Procedimiento para la producción de etileno.

Procedimiento para la producción de etileno a partir de un material de alimentación de etanol A,

caracterizado por las siguientes etapas:

1. el material de alimentación de etanol A se hace reaccionar en un reactor en fase vapor en donde el etanol se convierte a una temperatura comprendida entre 160 y 270º C y a una presión por encima de 0, 1 MPa pero por debajo de 4, 5 MPa, a una corriente de producto B que comprende etileno, dietiléteres, agua y etanol sin convertir. 2. se enfría dicha corriente de producto B,

3. se desune dicha corriente de producto enfriada B en una unidad de separación para proporcionar una primera corriente C que comprende etileno y dietiléteres y una segunda corriente de producto D que comprende agua, dietiléteres y etanol sin convertir,

4. se alimenta dicha corriente de producto D a una unidad de deshidratación en donde la corriente de agua F se separa de la corriente de dietiléteres y etanol sin convertir E,

5. se recicla dicha corriente E al reactor de deshidratación de la etapa 1,

6. se enfría dicha corriente de producto C, y

7. se alimenta dicha corriente de producto enfriada C a una unidad de purificación en donde la corriente de dietiléteres G se separa de la corriente de etileno H.

Procedimiento para la producción de etileno La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de etileno a partir de un material de alimentación que comprende etanol.

Tradicionalmente se han producido una o más olefinas mediante cracking con vapor de agua o catalítico de hidrocarburos. Sin embargo, a medida que descienden los recursos de petróleo el precio de este último aumenta de manera inevitable, lo cual hace que la producción de olefinas ligeras sea un procedimiento costoso. De este modo, existe una necesidad cada vez mayor de utilizar vías no basadas en petróleo para producir olefina (s) C2+, esencialmente etileno y propileno. Dicha (s) olefina (s) son útiles como materiales de partida para numerosos productos químicos, incluyendo productos poliméricos tales como polietileno y polipropileno.

En los últimos años, la investigación para encontrar materiales alternativos para la producción de olefinas C2+ ha conducido al uso de alcoholes tales como metanol, etanol y alcoholes superiores. Dichos alcoholes se pueden producir por fermentación, por ejemplo, de azúcares y/o materiales celulósicos.

Alternativamente, los alcoholes se pueden producir a partir de gas de síntesis (también conocido como "singas") . El gas de síntesis se refiere a una combinación de hidrógeno y óxidos de carbono producida en una planta de gas de síntesis a partir de una fuente de carbono tal como gas natural, líquidos de petróleo, biomasa y materiales carbonados incluyendo carbón, materiales plásticos reciclados, residuos urbanos o cualquier otro material orgánico. De este modo, los alcoholes y sus derivados pueden proporcionar vías no basadas en petróleo para la producción de olefinas y otros hidrocarburos relacionados.

En general, la producción de oxigenatos, principalmente metanol, tiene lugar por vía de tres etapas de procedimiento. Las tres etapas del procedimiento son: preparación de gas de síntesis, síntesis de metanol y purificación de metanol. En la etapa de preparación de gas de síntesis, se puede emplear una etapa adicional en la cual se trata el material de alimentación, por ejemplo, el material de alimentación se purifica para separar azufre y otros venenos potenciales de los catalizadores antes de convertirse en gas de síntesis. Esta etapa adicional puede ser efectuada también después de la preparación del gas de síntesis; por ejemplo, cuando se utiliza carbón o biomasa.

Son bien conocidos los procedimientos para producir mezclas de óxido u óxidos de carbono e hidrógeno (gas de síntesis) . Cada uno de ellos presenta sus ventajas e inconvenientes y la elección del uso de un procedimiento de reformado en particular viene gobernada por consideraciones económicas y de disponibilidad de corrientes de alimentación, así como por la relación molar deseada de H2:CO en el material de alimentación que resulta de la reacción de reformado. El gas de síntesis se puede preparar empleando cualquiera de los procedimientos conocidos en la técnica, incluyendo la oxidación parcial de hidrocarburos, el reformado con vapor de agua, el reformado calentado con gases, el reformado en microcanales (como se describe, por ejemplo, en US 6.284.217) , reformado con plasma, reformado autotérmico y cualquier combinación de los anteriores. Una exposición de estas tecnologías de producción de gas de síntesis se ofrece en "Hydrocarbon Processing" V78, N.4, 87-90, 92-93 (Abril 1999) y "Petrole et Techniques", N.415, 86-93 (Julio-Agosto 1998) . También es conocido que el gas de síntesis se puede obtener mediante oxidación catalítica parcial de hidrocarburos en un reactor microestructurado como se ejemplifica en "IMRET 3: Proceedings of the Third International Conference on Microreaction Technology", Editor W. Ehrfeld, Spreinger Verlag, 1999, páginas 187-196. Alternativamente, el gas de síntesis se puede obtener mediante oxidación catalítica parcial, con un corto tiempo de contacto, de materiales de alimentación hidrocarbonados como se describe en EP 0303438. Habitualmente, el gas de síntesis se obtiene mediante un procedimiento en "Reformador Compacto" como se describe en "Hydrocarbon Engineering", 2000, 6, (5) , 67-69; "Hydrocarbon Processing", 79/9, 34 (Septiembre 2000) ; "Today's Refiner y ", 15/8, 9 (Agosto 2000) ; WO 99/02254; y WO 200023689.

