Procedimiento que utiliza membranas selectivamente permeables en múltiples grupos para la recuperaciónsimultánea de un producto filtrado y un producto no filtrado deseado a partir de una mezcla fluida de compuestos,

cuyo procedimiento comprende:

(a) proporcionar una corriente de alimentación que comprende una mezcla de un compuesto alcano quetiene de 2 a 4 átomos de carbono y un compuesto alqueno que tiene el mismo número de átomos de carbonocomo componente predominante de la corriente de alimentación,

(b) proporcionar un equipo que comprende una pluralidad de módulos de membrana incluyendo cada unouna primera y una segunda zona separadas por una membrana sólida de permeabilidad selectiva que bajo undiferencial determinado de fuerza motriz, que es predominantemente una diferencia de presión parcial entre lasdos caras de la membrana, muestra una permeabilidad de por lo menos 0,1 Barrer para uno de dichoscompuestos alcano y alqueno de la materia prima, teniendo cada primera zona por lo menos una entrada y unasalida para el flujo del fluido en contacto con la membrana y, contiguo con el lado opuesto de la misma, unasegunda zona que tiene por lo menos una salida para el flujo del filtrado y los módulos de membrana del equipoestán dispuestos en un primer grupo de productos, un segundo grupo de productos y por lo menos un grupointermedio, cuyo grupo intermedio tiene membranas con una selectividad superior para dichos compuestosalcano y alqueno de la materia prima que la de las membranas en por lo menos uno de los otros grupos,

(c) introducir la corriente de alimentación en la primera zona de uno o más de los módulos intermedios bajocondiciones adecuadas para la filtración y así obtener efluentes filtrados y corrientes no filtradas de los módulosintermedios,

(d) distribuir las corrientes no filtradas de los módulos intermedios en la primera zona de uno o más de losmódulos del segundo producto bajo condiciones adecuadas para la filtración,

(e) recoger los efluentes filtrados de las segundas zonas del grupo intermedio de los módulos y distribuir losfiltrados en las primeras zonas de los módulos del primer grupo de producto bajo condiciones adecuadas para lafiltración, de manera que se obtienen corrientes de no filtrado y corrientes de producto filtrado final de losmódulos del primer producto, y

(f) distribuir las corrientes de no filtrado de los módulos del primer producto a la primera zona de uno o másde los módulos intermedios bajo condiciones adecuadas para la filtración, y

(g) recoger los efluentes filtrados de las segundas zonas de los módulos del segundo producto y distribuir elfiltrado en las primeras zonas de los módulos del primer grupo de producto.

Procedimientos que utilizan membranas de permeabilidad selectiva de sólidos en múltiples grupos para la recuperación simultánea de productos específicos a partir de una mezcla de fluidos.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a nuevos procesos para la separación de mezclas de fluidos. En términos generales, los procesos integrados de la invención comprenden una pluralidad de separaciones que utilizan membranas de permeabilidad selectiva de sólidos. Más particularmente, la invención se refiere a la recuperación de los productos especificados utilizando una pluralidad de módulos de membranas dispuestos en un primer grupo de producto, un segundo grupo de un producto, y uno o más grupos intermedios. Los procesos de la invención con los módulos de membrana en varios grupos son beneficiosamente útiles para la recuperación simultánea de un producto muy puro filtrado y un producto no filtrado deseado a partir de una mezcla que contiene compuestos orgánicos.

La presente invención también se refiere a equipos nuevos para la separación de mezclas de fluidos. En términos generales, el equipo de la invención comprende módulos que utilizan membranas de permeabilidad selectiva de sólidos. Más particularmente, la invención se refiere a una pluralidad de módulos de membrana dispuestos en un primer grupo de producto, un segundo grupo de producto y uno o más grupos intermedios. El equipo de la invención con los módulos de membrana en múltiples grupos es beneficioso para utilizar en la recuperación simultánea de un producto filtrado muy puro y un producto no filtrado deseado a partir de una mezcla que contiene compuestos orgánicos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los hidrocarburos ligeros sirven de unidades estructurales para la fabricación de numerosos compuestos químicos. El etileno, una olefina ligera compuesta de dos átomos de carbono unidos por un doble enlace, se utiliza en la fabricación de diversos productos químicos incluyendo polietileno, óxido de etileno, dicloruro de etileno y etilbenceno. El propileno, una olefina ligera compuesta por tres átomos de carbono donde dos de los átomos de carbono están unidos por un doble enlace, se utiliza en la elaboración de polipropileno, acrilonitrilo, alcoholes oxo, cumeno y óxido de propileno. Los hidrocarburos ligeros compuestos de cuatro átomos de carbono se utilizan, por ejemplo, para la fabricación de cauchos sintéticos y elastómeros, alcoholes sec-butilo, anhídrido maléico, polibutenos y carburantes limpios (por ejemplo, alquilato) .

