Proceso para la purificación de arcanos a partir de su mezcla azeotrópica con etanol utilizando como disolvente un líquido iónico.

El objetivo de la presente invención es la obtención de un alcano de alta pureza que se encuentra en las mezclas azeotrópicas de etanol con alcanos; dichas mezclas están presentes en la industria petroquímica en grandes cantidades. En esta invención se propone a los líquidos iónicos como disolventes en un proceso de extracción líquido-líquido. El disolvente seleccionado es el líquido iónico 1,3-dimetilimidazolium metil sulfato. El proceso de purificación propuesto consta de una etapa de extracción líquido-líquido en contínuo; seguida de una etapa de recuperación del disolvente para su reutilización en la columna de extracción

Proceso para la purificación de alcanos a partir de su mezcla azeotrópica con etanol utilizando como disolvente un líquido iónico.

Sector de la técnica

El proceso que se describe en esta invención es de aplicación inmediata en la industria petroquímica para el tratamiento de mezclas azeotrópicas de etanol con alcanos generadas en los procesos de producción de los aditivos oxigenados presentes en las gasolinas (Pucci, 1989) como consecuencia de la necesidad de reducir el contenido en plomo en este combustible.

Estado de la técnica

La separación de mezclas líquidas en sus componentes es el proceso de transferencia de masa más importante de la industria química en general y, en particular, de la petroquímica. Una de las mayores necesidades industriales es la obtención de productos con purezas elevadas teniendo en cuenta que, para alcanzar este objetivo, sería deseable reducir las emisiones contaminantes o implementar nuevos procesos que disminuyan la obtención de subproductos o, en su defecto, el aprovechamiento de los mismos. Este objetivo nos obliga al desarrollo de distintas estrategias que consten de una o varias operaciones de separación.

En la industria se describen distintas técnicas que tienen esta finalidad, siendo la destilación el método de separación más usado dada su versatilidad, su sencillez y su alta capacidad en el tratamiento de corrientes, si bien presenta un alto consumo energético. La adaptación a casos de separación complejos como son las mezclas azeotrópicas o de volatilidades relativas próximas ha planteado nuevos problemas debido a que estas mezclas son imposibles de separar por destilación convencional. En las mezclas azeotrópicas tratadas en esta invención se utilizan como métodos de separación convencionales la destilación azeotrópica (Marwil, 1984; Laroche y col., 1991), la perevaporación (Okada y col., 1988) o la osmosis inversa (Laatikainen y col., 1986); técnicas todas ellas que presentan elevados consumos energéticos o grandes costes de ejecución a nivel industrial.

Como se ha descrito, la aplicación industrial de este proceso de separación conlleva gastos de electricidad asociados a la producción que se verán reducidos con la elección de la extracción líquido-líquido como método de separación de este tipo de mezclas. Esta técnica reducirá la energía consumida en el proceso ya que opera a temperatura ambiente y, por ende, el impacto ambiental. La capacidad de extracción, definitiva en la viabilidad de esta técnica como sustituta de los métodos convencionales, se encuentra íntimamente ligada a las características del disolvente (Treybal, 1963).

En la presente invención se han seleccionado los líquidos iónicos como disolventes de extracción para la separación de mezclas azeotrópicas de etanol con alcanos, atendiendo a sus excepcionales propiedades, entre las que destaca su baja presión de vapor a temperaturas y presiones moderadas, por lo que se les considera disolventes no volátiles. Esta característica es la base del gran interés que suscitan estos compuestos en la "Química Verde" para sustituir a los YOC (compuestos orgánicos volátiles) (Rogers y col., 2000) y crear una química más limpia y sostenible que no dañe el medioambiente.

A continuación se concretan los artículos mencionados:

PUCCI A. (1989) Phase equilibria of alkanol/alkane mixtures in a new oil and gas process development. Pure & Appl. Chem. 61, 1363-1372.

MARWIL S. J. (1984) Separation of hydrocarbon and alcohol azeotropic mixtures by distillation with anhydrous ammonia. Patent 4437941, U.S.

LAROCHE L., BEKIARIS N., ANDERSEN H. W., MORARI M. (1991) Homogeneous azeotropic distillation: comparing entrainers. Can. J. Chem. Eng. 69, 1302-1319.

OKADA T., MATSUURA T. (1988) A study on the pervaporation of ethyl alcohol/heptane mixtures by porous cellulose membranes. Proc. Int. Conf. Pervaporation Processes Chem. Ind. 3rd, 224-30.

LAATIKAINEN M., LINDSTROM M. (1986) Separation of methanol-ethanol and ethanol-n-heptane mixtures by reverse osmosis and pervaporation. Acta Polytech. Scandinavica, Chem. Tech. Metallurgy 175, 61-72.

