ES2635492T3 - Proceso para la producción de 2-propanol - Google Patents

Proceso para la producción de 2-propanol Download PDF

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Tatsuo Shirahata
Katsunari Higashi
Shinji Senoo
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Abstract

Un proceso para producir 2-propanol haciendo reaccionar acetona con hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación: donde: el proceso comprende hacer reaccionar una mezcla de materia prima que comprende agua y acetona, con hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación, la mezcla de materia primar contiene agua del 1,2 al 2,5 % en peso basado en el 100 % en peso del total del agua y la acetona.

Description

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DESCRIPCION
Proceso para la produccion de 2-propanol Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a procesos para producir 2-propanol. Con mas detalle, la invencion se refiere a procesos para producir 2-propanol de alta pureza haciendo reaccionar acetona e hidrogeno con sub-produccion suprimida de impurezas.
Antecedentes de la invencion
El 2-propanol es un intermedio importante en la smtesis organica y es un disolvente importante en la industria. Tiene un amplio intervalo de aplicaciones y algunas aplicaciones requieren 2-propanol de alta pureza.
Uno de los procesos para producir 2-propoanol es una reaccion de acetona con hidrogeno. En la produccion de 2- propanol de alta pureza, el 2-propanol de la reaccion se purifica generalmente por destilacion. La destilacion, sin embargo, implica grandes cantidades de energfa.
Las clases y cantidades disponibles de impurezas vanan dependiendo de las aplicaciones de uso. En algunos usos, la destilacion normalmente no puede proporcionar 2-propanol de alta pureza con suficiente nivel de retirada de impurezas.
En consecuencia, reducir las impurezas que se sub-producen en la reaccion para el 2-propanol es un enfoque eficaz para la produccion de 2-propanol que tenga alta pureza.
Los procesos se establecen para la produccion de 2-propanol reduciendo la acetona con hidrogeno. Por ejemplo, Kogyo Kagaku Zasshi (Industrial Chemical Magazine), Vol. 54, Libro 1, p. 27 (1951) (Documento Distinto de Patente 1) describe un proceso para producir 2-propanol hidrogenando acetona en presencia de un mquel Raney preparado a partir de una aleacion de Ni/Al (1:1) mediante un metodo comun.
El rendimiento de 2-propanol descrito en el Documento Distinto de Patente es del 93,3 %. Es necesario un rendimiento mayor en consideracion de la produccion industrial de 2-propanol.
En los procesos establecidos, aumentar la conversion de acetona para mejorar el rendimiento del 2-propanol tambien aumenta las cantidades de sub-productos tales como eter de diisopropilo, propano, etano y metano, provocando problemas en la separacion de 2-propanol de la mezcla de reaccion.
El Documento Distinto de Patente 1 ensena que la adicion de agua acelera la hidrogenacion y el rendimiento del 2- propanol se aumenta al 98,7 %. Cuando esta ensenanza para aumentar el rendimiento del 2-propanol se practica en la produccion industrial de 2-propanol mediante acetona hidrogenante, la mezcla de reaccion contendra un 30 % de agua y se requieren grandes cantidades de energfa para separar el 2-propanol de la misma, provocando costes aumentados y problemas economicos.
El documento JP-A-S62-012729 (Documento de Patente 1) describe que las impurezas se reducen por la adicion de agua en la hidrogenacion de acetona. La cantidad de agua se define como contenido de agua en el sistema de reaccion. Sin embargo, el ejemplo funcional y los ejemplos comparativos en este documento de patente desvelan sustancialmente un contenido de agua en el sistema de reaccion del 0,3 % en peso solo. Ademas, el proceso de acuerdo con el Documento de Patente 1 requiere que al menos el 0,5 % en peso de la acetona deba permanecer sin reaccionar. La eficiencia de reaccion debe por lo tanto mejorarse.
El documento JP-A-2001-039910 (Documento de Patente 2) describe que las impurezas se reducen anadiendo agua a acetona. En detalle, el Documento de Patente 2 desvela que la acetona que tiene un contenido de agua muy pequeno se hidrogena. Con mas detalle, el documento de patente describe que la acetona con un contenido de agua de no mas del 1,0 % en masa se hidrogena a isopropanol. Los ejemplos funcionales en el Documento de Patente 2 no desvelan ningun contenido de agua.
El Documento de Patente 3 se refiere a un proceso en fase lfquida para producir isopropanol mediante la hidrogenacion de acetona en presencia de un catalizador de hidrogenacion, comprendiendo el proceso poner en contacto acetona con hidrogeno en condiciones de fase lfquida continua y empleando un catalizador metalico de esponja promovido con una cantidad eficaz de cromo.
El Documento de Patente 4 se refiere a un proceso para proporcionar alcoholes tales como alcohol isopropflico con alta pureza y pocas impurezas de sub-productos haciendo reaccionar una cetona tal como acetona e hidrogeno. El proceso para producir alcoholes incluye hidrogenar catalfticamente una cetona en presencia de un catalizador en un alcohol, en el que el catalizador es un catalizador Raney tratado con acido obtenido haciendo contactar un
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catalizador Raney con un acido.
