MÉTODO Y APARATO PARA DESTILACIONES CATALÍTICAS.

Un procedimiento para la reacción de un primer componente solo,

o junto con un segundo componente, para producir un producto, el cual procedimiento comprende: (a) alimentación del primer material que comprende un primer componente o dicho primer componente y un segundo componente, a un reactor de columna de destilación; (b) simultáneamente: (1) puesta en contacto de dicho primer componente o dicho primer componente y dicho segundo componente con una estructura de destilación catalítica en una zona de reacción de destilación, mediante lo cual tiene lugar una reacción catalítica de por lo menos una parte de dicho primer componente consigo mismo o con dicho segundo componente para formar un producto, y (2) fraccionamiento de una primera mezcla que comprende dicho primer componente y dicho producto o dicho primer componente, dicho segundo componente y dicho producto; y (c) retirada del producto del reactor de la columna de destilación; en donde la mejora comprende simultáneamente con (a) y (b) en dicho reactor de columna de destilación: la puesta en contacto de una segunda mezcla que comprende dicho primer componente y dicho producto o dicho primer componente, dicho segundo componente y dicho producto, con una zona de destilación no catalítica en una zona de destilación paralela y separada, no reactiva, para fraccionar dicho producto y retirada de dicho producto de dicha zona de destilación no reactiva

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un aparato y al método para efectuar destilaciones catalíticas empleando una columna de pared dividida, por ejemplo, la eterificación de isoolefinas, particularmente isoolefinas de 5 átomos de carbono, con metanol para obtener. el correspondiente éter terciario, en el cual se emplea la destilación catalítica en un reactor de destilación catalítica de pared dividida para separar simultáneamente el amílo terciario metil éter (TAME) y que reaccionar substancialmente todo el metanol para evitar el empleo de un sistema de recuperación del metanol separado.

Información afin

Una columna de destilación de pared dividida o columna de pared dividida, es un recipiente para destilación que tiene una división vertical que separa un lado del otro en toda la altura del recipiente. La columna de pared dividida puede tener una sección común de rectificación, una sección común de separación, o ambas. Estas columnas de pared dividida están profusamente descritas en las patentes U.S. nos 4. 230. 533; 4. 582 569; 4. 826. 574; 5. 339. 648 y 5. 755. 933. Los métodos de diseño de ingeniería se supone que se emplean para asegurar una correcta distribución del vapor que fluye hacia arriba en los lados alternos de la columna de pared dividida. Estos métodos para controlar la división del vapor pueden ser activos o pasivos. También se supone que los métodos de diseño de ingeniería aseguran la correcta distribución del líquido en ambas caras del aparato de pared dividida. Dicha división está dispuesta a propósito para cumplir diseños específicos como se ha determinado mediante un análisis riguroso de simulación de la operación prevista.

Un empleo especializado de una columna de destilación, conocido como destilación catalítica, ha sido empleado en eterificaciones, hidrogenaciones, hidrodesulfuraciones, isomerizaciones, tioeterificaciones, oligomerizaciones y otros. El proceso de destilación catalítica emplea un sistema catalítico (ver patente U.S. nos 4. 215. 011 y 4. 302. 356) que proporciona al mismo tiempo tanto la reacción como la destilación, en el mismo reactor, por lo menos en parte, dentro del sistema catalizador. El método implicado se describe brevemente como un método en el que tienen lugar a la vez la reacción y la destilación gracias a la combinación, reactor-estructura de destilación, como se describe en diferentes patentes U.S. nos 4. 242. 530; 4. 250. 052; 4. 232. 177; 4. 302. 356; 4. 307. 254; y 4. 336. 407.

La reacción de un alcohol y una olefina y la simultánea separación de los reactantes de los productos de reacción mediante destilación fraccionada se efectúa hace ya algún tiempo. El proceso está variadamente descrito en varias de las patentes anteriormente citadas y las patentes U.S. nos 4. 504. 687; 4. 987. 807; y 5. 118. 873.

