MX2008008393A - Metodo mejorado para la deshidrogenacion de hidrocarburos alquil-aromaticos para la produccion de monomeros vinil-aromaticos - Google Patents

Abstract

Proceso para la producción de monómeros vinilaromáticos, que comprende:a) alimentar una corriente aromática y una corriente olefínica para alquilación;b) alimentar el producto de reacción proveniente de la sección de alquilación a una primera sección de separación;c) recuperar el hidrocarburo aromático mono-alquilado de la primera sección de separación;d) alimentar el producto aromático mono-alquilado a una sección de deshidrogenación;e) enfriar y condensar los gases de reacción en la camisa de uno o varios intercambiadores térmicos;f) alimentar el producto de reacción proveniente de la sección de deshidrogenación a una segunda sección de separación;g) recuperar la corriente de monómero vinil-aromático.

Description

MÉTODO MEJORADO PARA LA DESHIDROGEN?CION DE HIDROCARBUROS ALQUIL-AROMÁTICOS PARA LA PRODUCCIÓN DE MONÓMEROS VINIL- AROMÁTICOS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un proceso mejorado para la deshidrogenación de hidrocarburos alquil-aromáticos para la producción de monómeros vinilaromáticos. Más específicamente, la presente invención se refiere a un proceso mejorado para la producción de monómeros vinil-aromáticos provenientes de la deshidrogenación de los productos alquilados correspondientes. Aún más específicamente, la presente invención se refiere a un proceso mejorado para la deshidrogenación de etil-benceno para la producción de estireno. Los monómeros vinil-arcmáticos, tales como estireno, se conocen particularmente por su uso en la preparación de materiales plásticos, tales como poliestireno compacto/cristalino (homopolímero) , poliestireno de alto impacto (HIPS) compacto, poliestireno expandido y otros productos. Estos monómeros se producen principalmente partiendo del producto alquil-aromático correspondiente que primero se deshidrogena, en fase gaseosa, a una alta temperatura y a baja presión, en presencia de vapor, sobre catalizadores adecuados basados en óxidos de hierro y potasio. El efluente que proviene de la reacción de deshidrogenación, que contiene varios productos de hidrocarburo formados bajo las condiciones de reacción, primero se condensa y posteriormente se envía a una sección de purificación en donde los efluentes en estado líquido se tratan para separar y purificar los diversos componentes por medio de una serie de columnas de fraccionamiento que operan en serie, con respecto al flujo del monómero vinil-aromático. En el caso de estireno, el proceso generalmente considera alimentar etil-benceno a un dispositivo, normalmente un intercambiador térmico, en donde el etilbenceno se vaporiza en presencia de vapor; la mezcla se envía a un sistema de intercambiadores térmicos en donde el vapor se sobrecalienta y, después de mezclarse con más vapor a una alta temperatura, se envía enseguida a la primera etapa de reacción. En la salida de la primera etapa de reacción, la mezcla se calienta en un sistema intercambiador adecuado, y después se envía a la siguiente etapa de reacción, seguida posiblemente por una tercera. El efluente que proviene de la última etapa de reacción se enfría, mediante precalentamiento del etil-benceno y el vapor que se alimenta a la sección de reacción misma. En algunos casos, la recuperación de calor se puede efectuar mediante la generación y sobrecalentamiento del vapor solo o vaporizando y sobrecalentando una mezcla azeotrópica de etil-benceno y agua. En la salida de la sección de recuperación de calor, la mezcla de reacción pasa por un enfriamiento posterior, por contacto con agua de vaporización, y después se condensa en uno o varios intercambiadores térmicos, que transfieren calor al agua de enfriamiento o, algunas veces, aire . El sistema de condensación típicamente consiste de 2 intercambiadores en serie. El primero es aquel en donde ocurre la mayor parte de la condensación, normalmente dentro de tubos, y en donde el fluido de enfriamiento puede ser aire o agua. El segundo intercambiador, que es más pequeño, se puede instalar ya sea en una posición horizontal o vertical y es aquel en donde ocurre el enfriamiento de la parte incondensable, normalmente dentro de tubos y en donde el fluido de enfriamiento comúnmente es agua . Una mezcla líquida bifásica deja el condensador, que está separado por dencantación en un tambor apropiado, junto con una fase gaseosa, rica en hidrógeno, que se succiona por compresores adecuados y luego se envía, después de purificación en una sección específica, para otros usos. Después de separación por gravedad, las dos fases líquidas se tratan de manera conveniente. La fase acuosa se purifica por los hidrocarburos residuales y después se retira, mientras que la fase de hidrocarburo se envía a la sección de purificación que consiste de columnas de fraccionamiento, que pueden ser tres o cuatro, dependiendo del tipo de proceso. La mezcla líquida de hidrocarburos aromáticos proveniente de la sección de deshidrogenación se alimenta a la primera columna. En esta columna, una mezcla de benceno y tolueno se separa en la parte superior, que forma un subproducto del proceso de producción de estireno, mientras que una corriente que contiene etil-benceno sin reaccionar, estireno y productos a alta temperatura de ebullición se extrae de la parte inferior. La corriente que proviene de la parte inferior de la primera columna se alimenta a una segunda columna, en donde una corriente que contiene etilbenceno sin reaccionar se separa en la parte superior y se recicla hacia la sección de deshidrogenación, mientras que una corriente que contiene estireno junto con productos a alta temperatura de ebullición se extrae de la parte inferior. El flujo proveniente de la parte inferior de la segunda columna se alimenta a una tercera columna, en donde el estireno que forma el producto final se retira en la parte superior, mientras que una corriente que consiste de estireno y productos a alta temperatura de ebullición se extrae de la parte inferior. Como la concentración de estireno presente en la corriente que deja la parte inferior de la tercera columna de purificación es todavía alta, se trata posteriormente en una cuarta columna, o en aparato diferente, tal como un evaporador. Una corriente rica en productos a alta temperatura de ebullición que forma el residuo del proceso se produce y se retira de la parte final de la sección de purificación, ya sea una columna de destilación o un evaporador . Lo que se indicó anteriormente es uno de los posibles esquemas de producción de estireno. Existe al menos un segundo esquema, también utilizado ampliamente, que difiere principalmente en la fase de purificación. Éste tiene una sección de deshidrogenación completamente similar a aquella descrita previamente, pero la purificación se basa en tres columnas. En este caso, la mezcla líquida de hidrocarburo se alimenta a la primera columna, en donde una mezcla de benceno, tolueno y etil-benceno se separa en la parte superior, mientras que una corriente que contiene estireno y productos de alta temperatura de ebullición se separa en la parte inferior. El producto extraído de la parte superior se alimenta a una segunda columna, en donde una mezcla de benceno y tolueno, que forma un subproducto del proceso de producción de estireno, se extrae de la parte superior, mientras que una corriente que contiene etil-benceno sin reaccionar se obtiene en la parte inferior y se envía a la unidad de deshidrogenación. La corriente que proviene de la parte inferior de la primera columna se alimenta a la tercera columna, en donde el estireno purificado se extrae de la parte superior, mientras que una corriente cuya composición es similar a la descrita en el esquema previo, se obtiene en la parte inferior, la cual, como todavía es rica en estireno, se trata posteriormente para recuperar éste con procedimientos similares a los descritos anteriormente. El residuo contiene cantidades significativas de materiales viscosos pesados, que consisten de breas y/u otros productos poliméricos que se forman como resultado del proceso de procesamiento. Finalmente existe un tercer esquema para la producción de estireno, aplicado menos frecuentemente, que difiere con respecto a la parte de reacción. De acuerdo a este esquema, después de la primera etapa de reacción de deshidrogenación, existe una sección en donde el efluente proveniente del reactor se calienta como resultado de una reacción de oxidación llevada a cabo en una capa adecuada de catalizador. Gracias al catalizador, la oxidación, efectuada mediante la introducción de aire u oxígeno, no influye, o solamente a un grado mínimo, a los hidrocarburos presentes pero principalmente al hidrógeno formado después del pasaje en el primer reactor de deshidrogenación. La mezcla de reacción que sale de la etapa de oxidación, empobrecida en hidrógeno y que tiene una temperatura mayor, se alimenta a la segunda etapa de deshidrogenación en donde el etil-benceno se convierte en estireno, bajo condiciones favorecidas particularmente por la falta del hidrógeno formado en la etapa previa. También en este caso, puede existir una tercera etapa de deshidrogenación precedida no obstante por una segunda etapa de oxidación. El efluente que proviene del último reactor de deshidrogenación se enfría y se condensa exactamente con el mismo procedimiento como el que se describe anteriormente. Similarmente, tanto los efluentes líquidos como los gaseosos a su vez se tratan como se especificó anteriormente. Independientemente del procedimiento con el cual se lleva a cabo la deshidrogenación y del método utilizado para la recuperación de calor de los gases que salen de los reactores, los productos de las diversas reacciones comprenden, además del estireno, otras sustancias químicas, algunas de baja temperatura de ebullición, por ejemplo metano, etano y etileno, que siguen a la fase gaseosa, diferentes tales como el benceno, tolueno, estilbeno, divinil-benceno y otros productos con alta temperatura de ebullición, que se condensan y forman la mezcla líquida que se envía a la sección de purificación siguiente. Las sustancias con alta temperatura de ebullición formadas, algunas de las cuales, tales como estilbeno, tienen altos puntos de fusión, tienden a formar pequeñas cantidades de partículas sólidas o líquidas pero extremadamente viscosas que tienen la tendencia a llegarse a depositar dentro del aparato durante la fase de enfriamiento y condensación del efluente proveniente del último reactor de deshidrogenación . Con el fin de superar este problema, en los procesos de producción de estireno descritos anteriormente, antes de la fase de condensación, existe una fase de enfriamiento por contacto directo con agua. Esta operación permite que la mayoría de las partículas atascadas mencionadas anteriormente se tengan que retirar, previniendo que interfieran con los intercambiadores y máquinas, situados corriente abajo. Durante esta fase del proceso, las partículas sólidas o líquidas extremadamente viscosas de hecho tienden a condensarse en la superficie de las gotas de agua rociadas en los gases efluentes y por lo tanto se tienen que eliminar del sistema junto con éstas. Una pequeña pero significativa fracción de sustancias con alta temperatura de ebullición que se forman durante la fase de enfriamiento de las sustancias sólidas o líquidas extremadamente viscosas, no se detiene por el lavado con agua y por lo tanto alcanza al equipo corriente abajo, en donde se efectúa la condensación del efluente de reacción. Parte de esta fracción se arrastra con el efluente gaseoso que alcanza los compresores. La experiencia ha mostrado que la presencia de pequeños depósitos de sustancias sólidas o extremadamente viscosas, como se describe anteriormente, puede provocar serios problemas en el funcionamiento de las plantas de producción de estireno. Una vez que se depositan, de hecho, por ejemplo sobre la superficie de las tuberías de intercambiadores térmicos, sus dimensiones tienden a incrementarse, absorbiendo estireno junto con pequeñas cantidades de divinil-benceno directamente de la fase gaseosa que las contiene. Una vez absorbido, el estireno sigue su tendencia natural a polimerizarse, formando de esta manera una masa sólida adicional que por consiguiente incrementa las partículas pequeñas de la sustancia de alta temperatura de ebullición depositada originalmente. La baja temperatura con respecto a aquellas en las cuales ocurre normalmente la polimerización de estireno, y la presencia de pequeñas cantidades de divinil-benceno, un producto que contribuye a incrementar el peso molecular del polímero que forma reticulaciones, hace al polímero formado completamente insoluble, con el resultado de que es extremadamente difícil de eliminar. Las consecuencias de la deposición y el fenómeno de crecimiento con el tiempo de las masas sólidas dentro del sistema de condensación y en ocasiones dentro de los compresores de hidrógeno crean, ya sea total o parcialmente, una secuencia de eventos indeseables como se describen enseguida: 1. disminución en la eficiencia del intercambio térmico, particularmente en el condensador; 2. incremento en la presión de condensación y por consiguiente la presión corriente arriba del sistema de condensación, en particular dentro de los reactores de deshidrogenación, para compensar la eficiencia del intercambio térmico reducida; 3. incremento en la presión de condensación y por consiguiente corriente arriba del sistema de condensación, en particular dentro de los reactores de deshidrogenación, debido al incremento en las caídas de presión, provocadas por la disminución en la sección de pasaje como resultado del crecimiento de los depósitos de material sólido; 4. menor rendimiento de la reacción de deshidrogenación debido al incremento de la presión dentro de los reactores, provocada tanto por una disminución en la conversión como por una disminución en la selectividad; 5. disminución en la capacidad de producción de la planta provocada por: una disminución en el rendimiento, una disminución en la eficiencia de intercambio térmico y una disminución en las secciones de pasaje de los gases; 6. pérdida de producción debida a la necesidad de parar para limpiar, cuando los fenómenos descritos anteriormente hacen que la continuación no sea económica; 7, incremento en los costos, en particular aquellos debidos al paro de la planta y aquellos para la limpieza del equipo; 8. daño serio al equipo con la necesidad consecuente de parar y sustituir partes del mismo, cuando la limpieza no es posible. El Solicitante ha descubierto, como se describe en las reivindicaciones anexas, un sistema de condensación que previene la aparición de los fenómenos indeseables listados anteriormente, ya que está completamente libre del fenómeno de deposición de materiales sólidos, de acuerdo al mecanismo descrito anteriormente. Un objeto de la presente invención por lo tanto se refiere a un proceso mejorado para la producción de monómeros vinil-aromáticos, que comprende: a) alimentar una corriente que consiste de un hidrocarburo aromático junto con una corriente que consiste esencialmente de una olefina de 2 a 3 átomos de carbono a una sección de alquilación; b) alimentar el producto de reacción proveniente de la sección de alquilación a una primera sección de separación; c) descargar de la primera sección de separación una primera corriente que consiste de hidrocarburo aromático sin reaccionar, que se recicla a la sección de alquilación, una segunda corriente que consiste esencialmente de un hidrocarburo aromático mono-alquilado, una tercera corriente que consiste esencialmente de hidrocarburos aromáticos dialquilados, enviada a una sección de transalquilación, y una cuarta corriente que consiste esencialmente de una mezcla de hidrocarburos aromáticos polialquilados; d) alimentar la segunda corriente de la etapa (c) a una sección de deshidrogenación; e) enviar la corriente que sale del último reactor de deshidrogenación, después de un primer enfriamiento con recuperación de calor y un lavado posterior con agua rociada, a una sección en donde ocurre la condensación de la mayor parte de la corriente por intercambio térmico en equipo específico; f) alimentar el producto de reacción proveniente de la sección de condensación (e) a una segunda sección de separación/purificación, que comprende al menos una columna de destilación; g) descargar una corriente que consiste del monómero vinil-aromático con una pureza superior al 99.7% en peso de la cabeza de al menos una columna de destilación . De acuerdo a la presente invención, el hidrocarburo aromático alimentado a la sección de alquilación se puede seleccionar entre aquellos con un número de átomos de carbono que oscila desde 6 hasta 9, pero éste es preferentemente benceno. Se pueden utilizar otros hidrocarburos aromáticos en el proceso, objeto de la presente invención, que se pueden seleccionar entre, por ejemplo, tolueno y etil-benceno. El hidrocarburo preferido es benceno de grado de refinería con una pureza superior o igual al 95% en peso. La corriente olefínica de 2 a 3 átomos de carbono, por ejemplo, etileno o propileno, también de grado de refinería con una pureza superior o igual al 95% en peso, se alimenta al reactor de alquilación junto con el hidrocarburo aromático, nuevo y, opcionalmente, reciclado. Las dos corrientes, aromática y olefínica se alimentan a la unidad de alquilación para tener proporciones molares aromática/olefínicas que satisfagan los requerimientos de las tecnologías actuales, típicamente desde 1.8 hasta 50, preferentemente desde 2 hasta 10. La reacción de alquilación se lleva a cabo con sistemas catalíticos convencionales, por ejemplo de acuerdo a un método descrito en la patente Europea 432,814. Cualquier reactor de alquilación se puede utilizar en el proceso objeto de la presente invención. Por ejemplo, se pueden adoptar reactores de lecho fijo o de lecho fluido, reactores de lecho de transporte, reactores que operan con una mezcla en suspensión y reactores de destilación catalítica. Los catalizadores de alquilación preferidos pueden ser tricloruro de aluminio o aquellos seleccionados entre sólidos cristalinos porosos sintéticos y naturales a base de silicio y aluminio, tales como zeolitas acidas en donde la proporción atómica de silicio/aluminio oscila desde 5/1 hasta 200/1. En particular, se prefieren zeolitas Y, beta, omega, mordenita, sólidos porosos A, X y L y cristalinos MCM-22, MCM-36, MCM-49, MCM-56 y ERS-10. Alternativamente, es posible utilizar zeolitas sintéticas en el grupo ZSM en donde la proporción atómica de silicio/aluminio oscila desde 20/1 hasta 200/1, tal como la zeolita ZSM-5.