El Documento de Patente 5 describe la hidrogenacion de acetona por un proceso que comprende llevar a cabo una hidrogenacion en fase Kquida de acetona en al menos dos fases de proceso de hidrogenacion para preparar de esta manera un producto de isopropanol.
Documento de Patente 1: JP-A-S62-012729 Documento de Patente 2: JP-A-2001-039910 Documento de Patente 3: US 7.041.857 B1 Documento de Patente 4: EP 2 202 214 A1 Documento de Patente 5: EP 1 070 698 A2
Documento Distinto de Patente 1: Kogyo Kagaku Zasshi (Industrial Chemical Magazine), Vol. 54, Libro 1, p. 27 (1951)
Sumario de la invencion
Se han propuesto hasta ahora procesos como anteriormente en los que la acetona se hidrogena a 2-propanol en presencia de agua. Sin embargo, los contenidos de agua en los procesos anteriormente dichos no pueden lograr un nivel suficiente de reduccion de impurezas.
La presente invencion se ha realizado en vista de los problemas en la tecnica como se describen anteriormente. Es por lo tanto un objeto de la invencion proporcionar procesos para producir 2-propanol con mayor pureza que la hasta ahora posible suprimiendo a la vez la sub-produccion de impurezas.
Los presentes inventores estudiaron diligentemente para lograr el objeto anterior. Han descubierto despues que los problemas convencionales en la tecnica pueden resolverse cuando una mezcla de materia prima que se hace reaccionar contiene una cantidad espedfica de agua. La presente invencion se ha completado basandose en el descubrimiento.
La presente invencion se refiere a los siguientes (1) a (7).
(1) Un proceso para producir 2-propanol haciendo reaccionar acetona con hidrogeno en presencia de un catalizador, donde el proceso comprende hacer reaccionar una mezcla de materia prima que comprende agua y acetona, con hidrogeno en presencia de un catalizador de hidrogenacion, la mezcla de materia prima contiene agua de un 1,2 a un 2,5 % en peso basado en el 100 % del total del agua y la acetona.
(2) El proceso para producir 2-propanol como se describe en (1) anteriormente, donde el catalizador de hidrogenacion es un catalizador Raney.
(3) El proceso para producir 2-propanol como se describe en (2), donde el catalizador Raney es al menos un catalizador Raney seleccionado del grupo que consiste en catalizadores de mquel Raney y catalizadores de cobalto Raney.
(4) El proceso para producir 2-propanol como se describe en (2), donde el catalizador Raney es un catalizador de mquel Raney.
(5) El proceso para producir 2-propanol como se describe en uno cualquiera de (2) a (4) anteriores, donde el 2- propanol producido por la reaccion contiene no mas de 10 ppm de 4-metil-2-pentanol y no mas de 100 ppm de 2- metilpentan-2,4-diol.
(6) El proceso para producir 2-propanol como se describe en (1) anterior, donde el catalizador de hidrogenacion es un catalizador solido que contiene oxido de cobre-oxido de cinc.
Efectos ventajosos de la invencion
En los procesos para producir 2-propanol de acuerdo con la presente invencion, la acetona y el hidrogeno se hacen reaccionar en presencia de un catalizador de hidrogenacion. En el proceso, la sub-produccion de impurezas se suprime permitiendo que una cantidad espedfica de agua coexista con la acetona. El 2-propanol obtenible por el proceso de la invencion tiene alta pureza con pequenos contenidos de impurezas tales como 4-metil-2-pentanol y 2- metilpentan-2,4-diol.
Breve descripcion del dibujo
La Figura 1 es un diagrama de flujo que muestra una realizacion de un aparato de produccion usado en la presente invencion.
1 ■■■ Reactor
2 ■■■ Capa de catalizador fijado
3 ■■■ Ruta para suministrar mezcla de materia prima
4 ■■■ Bomba de suministro
5 ■■■ Separador gas-lfquido
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6 ■■■ Bomba de suministro Uquido
7 ■■■ Ruta de circulacion
8 ■■■ Ruta de suministro de hidrogeno 9, 10, 14, 19, 22, 25 ■■■ Ruta
11 ■■■ Entrada del reactor 1
12 ■■■ Entrada del reactor 1
13 ■■■ Salida del reactor 1
15, 17, 21 ■■■ Intercambiador de calor
16, 24 ■■■ Valvula de control 18 ■■■ Tanque de desaireacion 20 ■■■ Filtro
23 ■■■ Circulador de hidrogeno
26 ■■■ Valvula de control de descarga de gas
27 ■■■ Valvula de control de presion
28 ■■■ Hidrogeno
Realizaciones preferidas para llevar a cabo la invencion
La presente invencion se describira en detalle a continuacion.
En un proceso para producir 2-propanol de acuerdo con la invencion, la acetona se hace reaccionar con hidrogeno en presencia de un catalizador de hidrogenacion para dar 2-propanol. Al realizar la reaccion, se hace reaccionar una mezcla de materia prima que contiene agua y acetona con hidrogeno en presencia de un catalizador de hidrogenacion. La mezcla de materia prima contiene agua de un 1,2 a un 2,5 % en peso basado en un 100 % en peso del total del agua y la acetona.
