CONVERSIÓN DE OXIGENADO EN OLEFINAS CON INYECCIÓN DE OXIGENADO EN ETAPAS
Descripción La presente invención se refiere a un proceso para convertir oxigenado, tal como metanol y/o éter dimetílico, en olefinas, en un reactor, sobre un catalizador de tamiz molecular 0 tal como ZSM-34 y SAPO-34, donde se introduce oxigenado a un lecho catalizador en múltiples puntos de inyección a lo largo del eje de flujo del reactor. El proceso es especialmente útil para incrementar la selectividad a etileno. Los procesos de elaboración de olefinas, tales como 5 desintegración con vapor de agua, generalmente operan a baja presión, alta temperatura, y con diluyentes, tales como vapor de agua, para acrecentar los rendimientos de olefinas ligeras que son favorecidas termodinámicamente por estas condiciones. Al producir olefinas ligeras, puede incrementarse en cierta medida 0 la selectividad a etileno incrementando la severidad del reactor, f v.gr., por operación a baja presión, alta temperatura y/o por adición de diluyente. Sin embargo, al incrementarse la severidad del reactor, se reduce la producción total de olefinas. Mas aún, también se incrementará la producción de parafinas, es decir 5 metano, etano, propano, etc., aromáticos, y otros componentes menos deseables. De manera similar, la adición de diluyente
implica un costo significativo. Por ejemplo, con diluyente de vapor de agua, el costo de generar el vapor de agua y el costoso equipo para condensar el vapor de agua para recuperación de producto deben considerarse con los ingresos adicionales alcanzados por los mayores rendimientos de olefinas. A mayor abundamiento, todo el equipo debe ser incrementado en tamaño para manejar el procesamiento del diluyente así como la alimentación reactiva. Con procesos de conversión de metanol, estos gastos generalmente niegan usar diluyentes en una cantidad significati-va. En un esfuerzo por mejorar los rendimientos en diversos procedimientos de reacción, se ha usado la inyección de reactivos por etapas en diversos procesos de lecho fijo. Por ejemplo, las patentes US 4,377,718 y 4,761,513 describen procesos de alquila-ción de tolueno donde el reactivo de alquilación es alimentado en diferentes etapas entre lechos fijos. Similarmente, la patente US 3,741,504 divulga un procedimiento similar, usando compuertas de inyección múltiples, para preparar etilbenceno usando un reactor de catalizador de lecho fijo. La patente US 5,120,890 divulga múltiples lugares de inyección de reactivos en lechos fijos separados en un proceso para reducir el contenido de benceno y tolueno en corrientes de gasolina ligera. Las patentes US 3,741,504; 4,377,718; 4,761,513; y 5,120,890, son incorporadas en su totalidad en la presente por referencia, cada una. En estos procesos de lecho fijo, se puede fácilmente separar la
carga de catalizador en varias zonas diferentes y discretas. Durante uso, el producto de una zona es mezclado con metanol adicional, y esta mezcla es alimentada a la zona subsecuente. Una manera de proveer estas zonas separadas y discretas incluye colocar cada zona en un recipiente reactor separado, donde se inyecta (n) reactivo (s) adicional (es) entre zonas adyacentes. Este procedimiento sufre de la desventaja de que un gasto considerable está implicado en proveer recipientes reactores separados y el equipo asociado para correr este tipo de sistema. 0 Adicionalmente, los reactores de lecho fijo son desventajosos para reacciones exotérmicas debido al potencial impacto negativo de las exotermas sobre la selectividad al producto. Las preocupaciones relativas a la estabilidad del reactor con lechos fijos también requieren que la elevación de temperatura por lecho 5 catalizador sea limitada. Esto puede necesitar un gran número de lechos para acomodar el calor de reacción. Es un objetivo de esta invención el de proveer procesos y sistemas para convertir oxigenado en olefinas, especialmente olefinas inferiores, v.gr., etileno, propileno y buteno, con alta r conversión y selectividad. Se ha encontrado ahora que usando inyección múltiple de alimentación pura o ligeramente diluida en, v.gr., un sistema reactor de lecho fluido, es posible alcanzar mejoras en la selectividad a etileno comparables a las alcanzadas con grandes cantidades de diluyentes, a menos costo. 5 En general, los procesos y sistemas de acuerdo con esta
invención usan inyección de oxigenado en etapas introduciendo el oxigenado en un lecho catalizador en diversas etapas a lo largo del eje de flujo del reactor. En un aspecto, la presente invención se refiere a un proceso para convertir oxigenado en un producto que contiene olefina, que comprende: introducir oxigenado en un sistema reactor en varias etapas a lo largo de un eje de flujo de un lecho catalizador de reactor; poner en contacto el oxigenado con un catalizador de tamiz molecular de conversión de oxigenado el olefinas bajo condiciones de conversión de oxigenado en olefinas; y recuperar un producto que contiene olefina que contiene una proporción superior de etileno que un producto producido a partir de un proceso que difiere únicamente por introducir oxigenado en una sola etapa a lo largo del eje de flujo del lecho catalizador de reactor. En otra forma de realización, la presente invención se refiere a un sistema para convertir oxigenado en un producto que contiene olefina, comprendiendo: un sistema reactor que comprende un lecho catalizador de reactor; medios para introducir oxigenado en el sistema reactor en varias etapas a lo largo de un eje de flujo de dicho lecho catalizador de reactor;
medios para poner en contacto el oxigenado con un catalizador de tamiz molecular de conversión de oxigenado en olefinas bajo condiciones de conversión de oxigenado en olefinas; y medios para recuperar un producto que contiene olefina que contiene una mayor proporción de etileno que un producto producido a partir de un proceso que solo difiere por introducir oxigenado en una sola etapa a lo largo del eje de flujo del lecho catalizador de reactor. Esta invención, y los aspectos ventajosos de la misma, será comprendida mas completamente cuando se considere en contexto con la siguiente descripción detallada, la cual incluye una descripción del dibujo anexo, donde La figura ilustra una forma de realización de la invención que usa un solo recipiente reactor que incluye un solo lecho fluidizado y un arreglo de inyección múltiple. Se conoce convertir selectivamente oxigenados, incluyendo particularmente metanol, en olefinas ligeras, es decir etileno (CJ) , propileno (C3J , y butileno (CJ) . El etileno y el propileno están particularmente en alta demanda, y continúa creciendo la necesidad de estas materias primas quífnicas, particularmente etileno. En la presente invención, un oxigenado, v.gr., oxigenado seleccionado del grupo que consiste en metanol y éter dimetílico, es hecho reaccionar a temperatura elevada sobre un lecho de un catalizador de tamiz molecular, v.gr., ZSM-
, ZSM-34 o SAPO-34, para producir un producto de reacción del cual se recuperan olefinas C2-C4. La conversión de oxigenado en olefinas de acuerdo con la presente invención puede ocurrir en un reactor de cualquier configuración. Reactores continuos, tales como de lecho fluidizado denso, de elevador, de lecho fluido rápido, o de lecho fijo, son configuraciones adecuadas para uso en la presente invención. De preferencia el reactor es un reactor tipo flujo en lecho fluidizado. El catalizador puede ser usado en diversas formas, tales como en lecho fijo, lecho en movimiento, lecho fluidizado, v.gr., un lecho fluido denso, en suspensión en la mezcla de reacción generalmente gaseosa. En un aspecto de la invención, el lecho catalizador del reactor comprende una zona de reacción de lecho fluidizado que incluye una porción superior, una porción inferior, y una porción intermedia que se extiende entre la porción superior y la porción inferior. Se introduce oxigenado en un primer lugar en o cerca de la porción inferior de la zona de reacción de lecho fluidizado, y en un segundo lugar en la porción intermedia de la zona de reacción de lecho fluidizado. Puede introducirse oxigenado a la zona de reacción de lecho fluidizado en una pluralidad de posiciones axiales diferentes en la porción intermedia de la zona de reacción de lecho fluidizado. Puede introducirse oxigenado directamente a la porción inferior de la zona de reacción a través de una rejilla inferior,
y en la porción intermedia o superior de la zona de reacción mediante inyectores. La rejilla inferior puede comprender boquillas dirigidas corriente abajo o corriente arriba; los inyectores de la porción intermedia o superior de preferencia están dirigidos corriente arriba, pero pueden también estar dirigidos corriente abajo. Este aspecto de la invención no es crítico, pues son factibles diversos diseños diferentes de inyectores y la disposición real depende de aspectos específicos del diseño. Por ejemplo, con una disposición de rejilla de tubo para la rejilla inferior, los inyectores pueden estar mirando corriente arriba e incluso estar angulados con relación al eje vertical . Puede introducirse oxigenado en una pluralidad de lugares diferentes dentro de un plano perpendicular o sustancial -mente perpendicular a la dirección axial del recipiente reactor, es decir un solo plano puede comprender una pluralidad de medios para introducir oxigenado, dispuestos en cualquier configuración adecuada tal como una línea recta, un anillo y/o una rejilla de salidas de alimentación de oxigenado, v.gr., boquillas. Debido a restricciones de espacio, puede ser necesario colocar las boquillas a elevaciones ligeramente diferentes dentro de un conjunto de inyectores. Cantidades menores, es decir 0.01 a 10% en peso de aromáticos tales como benceno, tolueno y/o xilenos, etc., pueden co-alimentarse con el oxigenado a fin de acrecentar la selectivi-
dad a olefina. La figura ilustra esquemáticamente un sistema reactor de lecho fluidizado que puede ser usado en esta invención para convertir oxigenado en un producto que contiene olefina. El sistema ilustrado es descrito en detalle mas adelante. La figura ilustra una forma de realización relativamente compacta y sencilla del sistema 10 de acuerdo con la invención. El sistema 10 incluye un recipiente reactor 12, que contiene una sola zona de reacción de lecho fluidizado 14. Esta zona de reacción 14 incluye una porción superior 16, una porción inferior 18, y una porción intermedia 20 que se extiende entre la porción superior 16 y la porción inferior 18. Una zona de reacción de lecho fluidizado 14, como se conoce en la materia, contiene un volumen de partículas de tamaño pequeño que generalmente se dejan a flote ( " fluidizadas" ) por el gas que fluye al pasar hacia arriba a través del recipiente reactor 12 durante la operación del reactor. Los dispositivos convencionales, tales como el ciclón primario 22 y el ciclón secundario 23, pueden ser usados para proveer separación y recuperación del catalizador atrapado del gas, para regresar los sólidos al lecho, y para mantener el lecho fluidizado 14 bajo condiciones de operación adecuadas. Mediante este flujo de gas, los reactivos pasan hacia y/o a través de la zona de reacción 14, y las partículas pequeñas proveen una gran área superficial que permite un contacto generoso entre los reactivos y el catalizador
bajo condiciones de conversión de oxigenado. De preferencia, el lecho fluidizado 14 contendrá un catalizador que promueve la reacción de conversión de oxigenado, y de hecho, si se desea, todo el volumen del lecho fluidizado 14 puede comprender partículas de catalizador. Puede usarse cualquier catalizador adecuado sin apartarse de la invención. El catalizador empleado en la presente invención puede comprender una zeolita selectiva de forma que tiene un índice de constricción de 1-12. Detalles de los procedimientos de prueba del índice de constricción son provistos en J. Catalysis 67, 218-222 (1981) y en la patente US 4,711,710, de Chen y colaboradores. Zeolitas selectivas de forma preferidas son ejemplificadas por ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-38, ZSM-48, ZSM-57, y materiales similares. La ZSM-5 es descrita en las patentes US 3,702,886, Re. 29,948, y 4,061,724 (describiendo una ZSM-5 con alto contenido de sílice como "silicalita"). La ZSM-11 es descrita en la patente US 3,709,979. La ZSM-12 es descrita en la patente US 3,832,449. La ZSM-23 es descrita en la patente US 4,076,842. La ZSM-35 es descrita en la patente US 4,016,245. La patente ZSM-38 es descrita en la patente US 4,046,859. La ZSM-48 es descrita en la patente US 4,397,827. La ZSM-57 es descrita en la patente US 4,873,067. Otros catalizadores adecuados para uso en la presente invención incluyen tamices moleculares de tamaño de poro que varía de alrededor de 5.0 a alrededor de 4.0 Angstróms, de
JO-preferencia de alrededor de 4.8 a alrededor de 4.4 Angstróms. El tamiz molecular de poro pequeño empleado en la reacción es de un tamaño de poro que varía entre alrededor de 5.0 y 4.0 Angstróms, de preferencia alrededor de 4.8 a 4.4 Angstróms, y constituido por un componente de óxido de armazón cristalino. Generalmente, las aperturas de poro de la estructura de tamiz molecular consisten en estructuras de anillo de alrededor de 6 a alrededor de 10, de preferencia de 8 miembros. Estos materiales, empleados de acuerdo con esta invención, incluyen estructuras cristalinas naturales y sintéticas con componentes de óxido de armazón tetraédrico tales como aluminio, silicio, fósforo y similares. Tales catalizadores son de preferencia seleccionados del grupo que consiste en zeolitas, aluminofosfatos tetraédricos (ALPOs) y silico-aluminofosfatos tetraédricos (SAPOs) . Ejemplar de los catalizadores zeolíticos de poro pequeño es la ZSM-34, descrita en la patente US 4,086,186, incorporada en la presente por referencia, ZK-4, ZK-5, zeolita A, zeolita T, chabazita, gmelinita, clinoptilolita, erionita, ZSM-35, rho, ofretita, y similares; y catalizadores no zeolíticos tales como levina, SAPO-17, SAPO-18, SAPO-34, SAPO-43 , y SAPO-44. Los SAPOs son descritos variadamente en las patentes US 4,440,871; 4,554,143; 4,567,029; 4,666,875; y 4,742,033. La presente invención puede también usarse con métodos que modifican la estructura de armazón del catalizador para incrementarla producción de olefinas ligeras, especialmente la
proporción C2=/C3=, mientras se producen tan pocos productos secundarios parafínicos y aromáticos como sea posible. Por ejemplo, la patente US 3,911,041 divulga un proceso para convertir oxigenado en un producto de reacción que contiene olefinas ligeras por contacto del oxigenado con una zeolita modificada con fósforo. Una zeolita de tamaño de poro intermedio, tal como ZSM-5, es modificada incorporando de alrededor de 0.78 a 4.5% en peso de fósforo enlazado a su armazón estructural. Típicamente, la zeolita ZSM-5 seca es puesta en contacto con una solución de un compuesto que contiene fósforo, v.gr., PC13, y calentada a temperatura elevada por un tiempo suficiente para incorporar el fósforo dentro del armazón cristalino de la zeolita . Pueden usarse catalizadores selectivados (es decir, catalizadores tratados para producir preferencialmente un compuesto particular) en el proceso de la invención. Tales catalizadores selectivados son conocidos en esta materia. Los catalizadores zeolíticos de poro pequeño, selectivados, del tipo descrito antes, v.gr., ZSM-34, son particularmente útiles. La selectivación de tales materiales puede llevarse a cabo por métodos convencionales tales como modificación con fósforo. Ejemplos de materiales selectivados de poro pequeño, adecuados para uso en la presente invención, pueden encontrarse en la patente US 5,925,586, concedida a Sun, la cual divulga el tratamiento de un tamiz molecular con oligómeros fosfonitrílicos .
Para que prosiga la reacción, la alimentación que contiene oxigenado, con o sin diluyente opcional, v.gr., vapor de agua, agua, hidrógeno, nitrógeno y/o gas de hidrocarburos ligeros, puede introducirse vía la línea de alimentación 13 a la zona de reacción de lecho fluidizado 14 en varios lugares. En la forma de realización ilustrada, el oxigenado es introducido en varios lugares en la zona de reacción de lecho fluidizado 14; de preferencia, estos lugares incluyen uno en o cerca de su porción inferior 18. El reactivo oxigenado de preferencia es introducido en forma gaseosa y provee al menos una porción del flujo de gas necesario para mantener la zona de reacción 14 en forma fluidizada. Este reactivo puede ser introducido usando cualquier dispositivo de introducción 24 apropiado, incluyendo dispositivos convencionales conocidos en la materia (v.gr., boquillas inyectoras, rejillas perforadas, rejillas de tubo, etc.) . El sistema reactor ilustrado incluye dos dispositivos de introducción axial corriente abajo 26a y 26b en adición al dispositivo de introducción 24 ubicado corriente arriba en la porción inferior 18 de la zona de reacción de lecho fluidizado para introducir oxigenado en "etapas" adicionales. Estos dispositivos 26a y 26b pueden ser dispuestos para introducir el reactivo oxigenado en cualquier manera apropiada. Por ejemplo, cada dispositivo 26a y 26b puede incluir una, y de preferencia mas boquillas inyectoras 27 ubicadas alrededor de la periferia del recipiente reactor 12 para introducir el reactivo oxigenado
alrededor de la periferia del recipiente. Como otra alternativa, cada dispositivo 26a y 26b puede incluir un arreglo de múltiple o rejilla de tubo para introducir el reactivo oxigenado en una pluralidad de lugares en el interior de la zona de reacción de lecho fluidizado 14. De preferencia, cada etapa axial incluye dispositivos adecuados para introducir el reactivo en varios lugares dentro de la etapa misma. Esta introducción de oxigenado en etapas en diversos lugares múltiples incrementa la selectividad a olefinas inferiores, v.gr., etileno. Debido a que disponer la alimentación en etapas en la manera descrita reduce el tiempo de contacto efectivo, se reducirá la conversión. La conversión puede ser mantenida incrementando la actividad del catalizador, v.gr., incrementando la concentración de componente activo en el catalizador. Son factibles otras maneras, dependiendo del catalizador particular. De manera alternativa, la conversión puede permitirse decrecer; esto dará habitualmente como resultado incrementos adicionales en la selectividad a olefinas ligeras, pues la selectividad a olefinas decrece en cierta medida con incrementos en la conversión. Asimismo, si se desea, otro dispositivo o compuerta de introducción de reactivo oxigenado puede ser provisto en o alrededor de la porción superior 16 del lecho fluidizado, sin apartarse de la invención. Pueden mezclarse juntos oxigenado y diluyente opcional antes de introducir los materiales a la parte inferior 18 de la
zona de reacción de lecho fluidizado 14, tal que estos materiales sean introducidos en una corriente de alimentación común. De manera alternativa, los materiales pueden ser introducidos por separado a la zona de reacción de lecho fluidizado 14 y puestos en contacto juntos después de su introducción, o los materiales pueden ser mezclados primero juntos en una boquilla u otro dispositivo que los introduzca simultáneamente a la zona de reacción de lecho fluidizado 14. Puede usarse cualquier dispositivo y método de mezclado adecuado para esta introducción, sin apartarse de la invención. Si es necesario, los dispositivos 24 y 26 para introducir el oxigenado y el diluyente opcional pueden ser mantenidos bajo condiciones que aseguran la integridad de estos materiales hasta que los reactivos entren al lecho catalizador (es decir, para impedir reacciones secundarias, conversiones y/o degradación indeseables de los reactivos) . Esto puede lograrse en cualquier forma adecuada, tal como limitando el tiempo de residencia de los materiales en el dispositivo de introducción o enfriando el dispositivo de introducción a una temperatura que mantiene el reactivo bajo condiciones estables o forrando el conjunto inyector ya sea interna o externamente con material refractario o de tipo inerte. En tanto la conversión de oxigenado sea exotérmica, puede removerse calor de la zona de reacción mediante cualquiera medios adecuados, v.gr. , sumergiendo superficies de intercambio térmico con el lecho fluidizado y
generando vapor de agua (no mostrado) . Algo del calor exotérmico puede también ser removido inyectando algo del reactivo y/o el diluyente como líquido, ya sea en la zona inferior o en las zonas de los inyectores. Debido a que los efectos del diluyente se cree generalmente surgen de efectos de la presión parcial, la inyección múltiple puede acrecentar la selectividad a etileno permitiendo operación a presiones parciales de oxigenado inferiores . El recipiente reactor 12 y las tasas de introducción de reactivo son mantenidos bajo condiciones adecuadas para soportar una conversión catalítica de oxigenado en un producto de reacción que contiene olefina para producir el producto deseado. Este producto de reacción es de preferencia producido en forma gaseosa, en cualquier manera adecuada, tal como por condensación, compresión y fraccionamiento subsecuente del líquido de hidrocarburo usando equipo convencional de destilación y recuperación. La purificación adicional del producto puede ser lograda en cualquier manera adecuada, por ejemplo mediante hidrogenación selectiva . Las alimentaciones sin reaccionar pueden ser recicladas a la zona de reacción de lecho fluidizado 14. Generalmente no es necesario purificar por completo el oxigenado reciclado, aunque esto puede hacerse, si se desea. Cualquier producto de éter dimetílico formado puede también ser reciclado de vuelta al reactor para conversión en productos olefínicos.