La reacción de alquilación se puede llevar a cabo bajo condiciones de temperatura y presión que dependen, como lo saben muy bien los expertos en el campo, no solamente del catalizador seleccionado sino también del tipo de reactor y de la elección de los reactivos. En el caso de la alquilación de benceno con etileno, la temperatura de reacción generalmente oscila desde 100 hasta 450°C. Más específicamente, con catalizadores de zeolita, para algunos procesos ya sea de lecho fijo o móvil en la fase gaseosa, la temperatura preferentemente oscila desde 300 hasta 450°C o desde 180 hasta 250°C para procesos en fase líquida, mientras que en el caso de un reactor de destilación catalítica, se opera en fase mixta de gas-líquido, la temperatura de reacción, varía a lo largo del lecho catalítico, oscila desde 140 hasta 350°C, preferentemente desde 200 hasta 300°C. Cuando se utilizan reactores que operan con una mezcla en suspensión y un catalizador de tricloruro de aluminio, la temperatura oscila desde 100 hasta 200°C. La presión dentro del reactor de alquilación se mantiene en valores que oscilan desde 0.3 hasta 6 MPa, preferentemente desde 0.5 hasta 4.5 MPa. La corriente aromática que deja el reactor de alquilación se trata con medios convencionales para recuperar el producto de reacción proveniente de los reactivos sin convertir y los subproductos de reacción. En particular, el sistema de separación preferentemente consiste de una serie de al menos tres columnas de destilación a partir de las cuales el compuesto aromático sin reaccionar se recupera de la primera, y se recicla al reactor de alquilación y/o a una unidad de transalquilación descrita enseguida. El compuesto aromático mono-alquilo-sustituido, por ejemplo etil-benceno, se recupera de la segunda columna de destilación y se alimenta a la unidad de deshidrogenación, mientras que los productos aromáticos dialquilados se recuperan de la cabeza de la tercera columna y se envían a la unidad de transalquilación, y los productos pesados, que consisten esencialmente de productos polialquilados, tetralinas y difeniletanos alquil-sustituidos, que se pueden alimentar como aditivos a la segunda sección de separación/purificación del producto proveniente de la sección de deshidrogenación, se recuperan de la parte inferior. Los compuestos aromáticos dialquilados, por ejemplo dietil-bencenos se pueden alimentar a un reactor de transalquilación para la transalquilación con hidrocarburos aromáticos de 6 a 9 átomos de carbono, por ejemplo benceno, para producir los compuestos aromáticos mono-alquil-sustituidos correspondientes, tales como etil-benceno, e incrementar el rendimiento de la producción de alquilación.