En la invencion, la reaccion se lleva a cabo habitualmente en un reactor que contiene el catalizador de hidrogenacion. El 2-propanol producido por la reaccion contiene sub-productos descritos mas adelante y acetona sin reaccionar y el producto se denomina en consecuencia de otra manera la mezcla de reaccion lfquida a continuacion en el presente documento. Despues de la reaccion, la mezcla de reaccion lfquida se recoge del reactor junto con una mezcla de reaccion gaseosa basada en hidrogeno sin reaccionar. La mezcla de reaccion lfquida y la mezcla de reaccion gaseosa tambien se denominan colectivamente la mezcla de reaccion a continuacion en el presente documento.
Los catalizadores de hidrogenacion usados en la invencion no se limitan particularmente. Pueden usarse generalmente catalizadores solidos que contienen elementos metalicos tales como Ba, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pd, Pt, Zn, Zr, Ru y Rh. Los elementos metalicos pueden usarse en forma de, por ejemplo, sustancias elementales metalicas, aleaciones, oxidos metalicos o cloruros metalicos. Pueden usarse otros catalizadores de hidrogenacion, preferentemente catalizadores Raney. Los catalizadores de hidrogenacion pueden usarse de forma unica, o pueden usarse dos o mas clases en combinacion.
Las sustancias elementales metalicas preferidas como los catalizadores de hidrogenacion incluyen Ni, Co, Cu, Fe, Pd, Pt, Ru y Rh.
Desde el punto de vista del rendimiento de la reaccion, los oxidos metalicos preferidos como los catalizadores de hidrogenacion incluyen CoO.
El catalizador de hidrogenacion puede ser una mezcla de sustancias elementales metalicas, una mezcla de una sustancia elemental metalica y un oxido metalico, una mezcla de oxidos metalicos o un oxido metalico mixto.
Los ejemplos de los catalizadores de hidrogenacion para su uso en la invencion incluyen catalizadores de cobre- cromo tales como CuO-Cr2O3-BaO y CuO-Cr2O3-BaO-MnO, catalizadores de cobre-cinc tales como CuO-ZnO, catalizadores de cinc-cromo tales como ZnO-Cr2O3, catalizadores de paladio-cromo tales como Pd-Cr2O3, catalizadores de cobalto-circonio tales como CoO-ZrO2, catalizadores de mquel-circonio tales como Ni-ZrO2 y catalizadores de mquel-magnesio tales como Ni-MgO. Desde el punto de vista del rendimiento de la reaccion, se prefieren los catalizadores de cobre-cromo, los catalizadores de cobre-cinc, los catalizadores de cobalto-circonio y los catalizadores de mquel-circonio. De los catalizadores de cobre-cinc, es preferible oxido de cobre-oxido de cinc CuO-ZnO. Desde los puntos de vista de selectividad a una temperatura de reaccion de 140 °C o por encima y con recuperacion de calor economica, un catalizador de hidrogenacion preferido en la invencion es un catalizador solido que contiene oxido de cobre-oxido de cinc.
Los catalizadores de hidrogenacion pueden soportarse en vehfculos tales como carbon activado, SiO2, A^O3, BaSO4, TiO2, MgO, ThO2 y tierra de diatomeas. Desde el punto de vista de la eficiencia economica, son preferibles los vehfculos reusables.
En una realizacion particularmente preferida en vista del rendimiento de la reaccion, se usa un catalizador Raney
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como el catalizador de hidrogenacion en la reaccion.
Los catalizadores Raney en la invencion son catalizadores metalicos que se obtienen aleando un metal que es insoluble (diffcilmente insoluble) en alcali o en acido, por ejemplo, mquel, cobalto, cobre o hierro, con un metal que es soluble en alcali o acido, por ejemplo, aluminio, silicio, cinc o magnesio, y en lo sucesivo disolver el metal soluble en alcali o base de la aleacion.
Los ejemplos de los catalizadores Raney incluyen catalizadores de mquel Raney, catalizadores de cobalto Raney, catalizadores de cobre Raney y catalizadores de hierro Raney. Desde el punto de vista del rendimiento de reaccion, es preferible usar al menos un catalizador Raney seleccionado de catalizadores de mquel Raney y catalizadores de cobalto Raney.
Los catalizadores de mquel Raney, cobalto Raney, cobre Raney y hierro Raney son catalizadores Raney en los que la composicion metalica insoluble (diffcilmente soluble) en alcali o en acido en la aleacion se basa en mquel, cobalto, cobre o hierro, respectivamente.
En la presente invencion, la mezcla de materia bruta que contiene agua y acetona se hace reaccionar con hidrogeno en presencia del catalizador de hidrogenacion tal como el catalizador Raney para dar 2-propanol. La mezcla de materia bruta puede estar compuesta por agua y acetona o puede contener ademas un disolvente.
