ES2338976B1 - Proceso para la purificacion de alcanos a partir de su mezcla azeotropica con etanol utilizando como disolvente un liquido ionico. - Google Patents
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Abstract
Proceso para la purificación de alcanos a partir
de su mezcla azeotrópica con etanol utilizando como disolvente un
líquido iónico.
El objetivo de la presente invención es la
obtención de un alcano de alta pureza que se encuentra en las
mezclas azeotrópicas de etanol con alcanos; dichas mezclas están
presentes en la industria petroquímica en grandes cantidades. En
esta invención se propone a los líquidos iónicos como disolventes en
un proceso de extracción líquido-líquido. El
disolvente seleccionado es el líquido iónico
1,3-dimetilimidazolium metil sulfato. El proceso de
purificación propuesto consta de una etapa de extracción
líquido-líquido en continuo; seguida de una etapa de
recuperación del disolvente para su reutilización en la columna de
extracción.
Description
Proceso para la purificación de alcanos a partir
de su mezcla azeotrópica con etanol utilizando como disolvente un
líquido iónico.
El proceso que se describe en esta invención es
de aplicación inmediata en la industria petroquímica para el
tratamiento de mezclas azeotrópicas de etanol con alcanos generadas
en los procesos de producción de los aditivos oxigenados presentes
en las gasolinas (Pucci, 1989) como consecuencia de la necesidad de
reducir el contenido en plomo en este combustible.
La separación de mezclas líquidas en sus
componentes es el proceso de transferencia de masa más importante de
la industria química en general y, en particular, de la
petroquímica. Una de las mayores necesidades industriales es la
obtención de productos con purezas elevadas teniendo en cuenta que,
para alcanzar este objetivo, sería deseable reducir las emisiones
contaminantes o implementar nuevos procesos que disminuyan la
obtención de subproductos o, en su defecto, el aprovechamiento de
los mismos. Este objetivo nos obliga al desarrollo de distintas
estrategias que consten de una o varias operaciones de
separación.
En la industria se describen distintas técnicas
que tienen esta finalidad, siendo la destilación el método de
separación más usado dada su versatilidad, su sencillez y su alta
capacidad en el tratamiento de corrientes, si bien presenta un alto
consumo energético. La adaptación a casos de separación complejos
como son las mezclas azeotrópicas o de volatilidades relativas
próximas ha planteado nuevos problemas debido a que estas mezclas
son imposibles de separar por destilación convencional. En las
mezclas azeotrópicas tratadas en esta invención se utilizan como
métodos de separación convencionales la destilación azeotrópica
(Marwil, 1984; Laroche y col., 1991), la perevaporación (Okada y
col., 1988) o la osmosis inversa (Laatikainen y col., 1986);
técnicas todas ellas que presentan elevados consumos energéticos o
grandes costes de ejecución a nivel industrial.
Como se ha descrito, la aplicación industrial de
este proceso de separación conlleva gastos de electricidad asociados
a la producción que se verán reducidos con la elección de la
extracción líquido-líquido como método de separación
de este tipo de mezclas. Esta técnica reducirá la energía consumida
en el proceso ya que opera a temperatura ambiente y, por ende, el
impacto ambiental. La capacidad de extracción, definitiva en la
viabilidad de esta técnica como sustituta de los métodos
convencionales, se encuentra íntimamente ligada a las
características del disolvente (Treybal, 1963).
En la presente invención se han seleccionado los
líquidos iónicos como disolventes de extracción para la separación
de mezclas azeotrópicas de etanol con alcanos, atendiendo a sus
excepcionales propiedades, entre las que destaca su baja presión de
vapor a temperaturas y presiones moderadas, por lo que se les
considera disolventes no volátiles. Esta característica es la base
del gran interés que suscitan estos compuestos en la "Química
Verde" para sustituir a los YOC (compuestos orgánicos volátiles)
(Rogers y col., 2000) y crear una química más limpia y sostenible
que no dañe el medioambiente.
A continuación se concretan los artículos
mencionados:
PUCCI A. (1989) Phase equilibria
of alkanol/alkane mixtures in a new oil and gas process development.
Pure & Appl. Chem. 61, 1363-1372.
MARWIL S. J. (1984) Separation of
hydrocarbon and alcohol azeotropic mixtures by distillation with
anhydrous ammonia. Patent 4437941, U.S.
LAROCHE L., BEKIARIS N.,
ANDERSEN H. W., MORARI M. (1991) Homogeneous
azeotropic distillation: comparing entrainers. Can. J. Chem.
Eng. 69, 1302-1319.
OKADA T., MATSUURA T.
(1988) A study on the pervaporation of ethyl alcohol/heptane
mixtures by porous cellulose membranes. Proc. Int. Conf.
Pervaporation Processes Chem. Ind. 3rd,
224-30.
LAATIKAINEN M., LINDSTROM M.
(1986) Separation of methanol-ethanol and
ethanol-n-heptane mixtures by
reverse osmosis and pervaporation. Acta Polytech. Scandinavica,
Chem. Tech. Metallurgy 175, 61-72.
