Procedimiento para la producción de compuestos aromáticos a partir de metano.

Procedimiento para la práctica de reacciones endotérmicas catalizadas heterogéneamente,

que comprende las etapas de

(a) realización de la reacción en una zona de reacción en presencia de una mezcla que contiene partículas catalizadoras y partículas intercambiadoras de calor inertes,

(b) regeneración de las partículas catalizadoras, que comprende

(b1) transporte de la mezcla que contiene partículas catalizadoras y dado el caso partículas intercambiadoras de calor inertes a una zona de regeneración,

(b2) regeneración de las partículas catalizadoras y dado el caso de las partículas intercambiadoras de calor inertes en atmósfera no oxidativa y

(b3) realimentación de las partículas catalizadoras regeneradas a la zona de reacción, y

(c) aporte de calor a la zona de reacción, que comprende las etapas de

(c1) separación de las partículas intercambiadoras de calor inertes de las partículas catalizadoras entre las etapas (a) y (b), durante la etapa (b) o después de la etapa (b),

(c2) transporte de las partículas intercambiadoras de calor inertes separadas a una zona de calentamiento y

(c3) calentamiento de las partículas intercambiadoras de calor inertes y realimentación de las partículas intercambiadoras de calor inertes calentadas a la zona de reacción,

caracterizado porque se trata en la reacción de la etapa (a) de la deshidroaromatización no oxidativa de compuestos alifáticos C1-C4.

Procedimiento para la producción de compuestos aromáticos a partir de metano.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la práctica de reacciones endotérmicas catalizadas heterogéneamente en las que se realiza la conversión de los reactantes en presencia de una mezcla de partículas intercambiadoras de calor inertes y partículas catalizadoras, en el que las partículas catalizadoras se regeneran a 5 intervalos regulares en atmósfera no oxidativa y el calor de reacción necesario se aporta mediante la separación de las partículas intercambiadoras de calor inertes, calentamiento de las partículas intercambiadoras de calor en una zona de calentamiento y realimentación de las partículas intercambiadoras de calor calentadas a la zona de reacción. El procedimiento según la invención es especialmente bien adecuado para la deshidroaromatización no oxidativa de compuestos alifáticos C1-C4 en presencia de catalizadores que contienen zeolita. 10

En muchas reacciones endotérmicas, el suministro de la energía necesaria para ellas representa un desafío especial. Si la reacción se calienta indirectamente, son necesarias grandes superficies intercambiadoras de calor que configuran un procedimiento instrumental y económicamente costoso. Además, en las superficies intercambiadoras de calor tienen lugar frecuentemente reacciones secundarias indeseadas debido a las altas temperaturas, por ejemplo coquización en la conversión de hidrocarburos. Esto es válido entre otros también para la 15 deshidroaromatización no oxidativa de metano (DHAM) , que es una reacción endotérmica y con suministro externo de calor.

Es una posibilidad para el aporte directo del calor de reacción el uso de partículas que no toman parte en la reacción como partículas intercambiadoras de calor, que se calientan en un reactor externo dado el caso junto con partículas catalizadoras mediante contacto directo con gases de escape de combustión o mediante combustión directa de un 20 combustible a una temperatura superior a la temperatura de reacción, y a continuación se realimentan a la zona de reacción. La energía necesaria para la reacción se transfiere a continuación mediante contacto directo de las partículas intercambiadoras de calor inertes con las partículas catalizadoras. Dichos procedimientos, en los que se utilizan partículas inertes para acoplamiento del calor de reacción, son conocidos en el estado de la técnica.

Es otro problema en muchas reacciones catalizadas por sólidos la desactivación creciente del catalizador utilizado, 25 que debe regenerarse regularmente. Así, se realiza en la aplicación industrial de la deshidroaromatización de compuestos alifáticos C1-C4 en condiciones no oxidativas una coquización de los catalizadores, que rebaja en un tiempo relativamente corto la actividad del catalizador, lo que conduce a ciclos de producción cortos y una alta necesidad de regeneración. Frecuentemente, acompaña a la coquización una vida útil acortada del catalizador. La regeneración de los catalizadores es problemática, ya que para un procedimiento económico por un lado deben ser 30 recuperables regularmente las actividades de partida, y por otro lado esto debe ser posible durante un gran número de ciclos.

Los depósitos de coque actúan además desfavorablemente sobre el balance de masas o el rendimiento, ya que cada molécula de reactante que se transforma en coque no está ya a disposición para la reacción deseada hasta compuestos aromáticos. Las selectividades de coque alcanzadas hasta ahora en el estado de la técnica se 35 encuentran en la mayoría de casos en más de un 20 % referido a los compuestos alifáticos reaccionados.