Como un ejemplo, en un sistema de eterificación de destilación catalítica, el alcohol y la isoolefina se alimentan a un reactor provisto de una columna de destilación, el cual tiene una zona de reacción y destilación que contiene el catalizador adecuado, como por ejemplo una resina ácida de intercambio catiónico, de preferencia en forma de una estructura de destilación catalítica y también, de preferencia, con una zona de destilación que contiene estructuras inertes de destilación, por ejemplo bandejas, sillas de montar, y similares. Como comprendidos en la eterificación de iC4= y/o iC5=, la olefina y un exceso de metanol pueden alimentarse en primer lugar a un reactor de paso recto en donde la mayor parte de las olefinas se hacen reaccionar para formar el correspondiente éter, el éter metilo butilo terciario (MTBE) ó el éter metilo amilo terciario (TAME). Las substancias alimentadas pueden contener tanto olefinas normales como isoolefinas. La reacción es altamente selectiva hacia las isoolefinas. El reactor de paso directo trabaja de preferencia a una presión suficiente para que la mezcla de reacción se encuentre en el punto de ebullición, con lo cual queda limitado que la temperatura aumente en el reactor, permitiendo con ello que el calor exotérmico de la reacción evapore parcialmente la mezcla. Un reactor de paso directo y el proceso están descritos más completamente en la patente U.S. nº 4.950.803, la cual se incorpora a la presente como referencia.

El efluente del primer reactor se alimenta a continuación a un reactor de columna de destilación en donde las isoolefinas que no han reaccionado se convierten en éter, el exceso de metanol y los hidrocarburos que no han reaccionado se retiran como un producto de las "cabezas", mientras que el éter se retira en la corriente del producto del fondo.

Como se ha destacado más arriba, en la eterificación de las olefinas con un alcohol, se trabaja de preferencia, con un exceso de alcohol disponible. Este alcohol en exceso se recupera típicamente de la corriente de las "cabezas" en las unidades de la corriente más abajo.

En el caso de los sistemas de 5 átomos de carbono, el producto de las "cabezas" contendrá el nivel azeotrópico del MeOH, el cual es aproximadamente del 12% en peso. Si el flujo neto de metanol en la columna (permitiendo que éste reaccione en la columna) es menor que la concentración azeotrópica en el destilado, la concentración de metanol en la zona de destilación de la reacción será relativamente muy baja, aproximadamente el 1%. Si el flujo de metanol neto dentro de la columna es mayor que el azeótropo, la concentración de metanol aumentará (se ha llegado a medir el 60%), hasta que el metanol se va con el producto del fondo TAME. Ninguno de los casos es deseable debido a que a baja concentración la conversión del isoamileno a TAME es baja mientras que a altas concentraciones, la pureza de TAME se ve afectada por la presencia del exceso de metanol.

La alimentación del metanol se controla mejor de esta manera para producir la más alta concentración del metanol dentro del lecho del catalizador, mientras que se evita que el metanol se marche con el producto de fondo. Esto da como resultado una concentración cercana a la concentración del azeotrópico en el producto destilado y en la zona de destilación de la reacción. El metanol debe separarse de los hidrocarburos de manera que los hidrocarburos puedan emplearse para mezclar con gasolina y conservar el metanol. La separación se logra habitualmente lavando la mezcla de hidrocarburos/metanol con agua. El metanol es absorbido selectivamente por la fase agua, la cual es subsiguientemente fraccionada para separar el metanol.

La recuperación del metanol requiere considerables cantidades de agua, energía y un número importante de teóricas etapas que prolongan substancialmente la operación y aumentan el coste del capital del procedimiento. Una ventaja de la presente invención en una versión de la eterificación en donde se forma un alcohol azeótropo, es que no es necesaria una sección de recuperación del alcohol. Otra ventaja de la presente invención es que el azeótropo de alcohol/hidrocarburo se mantiene a través esencialmente de toda la zona de destilación de la reacción, maximizando la conversión de las olefinas reactivas.

RESUMEN DE LA INVENCION

En breves palabras, la presente invención es una columna de destilación que tiene por lo menos dos secciones verticales de destilación, en donde por lo menos una de dichas secciones contiene el catalizador, de preferencia en unas formas que sirven como estructura de la destilación y por lo menos una de dichas secciones está libre de catalizador, y el proceso de efectuar al mismo tiempo las reacciones de un material consigo mismo o con otros materiales, para producir productos de los mismos y separación fraccionada del producto y los materiales de partida en el mismo. Las secciones se separan por una pared que se extiende a lo largo de la parte vertical de la columna de destilación. La parte vertical de la pared de separación comprende menos de la altura total de la columna. La pared vertical se extiende de preferencia a lo largo de la dimensión lateral de la columna y puede extenderse verticalmente o bien hasta la parte superior o bien hasta el fondo de la columna, o no. Las secciones están en fluida comunicación alrededor de un terminal vertical o bien al extremo más alto o bien al extremo del fondo de la pared vertical o a ambos. Así, el presente aparato proporciona una destilación completa y un sistema de destilación catalítica.