TREYBAL R. E. (1963) Liquid
extraction. 2^{nd} edition, McGraw-Hill, New
York.
ROGERS R. D., SEDDON K. R.,
VOLKOV S. (2000) Creen industrial applications
ofionic liquids. Kluwer Academic Publishers, Netherlands.
\global\parskip0.930000\baselineskip
Se propone un proceso para la purificación de
alcanos a partir de su mezcla azeotrópica con etanol, consistente en
una etapa de extracción líquido-líquido utilizando
como disolvente el líquido iónico
1,3-dimetilimidazolium metil sulfato ([MMIM]
[MeSO_{4}]); así como, la definición de un sistema de recuperación
del disolvente para su reutilización en la columna de
extracción.
La presente invención se refiere al proceso de
purificación de alcanos a partir de las mezclas azeotrópicas de
etanol con alcanos. Este proceso consiste en la secuencia de etapas
que se detallan a continuación:
La extracción de etanol desde su mezcla
azeotrópica con alcanos utilizando como disolvente [MMIM]
[MeSO_{4}] se realiza en una columna de extracción
líquido-líquido de vidrio rellena con anillos
raschig a temperatura y presión atmosférica. El proceso de
extracción se realiza en continuo y las corrientes de alimentación
(con la mezcla azeotrópica) y de disolvente son bombeadas a la
columna en contracorriente. La corriente de extracto y refinado,
obtenidas en el proceso de purificación en continuo, abandonan la
columna mediante bombeo y gravedad, respectivamente.
El líquido iónico [MMIM] [MeSO_{4}] utilizado
como disolvente de extracción líquido-líquido se
recupera mediante procedimientos convencionales, como puede ser la
evaporación a vacío, la evaporación rotatoria o la destilación
flash. Esta etapa del proceso se ve favorecida por la inexistente
presión de vapor que presentan los líquidos iónicos, propiedad por
la que se les consideran disolventes no volátiles.
El líquido iónico recuperado se reutilizada como
disolvente del proceso de extracción
líquido-líquido, introduciéndose en la columna en
las mismas condiciones que la corriente de disolvente de partida. La
corriente de refinado resultante de este proceso de extracción
contiene un porcentaje en peso de alcano superior al 98%.
Figura
1
Esquema del proceso de extracción de etanol
desde su mezcla azeotrópica con alcanos, utilizando como disolvente
el líquido iónico 1,3-dimetilimidazolium metil
sulfato ([MMIM] [MeSO_{4}]).
Los Ejemplos 1 y 2 detallan el proceso de
extracción líquido-líquido para la separación de dos
mezclas azeotrópicas utilizando como disolvente el líquido iónico
[MMIM] [MeSO_{4}].
En este ejemplo de aplicación de esta invención
se eligieron las condiciones de operación de la columna de
extracción de relleno en función de un balance de costes teniendo en
cuenta: la pureza de la corriente de refinado, la relación de
caudales másicos entre el disolvente y la alimentación y la pureza
de la corriente de disolvente. Estos cálculos se realizaron a partir
de los datos experimentales del equilibrio
líquido-líquido del sistema ternario hexano + etanol
+ [MMIM] [MeSO_{4}]. Una vez seleccionadas las condiciones de
operación, el proceso de extracción líquido-líquido
se optimizó con el software comercial HYSIS v.3.2.
La extracción líquido-líquido se
realizó en una columna de relleno de vidrio con unas dimensiones de
54 mm \times 1.585 mm, rellena con anillos raschig de 8 mm
\times 8 mm, cuya sección de relleno tiene una altura de 1.475 mm.
La capacidad de esta columna de extracción de relleno es de 2.100
mi. Las bombas utilizadas en el proceso de extracción se calibraron
regulando los caudales de entrada o salida optimizados previamente
con el simulador HYSIS.
En la separación de la mezcla azeotrópica etanol
+ hexano, se introduce en la columna una corriente de alimentación
de 1.543,3 ml/h de la mezcla etanol + hexano a composición
azeotrópica (79,16% de hexano en composición másica), mientras que
la corriente de disolvente se alimenta en contracorriente con un
caudal de 543,9 ml/h. La composición másica de esta corriente es del
80% en [MMIM][MeSO_{4}] y del 20% de etanol. Esta disminución de
la pureza de la corriente de disolvente supone una disminución en el
coste de la unidad de recuperación del disolvente, disminuyendo así
el coste global del proceso de extracción. El caudal de salida de la
corriente de extracto se fija en 760,5 ml/h, mientras que la
corriente de refinado abandona la columna por la parte superior por
gravedad. El esquema de la entrada y salida de cada una de las
corrientes en el proceso de extracción
líquido-líquido se especifica en la Figura 1.
\global\parskip1.000000\baselineskip
El líquido iónico utilizado se recupera de la
corriente de extracto con un rotavapor Büchi R3000 conectado a una
bomba de vacío Millipore, retirando todo el alcano presente en el
extracto y parte del etanol. El líquido iónico recuperado se
alimenta nuevamente a la corriente de disolvente de la columna de
extracción líquido-líquido a una composición
fija.
