislante cubre al menos una porción exterior de la boquilla que se extiende hacia afuera del reactor MTO.

12. El método según la reivindicación 11, en el que la porción exterior de la boquilla que está cubierta por el material térmicamente aislante se extiende fuera del reactor MTO.

13. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la boquilla está unida al reactor MTO.

14. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la alimentación se calienta en un dispositivo de calefacción antes de que la alimentación se introduzca en la boquilla.

15. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende la etapa de refrigerar la alimentación mezclando la alimentación con un medio de refrigeración.

16. El uso de un sistema reactor que tiene una boquilla para la introducción de la alimentación en un procedimiento para la fabricación de olefinas a partir de una alimentación que contiene compuestos oxigenados, la boquilla de introducción de la alimentación unida a un reactor en el sistema reactor, extendiéndose al menos una porción de la boquilla dentro del reactor, en el que la boquilla de introducción de la alimentación comprende: