ES2286793T3 - Procedimiento para preparar oxido de alquileno. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la preparación de óxido de alquileno, el cual procedimiento comprende: (a) oxidación de un compuesto orgánico para obtener una corriente que contiene hidroperóxido, (b) lavar la corriente de hidroperóxido con una solución acuosa básica, (c) lavar la corriente de hidroperóxido de la etapa (b) con agua, (d) opcionalmente, someter la corriente de hidroperóxido obtenida en la etapa (c) a destilación, (e) poner en contacto al menos parte de la corriente de hidroperóxido obtenida en la etapa (c) y/o (d) con alqueno y un catalizador heterogéneo para obtener una mezcla de reacción que contiene un compuesto que contiene hidroxilo y óxido de alquileno, y (f) separar al menos parte del óxido de alquileno de la mezcla de reacción, en el cual procedimiento el alqueno añadido en la etapa (e) tiene una temperatura desde 60 hasta 120°C mientras que la temperatura de la corriente de hidroperóxido puesta en contacto con el alqueno es similar a la temperatura de la corriente de hidroperóxido obtenida en la etapa (c) y/o (d).
Description
Procedimiento para preparar óxido de
alquileno.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la preparación de un óxido de alquileno.
\global\parskip0.930000\baselineskip
Los procedimientos para preparar óxido de
propileno empleando hidroperóxidos orgánicos son muy conocidos en
la técnica. Como se describe en el documento
US-A-5.883.268, tal procedimiento
comprende convencionalmente la peroxidación de etilbenceno, seguida
por poner en contacto el producto de la reacción de peroxidación con
base acuosa en cantidad suficiente para neutralizar los componentes
ácidos del mismo y separar la mezcla resultante en una corriente
acuosa y una corriente ácida desacidificada. La base contaminada, la
corriente de hidroperóxido desacidificada, se lava con agua. El
producto obtenido se puede usar en epoxidación catalítica de propeno
para formar óxido de propileno usando un catalizador que contiene
titanio heterogéneo sólido.
Aunque la reacción de epoxidación es exotérmica,
la temperatura de la mezcla de hidroperóxido y alqueno se aumenta
normalmente antes del uso en el procedimiento de epoxidación. Esto
asegura el mejor uso del catalizador empleado. No obstante, se
encontró que el intercambiador de calor usado para aumentar la
temperatura de la mezcla se ensuciaba rápidamente cuando entraba en
contacto con la mezcla de hidroperóxido y alqueno. Es desventajoso
si la temperatura de la mezcla de hidroperóxido y alqueno no se
puede aumentar puesto que esto hace que la desactivación del
catalizador no se puede compensar. Esto tiene como resultado la
sustitución más frecuente del catalizador de epoxidación.
Se ha encontrado ahora que la temperatura de la
mezcla de reacción que se va a poner en contacto con el catalizador
de epoxidación se puede calentar hasta una temperatura relativamente
alta si se usa un plan específico. En este plan específico, la
temperatura de la mezcla de alqueno e hidroperóxido se aumenta
aumentando sólo la temperatura del alqueno. Calentar el alqueno
hasta una temperatura relativamente alta no producía ensuciamiento
del intercambiador de calor. Sin desear estar ligados a ninguna
teoría, se cree que el ensuciamiento de los intercambiadores de
calor cuando se calienta una mezcla de alqueno y una corriente de
hidroperóxido es causado por las sales que están presentes en la
corriente de hidroperóxido. Parece que las sales se depositan sobre
la superficie del intercambiador de calor cuando se mezcla la
corriente de hidroperóxido con el alqueno.
Sorprendentemente, se ha encontrado ahora que la
mezcla de reacción para la reacción de epoxidación se podría llevar
hasta temperatura relativamente alta sin ensuciamiento sustancial
del intercambiador de calor si solamente se aumentara de
temperatura el alqueno.
