Proceso de deshidrogenación oxidativa

Los procesos descritos en este documento pueden usarse para convertir hidrocarburos gaseosos en olefinas. En algunas realizaciones, los mismos pueden usarse hidrocarburos gaseosos tales como etano, propano, butano y mezclas. Adecuadamente, el hidrocarburo es una alimentación que contiene parafina incluyendo los hidrocarburos que tienen al menos dos átomos de carbono. En algunas realizaciones, los procesos descritos en este documento pueden usarse para convertir etano a etileno. En otras realizaciones, los procesos descritos en este documento pueden usarse para convertir n-butenos a butadienos. En aún otras realizaciones, los procesos descritos en este documento pueden usarse para convertir etilbenceno a estireno. Oxidativo deshidratación de otras parafinas y olefinas también se puede realizar usando formas de realización de los procesos descritos en este documento.

Alimentaciones de hidrocarburos, incluyendo etano puede ser de cualquier número de fuentes, incluyendo gas natural, siempre que las impurezas se eliminan suficientemente para evitar venenos del catalizador y contaminantes de productos eventuales, y también para evitar el contenido económicamente excesivo de otros compuestos que acompañan, incluidos los hidrocarburos, hidrógeno, dióxido de carbono , etc. Esto se puede lograr por medios convencionales conocidos por los expertos en la técnica.

Otras fuentes de alimentación de etano pueden incluir etano subproducto de una planta de pirólisis (craqueo con vapor, craqueo autotérmico) que de otra manera se recicla a la planta de pirólisis para el craqueo de más a etileno. En cambio, este etano pirólisis se puede alimentar a los procesos de ODH etano descritos en este documento. Típicamente, esto etano pirólisis ya está a muy alta pureza y es excelente alimentación para procesos de ODH etano descritos en este documento.

La alimentación al reactor de ODH etano puede incluir etano fresco, tal como de fuentes mencionadas anteriormente, y también puede incluir reciclaje del etano no reaccionado recuperado del efluente del reactor ODH.

El gas que contiene oxígeno puede incluir aire, oxígeno, y / o una mezcla de aire / oxígeno. El oxígeno puede ser "oxígeno puro" o de oxígeno semi-puro a partir de una planta de oxígeno, por ejemplo, planta de separación de aire, o cualquier otra fuente adecuada. La relación molar de oxígeno molecular a hidrocarburo (por ejemplo, etano) en la alimentación para los procesos de ODH descritos en este documento puede estar dentro del intervalo de aproximadamente 0,01: 1 a aproximadamente 1: 1.

El gas que contiene oxígeno puede ser mezclado con un gas inerte tal como nitrógeno, helio o argón. Los componentes adicionales de alimentación tales como hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono y vapor de agua también pueden ser incluidos. El contenido de componentes inertes (nitrógeno, etc.) en el gas que contiene oxígeno no tiene que ser por debajo de cualquier límite específico. Sin embargo, puede ser económicamente ventajoso que el contenido de gases inertes ser limitado, tales como por debajo de la que representa el uso de aire (3.77: 1 relación molar de los gases inertes en relación con oxígeno); debajo de una proporción molar de gases inertes al oxígeno de 1: 1 en algunas realizaciones; debajo de una proporción molar de gases inertes al oxígeno de 0,3: 1, en otras realizaciones; y por debajo de una relación molar de gases inertes al oxígeno de 0,1: 1 En aún otras realizaciones. La limitación de los componentes del gas inerte puede reducir los costos asociados con los sistemas de separación de efluentes que puedan ser necesarios. En algunas realizaciones, la inclusión de una cierta cantidad de componentes de gas inerte puede ser ventajosa para limitar la inflamabilidad de algunos corriente (s) del efluente que puede contener oxígeno residual.

El vapor puede ser proporcionado en cantidad suficiente para actuar como un diluyente de calor, limitar el aumento de temperatura de reacción, y los puntos calientes, y para evitar la formación de una mezcla de alimentación inflamable.