La transalquilación puede ocurrir en un reactor específico o en el mismo reactor de alquilación. El reactor de transalquilación, cuando está presente, preferentemente consiste de un reactor que opera en fase de suspensión, cuando el catalizador es tricloruro de aluminio, o en un reactor de lecho fijo, que funciona en fase líquida, en donde está presente un catalizador de transalquilación zeolítica convencional, tal como zeolita Y, zeolita beta o mordenita, preferentemente zeolita Y o beta. La reacción de transalquilación se puede llevar a cabo de acuerdo a lo que se describe en la patente europea 847,802. En el caso de la transalquilación de dietil-benceno con benceno, la proporción molar de benceno/etileno, calculada con respecto a las moles totales de benceno presente como tal y como dietil-benceno y las moles totales de etileno presente como sustituyente en los dietil-bencenos, oscila desde 2/1 hasta 18/1, preferentemente desde 2.5/1 hasta 10/1. La temperatura en el reactor se mantiene en un valor desde 50 hasta 350°C, preferentemente desde 130 hasta 290°C, mientras que la presión se mantiene desde 0.02 hasta 6 MPa, preferentemente desde 0.5 hasta 5 MPa. El producto aromático mono-alquilado se alimenta a la sección de deshidrogenación catalítica que comprende uno o varios reactores que operan con un lecho fijo o lecho fluido. La reacción de deshidrogenación con un reactor de lecho fluido ocurre a una temperatura que oscila desde 450 hasta 700°C y a una presión que oscila desde 0.01 hasta 0.3 MPa, en presencia de un catalizador a base de uno o varios metales seleccionados entre galio, cromo, hierro, estaño, manganeso soportado sobre alúmina modificada con 0.05-5% en peso de sílice. Además de los metales anteriores, el sistema catalítico puede comprender platino y/u uno o varios metales alcalinos o alcalinotérreos. Ejemplos de procesos de deshidrogenación de hidrocarburos alquil-aromáticos se describen en la patente italiana 1,295,071, en las patentes de los Estados Unidos 5,994,258 y 6,031,143 ó en las solicitudes de patente internacional WO 01/23336 ó WO 03/53567. La reacción de deshidrogenación con un reactor de lecho fijo ocurre a una temperatura que oscila desde 500 hasta 700°C, preferentemente desde 520 hasta 650°C, a una presión que oscila desde 0.02 hasta 0.15 MPa, en presencia de un catalizador a base de óxido de hierro y carbonato de potasio que contienen otros compuestos metálicos en pequeñas cantidades, que tienen la función de promotores. En el caso del proceso de producción de estireno, la deshidrogenación puede ocurrir, por ejemplo, con un catalizador de lecho fijo mediante la alimentación de una mezcla de vapor de etil-benceno y vapor de agua, en una proporción molar de agua/etil-benceno que oscila desde 5 hasta 15, preferentemente desde 6 hasta 12, en un primer reactor en donde ocurre una conversión parcial de etil-benceno. La mezcla que reaccionó, que abandona el primer reactor se alimenta a un segundo reactor, después de que la temperatura se ha llevado al valor requerido por medio de un intercambiador térmico. La mezcla de reacción, en la cual el etil-benceno se convierte por al menos 50%, se enfría y se condensa antes de enviarse a la sección de purificación. Si se requiere, en la salida del segundo reactor, es posible incluir un tercer reactor para incrementar la conversión de etil-benceno hasta más del 70%. Los gases provenientes de los reactores de deshidrogenación, que salen a una temperatura que oscila desde 450 hasta 650°C, preferentemente desde 550 hasta 610°C, se enfrían en una serie de intercambiadores que recuperan calor por precalentamiento de los gases que se alimentan a la sección de reacción, hasta una temperatura que oscila desde 100 hasta 300°C, preferentemente desde 120 hasta 180°C; entonces éstos pasan a través de conductos y/o equipo en donde, debido a una serie de rociadores de agua, se lavan y se enfrían a 30-100°C, preferentemente 55-70°C; enseguida se condensan en la camisa de un intercambiador de calor horizontal, en cuyos tubos fluye un fluido de enfriamiento, por ejemplo agua, en donde ocurre la condensación de un tipo mixto a reflujo y equilibrio. En particular, los gases entran a través de las aberturas situadas en la parte inferior de la camisa, y se mueven hacia arriba, entrando en contacto con los tubos intercambiadores a los cuales éstos transfieren calor, conforme se comienzan a condensar, el líquido formado por la condensación refluye mediante la acción de la fuerza de gravedad, entrando en contacto con el gas que se eleva, el cual no se ha condensado aún. Por consiguiente, ocurren los siguientes fenómenos simultáneamente en la camisa del intercambiador: enfriamiento, condensación y lavado de los gases . El lavado de los gases y los tubos intercambiadores en la parte del líquido que naturalmente fluye hacia abajo por gravedad, asegura que las partículas sólidas o líquidas viscosas se laven continuamente y se eliminen tanto del condensador como del gas incondensable que llega a la parte superior del manto, en donde, debido a una configuración obtenida por medio de desviadores longitudinales y transversales, el gas se enfría adecuadamente antes de ser succionado por los compresores. La configuración descrita anteriormente tiene ventajas importantes ya que permite que la condensación se efectúe en un aparato simple y evita la necesidad de cualquier tipo de limpieza por toda la duración de la operación. La mezcla líquida se envía a la segunda sección de separación/purificación para la recuperación del monómero vinil-aromático . En particular, la mezcla líquida que fluye hacia abajo hacia la parte inferior de la camisa del condensador, se recolecta en áreas específicas y se envía a un tanque horizontal, situado abajo del condensador, en donde las dos fases líquidas, la fase rica en agua y aquella que es rica en hidrocarburos, se separan por decantación. La fase acuosa se envía a tratamiento para eliminar las trazas de hidrocarburos y partículas sólidas, mientras que la fase de hidrocarburo, filtrada adecuadamente, se alimenta a la sección denominada de separación/purificación para la recuperación del monómero vinil-aromático, por ejemplo, estireno. La sección de separación/purificación comprende al menos una columna de destilación, aunque es preferible operar con tres o cuatro columnas de destilación conectadas en serie con respecto al flujo de monómero que se va a purificar .

