Reciclaje de líquidos iónicos en destilación extractiva.

Método para el procesamiento de una corriente de fondo que contiene uno o más productos con punto alto de ebullición y líquido iónico de una rectificación extractiva,

en la cual el líquido iónico se emplea como agente de arrastre, caracterizado porque se alimenta la corriente de fondo a una etapa del evaporador la cual se opera a una presión menor de 500 mbar y se separa el producto con punto alto de ebullición, contenido en su mayor parte en forma de vapor, del líquido iónico de modo que el contenido de producto con punto alto de ebullición en el líquido iónico se reduce a concentraciones menores de 5% en peso, y a continuación se alimenta el líquido iónico tratado a un depurador (columna de agotamiento o despojamiento) cargado con gas inerte o vapor recalentado y el depurador se opera a presión ambiente.

Reciclaje de líquidos iónicos en destilación extractiva

La presente invención se refiere a un método mejorado para el procesamiento de una corriente de fondo que contienen sustancias con punto alto de ebullición y de líquidos iónicos (LIs) de una rectificación extractiva.

En la industria tiene lugar un gran número de mezclas líquidas que no pueden separarse mediante rectificación convencional sino preferiblemente por rectificación extractiva [Stichlmair, S. und Fair, J., Distillation, ISBN 0-471-252417, página 241 y siguientes]. Este estado de cosas se fundamenta en la conducta similar de ebullición de los componentes de la mezcla; es decir, en su propiedad de distribuirse en la misma proporción de concentración molar, o casi la misma, en la fase de vapor y en la fase líquida, a una presión definida y una temperatura definida.

La dificultad de separación de una mezcla líquida binaria – que se compone de los componentes i y j – en el caso de la rectificación se refleja en el llamado factor de separación (ij, en la proporción de los coeficientes de distribución de los componentes i y j. Cuanto más cerca llegue el factor de separación al valor de uno, tanto más difícil se vuelve la separación de los componentes de la mezcla por medio de la rectificación convencional, ya que debe aumentarse o bien el número de grados de separación (platos teóricos) de la columna de rectificación y/o bien la proporción de reflujo en la cima de la columna. Si el factor de separación asume el valor de uno, entonces está presente un punto azeotrópico y ya no es posible tampoco una mayor concentración de los componentes de mezcla mediante el aumento del número de grados de separación (platos teóricos) o de la proporción de reflujo. En general al usar el factor de separación debe notarse que éste puede ser mayor que o menor que 1 dependiendo de si el coeficiente de distribución de la sustancia con bajo punto de ebullición está en el numerador o en el denominador. Normalmente la sustancia con bajo punto de ebullición se mete en el numerador de modo que el factor de separación sea mayor de 1.

Un procedimiento practicado con frecuencia en la industria para la separación de sustancias con puntos de ebullición cercanos – entendiéndose por esto un factor de separación aproximadamente menor que 1, 2 – o de sistemas azeotrópicos representa la adición de un aditivo selectivo, del llamado agente de arrastre o entrainer, a una rectificación extractiva. Un aditivo adecuado influye mediante interacciones selectivas con uno o más de los componentes de la mezcla al factor de separación de modo que se haga posible la separación de los componentes que tienen puntos de ebullición cercanos o los componentes de mezcla que hierven azeotrópicamente. El componente de la cabeza es el componente que hierve más ligero en presencia del agente de arrastre (entrainer) y en el fondo se encuentra el componente que hierve más pesadamente en presencia del agente adicional (entrainer) .

Una medida de la intensidad de las interacciones del agente de arrastre con uno o más de los componentes de la mezcla es la llamada selectividad. La selectividad se define como la proporción entre el coeficiente de actividad interfacial del componente i y el coeficiente de actividad interfacial del componente j cuando los componentes i y j están presentes en el agente de arrastre (entrainer) diluidos de manera infinita [Schult, C. J. et. al.; Infinite-dilution activity coefficients for several solutes in hexadecane and in n-methyl-2-pyrrolidone (NMP) : experimental measurements and UNIFAC predictions; Fluid Phase Equilibria 179 (2001) páginas117-129]. Tal como se plantea por parte de Schult et al., una selectividad superior del agente de arrastre (entrainer) conduce a una volatilidad relativamente superior, a una menor proporción de reflujo y, de esta manera, a costos más bajos de separación. Tal como se divulga abajo, es deseable una selectividad lo más alta posible, por ejemplo mayor de 1, 3, preferiblemente mayor de 2, 0.