Habitualmente, para la producción comercial de gas de síntesis, la presión a la cual se obtiene el gas de síntesis oscila aproximadamente entre 2, 0 y 7, 5 MPa (20 a 75 bares) y la temperatura a la cual sale el gas de síntesis del reformador oscila aproximadamente entre 700 y 1.100º C. El gas de síntesis contiene una relación molar de hidrógeno a óxido de carbono - la cual depende del material de alimentación de gas de síntesis - que oscila entre 0, 8 y3.

La síntesis de alcohol a partir del singas requiere una relación molar H2:CO que habitualmente está comprendida entre 1:1 y 2:1.

La entidad solicitante cree que la reacción de producción de alcohol, tal como etanol, a partir de gas de síntesis se puede escribir de manera que: 2CO + 4H2 - EtOH + H2O estequiometria de reaccion 2:1. Sin embargo, ademas de esta reacción, puede ocurrir también fácilmente la reacción de desplazamiento agua gas y, de este modo, el equilibrio bajo las condiciones habituales de la síntesis de alcohol favorece fuertemente la producción de dióxido de carbono e hidrógeno:

CO + H2O - CO2 + H2

De este modo, la síntesis global del alcohol se puede escribir de manera que:

3CO + 3H2 - EtOH + CO2 estequiometría de reacción 1:1.

Además de esto, la reacción de desplazamiento agua gas permite la sustitución de CO2 y H2 por CO. De esta manera, la relación molar de singas requerida para la síntesis de alcohol se puede escribir en términos de (H2-CO2) (CO+CO2) y, en este caso, la relación requerida es de 2.

Sin embargo, la relación molar H2:CO usada en la práctica es habitualmente mayor debido a la formación de subproductos, tales como alcanos. La preparación de gas de síntesis, conocida también, además de lo indicado anteriormente, como reformado, puede tener lugar en una sola etapa, en donde se llevan a cabo todas las reacciones de reformado consumidoras y generadoras de energía. Por ejemplo, en un solo reformador con vapor de agua, tubular, la reacción es en general endotérmica, mientras que en el reformado autotérmico, se emplea la combustión de parte de la alimentación y producto para compensar el rendimiento autotérmico. El reformador con vapor de agua en una sola etapa da lugar normalmente a la producción de un exceso de hidrógeno. En una alternativa preferida, la preparación del gas de síntesis puede tener lugar en un procedimiento de reformado en dos etapas en donde el reformado primario en un reformador tubular con vapor de agua se combina con una etapa de reformado secundario activado con oxígeno y que, si se emplea por si sola, produce un gas de síntesis con una deficiencia en hidrógeno. Con esta combinación es posible ajustar la composición del gas de síntesis para obtener la composición más adecuada para la síntesis de metanol. Como alternativa, el reformado autotérmico se traduce en un esquema de procedimiento simplificado con un coste de capital más bajo. El reformado autotérmico es cuando un único reformador activado por oxígeno produce en primer lugar un gas de síntesis deficiente en hidrógeno y luego separa al menos una parte del dióxido de carbono presente, con el fin de obtener la relación molar deseada de hidrógeno a óxidos de carbono.