Una composición típica de alimentación, por ejemplo, puede ser 15% en moles de etano, 8% en moles de oxígeno y 77% en moles de agua (vapor), descuidando contenido de constituyentes menores, o 15% en moles de etano, 38% en moles de aire, y 47% en moles agua (vapor). Tal composición de la alimentación es adecuada para el funcionamiento con una conversión de aproximadamente 70%; Así, el 15% en moles de alimentación de etano puede incluir aproximadamente 10,5% en moles de etano fresco y 4,5% en moles de etano de reciclaje. Para una mayor conversión de etano (por ejemplo, 80-90%) y la misma concentración de entrada de oxígeno, la concentración de etano de alimentación puede ser inferior, por ejemplo, 12% en moles, con la concentración de vapor correspondientemente más alto. En la dirección de menor conversión de etano por pasada, una composición de alimentación consistente con aproximadamente el 60% de conversión de etano puede ser 20% en moles de etano, 9% en moles de oxígeno y 71% en moles de agua (vapor), o 20% en moles de etano, 43% en moles aire y 37% en moles de agua (vapor). En aproximadamente el 50% de conversión de etano por pasada, la composición de la alimentación puede ser 30% en moles de etano, 10% en moles de oxígeno y 60% en moles de agua (vapor), o 30% en moles de etano, 48 mol% de aire y 22% en moles de agua (vapor ). En

aproximadamente el 40% de conversión de etano por pasada, la composición de la alimentación puede ser de 40% en moles de etano, 12% en moles de oxígeno y 48% en moles de agua (vapor), o 40% en moles de etano, 57% en moles de aire y 3% en moles de agua (vapor ).En aproximadamente el 30% de conversión de etano por pasada, la composición de la alimentación puede ser 70% en moles de etano, 15% en moles de oxígeno y 15% en moles de agua (vapor).

La concentración de oxígeno en la alimentación puede ser limitada con un margen por debajo del mínimo de oxígeno para la combustión en la concentración de hidrocarburos ricos de la mezcla (mediante el uso de vapor de agua suficiente y / o gas inerte, por ejemplo nitrógeno, y / o concentración de hidrocarburos lo suficientemente alto) con el fin de tener una mezcla de alimentación no inflamable, en particular cuando el hidrocarburo de alimentación y el oxígeno se mezclan previamente antes de entrar en el reactor, como con el uso de un reactor de lecho fijo. Los ejemplos de concentración elevada de alimentación y alimentación de oxígeno permisible (o aire) la concentración y la correspondiente conversión de etano por pasada a conocer anteriormente se basan en un margen de representante en relación con el diagrama de inflamabilidad de etano con oxígeno e inerte (nitrógeno y / o vapor) para una presión de y nivel de temperatura que se puede utilizar cuando las corrientes de alimentación de hidrocarburos y oxígeno son pre-mezclado, como cuando se utiliza un sistema de reactor de lecho fijo. Los valores son realistas pero ilustrativa. Algunos alteración en la concentración de oxígeno de alimentación permisible (o aire) se puede incorporar dependiendo de lo grande se proporciona un margen de seguridad con respecto a la envolvente de la inflamabilidad y en lo que se utilizan presiones y temperaturas. Con diseños de mezcla y de entrada de alimentación especiales y sistemas de seguridad, y siempre que el sistema reactor puede eliminar adecuadamente el gran calor de reacción, incluidas las regiones localmente intensas ("puntos calientes"), puede ser posible permitir aún mayor de oxígeno de alimentación (o aire ) concentración de la cantidad inflamable. Esto también puede implicar la eliminación de calor de diseño especial y / o partículas de catalizador.

La relación de alimentación de etano a oxígeno puede ser ajustado apropiadamente para obtener la combinación deseada de las conversiones de etano y oxígeno, que son por balances de materia y selectividades de reacción relacionados entre sí.El uso de un gran contenido de vapor de agua como diluyente ofrece considerables ventajas para su capacidad de dilución calor y también para reducir el sobre inflamabilidad (aumentando el mínimo de oxígeno para la combustión), pero aumenta los costos de procesamiento para el vapor sí mismo. Por el contrario, el uso de una concentración elevada de etano puede

permitir una reducción en la concentración de vapor de agua, la reducción de los costes relacionados con el vapor de agua, pero el aumento de los costos relacionados con reciclaje etano. Un impacto adicional de la elevación de la concentración de etano es que puede permitir aumento en la concentración de oxígeno permisible debido a la relación de la envolvente de inflamabilidad. Esto puede permitir una mayor disminución de la concentración de vapor requerido. Teniendo en cuenta las ventajas de una concentración de etano de alimentación elevada, puede ser económico utilizar una conversión de etano inferior, por ejemplo hasta 60%, hasta 50%, a 40%, incluso al 20-30%. Se puede observar que, aunque hay un aumento de débito para reciclar el etano, hay beneficios para una mayor concentración de los reactivos y productos y correspondientemente menor diluyente (vapor) y requisito de velocidad de flujo volumétrica total y calibradoras para una tasa de producción de etileno dado. Además, hay un beneficio sustancial de una mayor selectividad en el nivel de conversión inferior. El nivel de conversión óptima puede depender de los valores de fijación de precios en un sitio de planta específica.

Los componentes de la alimentación, etano, oxígeno / aire, el agua, etc., pueden ser vaporizados, precalentado y se mezcla en la medida en práctica antes de la alimentación al reactor de ODH. Esto se puede lograr por medios conocidos por los expertos en la técnica. Técnicas de precalentamiento pueden incluir, por ejemplo, de intercambio de calor de vapor, un fluido de transferencia de calor, efluente del reactor, y un horno.

El reactor ODH puede ser un reactor de lecho fijo con una alta eliminación de calor, tal como un intercambiador reactor / calor de múltiples tubos de carcasa y tubo con el catalizador y el flujo de proceso dentro de los tubos y un fluido de transferencia de calor (o la generación de vapor) distribuido en el lado de la carcasa.

Otro ejemplo es un reactor de lecho fijo con catalizador en los tubos laterales Shell y de eliminación de calor dentro del lecho de catalizador. Sin embargo, otro ejemplo es un intercambiador de reactor / calor de placa y marco, tal como un DEG "Termoplatina Reactor" o una Casale "placa refrigerada" Reactor con el catalizador y el proceso de flujo en el canal en un lado de una placa y un fluido de transferencia de calor en el canal en el otro lado de la placa, que tiene placas y canales alternos. Otro ejemplo de un reactor adecuado incluye un intercambiador de reactor / calor micro-canal.

Como alternativa, el reactor ODH puede ser un reactor de lecho fluidizado con la eliminación de alto calor. Un reactor de lecho fluidizado puede resultar en una

mayor isotermicidad, la evitación de los puntos calientes, y también puede permitir que los alimentos que se introduzcan por separado, sin pre-mezcla. Esto puede eliminar limitaciones de concentración de la alimentación general relacionada con los puntos calientes y la inflamabilidad, y permitir el uso de una mayor concentración de los reactivos primarios (etano y oxígeno), con una reducción correspondiente en vapor (y / o nitrógeno) para la dilución.Varios sistemas de reactores de lecho fluidizado se pueden utilizar, incluyendo lecho denso (de burbujear suavemente a la cama turbulenta), cama muy expandido ("lecho fluido rápido" o "lecho fluido circulante"), flujo de arrastre ("expansión" o "decepción" ), o combinaciones. La eliminación de calor puede ser a un fluido de transferencia de calor o generación de vapor, a través de bobinas sumergidas en el lecho y / o francobordo (por encima de la cama), a través de la pared del vaso, a partir de un recipiente conectado con las partículas de catalizador transferidos de un recipiente a otro, etc. Otro sistema de lecho fluidizado puede ser un sistema "separado rojo / ox" lecho fluidizado, donde el etano se deshidrogena oxidativamente por el oxígeno contenido en el catalizador en una vasija, y la [O] -agotadas catalizador se transfiere a un segundo recipiente para reponer su oxígeno (además de quemar cualquier coque que se ha formado). A continuación, el catalizador rica en oxígeno se devuelve al reactor oxideshidrogenación. El sistema también cuenta con bobinas de eliminación de calor.

Típicamente O 2 en la alimentación total al reactor ODH será mayor que aproximadamente 3%, preferiblemente el O 2 de alimentación es mayor que 6% en moles. En general etano en la alimentación al reactor ODH debe ser de al menos aproximadamente 5%, preferiblemente mayor que aproximadamente 10% en moles. La temperatura del lecho reactor ODH debe estar entre aproximadamente 250 y 450 ° C, preferentemente entre aproximadamente 300 y 400 ° C. La presión del reactor debe estar entre 0,1 y 20 barg, preferiblemente entre 0,5 y 10 barg.

Una o más de las alimentaciones pueden ser alimentados por etapas; es decir, una porción en la entrada del reactor, una porción adicional en algún punto medio, etc. Esto se puede hacer en cierta medida con reactores de lecho fijo, particularmente si varias etapas de catalizador se utilizan (etapa 1, etapa 2, etc.). Es especialmente factible en un sistema de reactor de lecho fluidizado.

El sistema reactor puede incluir una sola etapa o puede haber varias etapas. Las etapas pueden ser del mismo tipo (lecho fijo, lecho fluidizado) o pueden ser de diferentes tipos. El catalizador o de su concentración (por ejemplo, mezclado con algo de diluyente sólido) o el tamaño / la forma contenida en cada etapa pueden ser iguales o diferentes. La temperatura en cada etapa de reacción puede ser el mismo o diferente. Como se señaló anteriormente, una porción de uno o más

componentes de alimentación puede ser retrasado a una etapa posterior. Catalizador y de eliminación de calor pueden ser diferentes de una etapa a la siguiente, por ejemplo, (1) una primera etapa, con precalentamiento, (2) una segunda etapa, o en combinación con la primera etapa, con catalizador de alta actividad y con mínima o ninguna eliminación de calor con el fin de facilitar el precalentamiento final, aprovechando la exotermia de la reacción, y posiblemente con menos fracción de vacío con el fin de asegurar el establecimiento de una buena distribución de flujo, (3) una tercera etapa con el catalizador de la actividad moderada, posiblemente diluido con componentes inertes, etc., junto con el diseño de eliminación de calor máxima para esa etapa y su catalizador (posiblemente más la fracción de huecos), (4) una cuarta etapa con el catalizador de máxima actividad y la selectividad y la temperatura más adecuada para conducir hacia conversiones completas en el pico de la selectividad, (5) una final etapa que puede servir como una etapa "apagar", por ejemplo, con la temperatura más baja o con adición de agua / vapor. Por el contrario, con oxígeno o aire a la primera etapa del reactor, posiblemente limitado con el fin de mantener la concentración de alimentación de oxígeno por debajo de su límite de inflamabilidad y / o para evitar la generación de calor excesivo y punto caliente en la primera etapa (s), oxígeno o aire adicional puede ser alimentado a una etapa posterior con el fin de aumentar la producción global en un solo "tren" de reacción y para minimizar la dilución total del flujo del proceso completo a través del sistema.

El calor que se extrae del reactor y su efluente puede ser transferida a modo de calentamiento de alimentación del reactor o a un fluido de transferencia de calor para la transferencia de calor adicional subsiguiente. El calor eliminado también puede ser utilizado para la generación de vapor (o de precalentamiento del agua de alimentación de caldera) para su uso como fuente de energía, incluyendo en forma de vapor en sí o transformado aún más en el poder. Exportación de energía, por ejemplo, a una planta de separación de aire adyacente que proporciona la alimentación de oxígeno puede ser particularmente sinérgico.

El efluente del reactor contendrá típicamente de etileno, añade agua, si se utiliza, y el agua adicional formado por la reacción de ODH, CO x y pequeñas cantidades de otras impurezas (de la alimentación y de las reacciones adicionales), además de cantidades residuales de etano sin reaccionar y oxígeno. El efluente también puede contener gases inertes, especialmente cuando se utiliza aire para suministrar oxígeno al reactor ODH.

En algunas realizaciones, el efluente del reactor de ODH puede contener más de 0,1% en moles de oxígeno; mayor que 0,2% en moles de oxígeno en otras formas de realización; mayor que 0,3% en moles de oxígeno en otras formas de

realización; mayor que 0,5% en moles de oxígeno en otras formas de realización; mayor que 1% en moles de oxígeno en otras formas de realización; mayor que 2% en moles de oxígeno en otras formas de realización; mayor que 3% en moles de oxígeno en otras formas de realización; mayor que 4% en moles de oxígeno en otras formas de realización; y mayor que 5% en moles de oxígeno en otras formas de realización.