Tradicionalmente, estos hidrocarburos ligeros se han obtenido por vapor o craqueo catalítico. La conversión oxigenada (por ejemplo, metanol a olefinas) , deshidrogenación y vías de isomerización también han crecido en los últimos años como vías de producción importantes. Los costes de separación son una fracción significativa de los costes totales de fabricación de estos productos petroquímicos. Cuando se obtienen los hidrocarburos ligeros valiosos, a menudo va acompañado de la obtención de otros compuestos que deben eliminarse. Por ejemplo, cuando se obtiene propileno en presencia de hidrógeno, a menudo se obtiene junto con propano. Generalmente, se requiere eliminar el propano antes de que pueda utilizarse el propileno para obtener más productos valiosos. Sin embargo, la mayoría de los hidrocarburos ligeros deseables se producen con compuestos que tienen puntos de ebullición que son muy similares a los de los hidrocarburos ligeros deseables. Entonces, estas separaciones son muy caras y de gran consumo energético. Por ejemplo, una sección de separación de etileno típica de una planta de etileno requiere condiciones criogénicas para conseguir la pureza deseada del etileno. Un separador de propano / propileno requiere muchas etapas de separación que generalmente se llevan a cabo en dos largas torres conteniendo cada una más de 100 platos.

Se han estado buscando durante muchos años procedimientos que permitan la concentración y recuperación de estos hidrocarburos ligeros deseados sin etapas de destilación caras.

En las patentes americanas números U.S. 3.758.603 y U.S. 3.864.418 de R. Hughes y E. Steigelmann describen el uso de membranas en combinación con técnicas de formación de complejos metálicos para facilitar la separación de etileno a partir de etano y metano. Se han descrito procedimientos híbridos de membrana y complejos de metales similares por R. Yahnke en la patente americana U.S. 4.060.566, por M. Kraus en la patente americana U.S. 4.614.524 y por R. Valus en la patente americana U.S. 5.057.641. Estos procedimientos utilizan una unidad de separación que contiene una membrana que tiene una alimentación lateral y un filtrado lateral con un líquido entre estas que contiene un agente formador de complejos iónicos conteniendo metales.

El transporte del componente deseado sucede mediante a) disolución del componente en el líquido mediador en la alimentación lateral de la membrana; b) formación de un complejo portador del componente; c) difusión del complejo al filtrado lateral de la membrana; y d) liberación del componente del portador. La selectividad de la membrana se maximiza escogiendo un agente formador de complejos con elevada afinidad por el componente deseado. El agente favorece el transporte del componente deseado de la corriente de alimentación al filtrado.

J. Davis y otros describen en un artículo titulado "Facilitated Transport Membrane Hybrid Systems for Olefin Purification" publicado en Sep. Sci. Tech 28, 463-476 (1993) el cálculo de un proceso de membrana de transporte favorecido. Davis y otros utilizaron una solución de nitrato de plata en un sistema de membrana híbrido para obtener selectividades para el transporte de propileno que estaban en exceso de 150.

D. Gottschlich y D. Roberts examinaron sistemas híbridos que consistían en una columna de destilación y un módulo de separación de membrana de transporte favorecido en el artículo para SRI Proyecto 6519 y DOE Número de contrato DE-AC07-761D01570 titulado "Energy Minimization of Separation Process Using Conventional/Membrane Systems" (1990) . Compararon la eficacia de distintas disposiciones de las membranas de transporte favorecido y procesos de destilación.

R. Noble y colaboradores en dos artículos titulados "Analysis of a Membrane/Distillation Column Hybrid Process" publicados en J. Memb. Sci. 93, 31-44 (1994) y "Design Methodology for a Membrane/Distillation Column Hybrid Process" publicados en J. Memb. Sci. 99, 259-272 (1995) hablan del diseño y optimización de diferentes membranas combinadas y procesos de destilación para la separación de propileno y propano. Su trabajo se centra en la colocación de la membrana alrededor de la columna de destilación con el fin de obtener un proceso eficaz que cumple con la separación deseada.

Friesen y otros describen la utilización de un sistema de membranas para separar propileno de propano en la solicitud de patente europea EP 0701856A1 donde se aumenta el flujo de propileno a través de la membrana mediante el uso de un gas de barrido condensable en el filtrado lateral de la membrana. Muestran ejemplos para una membrana que muestra el efecto del caudal del gas de barrido en el flujo de propileno.

