Un procedimiento para producir un compuesto alquilaromático haciendo reaccionar un compuesto aromático alquilable con una alimentación que comprende un alqueno y un alcano en un sistema de reacción multietapa que comprende una pluralidad de zonas de reacción de alquilación conectadas en serie,

conteniendo cada una un catalizador de alquilación, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

(a) hacer funcionar al menos una de dichas zonas de reacción de alquilación en condiciones de temperatura y presión eficaces para causar la alquilación de dicho compuesto aromático con dicho alqueno en presencia de dicho catalizador de alquilación, estando dicha temperatura y presión de manera que parte de dicho compuesto aromático esté en la fase vapor y parte esté en la fase líquida;

(b) retirar de dicha zona de reacción de alquilación un efluente que comprende dicho compuesto alquilaromático, compuesto aromático alquilable, no reaccionado, todo alqueno no reaccionado y dicho alcano;

(c) retirar al menos parte de dicho alcano de dicho efluente de la zona de reacción de alquilación para producir un efluente empobrecido en alcano y

(d) suministrar dicho efluente empobrecido en alcano a otra de dichas zonas de reacción de alquilación

Producción de compuestos alquilaromáticos.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para producir compuestos alquilaromáticos, en particular etilbenceno.

Antecedentes de la invención

El etilbenceno es una materia prima clave en la producción de estireno y se produce por la reacción de etileno y benceno en presencia de un catalizador ácido. Las antiguas plantas de producción de etilbenceno, construidas típicamente antes de 1.980, usaban AlCl₃ o BF₃ como catalizador ácido. Las plantas más recientes han cambiado en general a catalizadores ácidos a base de zeolitas.

Los procedimientos de producción de etilbenceno, comerciales, requieren típicamente el uso de etileno de grado polímero, con una pureza que exceda la del 99,9% en moles. Sin embargo, la purificación de las corrientes de etileno para grado polímero es un proceso costoso y, por lo tanto, hay un considerable interés en el desarrollo de procesos que puedan funcionar con corrientes de etileno de grado inferior. Una de dichas fuentes de etileno es el etileno diluido obtenido como descarga gaseosa de la unidad de craqueo catalítico de fluido o de craqueo al vapor de una refinería de petróleo que, después de la eliminación de impurezas reactivas, tales como propileno, contiene típicamente aproximadamente 20-80% en peso de etileno, siendo el resto etano junto con cantidades minoritarias de hidrógeno, metano y benceno.

Se usan tres tipos de sistemas de reactores de etilación para producir etilbenceno, es decir, sistemas reactores de fase vapor, sistemas reactores de fase líquida y sistemas reactores de fase mixta.

En sistemas reactores de fase vapor, la reacción de etilación de benceno y etileno se lleva a cabo a una temperatura de aproximadamente 380-420ºC y una presión de 9-15 kg/cm²-g en múltiples lechos fijos de catalizador de zeolita. El etileno reacciona de manera exotérmica con benceno para formar etilbenceno, aunque también tienen lugar reacciones en cadena y secundarias, indeseables. Aproximadamente, el 15% del etilbenceno formado reacciona además con etileno para formar isómeros de di-etilbenceno (DEB), isómeros de tri-etilbenceno (TEB) y productos aromáticos más pesados. Todos estos productos de reacciones en cadena se refieren comúnmente como bencenos polietilados (los PEB). Además de las reacciones de etilación, la formación de isómeros de xileno como productos traza tiene lugar por reacciones secundarias. Esta formación de xileno en procesos en fase vapor puede producir un producto de etilbenceno con aproximadamente 0,05-0,20% en peso de xilenos. Los xilenos aparecen como una impureza en el producto de estireno posterior y en general se consideran indeseables.

Para minimizar la formación de los PEB, se aplica un exceso estequiométrico de benceno, aproximadamente 400-900% por pase, dependiendo de la optimización del proceso. El efluente del reactor de etilación contiene aproximadamente 70-85% en peso de benceno no reaccionado, aproximadamente 12-20% en peso de etilbenceno producto y aproximadamente 3-4% en peso de los PEB. Para evitar una pérdida de rendimiento, se vuelven a convertir los PEB en etilbenceno por transalquilación con benceno adicional, normalmente en un reactor de transalquilación separado.