En el reactor moderada y condiciones de efluentes, es posible controlar el efluente para contener una presión parcial de oxígeno óptima finita en lugar de ser esencialmente ausente, y también imponen un perfil de la presión parcial de oxígeno desde la entrada a la salida del reactor. Esto proporciona un beneficio para el catalizador en términos de tanto el estado reactivo catalizador (nivel de oxidación ideal) para un rendimiento más activo y selectivo y también a largo plazo, un rendimiento estable mediante la prevención de coque y otros efectos. La concentración de oxígeno del efluente de la etapa (s) de reacción puede ser importante para controlar el rendimiento (es decir, las conversiones y selectividades) de la etapa de ODH (s). La conversión de oxígeno es el resultado reacción clave y puede ser utilizado para ajustar los tiempos de residencia y temperaturas.

En algunas realizaciones, puede ser ventajoso incluir un reactor de eliminación de oxígeno aguas abajo del reactor ODH etano a fin de reducir la concentración de oxígeno del efluente a un nivel más bajo que alcanzable en el reactor ODH, ya sea en condiciones ventajosas o económicamente prácticos, por ejemplo, tiempo de residencia o la temperatura del reactor, o de rendimiento resultados, por ejemplo, la conversión de etano o etileno de selectividad o estabilidad del catalizador.Cuando un reactor de eliminación de oxígeno se incluye corriente abajo del reactor ODH, puede ser posible permitir que la concentración de oxígeno aún mayor (dentro de un rango moderado) en el efluente del reactor ODH etano y de ese modo obtener mejores condiciones en el reactor ODH etano para la cantidad de catalizador ( menos catalizador y tiempo de residencia ya que se requiere una conversión de oxígeno inferior), el rendimiento, la estabilidad y la vida, y la conversión de etano y etileno selectividad óptima global y el rendimiento también. Procesos útiles para la eliminación de oxígeno a partir de corrientes de hidrocarburos pueden incluir los descritos en la patente US. Nos. 4.299.800, 5.157.204, y 6.747.066, entre otros, por ejemplo. Los catalizadores útiles en un reactor de eliminación de oxígeno pueden incluir catalizadores de oxigenación, catalizadores de combustión, y los catalizadores de hidrogenación, entre otros.

La concentración de oxígeno ODH etano efluente del reactor puede estar en el intervalo de 0,1-5% en moles en algunas realizaciones. La inclusión de un reactor

de eliminación de oxígeno es especialmente ventajoso para las concentraciones de oxígeno de etano ODH efluente del reactor por encima de 0,5% en moles, pero puede ser utilizado cuando la concentración de oxígeno efluente del reactor es menor también.

Un tipo de reactor de eliminación de oxígeno utiliza un catalizador de oxidación para tener el oxígeno en el efluente del reactor etano ODH en combustión CO más una porción del etileno y etano sin convertir. La combustión de los C 2 s representa la pérdida de rendimiento, pero no es excesivo cuando la concentración de oxígeno efluente del reactor ODH etano no es superior a 1-2% en moles, teniendo en cuenta que el consumo de etano y etileno durante la combustión completa a CO 2 y H 2 O es sólo 0,29 y 0,33 moles / mol de oxígeno consumido, respectivamente. El catalizador, condiciones y conversiones citadas en la patente US. No. 5.446.232 son ilustrativas de un sistema apropiado. Esto incluye una temperatura del reactor de 200 a 300 ° C, por lo tanto igual o más frío que el reactor ODH etano. El enfriamiento de la ODH etano efluente del reactor antes del reactor de eliminación de oxígeno es altamente apropiado y compatible. Por supuesto, se prefiere para el reactor de eliminación de oxígeno para obtener la combustión completa de CO y cualquier cantidad de C 2 s a CO 2 y H 2 O en lugar de CO, hidrocarburos parcialmente oxigenados subproductos, y H 2 . Esto es para minimizar el consumo de los C 2 s en sus reacciones de combustión parcial o completo y también para minimizar el CO en el efluente final.

Al igual que el reactor ODH etano, el reactor de eliminación de oxígeno puede ser cualquiera de varios tipos de reactores (lecho fijo, lecho fluido). Es preferible que también tiene la capacidad de eliminación de calor de alta, ya que la liberación de calor de lo contrario puede producir un gran aumento de la temperatura, especialmente si la concentración de oxígeno de entrada es mayor que 0,5% en moles. Por otra parte, dado que la concentración de oxígeno de entrada es mucho menor que la entrada general al reactor ODH etano, ya no inflamabilidad no es un problema y la ventaja de un lecho fluidizado es tan fuerte para el reactor de eliminación de oxígeno desde esa perspectiva como para el reactor ODH etano.