EJEMPLO Se proporciona un ejemplo, con base en una comparación de datos industriales en una planta de producción de estireno, que demuestra las ventajas que se pueden obtener con el sistema de condensación mejorado, con la condensación en la camisa (denominada Planta Mejorada), comparada con una planta tradicional, en donde ocurre la condensación dentro de los tubos de dos aparatos configurados en serie, el primero enfriado con aire y el segundo con agua (denominada Planta de Referencia) . Las condiciones de la planta se listan enseguida. La planta consiste de una sección de producción de etil-benceno a la cual el etileno y el benceno se alimentan en presencia de un catalizador a base de A1C1 , a una presión de aproximadamente 0.5 MPa y a una temperatura de 150°C. El efluente proveniente de la sección de reacción se alimenta a una sección de separación, en donde el catalizador a base de A1C13 se separa y posteriormente a una sección de destilación en donde existen columnas de tres plataformas. En la primera, que opera a aproximadamente 0.6 MPa y a una temperatura en la cabeza de 150°C, el benceno sin reaccionar se separa y se recicla a la sección de reacción; el producto de la parte inferior se alimenta a una segunda columna que opera a 0.25 MPa y a una temperatura de 170°C, en donde el producto de la cabeza consiste de etil-benceno que se envía a la siguiente sección de deshidrogenación, con una velocidad de flujo de 40 t/h. El producto de la parte inferior se alimenta a una tercera columna que opera a una presión de 0.01 MPa y a una temperatura en la cabeza de aproximadamente 140°C. El producto de la cabeza, que consiste de una mezcla de compuestos de benceno polietilados, principalmente dietil-benceno, se recicla a la sección de reacción, mientras que la parte inferior forma un subproducto que consiste de productos con alta temperatura de ebullición. La sección de deshidrogenación, a la cual se alimenta etil-benceno parcialmente nuevo y parcialmente reciclado consiste de dos reactores adiabáticos situados en serie, que contienen un catalizador a base de sales de hierro y de potasio. El primer reactor, al cual se alimenta etil-benceno en forma gaseosa en presencia de vapor de agua, con velocidades de flujo de 60 t/h (etilbenceno) y 100 t/h (vapor de agua) respectivamente, opera a una temperatura de entrada de aproximadamente 610°C y a una presión de aproximadamente 0.085 MPa. El segundo reactor, por otro lado, opera a una temperatura de entrada de 630°C y a una presión de entrada de 0.05 MPa. La mezcla que deja el 2 ° reactor a una temperatura de 590°C y a una presión de 0.04 MPa, se enfría hasta aproximadamente 150°C en dos intercambiadores situados en serie, en donde el calor se transfiere, en el primer intercambiador, a la corriente de etil-benceno, en el segundo al vapor, que se alimentan al primer reactor. En la salida del último de estos intercambiadores, los gases de reacción se lavan con aproximadamente 50 t/h de agua rociada a través de una serie de boquillas; el agua inyectada de esta manera se vaporiza parcialmente, enfriando los gases hasta aproximadamente 60°C y permanece parcialmente en la fase líquida y refluye hacia la parte inferior del tubo. De esta manera, los gases de lavan, antes de que lleguen a un intercambiador térmico de múltiples tubos; denominado condensador, en donde la mayoría de éstos se condensan, mientras que la parte incondensable, rica en hidrógeno, se enfría a aproximadamente 30°C y se comprime en una sección adecuada. La parte condensada a una presión de 0.03 MPa y a 55°C fluye por gravedad hacia un tanque horizontal situado debajo del condensador de múltiples tubos; se separan dos fases en el tanque: la fase que consiste principalmente de agua, la cual se elimina después de retirar los hidrocarburos residuales, y la fase de hidrocarburo, rica en estireno, pero que aún contiene etilbenceno sin reaccionar y menores concentraciones de benceno, tolueno y productos de alta temperatura de ebullición, denominada mezcla deshidrogenada. La corriente de hidrocarburo, con una velocidad de flujo de aproximadamente 58 t/h, se bombea a la siguiente sección de purificación que consiste de cuatro columnas de destilación. El benceno y el tolueno, que forman los subproductos, se separan en la primera columna, en donde la mezcla deshidrogenada se alimenta, en la cabeza, a una presión de 0.02 MPa y a una temperatura de aproximadamente 55°C. El producto de la parte inferior se alimenta a la segunda columna, a una presión de 0.03 MPa y a una temperatura de aproximadamente 100°C. Una corriente rica en etil-benceno se separa de la cabeza de la segunda columna, operando a 0.01 MPa y a 65°C, la cual, después de condensación, se bombea a la sección de deshidrogenación. El producto de la parte inferior de la segunda columna, a una temperatura de aproximadamente 90°C, se alimenta a la tercera columna a partir de cuya cabeza se obtiene la mayor parte del estireno con una pureza de más del 99.7%, mientras que el producto de la parte inferior se alimenta a la cuarta columna, en donde se obtiene más estireno de alta pureza en la cabeza y una corriente de productos con alta temperatura de ebullición, con una pequeña cantidad de estireno residual, que forma un subproducto de desecho, se obtiene en la parte inferior. En la planta descrita anteriormente, el condensador del efluente proveniente de la sección de deshidrogenación originalmente era del tipo con condensación dentro del tubo y fluido de enfriamiento por fuera, seguido por un post-condensador más pequeño. Esta condición se denomina en lo sucesivo "Planta de Referencia" . El condensador entonces se modificó, como se describe anteriormente, y la condensación se efectuó dentro de la camisa de un intercambiador simple en donde los gases entran desde la parte inferior de la camisa y en donde ocurre la condensación con un reflujo mixto y configuración de equilibrio. Esta situación se denomina en lo sucesivo como "Planta Mejorada". En la siguiente tabla, varios parámetros de funcionamiento de la planta descrita anteriormente, se comparan antes y después de efectuar la modificación, objeto de la presente invención, con variaciones en el tiempo de corrida, después de cambiar el catalizador de deshidrogenación. Los parámetros comparados son los siguientes : 1. presión en la entrada del condensador, medida corriente abajo de la sección de deshidrogenación de etil-benceno, etapa (d) antes de la entrada a la sección de condensación/separación, etapa (e) , expresada en una forma relativa con respecto al número inicial, es decir que se mide con una planta completamente limpia y catalizador nuevo; 2. capacidad de planta, medida por la velocidad de flujo de la corriente del estireno producido, expresada en un número relativo con respecto a la forma inicial, es decir aquella que se mide con una planta completamente limpia y catalizador nuevo; 3. variación en el consumo específico de materia prima, expresada como kilogramo de etil-benceno necesario para producir 1 tonelada de estireno, obtenida como una proporción entre la medición de la velocidad de flujo de la corriente que sale de la sección de producción de etil-benceno, medida en kg/hora, y la velocidad de flujo de la corriente de estireno, medida en t/h; el valor en la tabla se expresa como la diferencia entre el valor por mes de operación considerado y el valor inicial, es decir aquel medido con una planta completamente limpia y catalizador nuevo. Para una mejor comprensión de este parámetro, se debe tomar en cuenta que se influye no solamente por la presión (mientras más alta es la presión, más baja es la selectividad y por consiguiente es mayor el consumo específico de etil-benceno) , sino también por el envejecimiento del catalizador que pone en peligro los desempeños. El envejecimiento depende del tiempo que el catalizador ha pasado bajo condiciones de alta temperatura y ha estado en contacto con empobrecimientos que se derivan de la corriente del reactivo.