Los ejemplos de los disolventes incluyen alcoholes tales como metanol, etanol y 2-propanol; glicoles tales como etilenglicol, propilenglicol y dietilenglicol; eteres tales como eter diisopropffico, eter dibufflico, dimetil eter de etilenglicol, diglima y triglima; disolventes polares aproticos tales como dimetilformamida, dimetilacetamida, acetonitrilo y dimetilsulfoxido e hidrocarburos tales como hexano, heptano, ciclohexano y ciclopentano. Cuando la mezcla de materia bruta contiene estos disolventes, el 2-propanol es preferible porque no es necesario retirar el disolvente de la mezcla de reaccion ffquida.
En el proceso de la invencion, la cantidad total de acetona y agua esta habitualmente en el intervalo de 95 a 100 partes en peso y preferentemente 97 a 100 partes en peso basado en 100 partes en peso de la mezcla de materia prima.
En la invencion, la mezcla de materia bruta contiene agua del 1,2 al 2,5 % en peso y mas preferentemente del 1,3 al 2,3 % en peso basado en el 100 % en peso del total de agua y acetona. La cantidad de agua en la mezcla de materia bruta basada en el 100 % de agua y acetona combinadas tambien se denomina el contenido de agua.
Si el contenido de agua esta en exceso del intervalo anterior, tienden a requerirse grandes cantidades de energfa y grandes costes para purificar la mezcla de reaccion ffquida que contiene 2-propanol para preparar 2-propanol libre de agua, de alta pureza.
Si el contenido de agua esta por debajo del intervalo anterior, tienden a resultar cantidades mayores de impurezas tales como 4-metil-2-pentanol (MIBC) y 2-metilpentan-2,4-diol (HG).
La acetona habitualmente contiene agua como una impureza y por lo tanto la cantidad de agua originalmente contenida como impureza se determina de antemano en la presente invencion. La cantidad total de agua originalmente presente y el agua originalmente anadida a la mezcla de materia prima representa la cantidad de agua basada en el 100 % en peso de agua y acetona combinadas.
La mezcla de materia prima puede prepararse mezclando acetona y agua en avance y la mezcla puede suministrarse al reactor que contiene el catalizador de hidrogenacion. De forma alternativa, la acetona y el agua pueden suministrarse a un reactor separadamente y mezclarse juntas en el reactor.
En la invencion, la reaccion de acetona con hidrogeno se realiza habitualmente a una temperatura de reaccion de 40 a 200 °C.
Cuando la reaccion de acetona con hidrogeno se cataliza por el catalizador Raney, la temperatura de reaccion esta habitualmente en el intervalo de 40 a 160 °C, preferentemente 50 a 150 °C y mas preferentemente 65 a 130 °C.
Cuando el catalizador de hidrogenacion es un catalizador solido que contiene oxido de cobre-oxido de cinc, la reaccion de acetona con agua se realiza preferentemente a una temperatura de reaccion de 100 a 160 °C.
Las temperaturas de reaccion anteriores aseguran que las cantidades de sub-productos tales como eter diisopropffico, propano, etano y metano son pequenas.
Si la temperatura de reaccion esta por debajo del intervalo anterior, la tasa de reaccion se disminuye y la reaccion normalmente requiere un tiempo de reaccion extremadamente largo para lograr un alto rendimiento de 2-propanol.
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Para aumentar el rendimiento de 2-propanol y proteger el reactor, la reaccion de acetona con hidrogeno generalmente se lleva a cabo a una presion de reaccion de 0,5 a 4,0 MPaG, preferentemente 0,7 a 3,0 MPaG y mas preferentemente 0,8 a 2,5 MPaG.
La reaccion de acetona con hidrogeno puede realizarse por un proceso tal como un proceso en lotes o un proceso de flujo. En el caso de un proceso de flujo, la acetona sin reaccionar puede reciclarse al sistema de reaccion.
Cuando el catalizador Raney se usa como el catalizador de hidrogenacion, la mezcla de reaccion lfquida que contiene 2-propanol contiene preferentemente 4-metil-2-pentanol a no mas de 10 ppm y 2-metilpentan-2,4-diol a no mas de 100 ppm y mas preferentemente contiene 4-metil-2-pentanol a no mas de 8 ppm y 2-metilpentan-2,4-diol a no mas de 70 ppm.
Cuando el catalizador Raney se usa como el catalizador de hidrogenacion, la reaccion de acetona con hidrogeno se lleva a cabo preferentemente en condiciones tales que la cantidad de acetona sin reaccionar en la reaccion es menos del 0,5 % en peso.
En la invencion, es mas preferible una cantidad mas pequena de acetona sin reaccionar. El lfmite inferior no esta particularmente limitado. La cantidad de acetona sin reaccionar es habitualmente el 0,1 % en peso o mas.
La cantidad de acetona sin reaccionar representa el contenido de acetona en el 100 % de la mezcla de reaccion lfquida que contiene 2-propanol que se descarga del reactor. La cantidad anterior de acetona sin reaccionar puede obtenerse realizando la reaccion a la temperatura y la presion de reaccion como se describen anteriormente controlando apropiadamente, por ejemplo, el tiempo de reaccion.