El reactor de eliminación de oxígeno puede estar en un recipiente separado del reactor de ODH etano, o una posible forma de realización es para que sea en el mismo recipiente, por ejemplo, como una "etapa" final (especialmente si se utiliza el mismo tipo de reactor). Una ventaja de utilizar recipientes separados es la capacidad de manejar el catalizador de eliminación de oxígeno diferente del catalizador ODH etano, por ejemplo, si hay una necesidad de regeneraciones o reemplazos más frecuentes. Además, en algunas realizaciones, puede haber más de un reactor de eliminación de oxígeno en paralelo, lo que permite catalizador en

un ser cambiado mientras el otro está en línea, sin necesidad de apagar el reactor ODH etano.

Una opción para el reactor de eliminación de oxígeno es añadir un combustible a la alimentación del reactor de eliminación de oxígeno, por ejemplo, H 2 o un hidrocarburo, con el fin de tanto [a] facilitar el consumo de combustión del oxígeno y [b] consumir el combustible añadido en vez del etileno más valioso o etano residual, especialmente en la medida en que el catalizador de eliminación de oxígeno y las condiciones pueden obtener de combustión selectiva de CO y el combustible añadido con relación al C 2 s.

Otro tipo de reactor de eliminación de oxígeno es para que sea una etapa de ODH etano final con significativamente diferentes condiciones de la etapa principal ODH etano (s) en estas realizaciones, accionado para conducir el oxígeno para la eliminación, mientras que todavía producir más etileno por ODH. Tal operación puede ser diferente con el mismo o diferente catalizador y puede estar en el mismo recipiente o uno o más recipiente separado (s), como se describe anteriormente para el primer tipo de reactor de eliminación de oxígeno.

Otra opción es utilizar tanto una etapa final ODH etano con su énfasis en la conducción del oxígeno hacia la eliminación de etileno mientras que la obtención de producto adicional seguido de un reactor de eliminación de oxígeno usando combustión.Una vez más, estas etapas o reactores pueden estar en recipientes separados o algunas de las etapas / reactores combinados en un recipiente común.

Sin embargo, otro tipo de reactor de eliminación de oxígeno puede incorporar adición de H 2 y un catalizador de hidrogenación para hidrogenar el oxígeno (en lugar de catalizador de oxidación para llevar a cabo la combustión). Tal sistema puede tener un beneficio adicional de la hidrogenación de diversos subproductos en la medida en que algunos pueden estar presentes, tal como acetileno y compuestos oxigenados.

Al igual que con el reactor de ODH, el calor que se extrae del reactor de eliminación de oxígeno y su efluente pueden ser transferidos a ODH del calentamiento de alimentación del reactor o a un fluido de transferencia de calor para la transferencia de calor adicional subsiguiente. El calor eliminado también puede ser utilizado para la generación de vapor (o de precalentamiento del agua de alimentación de caldera) para su uso como fuente de energía, incluyendo en forma de vapor en sí o transformado aún más en el poder.

El efluente del reactor de ODH etano, y, posteriormente, desde el reactor de eliminación de oxígeno, si se utiliza, tendrá un alto contenido de H 2 O, en particular para el funcionamiento a alta conversión ODH si un sistema de reactor de lecho fijo se utiliza (funcionamiento a baja ODH conversión con reciclado a alta etano y concentración de la alimentación, o altamente concentrada con un sistema de reactor de lecho fluidizado, puede tener un H mucho más baja 2 O concentración). El efluente se puede enfriar y gran parte de su contenido de agua condensada antes de comprimir los gases. El agua condensada se puede reciclar para proporcionar una dilución de vapor de la alimentación del reactor. Neto de agua generado por la reacción se purga del sistema. La recuperación de energía desde el agua de condensación puede llevarse a cabo por medios conocidos por los expertos en la técnica.