TABLA (*) La Planta de Referencia, con un condensador tradicional, efectúa un paro para limpiar a la mitad de la vida útil del catalizador. El paro de la planta, que dura aproximadamente 10 días, implica una pérdida en la producción y costos adicionales, tanto por las operaciones de paro como por las operaciones de la reactivación posterior, y mantenimiento.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Proceso mejorado para la producción y purificación de monómeros vinil-aromáticos, que comprende: a) alimentar una corriente que consiste de un hidrocarburo aromático junto con una corriente que consiste esencialmente de una olefina de 2 a 3 átomos de carbono a una sección de alquilación; b) alimentar el producto de reacción proveniente de la sección de alquilación a una primera sección de separación; c) descargar de la primera sección de separación una primera corriente que consiste de hidrocarburo aromático sin reaccionar, que se recicla a la sección de alquilación, una segunda corriente que consiste esencialmente de un hidrocarburo aromático mono-alquilado, una tercera corriente que consiste esencialmente de hidrocarburos aromáticos dialquilados, enviada a una sección de transalquilación, y una cuarta corriente que consiste esencialmente de una mezcla de hidrocarburos aromáticos polialquilados; d) alimentar la segunda corriente de la etapa (c) a una sección de deshidrogenación; e) alimentar el producto de reacción proveniente de la sección de deshidrogenación a una segunda sección de separación/purificación, que comprende al menos una columna de destilación; f) descargar una corriente que consiste del monómero vinil-aromático con una pureza superior al 99.7% en peso, de la cabeza de al menos una columna de destilación, en donde: después de un primer enfriamiento con recuperación de calor, el gas sale de la etapa de deshidrogenación, después se lava con agua rociada, se alimenta y se condensa en la camisa de un intercambiador térmico con múltiples tubos mantenido vertical u horizontal, en cuyos tubos fluye un fluido de enfriamiento; la alimentación del gas se efectúa desde la parte inferior del intercambiador con el líquido derivado de la condensación que refluye y deja el intercambiador, ya sea totalmente o parcialmente, proveniente aún de la parte inferior de la camisa y se envía a la segunda sección de separación/purificación (e) ; el gas y las sustancias no condensadas posibles dejan la camisa de la parte superior del intercambiador.