En el caso de la reaccion en una fase lfquida por un proceso en lotes, el tiempo de reaccion puede ser habitualmente de 10 minutos a 2 horas.
Cuando la conversion de acetona es baja con un 0,5 % en peso o mas de acetona sin reaccionar, tienden a requerirse grandes cantidades de energfa y grandes costes para separar el 2-propanol libre de acetona, de alta pureza de la mezcla de reaccion lfquida.
En el caso de un proceso en lotes, las cantidades de acetona, hidrogeno y el catalizador de hidrogenacion pueden ser tales que la cantidad del catalizador de hidrogenacion sea habitualmente 1 a 30 partes en peso basado en 100 partes en peso por peso de acetona y la cantidad de hidrogeno es habitualmente en el intervalo de 0,8 a 10 moles por 1 mol de acetona.
Cuando la reaccion de acetona con hidrogeno se realiza por un proceso de flujo de acuerdo con la invencion, la mezcla de materia prima tiene un contenido de agua en el intervalo anteriormente mencionado y la reaccion se cataliza por el catalizador de hidrogenacion y otras condiciones de reaccion pueden ser como se describe en la Patente japonesa N.° 2834495.
Una realizacion de la invencion se describira con referencia a un diagrama de flujo (Figura 1) que muestra una realizacion de un aparato de produccion usado en la presente invencion.
En la Figura 1, el numero 1 indica un reactor, el numero 2 indica una capa de catalizador fija formada a partir del catalizador de hidrogenacion que se proporciona en el reactor 1, el numero 3 indica una ruta para suministrar la mezcla de materia prima que contiene acetona y agua, el numero 4 indica una bomba para suministrar la mezcla de materia prima, el numero 5 indica un separador gas-lfquido que separa la mezcla de reaccion en un gas y un lfquido, el numero 6 indica una bomba de suministro lfquido y el numero 7 indica una ruta de circulacion a traves de la que parte de la mezcla de reaccion lfquida separada en el separador gas lfquido 5 se circula al reactor.
En el aparato, la mezcla de materia bruta que contiene acetona y agua se bombea con la bomba de suministro 4 a traves de la ruta de suministro 3 y emerge con la mezcla de reaccion lfquida circulada desde el separador gas- lfquido 5 al reactor 1 a traves de la ruta de circulacion 7 y se suministra al reactor 1 a traves de una entrada 11 del reactor 1.
Separadamente, el hidrogeno se suministra a traves de una ruta de suministro de hidrogeno 8 en el reactor 1 desde una entrada 12 del reactor 1.
El hidrogeno, la mezcla de materia prima y la mezcla de reaccion lfquida circulados desde el separador gas-lfquido 5 se suministran al reactor 1 y avanzan en el reactor 1 y, en la capa de catalizador fija 2, la acetona y el hidrogeno reaccionan juntos para dar 2-propanol. La mezcla de reaccion que contiene 2-propanol se descarga desde una salida 13 del reactor 1 y se suministra al separador gas-lfquido 5 a traves de una ruta 9.
En el separador gas-lfquido 5, la mezcla de reaccion se separa a una mezcla de reaccion lfquida y una mezcla de reaccion gaseosa a base de hidrogeno. Parte de la mezcla de reaccion lfquida se extrae y se bombea con la bomba
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de suministro Ifquido 6 a un intercambiador de calor 15 y se enfna en el mismo. La mezcla de reaccion Kquida que se ha extrafdo se circula despues al reactor 1 a traves de la ruta de circulacion 7.
La cantidad de mezcla de reaccion lfquida que se extrae se controla con una valvula de control 16. La parte que queda de la mezcla de reaccion lfquida se suministra a traves de una ruta 10 a un intercambiador de calor 17 y se enfna en el mismo y se desairea en un tanque de desaireacion 18, se purifica con un filtro 20 a traves de una ruta 19 y se recoge como un producto de reaccion. La mezcla de reaccion gaseosa que se separa en el separador gas- lfquido 5 se suministra a un intercambiador de calor 21 a traves de una ruta 14 y despues se enfna en el mismo para condensar la mezcla de reaccion lfquida contenida en la mezcla de reaccion gaseosa. La mezcla de reaccion lfquida condensada se suministra al tanque de desaireacion 18 a traves de una valvula de control 24 y se desairea junto con la mezcla de reaccion lfquida suministrada a traves de la ruta 10.
Despues de que la mezcla de reaccion se retire de la mezcla de reaccion gaseosa en el intercambiador de calor 21, parte de la mezcla de reaccion gaseosa se circula como un gas hidrogeno circulado a un circulador de hidrogeno 23 a traves de una ruta 22 y se suministra de vuelta a la ruta de suministro de hidrogeno 8. El gas hidrogeno circulado se mezcla despues con una cantidad de hidrogeno fresco 28 que compensa el hidrogeno consumido en la reaccion y se suministra al mismo en el reactor 1 a traves de la entrada 12.