Son conocidos procedimientos en los que se suministra el calor de reacción mediante calentamiento de partículas intercambiadoras de calor y las partículas catalizadoras se regeneran regularmente.

En el documento US 5.030.338, se describe un procedimiento para la aromatización alifática en presencia de zeolitas como catalizadores y partículas inertes, en el que se retira la mezcla de catalizador desactivado y partículas 40 inertes de la zona de reacción, se libera la mezcla de hidrocarburos adheridos mediante extracción por arrastre y se separa la mezcla extraída por arrastre en una corriente que contiene predominantemente partículas catalizadoras y una segunda corriente que contiene esencialmente partículas inertes. La corriente que contiene predominantemente catalizador se transporta a una zona de regeneración y se regenera con un gas que contiene oxígeno. La segunda corriente que contiene predominantemente partículas inertes se aporta a una zona de combustión, en esta zona se 45 calientan las partículas inertes mediante combustión de un combustible con oxígeno. El calor de reacción se aporta a la zona de reacción mediante la mezcla de partículas catalizadoras e inertes.

El documento US 2.763.596 se refiere a un procedimiento para el tratamiento de hidrocarburos en presencia de oxígeno y en presencia de partículas catalizadoras sólidas, en el que aumenta la aromaticidad de los hidrocarburos. Para aportar el calor de reacción necesario a la zona de reacción, se ponen en circulación partículas 50 intercambiadoras de calor por un lado entre la zona de regeneración y la zona de reacción y por otro lado entre la zona de reacción y la zona de calentamiento. En la zona de regeneración, se regeneran las partículas inertes y partículas catalizadoras con oxígeno de los depósitos de carbono con liberación de calor, en la zona de calentamiento se calientan las partículas inertes con gases escape de combustión.

En los procedimientos conocidos en el estado de la técnica, se exponen las partículas catalizadoras y partículas 55 intercambiadoras de calor inertes a altas cargas mecánicas, químicas y térmicas por los muchos procesos de transporte necesarios entre zona de reacción, zona de regeneración y zona de calentamiento, que conducen a un acortamiento de la vida útil de los catalizadores.

Frente a los procedimientos conocidos en el estado de la técnica, existe por tanto la necesidad de otros procedimientos mejorados para la práctica de reacciones endotérmicas catalizadas heterogéneamente, particularmente reacciones catalizadas con catalizadores que contienen zeolita.

Este objetivo se consigue según la invención mediante un procedimiento para la práctica de reacciones endotérmicas catalizadas heterogéneamente que comprende las etapas de 5

(a) práctica de la reacción en una zona de reacción en presencia de una mezcla que contiene partículas catalizadoras y partículas intercambiadoras de calor inertes,

(b) regeneración de las partículas catalizadoras que comprende

(b1) transporte de la mezcla que contiene partículas catalizadoras y dado el caso partículas intercambiadoras de calor inertes a una zona de regeneración, 10

(b2) regeneración de las partículas catalizadoras y dado el caso las partículas intercambiadoras de calor inertes en atmósfera no oxidativa y (b3) realimentación de las partículas catalizadoras regeneradas a la zona de reacción, y

(c) aporte del calor a la zona de reacción que comprende las etapas de

(c1) separación de las partículas intercambiadoras de calor inertes de las partículas catalizadoras entre 15 las etapas (a) y (b) , durante la etapa (b) o después de la etapa (b) , (c2) transporte de las partículas intercambiadoras de calor inertes separadas a una zona de calentamiento y

(c3) calentamiento de las partículas intercambiadoras de calor inertes y realimentación de las partículas intercambiadoras de calor inertes calentadas a la zona de reacción. 20

Según una forma de realización preferida, se trata en la reacción de la etapa (b) de una deshidroaromatización no oxidativa de compuestos alifáticos C1-C4 en presencia de partículas catalizadoras que contienen zeolita.

Según otra forma de realización preferida, se regeneran las partículas catalizadoras y dado el caso las partículas intercambiadoras de calor inertes en la etapa (b2) mediante suministro de una corriente gaseosa de regeneración que contiene oxígeno. 25

Sorprendentemente, se ha mostrado que la separación de las partículas catalizadoras de las partículas intercambiadoras de calor inertes antes del calentamiento de las partículas intercambiadoras de calor inertes en una columna ascendente o con gases de escape de combustión calientes y la regeneración de las partículas catalizadoras en atmósfera no oxidativa alargan la vida útil del catalizador. Como se ha descubierto por los inventores, por ejemplo en DHAM en presencia también de pequeñas cantidades de agua a las temperaturas 30 reinantes habitualmente... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la práctica de reacciones endotérmicas catalizadas heterogéneamente, que comprende las etapas de