La condensación de la gran cantidad de agua efluente se reduce en gran medida la velocidad de flujo de la fase de vapor restante y correspondientemente da lugar a un gran aumento en la concentración de los componentes sin condensación.Esto puede resultar en una disminución en el costo del procesamiento posterior. Sin embargo, es importante reconocer que cualquier oxígeno que pueda estar presente (especialmente si no hay un reactor de eliminación de oxígeno antes de la condensación de agua, o en la medida en que la eliminación de oxígeno es menos de 100% completa) será mucho más alto que antes de la condensación de agua. Este efecto se concentra en el vapor sin condensación aumentará aún más con el procesamiento sucesivas, es decir, compresión y más agua ronda, la eliminación de CO 2 , y, finalmente, la condensación de hidrocarburos (etano, etileno, y cualquier otro C 2+ hidrocarburos) en el sistema de recuperación. A aparentemente baja concentración de oxígeno en el efluente del reactor de ODH etano (o posterior a cualquier reactor de eliminación de oxígeno) puede convertirse en una concentración alta y posiblemente inflamable en el procesamiento aguas abajo. Esto tiene repercusiones importantes para el diseño y el funcionamiento del sistema de recuperación, y es una razón que es importante para llevar a cabo la eliminación de oxígeno a un nivel alto antes de las etapas que se condensan y eliminar los componentes condensables.

Si la eliminación de oxígeno ha sido menos que 100%, puede ser apropiado añadir un adsorbente de oxígeno para la eliminación final antes de la condensación de hidrocarburos. Un enfoque alternativo puede ser la de aceptar la presencia de una pequeña cantidad residual de oxígeno en la corriente y añadir algo de diluyente gaseoso (por ejemplo, nitrógeno o metano) en ese punto para evitar la aparición de una corriente de gas que es auto-inflamable (dentro de la inflamabilidad

envolvente sin necesidad de oxígeno adicional o combustible). Si se utiliza el metano, el gas de escape final puede ser utilizado como un gas combustible. Si se utiliza nitrógeno, el nitrógeno puede ser obtenido de la misma planta de separación de aire que proporciona el oxígeno para el reactor de ODH etano. Si el aire ha sido utilizado en el reactor de ODH, el nitrógeno residual ya puede proporcionar una solución suficiente de gas de salida final. Incluso si el gas que contiene oxígeno para el reactor de ODH es oxígeno procedente de una planta de separación de aire, puede contener un contenido suficiente de compuestos de gases inertes para proporcionar una dilución adecuada de los gases de escape final, ya sea como suministra desde la planta de separación de aire o por uso de pureza de oxígeno inferior o por mezcla con una cantidad moderada de aire antes de la alimentación al reactor de ODH.

Se ha mencionado anteriormente que el reactor de eliminación de oxígeno puede lograr algunas metas adicionales relacionadas con la eliminación de subproductos indeseables, tales como CO, acetileno y compuestos oxigenados. Sin embargo, todavía puede ser ventajoso o necesario incorporar pasos de procesamiento adecuados en y aguas abajo de la condensación de agua y la compresión para el tratamiento, incluyendo la eliminación final de estos subproductos por medios conocidos por los expertos en la técnica.

Después de la eliminación de oxígeno, la separación de agua, la recuperación de dióxido de carbono, y la separación de nitrógeno, cada uno en caso necesario, el producto de etileno puede ser separado del etano residual, cualquier subproductos pesados, subproductos ligeros y gases residuales, además de las impurezas que hierven cerca del producto de etileno y el etano que se recicla, por medios conocidos por los expertos en la técnica. Además, como un beneficio de limitar la cantidad de los compuestos distintos del etileno y etano generado utilizando procesos y catalizadores descritos en el presente documento, las separaciones pueden llevarse a cabo con menos inversión y costes de funcionamiento que para el craqueo de vapor convencional de etano.

Los compuestos principales cuyo procesamiento y separación tienen mayor impacto en el costo son el etano sin convertir para su reciclado y el agua de dilución, también para reciclar, los cuales dependen de la conversión por paso que se utiliza y la composición de la alimentación apropiada correspondiente. La tasa de reciclaje etano y su impacto en los costos se encuentra en su más grande para un funcionamiento a baja conversión de etano por pasada, mientras que la tasa de vapor y su impacto en los costos se encuentra en su más grande en la condición opuesta cuando la concentración de alimentación de etano es baja, por lo que a alta conversión de etano por pasada, en conjunción con un sistema de ODH etano