La parte restante de la mezcla de reaccion gaseosa descargada del intercambiador 21 se extrae al tanque de desaireacion 18 a traves de una valvula de control de presion 27.
En el tanque de desaireacion 18, la mezcla de reaccion lfquida suministrada a traves de la ruta 10 y la mezcla de reaccion lfquida condensada en el intercambiador de calor 21 y suministrada a traves de la valvula de control 24 se desairean. La mezcla gaseosa liberada de estas mezclas y la mezcla gaseosa extrafda a traves de la valvula de presion 27 se descargan colectivamente fuera del sistema de reaccion a traves de una ruta 25 y una valvula de control de descarga de gas 26.
La cantidad del gas de descarga extrafdo a traves de la valvula de control de descarga de gas 26 se controla apropiadamente de tal manera que cualquier gas de impureza distinto de hidrogeno no se acumulara en el gas hidrogeno circulado. La pureza del hidrogeno en el gas hidrogeno circulado no se limita particularmente pero no es preferentemente mas del 90 % en moles. Para asegurar esta pureza de hidrogeno, el gas hidrogeno de materia prima suministrado como hidrogeno 28 tiene preferentemente una pureza de hidrogeno de no menos del 99,5 % en moles. Si la pureza de hidrogeno del gas hidrogeno de materia prima es excesivamente bajo, debera extraerse una cantidad mayor del gas de descarga a traves de la valvula de control de descarga de gas 26 para asegurar que la pureza de hidrogeno en el gas hidrogeno circulado no es menos del 90 % en moles, provocando desventajas economicas.
La valvula de control de presion indicada con el numero 27 permite controlar la presion descargando parte del gas hidrogeno circulado a traves de la misma. La forma del reactor 1 no se limita particularmente y puede ser un tanque, un tubo o una columna. El separador gas-lfquido 5 no se limita particularmente y puede usarse cualquier separador comunmente usado en este tipo de aparato. La bomba de suministro 4, la bomba de suministro lfquido 6, los intercambiadores de calor 15, 17 y 21 y el tanque de desaireacion 18 no se limitan particularmente.
El aparato usado en la invencion no se limita particularmente al aparato ilustrado en la Figura 1 y pueden realizarse al mismo diversas modificaciones. En el aparato mostrado en la Figura 1, la mezcla de materia prima que contiene acetona y parte de la mezcla de reaccion lfquida extrafda del separador gas-lfquido y circulada al reactor emergen entre sf y se suministran juntas al reactor a traves de la entrada de reactor 11. En este punto, puede realizarse una modificacion de tal manera que la mezcla de materia prima y la mezcla de reaccion lfquida a circular se suministren separadamente al reactor.
En otras modificaciones, la mezcla de reaccion lfquida a circularse al reactor puede mezclarse con el gas hidrogeno y la mezcla puede suministrarse al reactor, o parte de la mezcla gas-lfquido descargada del reactor puede enfriarse y circularse directamente al reactor.
Despues de completarse la reaccion, la mezcla de reaccion lfquida y el producto de reaccion se destilan por un procedimiento conocido y se deshidratan opcionalmente segun se requiera para dar 2-propanol de alta pureza.
EJEMPLOS
La presente invencion se describira con detalle presentando ejemplos y ejemplos comparativos.
[Ejemplo 1]
(Preparacion del catalizador de hidrogenacion)
En el medio aproximado de un reactor de acero inoxidable de 50 mm de diametro interno y 100 mm de longitud, se
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envasaron 200 g (100 ml) de aleacion de mquel aluminio masiva (R-20L fabricada por Nikko Rika Corporation, diametros de partmula: 4 a 5 mm, relacion de peso Ni/Al: 50:50) para formar una capa de catalizador fija. El reactor se lleno despues con agua.
Un tanque de agua de 3000 ml y el fondo del reactor se conectaron a traves de una bomba de suministro Kquido. Despues se proporciono una ruta a traves de la cual el lfquido que hubiera pasado a traves del reactor pudiera volver al tanque de agua a traves de la parte de arriba del reactor. La bomba de suministro lfquido se dirigio a circular agua en el reactor a una velocidad de flujo de 0,25 l/min. En la circulacion, una solucion de hidroxido sodico acuoso al 40 % que se habfa preparado separadamente se goteo al tanque de agua y la solucion acuosa alcalina se circulo en el sistema de reaccion. La circulacion de la solucion acuosa alcalina convirtio la aleacion de mquel aluminio en un catalizador de mquel Raney.
Debido a que la conversion al catalizador de hidrogenacion genero calor de reaccion y aumento la temperatura en el reactor, el caudal de goteo de la solucion de hidroxido sodico acuoso se controlo de manera que la temperatura de dentro no excediera 50 °C.
La cantidad total de la solucion de hidroxido sodico que se goteo correspondfa a 270 g de hidroxido sodico. La solucion acuosa alcalina se circulo continuamente despues de completar el goteo y la conversion se realizo durante 20 horas en total.