El aparato de la presente invención puede caracterizarse... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la reacción de un primer componente solo, o junto con un segundo componente, para producir un producto, el cual procedimiento comprende:

(a) alimentación del primer material que comprende un primer componente o dicho primer componente y un segundo componente, a un reactor de columna de destilación;

(b) simultáneamente:

(1) puesta en contacto de dicho primer componente o dicho primer componente y dicho segundo componente con una estructura de destilación catalítica en una zona de reacción de destilación, mediante lo cual tiene lugar una reacción catalítica de por lo menos una parte de dicho primer componente consigo mismo o con dicho segundo componente para formar un producto, y

(2) fraccionamiento de una primera mezcla que comprende dicho primer componente y dicho producto o dicho primer componente, dicho segundo componente y dicho producto; y

(c) retirada del producto del reactor de la columna de destilación;

en donde la mejora comprende simultáneamente con (a) y (b) en dicho reactor de columna de destilación:

la puesta en contacto de una segunda mezcla que comprende dicho primer componente y dicho producto o dicho primer componente, dicho segundo componente y dicho producto, con una zona de destilación no catalítica en una zona de destilación paralela y separada, no reactiva, para fraccionar dicho producto y retirada de dicho producto de dicha zona de destilación no reactiva.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, el cual comprende la oligomerización de las olefinas.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, el cual comprende la eterificación de las olefinas con alcoholes.

4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, el cual comprende la tioeterificación de dienos con mercaptanos.

5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, el cual comprende la isomerización estructural de las olefinas.

6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, el cual comprende la isomerización posicional de las olefinas.

7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, el cual comprende la reacción de mercaptanos, tiofenos

o mezclas de los mismos, con hidrógeno.

8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, el cual comprende la reacción de dienos, olefinas o mezclas de los mismos, con hidrógeno.

9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, el cual comprende la reacción de las olefinas cíclicas con hidrógeno.

10. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, el cual comprende la reacción de compuestos aromáticos con hidrógeno.

11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, el cual comprende la reacción de nitrilos con un compuesto de hidratación.

12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, cual comprende la reacción de compuestos aromáticos con el amoníaco.

13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, el cual comprende la reacción de compuestos aromáticos con olefinas.

14. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la estructura de destilación catalítica es un pack de resina intercambiadora catiónica de lecho fijo ácido.

15. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, en donde

(a) el primer material comprende una olefina de 4 a 7 átomos de carbono o mezclas de la los mismos, y un alcohol de 1 a 6 átomos de carbono, o mezclas de los mismos;

(b) el producto es un producto éter,

(c) el segundo material comprende una olefinas de 4 a 7 átomos de carbono o mezclas de las mismas y

un alcohol de 1 a 6 átomos de carbono o mezclas de los mismos y un producto éter.

16. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en donde dicha segunda mezcla comprende una olefina y un alcohol que corresponden a (a) y un producto éter que corresponde a (b).

17. El procedimiento de acuerdo con lo reivindicación 16, en donde dicha segunda mezcla es alimentada a dicho reactor de columna de destilación, y una parte de dicho primer material es derivado de dicho segundo material.

18. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicho primer material es alimentado al reactor de la columna de destilación y la segunda mezcla es derivada de la reacción de dicho primer material.

19. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 17, en donde se añade alcohol a dicha zona de reacción de destilación.

20. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en donde un producto éter es retirado por separado de dicha zona de reacción de destilación y de dicha zona de destilación no reactiva.

21. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en donde los materiales que no han reaccionado se retiran juntamente de dicha zona de reacción de destilación y dicha zona de destilación no reactiva, en un punto por encima de dicha alimentación.

22. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en donde dichas olefinas comprenden olefinas de 5 átomos de carbono y dicha corriente contiene un diluyente de hidrocarburo inerte, el cual tiene un punto de ebullición inferior al del producto éter.

23. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 22, en donde dichas olefinas comprenden isobuteno.

24. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 22, en donde dichas olefinas comprenden una mezcla de isobuteno y n-buteno.

25. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 22, en donde dicho diluyente comprende un alcano de 4 átomos de carbono.

26. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en donde dichas olefinas comprenden olefinas de 5 átomos de carbono y dicha corriente contiene un diluyente de hidrocarburo inerte que tiene un punto de ebullición por debajo del producto éter.

27. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 26, en donde dichas olefinas comprenden el isoamileno.

28. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 26, en donde dichas olefinas comprenden una mezcla de isoamileno y n-amilenos.

29. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en donde dicho alcohol tiene un grupo hidroxilo.

30. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 29, en donde dicho alcohol es el metanol, el etanol, el propanol o mezclas de los mismos.

31. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 29, en donde dicho alcohol comprende el etanol.

32. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 29, en donde dicho alcohol comprende el propanol.

33. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 29, en donde dicho alcohol comprende una mezcla de etanol y metanol.

34. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 24, en donde dichos contacto y reacción de las olefinas y el alcohol se efectúan para reaccionar substancialmente solamente el isobuteno con dicho alcohol .

35. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en donde dicho alcohol forma un azeótropo con un componente de olefina en dicho procedimiento.

36. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en donde un componente inerte que tiene un punto de ebullición más bajo que el componente de olefina de punto de ebullición más bajo en dicho proceso, está presente en dicho proceso directo para proporcionar un componente de las "cabezas" y del reflujo mediante lo cual se excluyen la olefina y el alcohol de dichas "cabezas".

37. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 28, en donde dicho contacto y reacción de las olefinas y un alcohol se efectúan para reaccionar substancialmente solamente el isoamileno con dicho alcohol.

38. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en donde dichas olefinas son las isoolefinas.

39. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 38, en donde dichos alcoholes son alcoholes primarios.

40. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho primer componente comprende isoolefinas de 4 a 7 átomos de carbono o una mezcla de las mismas, teniendo el alcohol primario de uno a seis átomos de carbono o mezclas de los mismos y los éteres correspondientes de los mismos; y dicho segundo componente comprende un alcohol primario que tiene de uno a seis átomos de carbono, y dicha reacción catalítica comprende la reacción de por lo menos una parte de dichas olefinas y dicho alcohol primario para formar dicho producto, en donde dicho producto es un producto éter, y dicho fraccionamiento comprende el fraccionamiento por lo menos de una parte de dicho producto éter de por lo menos una parte de alcohol primario sin reaccionar; y en donde dicha retirada comprende la retirada del éter de dicha destilación integrada y del sistema de destilación catalítico en un punto por debajo de dicha alimentación, y retirada de una parte de los materiales sin reaccionar de dicha destilación integrada, y del sistema de destilación catalítico en un punto por encima de dicha alimentación.

41. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 40, en donde dichos hidrocarburos sin reaccionar y el éter son retirados juntamente de dicha destilación integrada y del sistema de destilación catalítico.

42. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 40, en donde dichas olefinas comprenden olefinas de 5 átomos de carbono y dicha corriente contiene un diluyente de hidrocarburo inerte que tiene un punto de ebullición por debajo del producto éter.

43. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 40, en donde dichas olefinas comprenden el isobuteno.

44. Una columna de destilación que tiene por lo menos dos secciones de destilación vertical, por lo menos una de dichas secciones contiene catalizador y por lo menos una de dichas secciones está libre de catalizador, estando dichas secciones separadas por una pared que se extiende a lo largo de una parte vertical de dicha columna de destilación, comprendiendo dicha parte vertical menos de la altura total de la columna, y estando dichas secciones en comunicación fluida alrededor de un terminal vertical de dicha pared.

45. La columna de destilación de acuerdo con la reivindicación 44, la cual comprende una sección de rectificación común encima de dichas secciones verticales.

46. La columna de destilación de acuerdo con la reivindicación 44, la cual comprende una sección de separación común por debajo del dichas secciones verticales.

47. La columna de destilación de acuerdo con la reivindicación 44, la cual comprende una sección de rectificación común encima de dichas secciones verticales y una sección de separación común debajo de dichas secciones verticales.

48. La columna de destilación de acuerdo con la reivindicación 44, la cual comprende un arrastre lateral debajo de dicha sección que contiene dicho catalizador.

49. La columna de destilación de acuerdo con la reivindicación 45, la cual dispone de medios para dividir un líquido, que deja la sección de rectificación común, en secciones de destilación vertical alternativas, con un ratio predeterminado.

50. La columna de destilación de acuerdo con la reivindicación 46, la cual dispone de medios para dividir el vapor que deja la sección de separación común en secciones de destilación vertical alternativas, con un ratio predeterminado.

51. La columna de destilación de acuerdo con la reivindicación 45, la cual dispone de medios para añadir un disolvente de extracción a por lo menos una de dichas secciones, debajo del dicho terminal superior.

52. La columna de destilación de acuerdo con la reivindicación 49, en donde dichos medios para añadir un disolvente de extracción están encima de una alimentación.

53. La columna de destilación de acuerdo con la reivindicación 49, en donde dichos medios para la adición de un disolvente de extracción están dentro de dicho catalizador.

54. La columna de destilación de acuerdo con la reivindicación 49, en donde dichos medios para la adición de un disolvente de extracción, están encima de dicho catalizador.