La pureza del hexano en la corriente de refinado
así obtenida es superior al 96,5% desde la puesta en marcha del
proceso de extracción. Así mismo, en pocos minutos la pureza de la
corriente de refinado supera el 98%, alcanzándose una corriente de
composición constante al cabo de 305 minutos con una pureza del
98,5% en hexano. La corriente de extracto tarda 485 minutos en
alcanzar el equilibrio, obteniéndose una corriente con 6,2% en
hexano, 36,8% en etanol y 57% en [MMIM] [MeSO_{4}].
En la separación de la mezcla azeotrópica de
etanol + heptano, las condiciones de operación de la columna de
extracción de relleno se seleccionaron a partir de los datos
experimentales del equilibrio líquido-líquido del
sistema ternario de heptano + etanol + [MMIM] [MeSO_{4}].
Posteriormente se realizó un balance de costes atendiendo a los
siguientes parámetros: la pureza de la corriente de refinado, la
relación de caudales másicos entre el disolvente y la alimentación,
y la pureza de la corriente de disolvente. Posteriormente, el
proceso de extracción líquido-líquido se optimizó
con el software comercial HYSIS v.3.2. Esta misma estrategia se
siguió en el proceso anterior.
La extracción líquido-líquido se
realizó con la misma columna de relleno de vidrio descrita
previamente y las bombas utilizadas en este proceso se calibraron en
función de los caudales de entrada o salida optimizados con el
simulador.
Con el fin de separar la mezcla azeotrópica
etanol + heptano, en la columna de extracción
líquido-líquido se bombea una corriente de
alimentación de 1.216,0 ml/h de una mezcla de etanol y heptano a la
composición azeotrópica (51,72% de heptano en composición másica).
La corriente de disolvente se alimenta en contracorriente con un
caudal de 857,3 ml/h y con una composición másica de 80% en [MMIM]
[MeSO_{4}] y 20% en etanol. El caudal de salida de la corriente
de extracto se fija en 1.416,5 ml/h, mientras que la corriente de
refinado abandona la columna por gravedad.
El líquido iónico utilizado se recupera
siguiendo el mismo procedimiento descrito en el ejemplo anterior. A
continuación, el líquido iónico purificado se introduce nuevamente
en la corriente de disolvente de la columna de extracción a la
composición fijada previamente.
La corriente de refinado se estabiliza al cabo
de 315 minutos alcanzando una pureza en heptano del 98,4%. La
corriente de extracto tarda 495 minutos en alcanzar el equilibrio,
obteniéndose una corriente con 3,6% en heptano, 38,4% en etanol y
58% en [MMIM] [MeSO_{4}].
En la Tabla 1 se muestran las composiciones
másicas de las corrientes de refinado y extracto. Estos datos se
obtuvieron una vez estabilizado el proceso de extracción de etanol
desde su mezcla azeotrópica con su correspondiente alcano, cuando se
utiliza como disolvente el líquido iónico [MMIM] [MeSO_{4}]. En
esta misma tabla se realiza una comparación de las composiciones de
estas corrientes obtenidas experimentalmente con las que se
obtendrían teóricamente en una etapa ideal (composiciones calculadas
a partir de los datos experimentales de equilibrio
líquido-líquido) en cada uno de los procesos de
extracción.
Claims (3)
1. Un proceso para la purificación de alcanos a
partir de su mezcla azeotrópica con etanol consistente en una etapa
de extracción líquido-líquido en una columna de
vidrio de relleno en continuo y a contracorriente con un líquido
iónico como agente separador; además de la recuperación del mismo
mediante evaporación.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1
caracterizado por la selección del
1,3-dimetilimidazolium metil sulfato [MMIM]
[MeSO_{4}] como disolvente debido a sus propiedades como agente
separador y la elevada pureza del alcano recuperado, superior al 98%
en peso.
3. Un procedimiento según las reivindicaciones 1
y 2 caracterizado por la recuperación del líquido iónico
seleccionado mediante una etapa de evaporación a vacío que purifica
nuevamente el disolvente y puede alimentarse de nuevo al proceso de
extracción, obteniéndose los mismos resultados que con el disolvente
puro.
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| US20060070919A1 (en) * | 2004-09-10 | 2006-04-06 | Christophe Vallee | Process for separating oxygen-containing compounds contained in a hydrocarbon feed, employing an ionic liquid |
| US20070193952A1 (en) * | 2003-07-21 | 2007-08-23 | Basf Aktiengesellschaft | Method For Extracting Impurities Using Ionic Liquids |
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2008
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| PEREIRO, A. B. & RODRIGUEZ, A. "{}Azeotrope-breaking using [BMIM][MeSO4] ionic liquid in an extraction column"{}. Separation and Purification Technology, 2008, Vol. 62, páginas 733-738. Ver resumen; página 734, apartado 2.4, Figura 1; página 736, Figura 4; página 737, apartado 4. * |
| PEREIRO, A. B. & RODRIGUEZ, A."{}A study on the liquid-liquid equilibria of 1-alkyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate with ethanol and alkanes"{}. Fluid Phase Equilibria, 2008, Vol. 270, páginas 23-29. Ver resumen. * |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20100513 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2338976 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20110929 |