Despues de completarse la conversion, el agua pura como un fluido de limpieza se permitio fluir en el reactor para limpiar la capa de catalizador fija. La limpieza se continuo hasta que el pH del fluido de limpieza descargado se volvio no mas de 11.
En lo sucesivo, la solucion acuosa alcalina y el fluido de limpieza se recogieron y el aluminio disuelto en los mismos se determino cuantitativamente por valoracion quelatometrica. La tasa de conversion del catalizador de mquel Raney obtenida se determino de acuerdo con la siguiente ecuacion.
Como resultado, la capa de catalizador fijo se descubrio haberse convertido en el catalizador de mquel Raney a una tasa de conversion del 58 %.
[Formula 1]
Tasa de conversion
cantidad de aluminio disuelto
----------—-------------------------x 100
cantidad de aluminio en la aleacion de niquel aluminio
(Reensamblaje del reactor)
El fondo del reactor se conecto con un separador gas-lfquido que tiene una salida de descarga de gas y dos salidas de extraccion de lfquidos. Una de las salidas de extraccion de lfquidos se conecto con un lado de succion de una bomba resistente a presion para circular la mezcla de reaccion. El lado de descarga de la bomba se conecto a un suministro de mezcla de materia prima en la parte de arriba del reactor, creando de esta manera una ruta a traves de la cual la mezcla de reaccion lfquida extrafda del separador gas-lfquido podna circular a la parte de arriba del reactor. Una lmea de suministro de mezcla de materia prima se conecto en esta ruta de circulacion de tal manera que la mezcla de materia bruta se mezclana con la mezcla de reaccion lfquida que se estaba circulando. La otra salida de extraccion de lfquido del separador gas-lfquido se conecto a traves de una valvula de control de presion con un receptor de vidrio para recoger parte de la mezcla de reaccion lfquida como el producto de reaccion. La salida de descarga de gas del separador gas-lfquido se conecto a una valvula de control de presion para descargar oxfgeno adicional como un gas de descarga.
(Hidrogenacion de acetona)
Se suministro 2-propanol al reactor a traves de la lmea de suministro de mezcla de materia prima y el reactor se purgo de agua con 2-propanol. La bomba circulante de mezcla de reaccion se hizo funcionar para circular 2-propanol a una velocidad de circulacion de 1600 ml/h.
El reactor se calento por medio de una camisa alrededor del reactor. Cuando la temperatura dentro del reactor alcanzo 100 °C, se suministro una mezcla de materia bruta que consistfa en un 98 % de acetona (contenido de agua
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en acetona: 0,3 % en peso) y un 2 % de agua a un caudal de 79 g/h (100 ml/h) desde la parte de arriba del reactor. Simultaneamente, se suministro hidrogeno a traves de la lmea de suministro de mezcla de materia bruta a un caudal de 66,6 ml/h.
El contenido de agua en la mezcla de materia prima de acetona y agua fue el 2,3 % en peso (cantidad de acetona usada x contenido de agua en la acetona + cantidad de agua anadida = (98 x 0,003 +2) % en peso = 2,29 % en peso). El contenido de agua se redondeo a un lugar decimal.
La reaccion se realizo continuamente a una presion interna de 2,0 MPaG y a una temperatura interna de 100 °C. La mezcla de reaccion lfquida obtenida se analizo por cromatograffa de gases.
Se descubrio que la mezcla de reaccion lfquida contema un 0,2 % en peso de acetona y un 97,5 % en peso de 2- propanol.
[Ejemplos 2 a 4]
La acetona se hidrogeno de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el contenido de agua en la mezcla de materia prima se cambio como se muestra en la Tabla 1.
[Ejemplo Comparativo 1]
La acetona se hidrogeno de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el contenido de agua en la mezcla de materia prima se cambio al 1,1 % en peso.
[Ejemplo Comparativo 2]
La acetona se hidrogeno de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el contenido de agua en la mezcla de materia prima se cambio al 0,3 % en peso.
Los resultados de los Ejemplos 1 a 4 se exponen en la Tabla 1 y los resultados de los Ejemplos Comparativos 1 y 2 se muestran en la Tabla 2.
[Tabla 1]
Tabla 1
Ej. 1 Ej. 2 Ej. 3 Ej. 4
Contenido de agua en la mezcla de materia prima (% en peso)
2,3 1,6 1,3 1,2
Cantidad de acetona sin reaccionar (% en peso)
0,2 0,2 0,1 0,2
Cantidad de 2-propanol formado (% en peso)
97,5 98,3 98,6 98,6
4-Metil-2-pentanol (MIBC) (ppm)
1 3 3 5
2-Metilpentan-2,4-diol (HG) (ppm)
21 25 30 60
Otras impurezas (ppm)
180 162 167 235
[Tabla 2]
Tabla 2
Ej. Comp. 1 Ej. Comp. 2
Contenido de agua en la mezcla de materia prima (% en peso)
1,1 0,3
Cantidad de acetona sin reaccionar (% en peso)
0,3 0,3
Cantidad de 2-propanol formado (% en peso)
98,6 99,4
4-Metil-2-pentanol (MIBC) (ppm)
15 40
2-Metilpentan-2,4-diol (HG) (ppm)
190 260
Otras impurezas (ppm)
195 148
[Ejemplo 5]
(Reduccion del catalizador de hidrogenacion)
En el medio aproximado de un reactor de acero inoxidable de 38,4 mm de diametro interno y 4800 mm de longitud, se envasaron 3765 g (2895 ml) de catalizador CuO-ZnO cilmdrico (fabricado por Sud-Chemie Catalysts Japan, Inc., diametro de partfcula: 3,2 mm, altura: 3,2 mm) para formar una capa de catalizador fija. El reactor se purgo despues con nitrogeno.