De acuerdo con la presente invención, una alimentación oxigenada, v.gr., metanol, adecuadamente con diluyente opcional añadido, es puesta en contacto con un lecho o lechos fijos, en movimiento o fluidizados del catalizador anterior en condiciones de reacción, típica y preferiblemente dentro de los rangos dados a continuación:
a fin de obtener un efluente a partir del cual se recupera etileno, y otros productos. El proceso puede ser conducido en presencia de diluyente añadido, v.gr., hidrógeno y/o agua añadida, tal que la relación molar de diluyente a oxigenado en la alimentación al reactor sea de entre alrededor de 0.01 y alrededor de 10. Los técnicos en la materia serán capaces de ajustar los diversos parámetros y condiciones de reacción para optimizar la conversión, el rendimiento y la selectividad, utilizando experimentación rutinaria. Esta invención se refiere a sistemas reactores y procesos novedosos para mejorar la selectividad a olefinas inferiores, v.gr., etileno, en un reactor de lecho fluidizado. Los sistemas y procesos de acuerdo con la invención aportan estos resultados mejorados introduciendo el oxigenado en un lugar
corriente arriba del sistema reactor así como en uno o mas lugares corriente abajo en el sistema reactor, es decir, en una "manera de etapas". Se puede usar cualquier número de "etapas" corriente abajo para introducir el reactivo oxigenado, v.gr., dos a cuatro etapas corriente abajo. Colocar mas de cuatro inyectores dentro del reactor es técnicamente factible, pero habrán límites prácticos debido a v.gr. , consideraciones de mantenimiento. En adición, habrá un punto de retornos que disminuyen. Al incrementarse el número de inyectores, la mejora incremental el rendimiento disminuye. Los lechos fluidizados usados en la presente invención pueden ser relativamente densos, tales como lechos fluidos turbulentos de sub-transporte, con una densidad operativa de lecho de alrededor de 200 a 700 kg/m3, de preferencia alrededor de 300 a 500 kg/m3. El uso de estos lechos densos incrementa la concentración de catalizador en el área de inyección de oxigenado. Un diseño alterno, adecuado de lecho fluido es llamado lecho fluido rápido. Este está caracterizado típicamente por una densidad de lecho que es inferior que la prevaleciente en un lecho fluido denso. Las velocidades de gas superficial son típicamente mayores de 1.5 m/seg. El lecho fluidizado en un lecho fluido rápido está menos definido que en un lecho fluido denso . Otro sistema reactor adecuado es un rector de "lecho
fluido", elevador. En este caso, el lecho fluidizado clásico no existe sino que mas bien se hacen fluir partículas catalizadores sólidas y gas hacia arriba o abajo en el recipiente reactor en una manera mas o menos homogénea. Típicamente, la densidad de sólidos en el elevador es menor de alrededor de 100 kg/m3, y la velocidad superficial de gas está en exceso de 6 a 12 m/seg. Los líquidos pueden ser inyectados en los tres tipos de sistemas de lecho fluido antes mencionados. El inventario de catalizador de los lechos fluidizados puede ser mantenido por retorno de sólidos a los lechos desde el sistema ciclónico de recuperación, pero ocurrirán pérdidas pequeñas, v.gr., debido a la atrición. Las pérdidas pueden ser compensadas añadiendo catalizador para mantener el inventario de catalizador. El producto que contiene olefina en el sistema de acuerdo con la figura es recolectado del líquido de hidrocarburos y puede ser procesado adicionalmente, v.gr., por medio de condensación, compresión y fraccionamiento, como se describió antes . Los ejemplos siguientes son provistos para ilustrar mas plenamente la invención y acentuar sus aspectos ventajosos. Estos ejemplos son incluidos para ilustrar la invención y no deben considerarse como limitativos en forma alguna. Ejemplo 1 Las pruebas catalíticas fueron llevadas a cabo con 15
g de catalizador en un reactor de lecho fluido, pequeño, a presión atmosférica, 375-470°C y WHSVs de metanol de 0.5 a 0.7 g de metanol/g de catalizador-hr . Se usó agua como diluyente. Se usó alimentación de metanol puro, salvo cuando estuvo presente el diluyente. Se probaron dos catalizadores: ZSM-34 y SAPO-34. El catalizador ZSM-34 fue ligado con un aglutinante de sílice y tratado con vapor de agua por 6 horas a 538 °C con una atmósfera de vapor de agua. El catalizador de SAPO-34 fue ligado en una matriz de sílice-alúmina y tratado con vapor de agua por 8 horas a 538 °C con una atmósfera de vapor de agua. Los resultados de prueba son resumidos en la Tabla 1. Como se muestra, ambos catalizadores fueron sumamente eficientes en la conversión de metanol en un producto de hidrocarburos rico en olefinas ligeras. Asimismo, el diluyente de agua tuvo un efecto benéfico sobre mejorar la conversión de metanol en etileno. El efecto del diluyente aparece mas pronunciado con el catalizador de SAPO-34.