En la memoria de patente WO 02/074718 se divulgó que los líquidos iónicos (LIs) son particularmente buenos agentes de arrastre (entrainer) para la separación de mezclas de fluidos que hierven estrechadamente o azeotrópicos y son superiores a los entrainers convencionales. La superioridad puede verse directamente en la selectividad y en el factor de separación. Al usar un líquido iónico el factor de separación en el punto azeotrópico es muy diferente de uno al usar un aditivo convencional en cantidades iguales.

Un primer objeto de la invención es un método para el procesamiento de una corriente de fondo que contiene una o más sustancias con punto alto de ebullición y un líquido iónico de una rectificación extractiva en la cual el líquido iónico se usa como agente de arrastre (entrainer) , caracterizado porque la corriente de fondo se introduce a una etapa de evaporación que se opera a una presión de menos de 500 mbar donde la sustancia contenida con punto alto de ebullición se separa del líquido iónico en su mayor parte en forma de vapor, de tal modo que el contenido de sustancia con el punto alto de ebullición en el líquido iónico se reduce a concentraciones menores de 5 % en peso y el líquido iónico procesado se introduce a continuación a un depurador despojador (columna de agotamiento o despojamiento) cargado con gas inerte o vapor recalentado el cual se opera a la presión ambiente.

Un segundo objeto de la invención es un método para el procesamiento de una corriente de fondo que contiene una o más sustancias con un punto alto de ebullición y líquido iónico de una rectificación extractiva en la que el líquido iónico 2

se emplea como agente de arrastre, caracterizado porque la corriente de fondo se introduce a una etapa de evaporador que se opera a una presión menor que 500 mbar y la sustancia contenida con punto alto de ebullición se separa del líquido iónico en su mayor parte en forma de vapor, de tal modo que el contenido de sustancia con alto punto de ebullición en el líquido iónico se reduce a concentraciones menores de 5% en peso y el líquido iónico procesado se introduce a continuación a un depurador despojador cargado con gas inerte o vapor recalentado el cual se opera a una presión menor de 900 mbar, particularmente preferible menor de 500 mbar.

Un tercer objeto de la invención es un método para el procesamiento de una corriente de fondo que contiene una o más sustancias con punto alto de ebullición y líquido iónico de una rectificación extractiva en la que el líquido iónico se emplea como agente de arrastre, caracterizado porque la corriente de fondo se introduce a un despojador cargado con vapor recalentado que contiene la sustancia con punto de ebullición bajo, el cual se opera a presión ambiente o a una presión menor que 900 mbar.

Por líquidos iónicos se entienden aquellos como se definen por parte de Wasserscheid y Keim en la Química aplicada 2000, 112, 3926-3945. El grupo de sustancias de los líquidos iónicos representa un nuevo tipo de solvente. Tal como se indica en la publicación mencionada, los líquidos iónicos son sales que se funden a temperaturas relativamente bajas y tienen un carácter iónico, no molecular. Son líquidos a temperaturas relativamente bajas y tienen una viscosidad relativamente baja. Poseen muy buenas solubilidades para un gran número de sustancias orgánicas, inorgánicas y poliméricas.

Los líquidos iónicos son líquidos en comparación con sales iónicas a temperaturas esencialmente bajas (normalmente por debajo de 200°C, ) y poseen con frecuencia un punto de fusión por debajo de 0°C, en el caso individual de hasta 96°C, lo cual es importante para la implementación industrial de la rectificación extractiva.

Además, los líquidos iónicos normalmente no son inflamables, no son corrosivos, son poco viscosos y se caracterizan por una presión de vapor no mensurable. Como líquidos iónicos se denominan según la invención aquellos compuestos que tienen al menos una carga positiva y al menos una carga negativa, aunque en total son de carga neutra, y tienen un punto de fusión por debajo de 200 °C, preferiblemente por debajo de 100°C, particularmente preferible por debajo de la temperatura ambiente.