TREYBAL R. E. (1963) Liquid extraction. 2^nd edition, McGraw-Hill, New York.

ROGERS R. D., SEDDON K. R., VOLKOV S. (2000) Creen industrial applications ofionic liquids. Kluwer Academic Publishers, Netherlands.

Descripción de la invención

Se propone un proceso para la purificación de alcanos a partir de su mezcla azeotrópica con etanol, consistente en una etapa de extracción líquido-líquido utilizando como disolvente el líquido iónico 1,3-dimetilimidazolium metil sulfato ([MMIM] [MeSO₄]); así como, la definición de un sistema de recuperación del disolvente para su reutilización en la columna de extracción.

La presente invención se refiere al proceso de purificación de alcanos a partir de las mezclas azeotrópicas de etanol con alcanos. Este proceso consiste en la secuencia de etapas que se detallan a continuación:

Extracción líquido-líquido

La extracción de etanol desde su mezcla azeotrópica con alcanos utilizando como disolvente [MMIM] [MeSO₄] se realiza en una columna de extracción líquido-líquido de vidrio rellena con anillos raschig a temperatura y presión atmosférica. El proceso de extracción se realiza en continuo y las corrientes de alimentación (con la mezcla azeotrópica) y de disolvente son bombeadas a la columna en contracorriente. La corriente de extracto y refinado, obtenidas en el proceso de purificación en continuo, abandonan la columna mediante bombeo y gravedad, respectivamente.

Recuperación del líquido iónico

El líquido iónico [MMIM] [MeSO₄] utilizado como disolvente de extracción líquido-líquido se recupera mediante procedimientos convencionales, como puede ser la evaporación a vacío, la evaporación rotatoria o la destilación flash. Esta etapa del proceso se ve favorecida por la inexistente presión de vapor que presentan los líquidos iónicos, propiedad por la que se les consideran disolventes no volátiles.

El líquido iónico recuperado se reutilizada como disolvente del proceso de extracción líquido-líquido, introduciéndose en la columna en las mismas condiciones que la corriente de disolvente de partida. La corriente de refinado resultante de este proceso de extracción contiene un porcentaje en peso de alcano superior al 98%.

Descripción detallada de la figura

Figura 1

Esquema del proceso de extracción de etanol desde su mezcla azeotrópica con alcanos, utilizando como disolvente el líquido iónico 1,3-dimetilimidazolium metil sulfato ([MMIM] [MeSO₄]).

Ejemplos de la realización de la invención

Los Ejemplos 1 y 2 detallan el proceso de extracción líquido-líquido para la separación de dos mezclas azeotrópicas utilizando como disolvente el líquido iónico [MMIM] [MeSO₄].

Ejemplo 1

Separación de la mezcla azeotrópica Etanol + Hexano

En este ejemplo de aplicación de esta invención se eligieron las condiciones de operación de la columna de extracción de relleno en función de un balance de costes teniendo en cuenta: la pureza de la corriente de refinado, la relación de caudales másicos entre el disolvente y la alimentación y la pureza de la corriente de disolvente. Estos cálculos se realizaron a partir de los datos experimentales del equilibrio líquido-líquido del sistema ternario hexano + etanol + [MMIM] [MeSO₄]. Una vez seleccionadas las condiciones de operación, el proceso de extracción líquido-líquido se optimizó con el software comercial HYSIS v.3.2.

La extracción líquido-líquido se realizó en una columna de relleno de vidrio con unas dimensiones de 54 mm × 1.585 mm, rellena con anillos raschig de 8 mm × 8 mm, cuya sección de relleno tiene una altura de 1.475 mm. La capacidad de esta columna de extracción de relleno es de 2.100 mi. Las bombas utilizadas en el proceso de extracción se calibraron regulando los caudales de entrada o salida optimizados previamente con el simulador... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la purificación de alcanos a partir de su mezcla azeotrópica con etanol consistente en una etapa de extracción líquido-líquido en una columna de vidrio de relleno en continuo y a contracorriente con un líquido iónico como agente separador; además de la recuperación del mismo mediante evaporación.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado por la selección del 1,3-dimetilimidazolium metil sulfato [MMIM] [MeSO₄] como disolvente debido a sus propiedades como agente separador y la elevada pureza del alcano recuperado, superior al 98% en peso.

3. Un procedimiento según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado por la recuperación del líquido iónico seleccionado mediante una etapa de evaporación a vacío que purifica nuevamente el disolvente y puede alimentarse de nuevo al proceso de extracción, obteniéndose los mismos resultados que con el disolvente puro.