Por lo tanto, la presente invención se refiere a
un procedimiento para la preparación de óxido de alquileno, el cual
procedimiento comprende:
- (a)
- oxidación de un compuesto orgánico para obtener una corriente que contiene hidroperóxido,
- (b)
- lavar la corriente de hidroperóxido con una solución acuosa básica,
- (c)
- lavar la corriente de hidroperóxido de la etapa (b) con agua,
- (d)
- opcionalmente, someter la corriente de hidroperóxido obtenida en la etapa (c) a destilación,
- (e)
- poner en contacto al menos parte de la corriente de hidroperóxido obtenida en la etapa (c) y/o (d) con alqueno y un catalizador heterogéneo para obtener una mezcla de reacción que contiene un compuesto que contiene hidroxilo y óxido de alquileno, y
- (f)
- separar al menos parte del óxido de alquileno de la mezcla de reacción,
en el cual procedimiento el
alqueno añadido en la etapa (e) tiene una temperatura desde 60 hasta
120ºC mientras que la temperatura de la corriente de hidroperóxido
puesta en contacto con el alqueno es similar a la temperatura de la
corriente de hidroperóxido obtenida en la etapa (c) y/o
(d).
En la etapa (a) de la presente invención, se
oxida un compuesto orgánico. El compuesto orgánico preferentemente
es un compuesto aromático sustituido con alquilo. Los compuestos que
son los más preferentemente usados en el procedimiento de la
presente invención son compuestos de benceno que contienen al menos
1 sustituyente de alquilo, el cual sustituyente de alquilo contiene
desde 1 hasta 10 átomos de carbono, preferentemente desde 2 hasta 8
átomos de carbono. Preferentemente, el compuesto de benceno contiene
de promedio desde 1 hasta 2 constituyentes. Los compuestos de
alquilarilo más frecuentemente encontrados son etilbenceno y cumeno.
En ese caso, los compuestos de hidroperóxido formados son
hidroperóxido de etilbenceno e hidroperóxido de cumeno.
\global\parskip1.000000\baselineskip
La oxidación del compuesto de alquilarilo se
puede llevar a cabo mediante cualquier procedimiento apropiado
conocido en la técnica. La oxidación se puede llevar a cabo en fase
líquida en presencia de un diluyente. Este diluyente es
preferentemente un compuesto que es líquido bajo las condiciones de
reacción y no reacciona con los materiales de partida y el producto
obtenido. No obstante, el diluyente también puede ser un compuesto
necesariamente presente durante la reacción. Por ejemplo, si el
alquilarilo es etilbenceno, el diluyente puede ser etilbenceno
también y, si el alquilarilo es cumeno, el diluyente puede ser
cumeno también.
Además del compuesto de hidroperóxido deseado,
se crea una gama de contaminantes durante la oxidación de compuestos
orgánicos. Aunque la mayoría de estos están presentes en pequeñas
cantidades, se ha encontrado que la presencia de compuestos tales
como ácidos orgánicos puede causar problemas en el uso posterior de
la corriente que contiene hidroperóxido. Como se describe en el
documento US-A-5.883.268, el método
convencional de reducir la cantidad de contaminantes es poniendo en
contacto la corriente de hidroperóxido con una solución acuosa
básica.
La base acuosa más frecuentemente usada en los
procedimientos convencionales son bases que contienen sodio y/o
potasio tales como hidróxido sódico, hidróxido potásico, carbonato
sódico y carbonato potásico. Lo más preferentemente, la solución
acuosa básica usada en la presente invención es una solución acuosa
de hidróxido sódico. Preferentemente, el lavado con una solución
acuosa básica se lleva a cabo a una temperatura entre 0ºC y 150ºC,
más preferentemente entre 20ºC y 100ºC.
El lavado de la etapa (b) comprende tanto el
contacto con la solución acuosa básica como la separación en una
fase hidrocarbonosa y una fase acuosa. Un método de separación
preferido comprende dejar decantar la fase hidrocarbonosa y la fase
acuosa en un recipiente de decantación y posteriormente separar una
fase hidrocarbonosa de una fase acuosa. La fase hidrocarbonosa que
contiene hidroperóxido se puede enviar posteriormente a un
coalescedor donde se separa más fase acuosa. Preferentemente, la
etapa de separación de lleva a cabo a una temperatura de entre 0ºC
y 150ºC, más preferentemente de entre 20ºC y 100ºC.
La corriente que contiene hidroperóxido que ha
sido tratada con solución acuosa básica se puede poner en contacto
con alqueno sin más tratamiento. No obstante, el contacto con la
solución acuosa básica introduce metal alcalino en el producto de
reacción que contiene hidroperóxido. Por lo tanto, la corriente de
hidroperóxido es lavada posteriormente con agua.