Los líquidos iónicos también pueden tener varias cargas positivas o negativas, por ejemplo 1 a 5, preferible 1 a 4, particularmente preferible 1 a 3, muy particularmente preferible 1 a 2, aunque en especial de a una carga positiva y una negativa.

Las cargas pueden encontrarse dentro de una molécula en diferentes regiones localizadas o deslocalizadas; es decir como del tipo de las betaínas, o pueden distribuirse por separado en un anión... [Seguir leyendo]

1. Método para el procesamiento de una corriente de fondo que contiene uno o más productos con punto alto de ebullición y líquido iónico de una rectificación extractiva, en la cual el líquido iónico se emplea como agente de arrastre, caracterizado porque se alimenta la corriente de fondo a una etapa del evaporador la cual se opera a una presión menor de 500 mbar y el producto con punto alto de ebullición contenido, en su mayor parte en forma de vapor, se separa del líquido iónico de modo que el contenido de producto con punto alto de ebullición en el líquido iónico se reduce a concentraciones menores de 5 % en peso, y a continuación se alimenta el líquido iónico procesado a un despojador (columna de agotamiento o despojamiento) cargado con gas inerte o vapor recalentado y el despojador se opera a presión ambiente.

2. Método para el procesamiento de una corriente de fondo que contiene uno o más productos con punto alto de ebullición y líquido iónico de una rectificación extractiva en la que se usa líquido iónico como agente de arrastre, caracterizado porque se alimenta la corriente de fondo a una etapa de evaporador la cual se opera a una presión menor que 500 mbar, y el producto con punto alto de ebullición contenido, en su mayor parte en forma de vapor, se separa del líquido iónico, de tal modo que el contenido de producto con punto alto de ebullición en el líquido iónico se reduce a concentraciones menores de 5 % en peso, y a continuación se alimenta el líquido iónico procesado a un despojador cargado con gas inerte o vapor recalentado el cual se opera a una presión menor de 900mbar, particularmente preferible menor que 500mbar.

3. Método para el procesamiento de una corriente de fondo que contiene uno o más productos con punto alto de ebullición y líquido iónico de una rectificación extractiva en la que el líquido iónico se usa como agente de arrastre, caracterizado porque se alimenta la corriente de fondo a un despojador, cargado con un vapor recalentado del producto con punto bajo de ebullición el cual se opera a presión ambiente o a una presión menor que 900 mbar.

4. Método según las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque se emplea aire como gas inerte en el despojamiento.

5. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque se emplea gas inerte secado para el despojamiento.

6. Método según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque en la cabeza del despojador se emplea un deflegmador para separar el producto con punto alto de ebullición que aún esté contenido.

7. Método según las reivindicaciones 1 a 2 ó 4 a 6, caracterizado porque la evaporación se lleva a cabo en el evaporador conectado a continuación de la columna de rectificación extractiva sin suministro adicional de calor mediante evaporación por despresurización.

8. Método según las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se retira producto con punto alto de ebullición en forma de vapor por medio de una corriente lateral en la columna de rectificación extractiva.

9. Método según la reivindicación 8, caracterizado porque la corriente lateral usada para la separación del producto con punto alto de ebullición se posiciona preferiblemente en la sección de agotamiento de la columna extractiva cerca del fondo, particularmente preferible en uno de los 3 platos teóricos inferiores, muy particularmente preferible directamente en el plato teórico más inferior (fondo) .

10. Método según las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se re-circula de vuelta a la columna de rectificación extractiva el líquido iónico obtenido por el procesamiento.

11. Método según la reivindicación 1 a 2, caracterizado porque en el caso de emplear un evaporador se emplea una bomba de anillo de líquido para la compresión de los vapores del evaporador a presión ambiente y la bomba de anillo de líquido se opera con líquido iónico como líquido de anillo.

12. Uso del método según las reivindicaciones 1 a 11 para separación de mezclas que contienen sustancias polares y apolares las cuales forman azeotropos o tienen puntos de ebullición muy próximos.