La reacción a partir de gas de síntesis a oxigenatos, tal como metanol, es una reacción exotérmica limitad en cuanto al equilibrio. La conversión por paso a metanol es favorecida por bajas temperaturas pero, por consideraciones económicas, ha de mantenerse un equilibrio entre la velocidad y la conversión. También requiere altas presiones sobre un catalizador heterogéneo dado que las reacciones que producen metanol exhiben un descenso de volumen. Como se describe en la Patente US No. 3.326.956, la síntesis de metanol a baja presión está basada en un catalizador de óxido de cobre-óxido de zinc-alúmina que habitualmente opera a una presión nominal de 5-10 MPa y a temperaturas que oscilan aproximadamente entre 150 y 450º C sobre una variedad de catalizadores, incluyendo CuO/ZnO/Al2O3, CuO/ZnO/Cr2O3, ZnO/Cr2O3, Fe, Co, Ni, Ru, Os, Pt y Pd. Se prefieren los catalizadores a base de ZnO para la producción de metanol y dimetiléter. El catalizador a base de cobre para la síntesis de metanol a baja presión es suministrado comercialmente por proveedores... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de etileno a partir de un material de alimentación de etanol A, caracterizado por las siguientes etapas:

1. el material de alimentación de etanol A se hace reaccionar en un reactor en fase vapor en donde el etanol se convierte a una temperatura comprendida entre 160 y 270º C y a una presión por encima de 0, 1 MPa pero por debajo de 4, 5 MPa, a una corriente de producto B que comprende etileno, dietiléteres, agua y etanol sin convertir,

2. se enfría dicha corriente de producto B,

3. se desune dicha corriente de producto enfriada B en una unidad de separación para proporcionar una primera corriente C que comprende etileno y dietiléteres y una segunda corriente de producto D que comprende agua, dietiléteres y etanol sin convertir,

4. se alimenta dicha corriente de producto D a una unidad de deshidratación en donde la corriente de agua F se separa de la corriente de dietiléteres y etanol sin convertir E,

5. se recicla dicha corriente E al reactor de deshidratación de la etapa 1,

6. se enfría dicha corriente de producto C, y

7. se alimenta dicha corriente de producto enfriada C a una unidad de purificación en donde la corriente de dietiléteres G se separa de la corriente de etileno H.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde la corriente de etiléteres G se recicla bien a la unidad de deshidratación de la etapa 4 o bien directamente al reactor de deshidratación de la etapa 1 de la reivindicación 1.

3. Procedimiento para la conversión de hidrocarburos a etileno, que comprende las etapas de:

a. convertir los hidrocarburos, en un reactor de singas, a una mezcla de óxido u óxidos de carbono e hidrógeno,

b. convertir dicha mezcla de óxido u óxidos de carbono e hidrógeno de la etapa (a) , en presencia de un catalizador en partículas en un reactor a una temperatura comprendida entre 200 y 400º C y una presión de 5 a 20 MPa, a un material de alimentación de oxigenatos que comprende etanol, y

c. utilizar al menos parte de dicho material de alimentación que comprende etanol como la alimentación de etanol A y proceder de acuerdo con las etapas de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para producir dicho etileno.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material de alimentación de oxigenatos y/o el material de alimentación A tienen un contenido en iso-propanol menor de 5% en peso, preferentemente menor de 1% en peso, con suma preferencia menor de 0, 1% en peso e idealmente no contienen iso-propanol.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material de alimentación de oxigenatos y/o el material de alimentación A tienen un contenido en alcoholes C3+ menor de 5% en peso, preferentemente menor de 1% en peso, con suma preferencia menor de 0, 1% en peso e idealmente no contienen alcoholes C3+.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material de alimentación de oxigenatos y/o el material de alimentación A tienen un contenido en metanol menor de 5% en peso, preferentemente menor de 2% en peso, con suma preferencia menor de 0, 5% en peso e idealmente no contienen metanol.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el etanol, el dietiléter y el agua representan al menos 90% en peso, preferentemente al menos 99% en peso de la alimentación de etanol A introducida en el reactor de deshidratación en fase vapor.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la alimentación de etanol A comprende al menos 10% en peso, preferentemente al menos 15% en peso, preferentemente al menos 30% en peso y con suma preferencia al menos 50% en peso de éteres, pero menos de o igual a 85% en peso de éteres; consistiendo dichos éteres en dietiléter y opcionalmente di-n-propiléter y/o n-propilisopropiléter y/o di-isopropiléter.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la alimentación de etanol A comprende menos de 5% en peso, preferentemente menos de 1% en peso, con suma preferencia menos de 0, 1% en peso de éteres C1 y/o éteres derivados de C3+ e idealmente no están presentes éteres derivados de C1 y/o C3+.