2. Proceso según la reivindicación 1, en donde el gas que deja el condensador se envía a una etapa de enfriamiento adicional en un intercambiador térmico adicional (post-condensador) , mantenido vertical u horizontal, en donde el gas entra en contacto con el grupo de tubos en la parte inferior del intercambiador, mientras que el líquido que se deriva de la condensación de parte del gas, es decir introducido específicamente en la parte superior de la camisa, ya sea totalmente o parcialmente deja la parte inferior de la camisa y se envía a (e) , el gas y las sustancias no condensadas posibles dejan la camisa del intercambiador desde su parte superior.

3. Proceso según la reivindicación 1 ó 2, en donde el gas que deja el condensador, o post-condensador, se succiona por un compresor que incrementa su presión y lo envía para el enfriamiento o condensación posteriores a la camisa de uno o varios intercambiadores térmicos verticales u horizontales, situados en serie o en paralelo, en cuyos tubos fluye un fluido de enfriamiento, en donde el gas entra en contacto con el grupo de tubos en la parte inferior del intercambiador, mientras que el líquido derivado de la condensación de parte del gas, es decir introducido específicamente en la parte superior de la camisa, ya sea totalmente o parcialmente deja la parte inferior de la camisa y se envía a (e) , el gas y las sustancias no condensadas posibles dejan la camisa del intercambiador desde su parte superior.

4. Proceso según la reivindicación 1, 2 ó 3, en donde el hidrocarburo aromático alimentado a la sección de alquilación consiste de benceno de grado refinería, mientras que la corriente olefínica consiste de etileno o propileno de grado refinería.

5. Proceso según la reivindicación 4, en donde la corriente olefínica consiste de etileno.

6. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones previas, en donde las corrientes aromática y olefínica se alimentan a la unidad de alquilación para tener proporciones molares aromática/olefínica que oscilan desde 1.8 hasta 50.

7. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones previas, en donde la reacción de alquilación ocurre en presencia de catalizadores seleccionados entre tricloruro de aluminio, sólidos cristalinos porosos sintéticos y naturales a base de silicio y aluminio, en donde la proporción atómica de silicio/aluminio oscila desde 5/1 hasta 200/1 y zeolitas sintéticas del grupo ZSM en donde la proporción atómica de silicio/aluminio oscila desde 20/1 hasta 200/1.

8. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones previas, en donde la reacción de alquilación se lleva a cabo a una temperatura que oscila desde 50 hasta 450°C.

9. Proceso según la reivindicación 5, en donde el catalizador consiste de tricloruro de aluminio y la temperatura oscila desde 100 hasta 200°C.

10. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones previas, en donde la reacción de alquilación se lleva a cabo a una presión que oscila desde 0.3 hasta 6 MPa.

11. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones previas, en donde la corriente aromática que deja el reactor de alquilación se alimenta a un sistema de separación que consiste de una serie de al menos tres columnas de destilación para la recuperación del compuesto aromático monoalquil-sustituido, para ser enviado a la unidad de deshidrogenación.

12. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones previas, en donde la reacción de deshidrogenación catalítica ocurre en un reactor de lecho fluido, a una temperatura que oscila desde 450 hasta 700°C y una presión que oscila desde 0.01 MPa hasta 0.3 MPa en presencia de un catalizador seleccionado entre uno o varios de los siguientes metales: galio, cromo, hierro, estaño, manganeso, soportado sobre alúmina modificada con 0.05-5% en peso de sílice.

13. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones previas 1 a 11, en donde la reacción de deshidrogenación catalítica ocurre en un reactor de lecho fijo, a una temperatura que oscila desde 500 hasta 700°C y a una presión que oscila desde 0.02 MPa hasta 0.15 MPa en presencia de un catalizador a base de óxido de hierro y carbonato de potasio.

14. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones previas, en donde la segunda sección de separación/purificación comprende tres o cuatro columnas de destilación conectadas en serie con respecto al flujo de monómero que se va a purificar.

15. Proceso según las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en donde el intercambiador térmico se mantiene horizontal y el fluido de enfriamiento es agua. c