El lavado con agua de la etapa (c) se puede
llevar a cabo de cualquier forma conocida para alguien experto en
la técnica. El agua que se puede usar puede contener contaminantes,
tales como compuestos orgánicos. Tales contaminantes pueden haber
sido introducidos por el reciclado de al menos parte del agua de
lavado, o a la misma etapa de lavado o a otra etapa de lavado. El
agua puede ser agua dulce sólo, puede ser una combinación de agua
dulce que no contenga sustancialmente contaminantes y una o más
corrientes de agua residual diferentes, o puede consistir sólo en
diferentes clases de corrientes de agua residual o puede consistir
en un único tipo de agua residual.
Las condiciones exactas bajo las cuales se lleva
a cabo el lavado con agua dependen fuertemente de otras
circunstancias. Preferentemente, el lavado con agua se lleva a cabo
a una temperatura entre 0ºC y 150ºC, más preferentemente entre 20ºC
y 100ºC. La separación de la fase hidrocarbonosa y la fase acuosa se
puede llevar a cabo posteriormente de cualquier forma conocida para
alguien experto en la técnica. Un método de separación preferido
comprende dejar decantar la fase hidrocarbonosa y la fase acuosa en
un recipiente de decantación y posteriormente separar una fase
hidrocarbonosa de una fase acuosa. La fase hidrocarbonosa que
contiene hidroperóxido se puede enviar posteriormente a un
coalescedor donde se separa más fase acuosa. Preferentemente, la
etapa de separación de lleva a cabo a una temperatura entre 0ºC y
150ºC, más preferentemente entre 20ºC y 100ºC.
El lavado con agua se puede llevar a cabo una
vez o se puede repetir varias veces.
El producto de reacción de la etapa (c) se puede
enviar a la etapa (e) tal cual. No obstante, se prefiere separar
compuestos ligeros. Tales compuestos ligeros pueden ser compuestos
orgánicos sin convertir, agua y contaminantes. Los componentes
ligeros se pueden separar fácilmente sometiendo el producto de
reacción de la etapa (c) a destilación, preferentemente destilación
a presión reducida. Una destilación que es especialmente apropiada
es la llamada destilación instantánea ("flash"), que comprende
destilación a muy baja presión. Se ha encontrado que tal
destilación instantánea es eficaz para separar componentes ligeros
tales como oxígeno y ácidos ligeros formados durante la
oxidación.
En la etapa (e) del procedimiento, al menos
parte de la corriente de hidroperóxido obtenida en la etapa (c) y/o
(d) se pone en contacto con alqueno en presencia de un catalizador
heterogéneo para obtener una mezcla de reacción que contiene un
compuesto que contiene hidroxilo y óxido de alquileno. El alqueno
preferentemente es propeno que hace que el óxido de alquileno
obtenido sea óxido de propileno.
La corriente de hidroperóxido añadida a la etapa
(e) tiene una temperatura que es similar a la temperatura de la
corriente de hidroperóxido obtenida en la etapa (c) y/o (d). Aunque
a veces pueda ser ventajoso aumentar ligeramente la temperatura de
la corriente de hidroperóxido, por ejemplo, si la corriente se
obtiene directamente de la etapa (c), se prefiere que la
temperatura de la corriente de hidroperóxido debiera aumentarse no
más de 10ºC, más específicamente no más de 5ºC. Preferentemente, la
temperatura no se aumenta.
El alqueno añadido en la etapa (e) tiene una
temperatura desde 60 hasta 120ºC antes de contactar con la corriente
de hidroperóxido. Esta temperatura deseada se obtiene normalmente
calentando el alqueno. El alqueno tiene generalmente una
temperatura desde 40 hasta menor que 60ºC antes de calentar, más
específicamente desde 45 hasta 55ºC. Normalmente, el alqueno se
calentará con la ayuda de un intercambiador de calor. La corriente
contra la que se cambia el calor puede ser cualquier corriente que
tenga la temperatura correcta. Generalmente, se usará vapor para
calentar el alqueno. Preferentemente, el alqueno que se va a
introducir en la etapa (e) tiene una temperatura de al menos 70ºC,
más preferentemente mayor que 75ºC, más preferentemente mayor que
80ºC. El alqueno tiene preferentemente una temperatura de a lo sumo
115ºC, más específicamente a lo sumo 110ºC, más específicamente a
lo sumo 105ºC, lo más específicamente a lo sumo 100ºC.