Los manuales y artículos revisados de procesos de separación de membranas elogian la simplicidad y eficacia de las membranas. Sin embargo, el estado de la técnica de utilización de membranas para separar hidrocarburos deseables (por ejemplo, olefinas) de las mezclas de complejos sólo consideran la utilización de membranas en sistemas híbridos, donde las membranas se combinan con líquidos mediadores o columnas de destilación. Estos otros procedimientos de separación tienen dificultades inherentes que podrían minar sus uniones con las membranas. Por ejemplo, los agentes formadores de complejos metálicos descritos más arriba a menudo son muy susceptibles al envenenamiento. A. Sungpet y otros dicen en un artículo titulado "Separation of Ethylene from Ethane Using Perfluorosulfonic Acid Ion-Exchange Membranes" publicado en ACS Symposium Series "Chemical Separations with Liquid Membranes, " 270-285 (1996) que la selectividad y la permeabilidad de las membranas para la separación de mezclas de hidrocarburos, tal como olefinas de parafinas, es demasiado pobre para ser atractiva, de manera que las membranas se han combinado con otros procesos de separación para conseguir la separación deseada. Sin embargo, si un material de membrana se ha desarrollado con suficiente... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento que utiliza membranas selectivamente permeables en múltiples grupos para la recuperación simultánea de un producto filtrado y un producto no filtrado deseado a partir de una mezcla fluida de compuestos, cuyo procedimiento comprende:

(a) proporcionar una corriente de alimentación que comprende una mezcla de un compuesto alcano que tiene de 2 a 4 átomos de carbono y un compuesto alqueno que tiene el mismo número de átomos de carbono como componente predominante de la corriente de alimentación,

(b) proporcionar un equipo que comprende una pluralidad de módulos de membrana incluyendo cada uno una primera y una segunda zona separadas por una membrana sólida de permeabilidad selectiva que bajo un diferencial determinado de fuerza motriz, que es predominantemente una diferencia de presión parcial entre las dos caras de la membrana, muestra una permeabilidad de por lo menos 0, 1 Barrer para uno de dichos compuestos alcano y alqueno de la materia prima, teniendo cada primera zona por lo menos una entrada y una salida para el flujo del fluido en contacto con la membrana y, contiguo con el lado opuesto de la misma, una segunda zona que tiene por lo menos una salida para el flujo del filtrado y los módulos de membrana del equipo están dispuestos en un primer grupo de productos, un segundo grupo de productos y por lo menos un grupo intermedio, cuyo grupo intermedio tiene membranas con una selectividad superior para dichos compuestos alcano y alqueno de la materia prima que la de las membranas en por lo menos uno de los otros grupos,

(c) introducir la corriente de alimentación en la primera zona de uno o más de los módulos intermedios bajo condiciones adecuadas para la filtración y así obtener efluentes filtrados y corrientes no filtradas de los módulos intermedios,

(d) distribuir las corrientes no filtradas de los módulos intermedios en la primera zona de uno o más de los módulos del segundo producto bajo condiciones adecuadas para la filtración,

(e) recoger los efluentes filtrados de las segundas zonas del grupo intermedio de los módulos y distribuir los filtrados en las primeras zonas de los módulos del primer grupo de producto bajo condiciones adecuadas para la filtración, de manera que se obtienen corrientes de no filtrado y corrientes de producto filtrado final de los módulos del primer producto, y

(f) distribuir las corrientes de no filtrado de los módulos del primer producto a la primera zona de uno o más de los módulos intermedios bajo condiciones adecuadas para la filtración, y

(g) recoger los efluentes filtrados de las segundas zonas de los módulos del segundo producto y distribuir el filtrado en las primeras zonas de los módulos del primer grupo de producto.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde la mezcla presenta una relación en volumen de líquido de compuestos alqueno respecto a alcano y la relación está en el intervalo de 1, 5 a 4.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, donde la mezcla comprende propileno y propano.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los módulos de membrana en el segundo grupo de productos tienen membranas de selectividad inferior para el producto filtrado en por lo menos uno de los otros grupos.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde los módulos de membrana en el segundo grupo de productos tienen membranas de selectividad inferior para el producto filtrado que las membranas de los otros grupos.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde los módulos de membrana en el primer grupo de productos tienen membranas de selectividad superior para el producto filtrado que la de las membranas en por lo menos uno de los otros grupos.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el fluido en contacto con las membranas en uno o más de los grupos de módulos es líquido, gas o una combinación de estos.