Como ejemplo, se describe etilación en fase vapor de benceno sobre la zeolita ZSM-5 de aluminosilicato cristalino, en las patentes de EE.UU. N^os: 4.107.224 (Dwyer), 3.751.504 (Keown et al.), 3.751.506 (Burress) y 3.755.483 (Burress).

En la mayoría de los casos, los sistemas de etilación en fase vapor usan alimentaciones de etileno de grado polímero. Por otra parte, aunque se han incorporado procesos en fase vapor, comerciales, que emplean alimentaciones de etileno diluido y están en funcionamiento en la actualidad, los costes de inversión asociados a estos procesos son altos y los productos contienen altas concentraciones de impurezas de xileno.

En estos últimos años, la tendencia en la industria ha sido cambiar de reactores de fase vapor a reactores de fase líquida. Los reactores de fase líquida funcionan a una temperatura de aproximadamente 220-270ºC, que está bajo la temperatura crítica de benceno (290ºC). Una ventaja del reactor de fase líquida es la muy baja formación de xilenos y oligómeros. La velocidad de la reacción de etilación es menor comparado con la fase de vapor, pero la temperatura planeada inferior de la reacción de fase líquida normalmente compensa económicamente las negativas asociadas al volumen catalítico superior. Así, debido a la cinética de las temperaturas de etilación inferiores, que resultan del catalizador de fase líquida, la velocidad de las reacciones en cadena que forman los PEB, es considerablemente menor; aproximadamente 5-8% del etilbenceno se convierte en los PEB en reacciones en fase líquida frente al 15-20% convertido en reacciones en fase vapor. Por lo tanto, el exceso estequiométrico de benceno en sistemas en fase líquida es típicamente 150-400%, comparado con 400-800% en sistemas en fase vapor.

La etilación en fase líquida de benceno usando zeolita beta como catalizador, se describe en la patente de EE.UU. Nº 4.891.458 y las Publicaciones de Patente Europea N^os 0432814 y 0629549. Más recientemente, se ha descrito que MCM-22 y sus análogos estructurales tienen utilidad en estas reacciones de alquilación/transalquilación; véase, por ejemplo, la Patente de EE.UU. Nº 4.992.606 (MCM-22), la Patente de EE.UU. Nº 5.258.565 (MCM-36), la Patente de EE.UU. Nº 5.371.310 (MCM-49), la Patente de EE.UU. Nº 5.453.554 (MCM-56), la Patente de EE.UU. Nº 5.149.894 (SSZ-25); la Patente de EE.UU. Nº 6.077.498 (ITQ-1); las Publicaciones de Patente Internacional N^os WO97/17290 y WO01/21562 (ITQ-2).

Las plantas de etilbenceno en fase líquida, comerciales, emplean normalmente etileno de grado polímero. Por otra parte, aunque se pueden diseñar plantas para que acepten corrientes de etileno que contengan hasta el 30% en moles de etano aumentando la presión de funcionamiento, los costes asociados al diseño y funcionamiento de estas plantas son significativos.

También se ha desarrollado tecnología para la producción de etilbenceno en una fase mixta usando destilación reactiva. Dicho procedimiento se describe en la Patente de EE.UU. Nº 5.476.978. Se pueden usar procesos en fase mixta con corrientes de etileno diluido puesto que la temperatura de reacción del reactor de etilación está por debajo del punto de rocío de la mezcla de etileno diluido/benceno pero muy por encima del punto de burbuja. Los diluyentes de la alimentación de etileno, etano, metano e hidrógeno, permanecen esencialmente en la fase vapor. El benceno en el reactor se reparte entre la fase vapor y la fase líquida y los productos de reacción, etilbenceno y PEB, quedan esencialmente en la fase líquida. Sin embargo, las unidades de destilación reactivas son complejas y caras y el catalizador es propenso a la desactivación como resultado de la producción de oligómeros de etileno.

La Patente de EE.UU. Nº 6.252.126 describe un proceso en fase mixta para producir etilbenceno por reacción de una corriente de etileno diluido que contiene 3 a 50% en moles de etileno con una corriente de benceno que contiene 75 a 100% en peso de benceno. La reacción se realiza en una sección de etilación isotérmica de un recipiente reactor que también incluye una sección de arrastre de benceno, en el caso de que se arrastre térmicamente el benceno no reaccionado de los productos de etilación. El tráfico de vapor y líquido a contracorriente, integrado, se mantiene entre la sección de etilación y la sección de arrastre de benceno.