(a) realización de la reacción en una zona de reacción en presencia de una mezcla que contiene partículas catalizadoras y partículas intercambiadoras de calor inertes, 5

(b) regeneración de las partículas catalizadoras, que comprende

(b1) transporte de la mezcla que contiene partículas catalizadoras y dado el caso partículas intercambiadoras de calor inertes a una zona de regeneración, (b2) regeneración de las partículas catalizadoras y dado el caso de las partículas intercambiadoras de calor inertes en atmósfera no oxidativa y 10

(b3) realimentación de las partículas catalizadoras regeneradas a la zona de reacción, y

(c) aporte de calor a la zona de reacción, que comprende las etapas de

(c1) separación de las partículas intercambiadoras de calor inertes de las partículas catalizadoras entre las etapas (a) y (b) , durante la etapa (b) o después de la etapa (b) , (c2) transporte de las partículas intercambiadoras de calor inertes separadas a una zona de 15 calentamiento y

(c3) calentamiento de las partículas intercambiadoras de calor inertes y realimentación de las partículas intercambiadoras de calor inertes calentadas a la zona de reacción, caracterizado porque se trata en la reacción de la etapa (a) de la deshidroaromatización no oxidativa de compuestos alifáticos C1-C4. 20

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las partículas catalizadoras contienen zeolita.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque la regeneración se lleva a cabo mediante el suministro de una corriente gaseosa de regeneración que contiene hidrógeno.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las partículas 25 intercambiadoras de calor inertes se separan mediante segregación, clasificación, separación magnética, separación electrostática y/o tamizado.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las partículas intercambiadoras de calor se separan durante o después de la etapa (b) .

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las partículas catalizadoras 30 en la zona de reacción se presentan como lecho móvil, lecho fluidizado o lecho fluido.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se conecta a la zona de reacción directamente la zona de regeneración para la regeneración de las partículas catalizadoras.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la zona de reacción y la zona de regeneración funcionan como un lecho fluidizado zonificado común. 35

9. Procedimiento según las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque la zona de regeneración se dispone por debajo de la zona de reacción y presenta como máximo la misma sección transversal perpendicular a la dirección de corriente principal de las partículas que la zona de reacción.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque se conecta a la zona de regeneración una zona de extracción por arrastre. 40

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizada porque la extracción por arrastre en la zona de extracción por arrastre se lleva a cabo mediante el suministro de una corriente de gas de arrastre que contiene hidrógeno.

12. Procedimiento según las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque la zona de extracción por arrastre se dispone por debajo de la zona de regeneración y presenta como máximo la misma sección transversal 45 perpendicular a la dirección de corriente principal de las partículas que la zona de regeneración.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizada porque las partículas intercambiadoras de calor se separan de las partículas catalizadoras en la zona de regeneración.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque las partículas intercambiadoras de calor se separan de las partículas catalizadoras en la zona de extracción por arrastre.

15. Procedimiento según las reivindicaciones 13 o 14, caracterizado porque las partículas intercambiadoras 5 de calor inertes y las partículas catalizadoras presentan distintas propiedades de fluidización y se separan entre sí fluidizando y desmezclando de manera diferente las partículas catalizadoras y las partículas intercambiadoras de calor inertes mediante el correspondiente ajuste de la corriente gaseosa de regeneración en la zona de regeneración o de la corriente de extracción por arrastre en la zona de extracción por arrastre.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque las partículas 10 intercambiadoras de calor inertes separadas en la etapa (c3) se calientan mediante contacto con gas inerte caliente, contacto con gases de escape de combustión calientes, combustión directa de al menos un combustible, incineración de los depósitos sobre las partículas intercambiadoras de calor, contacto con superficies calientes, acción de ondas electromagnéticas, eléctricamente y/o por inducción.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque las partículas 15 intercambiadoras de calor inertes separadas en la etapa (c3) se calientan por contacto con gas de escape de combustión caliente, combustión directa de al menos un combustible y/o combustión de depósitos sobre las partículas intercambiadoras de calor.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque las partículas intercambiadoras de calor separadas contienen como máximo un 0, 1 % en peso de partículas catalizadoras, referido 20 a la cantidad total de partículas separadas.

19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque la relación en peso de partículas intercambiadoras de calor y las partículas catalizadoras en la zona de reacción asciende a 2:1 a 1:10.

20. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque las partículas intercambiadoras de calor inertes se seleccionan del grupo compuesto por esferas de vidrio, esferas de cerámica, 25 partículas de carburo de silicio, partículas de Al2O3, partículas de estearita y arena.