Tabla 1 - Datos Catalíticos de Prueba: Metanol a Olefinas Ligeras
El beneficio de la inyección múltiple fue estimado a partir de los datos de la Tabla 1 para un esquema del arreglo de inyección múltiple mostrado en la figura. Los datos de ZSM-34 indican que la inyección múltiple puede mejorar de manera significativa la selectividad a etileno, como se muestra en la Tabla 2. Se introduce metanol puro en todas las inyecciones de alimentación. Tabla 2 - Beneficio de Inyección Múltiple con ZSM-34
El caso sin inyector tiene la alimentación entrando a través de la rejilla inferior en el reactor. Con tres inyectores
intermedios, la selectividad a etileno es casi la que sería con 70% en peso de diluyente de agua. El beneficio estimado mostrado en la Tabla 2 no incluye el esperado del nivel de conversión reducido. La conversión puede ser incrementada incrementando la actividad del catalizador. De manera similar, la inyección múltiple de alimentación es benéfica con un catalizador de SAPO-34, como se muestra en la Tabla 3. Tabla 3 - Beneficio de Inyección Múltiple con SAPO-34
Las mejoras en selectividad a etileno de usar cuatro zonas de inyección de alimentación son de 7 y 22%, respectivamente, para catalizadores de ZSM-34 y SAPO-34. De esta manera, la selectividad acrecentada a etileno es lograda sin recurrir a diluyentes, que implican costos de operación y de capital considerables. De nuevo, el beneficio estimado mostrado en la Tabla 3 no incluye el esperado del nivel reducido de conversión. La conversión puede ser incrementada incrementando la actividad del catalizador. Ejemplo 2 En un proceso de alquilación de tolueno, una alimentación en una relación molar 1.8-2.0 de tolueno a metanol fue hecha
reaccionar sobre ZSM-5 modificada con fósforo a un WHSV global de metanol de 0.25 para producir p-xileno. La inyección múltiple de metanol es usada para mejorar el rendimiento de p-xileno y la utilización de metanol. Algo del metanol reacciona para formar olefinas. Los datos pertinentes fueron examinados para determinar si había mejora en la selectividad a etileno con el número de inyectores de metanol . Los resultados de la Tabla 4 indican un efecto positivo de la inyección múltiple sobre la selectividad a etileno en este proceso. De nuevo, que no haya inyectores significa que la alimentación entra al reactor a través de la rejilla inferior. Los resultados son consistentes con mejoras en selectividad a etileno con dilución de alimentación en conversión de metanol en olefinas ligeras sobre catalizador de ZSM-5. La actividad de catalizador referida en la Tabla 4 es para la reacción de tolueno con metanol . Tabla 4 - Selectividad a Etileno en Alquilación de Tolueno Sobre ZSM-5
Aunque la invención ha sido descrita en la presente en términos de diversas formas de realización preferidas, los técnicos en la materia reconocerán que pueden hacerse diversos cambios y modificaciones sin apartarse del espíritu y alcances de
la invención, como se definen en las siguientes reivindicaciones.