Preferentemente, la temperatura del alqueno añadido en la etapa (e)
es desde 70 hasta 110ºC antes de contactar con la corriente de
hidroperóxido.
La temperatura específica de la corriente de
hidroperóxido y del alqueno depende de las circunstancias exactas
tales como la cantidad de catalizador disponible para la reacción,
la actividad del catalizador en general, el grado al que el
catalizador ha quedado desactivado y la relación molar de alqueno a
hidroperóxido.
Generalmente, la corriente de hidroperóxido
añadida en la etapa (e) tendrá una temperatura desde 70 hasta 120ºC
antes de contactar con el alqueno. Más específicamente, la
temperatura de la corriente de hidroperóxido añadida en la etapa
(e) generalmente tendrá una temperatura desde 80 hasta 110ºC.
Preferentemente, la temperatura de la corriente de hidroperóxido es
al menos 85ºC, más específicamente al menos 90ºC. La temperatura de
la corriente de hidroperóxido preferentemente es a lo sumo 105ºC,
lo más preferentemente a lo sumo 100ºC.
Como se menciona anteriormente, una ventaja
importante del procedimiento de la presente invención reside en el
hecho de que ahora se ha hecho posible llevar a cabo la reacción de
epoxidación de la etapa (e) continuamente a una temperatura mayor
de la que era previamente posible en una unidad comercial. Ahora se
ha hecho posible poner en contacto el hidroperóxido y el alqueno
continuamente con el catalizador a una temperatura de más de 85ºC.
Esta temperatura es la temperatura de la mezcla de hidroperóxido y
el alqueno cuando se ponen en contacto con el catalizador por
primera vez. A veces, es incluso posible aumentar la temperatura
hasta al menos 90ºC. La temperatura será generalmente a lo sumo
115ºC, más específicamente a lo sumo 100ºC. No obstante, las
temperaturas exactas dependen del catalizador que se use, como se
menciona anteriormente en ésta.
Un catalizador heterogéneo que se puede usar
apropiadamente en la etapa (e) es un catalizador que contiene
titanio. Un catalizador preferido contiene titanio sobre sílice y/o
silicato. Un catalizador preferido está descrito en el documento
EP-A-345856. La reacción se
desarrolla generalmente a temperaturas y presiones moderadas, en
particular a temperaturas en el intervalo desde 0 hasta 200ºC,
preferentemente en el intervalo desde 25 hasta 200ºC. La presión
precisa no es crítica, con tal que sea suficiente para mantener la
mezcla de reacción como líquido o como mezcla de vapor y líquido.
La presión atmosférica puede ser satisfactoria. En general, las
presiones pueden estar en el intervalo desde 1 hasta 100 x 10^{5}
Pa.
El óxido de alquileno se puede separar de la
mezcla de reacción obtenida en la etapa (e) de cualquier manera
conocida para ser apropiada para alguien experto en la técnica. El
producto de reacción líquido se puede tratar por destilación
fraccionada, extracción selectiva y/o filtración. Cualquier
disolvente, olefina sin reaccionar e/o hidroperóxido se puede
reciclar para utilización posterior. Preferentemente, en la etapa
(f) el óxido de alquileno se separa por destilación de la mezcla de
reacción.
Los compuestos que contienen hidroxilo obtenidos
en el procedimiento se pueden deshidratar en presencia de un
catalizador para obtener estireno y agua. Los procedimientos que se
pueden usar para esta etapa han sido descritos en los documentos WO
99/42425 y WO 99/42426. No obstante, en principio, se puede usar
cualquier procedimiento apropiado conocido para alguien experto en
la técnica.
La invención se ilustra adicionalmente mediante
los siguientes Ejemplos sin limitar el alcance de la invención a
estas realizaciones particulares.
Ejemplo Comparativo
1
En un reactor, se inyectó aire a través de
etilbenceno. El producto obtenido contenía hidroperóxido de
etilbenceno. Este producto se puso en contacto con una solución que
contenía 0,5% en peso de NaOH en agua y se mezcló a una temperatura
de 60ºC. La relación en peso de producto que contenía hidroperóxido
de etilbenceno a la solución que contenía NaOH fue de 4,5:1
(peso:peso). La mezcla neutralizada obtenida se envió a un
recipiente de decantación donde se separó una fase hidrocarbonosa
neutralizada que contenía hidroperóxido de etilbenceno de una fase
acuosa.