de lecho fijo. La tasa de vapor y su impacto en los costes pueden reducirse si un etano sistema de reactor de lecho fluidizado ODH se utiliza porque las alimentaciones no tienen que ser pre-mezclados y por lo tanto puede ser posible utilizar una composición de alimentación en general altamente concentrado que podrían ser incluso inflamable si premezclado. El beneficio más fuerte en una situación de este tipo puede ser a alta conversión de etano por pasada (que también tiene la tasa de reciclaje etano mínimo y coste). Un buey sistema de lecho separado rojo / fluidizado puede incluso utilizar aire y mantener su nitrógeno separa de la corriente de proceso principal. Por otro lado, para un sistema de reactor de lecho fijo que requiere la evitación de inflamabilidad cuando las alimentaciones son sistema que utiliza alimentación pre-mezcla pre-mezclada, o de otro, un beneficio adicional a una concentración de alimentación de alta etano (y baja conversión de etano por pasada) es que tal condición en el lado rico del sobre inflamabilidad permite mayor concentración de oxígeno sin llegar a ser inflamable. Esto permite una mayor concentración de alimentos y productos de reactores, con correspondientemente menor caudal volumétrico y una mayor productividad del reactor para los beneficios de coste adicional, junto con menor requerimiento de dilución de vapor, mientras que también la obtención de la selectividad aumentada.

El nitrógeno también tiene un gran impacto en procesamiento de efluentes, separaciones y costes, si se trata de un componente importante de la alimentación, como cuando se utiliza aire para el suministro de oxígeno (a menos que se mantiene separado por el uso de un sistema de buey cama separada rojo / fluidizado ). En el lado beneficioso, cuando está presente, el nitrógeno es un inerte adicional con respecto a cómo se concentró la mezcla de reacción es y qué tan cerca de inflamabilidad es, y también corrientes de efluentes y de gas de escape como se discutió anteriormente, etc. nitrógeno, vapor de agua y la alta concentración de etano son compuestos alternativos con un impacto importante costo de cada uno de los cuales pueden ser considerados y comparados para un procedimiento económico, incluyendo el uso de una combinación.

Los catalizadores ODH descritos en este documento permiten el uso de condiciones mucho menos severas y sensibles que la utilizada en los procesos de craqueo autotérmico y de craqueo térmico, y también en los intentos de desarrollo ODH anteriores. Las temperaturas utilizadas están dentro del rango ideal de aproximadamente 200 ° C a 500 ° C, preferiblemente de alrededor de 300 ° C a 450 ° C (relativamente leve, pero todavía lo suficientemente caliente para una excelente recuperación, eficiente de la gran reacción exotérmica liberación de calor); los tiempos de residencia superficiales están en el rango práctico de 0,1-10

segundos, preferiblemente 0,5-5 segundos, sin necesidad crítica de enfriamiento rápido; y la presión está en el rango moderado de aproximadamente 0,1-30 barg, preferiblemente de 0,1 a 20 barg. La reacción es exotérmica, de tal manera que el control de temperatura es por eliminación de calor convencional en el rango de temperatura mencionado, con la transferencia conveniente para la cogeneración de vapor de bajo costo, con beneficio secundario de su energía para el calor y / o la utilización de energía. Con las condiciones moderadas (y las características del catalizador), la reacción catalizada ODH puede llevarse a cabo con la evitación esencial de múltiples reacciones secundarias.

El equipo que se utiliza en el proceso descrito anteriormente incluye reactores convencionales, etc., en condiciones moderadas. Son susceptibles y económico para su uso en plantas de proceso que puede ser grande o pequeño, a diferencia de craqueo a vapor tipo cuyo reactores horno complejo son económicos sólo cuando construyó para las plantas muy grandes.

El efluente resultante de ODH procesos descritos en este documento típicamente requiere procesamiento separado a través de algunos pasos iniciales, pero también puede estar integrado con separación de gas producto de la planta de pirólisis y sistemas de purificación en los pasos posteriores. Este enfoque puede ser económicamente preferible cuando se incorpora en el diseño original de una planta de pirólisis con una mayor conversión de su pirólisis de etano a etileno adicional, debido tanto a una mayor selectividad / global de producción de etileno y de inversión inferior, que cuando se utiliza una pirólisis de etano recirculado galleta . Procesos descritos en este documento también pueden utilizarse para adaptar una planta de pirólisis existente y la liberación de capacidad de etano recirculado horno de craqueo (s) y, posiblemente, su porción del tren de compresión existente para aquellos existente para ser utilizado para el aumento de la velocidad de alimentación de la planta de pirólisis y en general la producción de etileno de la planta reconvertida.