Compendio de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para producir un compuesto alquilaromático haciendo reaccionar un compuesto aromático alquilable con una alimentación que comprende un alqueno y un alcano, en un sistema de reacción multietapa que comprende una pluralidad de zonas de reacción de alquilación conectadas en serie, conteniendo cada una un catalizador de alquilación, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

1. Un procedimiento para producir un compuesto alquilaromático haciendo reaccionar un compuesto aromático alquilable con una alimentación que comprende un alqueno y un alcano en un sistema de reacción multietapa que comprende una pluralidad de zonas de reacción de alquilación conectadas en serie, conteniendo cada una un catalizador de alquilación, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha alimentación comprende al menos el 20% en peso de dicho alqueno.

3. El procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicha alimentación comprende aproximadamente 20 a aproximadamente 80% en peso de dicho alqueno.

4. El procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que dicho alcano tiene el mismo número de átomos de carbono que dicho alqueno.

5. El procedimiento según cualquier reivindicación precedente, en el que dicho compuesto aromático alquilable incluye benceno.

6. El procedimiento según cualquier reivindicación precedente, en el que dicho alqueno incluye etileno y dicho alcano incluye etano.

7. El procedimiento según la reivindicación 5 ó 6, en el que dicho alqueno incluye etileno y dicho compuesto alquilaromático incluye etilbenceno.

8. El procedimiento según la reivindicación 7, en el que dichas condiciones en la etapa (a) incluyen una temperatura de 150 a 270ºC y una presión de 675 a 8.300 kPa.

9. El procedimiento según la reivindicación 7 u 8, en el que dichas condiciones en la etapa (a) incluyen una temperatura de 170 a 220ºC y una presión de 1.500 a 4.000 kPa.

10. El procedimiento según cualquier reivindicación precedente, en el que el catalizador de alquilación incluye un tamiz molecular seleccionado de: MCM-22, PSH-3, SSZ-25, ERB-1, ITQ-1, ITQ-2, MCM-36, MCM-49 y MCM-56.

11. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el catalizador de alquilación incluye un tamiz molecular con un Índice de Restricción de aproximadamente 2 a aproximadamente 12.

12. El procedimiento según la reivindicación 11, en el que el catalizador de alquilación incluye un tamiz molecular seleccionado de: ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-22, ZSM-23, ZSM-35 y ZSM-48.

13. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el catalizador de alquilación incluye un tamiz molecular con un Índice de Restricción menor que 2.

14. El procedimiento según la reivindicación 13, en el que el catalizador de alquilación incluye un tamiz molecular seleccionado de: zeolita beta, zeolita Y, Y Ultraestable (USY), Y Desaluminizada (Deal Y), mordenita, ZSM-3, ZSM-4, ZSM-18 y ZSM-20.

15. El procedimiento según cualquier reivindicación precedente, en el que dicha etapa (c) de eliminación incluye hacer pasar dicho efluente de la zona de reacción de alquilación a través de un tambor de expansión súbita.

16. El procedimiento según cualquier reivindicación precedente, que comprende las etapas adicionales de:

17. El procedimiento según la reivindicación 16, que incluye la etapa adicional de poner en contacto dicho alcano retirado en la etapa (c) con al menos parte de dicha fracción aromática polialquilada de manera que dicha fracción aromática polialquilada adsorba compuesto aromático no reaccionado contenido por dicho alcano.

18. El procedimiento según cualquier reivindicación precedente, que comprende la etapa adicional de poner en contacto dicho compuesto aromático alquilable y dicha alimentación con un catalizador de alquilación en un pre-reactor derivable separado de y aguas arriba de dicho sistema de reacción multietapa.

19. El procedimiento según cualquier reivindicación precedente, que comprende la etapa adicional de poner en contacto compuesto aromático alquilable no reaccionado y alqueno no reaccionado de dicho sistema de reacción multietapa en condiciones de alquilación, con un catalizador de alquilación en un reactor de acabado separado de y aguas abajo de dicho sistema de reacción multietapa.