La fase hidrocarbonosa neutralizada que contenía
hidroperóxido de etilbenceno se envió a un coalescedor donde se
separó más fase acosa. Posteriormente, la fase hidrocarbonosa
neutralizada que contenía hidroperóxido de etilbenceno se lavó
mezclando con agua, separando la mezcla obtenida en un recipiente de
decantación en una fase acuosa y una fase hidrocarbonosa, separando
posteriormente la fase hidrocarbonosa obtenida del recipiente de
decantación con la ayuda de un coalescedor. La fase hidrocarbonosa
obtenida en el coalescedor contiene hidroperóxido de etilbenceno,
etilbenceno, agua y contaminantes. Esta fase hidrocarbonosa se
destila. El destilado contiene etilbenceno, agua y contaminantes.
El producto de colas contiene hidroperóxido de etilbenceno y
etilbenceno.
El producto de hidroperóxido de etilbenceno
contenía entre 30 y 40% en peso de hidroperóxido de etilbenceno en
etilbenceno. Se obtuvo una alimentación mezclando propeno que tenía
una temperatura de alrededor de 50ºC y el producto de hidroperóxido
de etilbenceno que tenía una temperatura de alrededor de 97ºC en
tales cantidades que la relación molar de propeno a hidroperóxido
de etilbenceno fuese alrededor de 6. La alimentación obtenida se
calentó en un intercambiador de calor en el que el calor fue
aportado por vapor que tenía una temperatura de alrededor de 160ºC
y una presión de 5 bar (5 x 10^{5} Pa).
Al comienzo de la operación, la alimentación se
calentó hasta alrededor de 95ºC. Después de varias semanas de
operación sin cambio, la alimentación que sale del intercambiador de
calor tenía una temperatura de alrededor de 85ºC. Esta reducción en
la temperatura alcanzada muestra un ensuciamiento sustancial del
intercambiador de calor.
Ejemplo
1
El plan del procedimiento del Ejemplo
Comparativo 1 se cambió en que sólo el propeno que tenía una
temperatura de alrededor de 50ºC se calentó en el intercambiador de
calor hasta una temperatura de alrededor de 85ºC. El propeno
calentado se combina posteriormente con el producto de hidroperóxido
de etilbenceno que tenía una temperatura de alrededor de 97ºC.
La alimentación combinada de propeno calentado e
hidroperóxido de etilbenceno tenía una temperatura de alrededor de
92ºC. Se encontró que esta temperatura se podía mantener durante más
de un mes.
Claims (7)
1. Procedimiento para la preparación de óxido de
alquileno, el cual procedimiento comprende:
- (a)
- oxidación de un compuesto orgánico para obtener una corriente que contiene hidroperóxido,
- (b)
- lavar la corriente de hidroperóxido con una solución acuosa básica,
- (c)
- lavar la corriente de hidroperóxido de la etapa (b) con agua,
- (d)
- opcionalmente, someter la corriente de hidroperóxido obtenida en la etapa (c) a destilación,
- (e)
- poner en contacto al menos parte de la corriente de hidroperóxido obtenida en la etapa (c) y/o (d) con alqueno y un catalizador heterogéneo para obtener una mezcla de reacción que contiene un compuesto que contiene hidroxilo y óxido de alquileno, y
- (f)
- separar al menos parte del óxido de alquileno de la mezcla de reacción,
en el cual procedimiento el alqueno
añadido en la etapa (e) tiene una temperatura desde 60 hasta 120ºC
mientras que la temperatura de la corriente de hidroperóxido puesta
en contacto con el alqueno es similar a la temperatura de la
corriente de hidroperóxido obtenida en la etapa (c) y/o
(d).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el alqueno es propeno y el óxido de alquileno es óxido de
propileno.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,
en el que el catalizador de epoxidación heterogéneo es un
catalizador que contiene titanio.
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que el alqueno se calienta en un
intercambiador de calor antes de la adición en la etapa (e).
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que la temperatura del alqueno
añadido en la etapa (e) es desde 70 hasta 110ºC antes de contactar
con la corriente de hidroperóxido.
6. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que la temperatura de la corriente de
hidroperóxido es desde 80 hasta 110ºC antes de contactar con el
alqueno.
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en el cual procedimiento, en la etapa (f),
el óxido de alquileno se separa de la mezcla de reacción por
destilación.
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