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Se coloco 2-propanol (contenido de agua: 2,0 % en peso) en un tambor intermedio y se bombeo desde el tambor intermedio al reactor a traves de la parte de arriba del reactor a 10 l/h. Despues de 2 horas despues de la iniciacion del suministro de 2-propanol, se suministro hidrogeno a 2 N/m3 ademas del suministro de 2-propanol. La presion en el reactor se ajusto a 3,0 MPaG.
Despues de que la presion en el reactor alcanzara 3,0 MPaG, la temperatura en una parte superior del reactor se controlo a 100 °C por medio de un intercambiador de calor de tubena doble proporcionado en la entrada del reactor mientras se suministran continuamente 2-propanol e hidrogeno. Despues de que la temperatura del reactor alcanzara 100 °C, el catalizador se redujo durante tres horas manteniendo la presion interna del reactor, la temperatura del reactor y el suministro de 2-propanol e hidrogeno.
(Hidrogenacion de la acetona)
Despues del tratamiento de reduccion, el caudal de 2-propanol se cambio a 25,6 l/h, el caudal de hidrogeno a 0,51 Nm3/h y la presion interna del reactor a 2,0 MPaG. La temperatura en una parte superior del reactor se controlo a 140 °C por medio del intercambiador de calor de tubena doble.
Cuando la temperatura en la parte superior del reactor alcanzo 140 °C, una mezcla de materia prima que consiste en acetona y agua (contenido de agua: 2,0 % en peso) se suministro a un caudal de 1,64 l/h. La temperatura en una parte inferior del reactor aumento a 160 °C debido al calor de la reaccion.
La reaccion se realizo continuamente a una presion interna del reactor de 2.0 MPaG y una temperatura de la parte superior del reactor de 140 °C. La mezcla de reaccion lfquida obtenida se analizo por cromatograffa de gases.
La conversion de acetona lfquida fue del 98,5 % y la selectividad del 2-propanol (% en peso) fue del 98,6 %.
[Ejemplo Comparativo 3]
La acetona se hidrogeno de la misma manera que en el Ejemplo 5, excepto que el contenido de agua en la mezcla de materia prima de acetona/agua se cambio al 0,3 % en peso y el contenido de agua en el 2-propanol se cambio al 0,3 % en peso.
Los resultados del Ejemplo 5 se exponen en la Tabla 3 y los resultados del Ejemplo Comparativo 3 se muestran en la Tabla 3.
[Tabla 3]
Tabla 3
Ej. 5
Conversion de acetona
98,5 %
Selectividad
2-Propanol 98,6 %
4-Metil-2-pentanol
1,08 %
2-Metilpentan-2,4-diol
0,000
[Tabla 4]
Tabla 4
Ej. Comp. 3
Conversion de acetona
98,5 %
Selectividad
2-Propanol 96,9 %
4-Metil-2-pentanol
3,04 %
2-Metilpentan-2,4-diol
0,00 %

Claims (6)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    REIVINDICACIONES
    1. Un proceso para producir 2-propanol haciendo reaccionar acetona con hidrogeno en presencia de un catalizador de hidrogenacion:
    donde:
    el proceso comprende hacer reaccionar una mezcla de materia prima que comprende agua y acetona, con hidrogeno en presencia de un catalizador de hidrogenacion,
    la mezcla de materia primar contiene agua del 1,2 al 2,5 % en peso basado en el 100 % en peso del total del agua y la acetona.
  2. 2. El proceso para producir 2-propanol de acuerdo con la reivindicacion 1, donde el catalizador de hidrogenacion es un catalizador Raney.
  3. 3. El proceso para producir 2-propanol de acuerdo con la reivindicacion 2, donde el catalizador Raney es al menos un catalizador Raney seleccionado del grupo que consiste en catalizadores de mquel Raney y catalizadores de cobalto Raney.
  4. 4. El proceso para producir 2-propanol de acuerdo con la reivindicacion 3, donde el catalizador Raney es un catalizador de mquel Raney.
  5. 5. El proceso para producir 2-propanol de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, donde el 2- propanol producido por la reaccion contiene no mas de 10 ppm de 4-metil-2-pentanol y no mas de 100 ppm de 2- metilpentan-2,4-diol.
  6. 6. El proceso para producir 2-propanol de acuerdo con la reivindicacion 1, donde el catalizador de hidrogenacion es un catalizador solido que contiene oxido de cobre-oxido de cinc.
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