Procedimiento continuo para la preparación de fenol a partir de benceno en un reactor de lecho fijo.

Procedimiento continuo para la preparación de fenol por oxidación directa de benceno con peróxido de hidrógeno en presencia de un catalizador a base de silicalita de titanio TS-1, que comprende:

(a) ejecutar el procedimiento en un reactor de lecho fijo que contiene el catalizador a base de TS-1 a una temperatura comprendida entre 80 y 120ºC y a una presión comprendida entre 3,03975 y 15,19875 bar (3-15 atm);

(b) suministrar al reactor una corriente que contiene H2O2, benceno, sulfolano y agua en una fase simple o doble, en el que las cantidades de los componentes individuales están comprendidas dentro de los intervalos de 0,2- 6, 15-60, 30-80, 0,5-30 partes en peso, respectivamente, por cada 100 unidades suministradas, y cuyo caudal total se calcula de manera que el tiempo de permanencia en el reactor está comprendido entre 0,3 y 2 min;

(c) recuperar los productos, los subproductos y el disolvente a partir de la corriente líquida que sale del reactor.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2005/011575.

Solicitante: versalis S.p.A.

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: PIAZZA BOLDRINI, 1 20097 SAN DONATO MILANESE (MI) ITALIA.

Inventor/es: BORTOLO, ROSSELLA, BIANCHI, DANIELE, BUSTO,CHIARA, LAZZARI,CARLA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > Catalizadores que contienen tamices moleculares > B01J29/89 (Silicatos, aluminosilicatos o borosilicatos de titanio, zirconio o hafnio)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA ORGANICA > COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos... > Compuestos que tienen al menos un grupo hidroxilo... > C07C39/04 (Fenol)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA ORGANICA > COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos... > Preparación de compuestos que tienen grupos hidroxilo... > C07C37/60 (por reacciones de oxidación que introducen directamente grupos hidroxilo en un grupo CH perteneciente a un ciclo aromático de seis miembros con otros oxidantes que no sean oxígeno molecular o mezclas de oxígeno molecular y oxidante)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > Procedimientos para preparar catalizadores, en general;... > B01J37/12 (Oxidación)

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento continuo para la preparación de fenol a partir de benceno en un reactor de lecho fijo.

La presente invención se refiere a un procedimiento continuo para la preparación de fenol por oxidación directa de benceno con peróxido de hidrógeno, llevándose a cabo dicho procedimiento en un reactor de lecho fijo.

Más específicamente, la presente invención se refiere a un procedimiento para la preparación de fenol, en el que la reacción de oxidación se lleva a cabo en presencia de un catalizador a base de silicalita de titanio y en determinadas condiciones operativas.

La presente invención se refiere asimismo a un procedimiento para la activación del catalizador a base de silicalita de titanio TS-1.

El fenol es un producto intermedio industrial muy importante, muy utilizado en la producción de policarbonatos u otras resinas fenólicas.

Actualmente, el fenol se produce mediante el "proceso de Hock", que comprende la alquilación del benceno a cumeno y la posterior oxidación del cumeno a hidroperóxido, que se descompone en fenol y acetona.

En la técnica se conocen diversos procedimientos para la preparación de fenol, que se basan en la oxidación directa del benceno con peróxido de hidrógeno en presencia de sistemas catalíticos adecuados.

Por ejemplo, es conocido un procedimiento que se lleva a cabo en presencia de un catalizador a base de silicalita de titanio y en un disolvente orgánico capaz de potenciar el contacto entre el sustrato orgánico y el peróxido de hidrógeno.

La conversión y la selectividad de los procedimientos para la preparación de fenol por oxidación directa se pueden mejorar trabajando en presencia de disolventes específicos, como por ejemplo el sulfolano (documento EP A 919531) .

En este caso, el procedimiento se lleva a cabo en un reactor por lotes que funciona en un sistema de reacción de dos fases compuesto por el catalizador sólido y una fase orgánica que comprende sulfolano/agua/benceno en una proporción que hace que la mezcla de reacción sea homogénea.

También pueden obtenerse mejoras en la productividad de los procedimientos de producción de fenol mediante la activación del catalizador con peróxido de hidrógeno y iones flúor, tal como se describe en la solicitud de patente europea EP A 958861.

Pueden obtenerse otras mejoras trabajando en un sistema de reacción de tres fases compuesto por un catalizador sólido, una fase acuosa y una fase orgánica, que comprende el compuesto aromático y el disolvente, tal como se describe en la solicitud de patente PCT/EP02/12169.

Generalmente, los procedimientos para la preparación de fenol por oxidación directa de benceno que se describen en la técnica conocida se llevan a cabo en reactores de tipo CSTR, en los que el catalizador a base de silicalita de titanio se mantiene en suspensión en forma de polvo fino.

En estos procedimientos, la separación del efluente de la reacción y el catalizador solo se puede llevar a cabo eficazmente por filtración dentro del reactor.

Sin embargo, esta operación no se puede llevar a cabo en los procedimientos según la técnica conocida, ya que, debido a las bajas concentraciones de los productos, la superficie filtrante necesaria sería demasiado grande.

Así pues, la única solución tecnológica posible consiste en llevar a cabo la filtración fuera de los reactores CSTR. Sin embargo, esta operación es tecnológicamente compleja debido a la necesidad de utilizar equipos adicionales y materiales resistentes a la abrasión, así como de mantener la eficacia de los filtros.

La patente US nº 5.233.097 da a conocer la hidroxilación de núcleos aromáticos de un compuesto aromático, que comprende la reacción de dicho compuesto aromático con un peróxido a una temperatura de 10-60ºC y en presencia de una composición de tamiz molecular cristalina de titanoaluminosilicato, que presenta titanio, aluminio y silicio en forma de unidades estructurales de óxido tetraédrico. El catalizador proporciona tasas de conversión de peróxido y selectividad del producto. Dicho método se puede aplicar en modo por lotes o continuo.

Se ha descubierto un procedimiento que permite la síntesis directa de fenol a partir de benceno con elevadas conversiones y productividades, y que, al mismo tiempo, elimina los problemas debidos a la filtración.

En la práctica, la presente invención prevé que el procedimiento se pueda llevar a cabo en modo continuo en un reactor de lecho fijo, trabajando en determinadas condiciones operativas y según dos procedimientos diferentes: en fase líquida homogénea o con dos fases líquidas, utilizando en ambos casos sulfolano como disolvente.

En relación con esto, el objeto de la presente invención se refiere a un procedimiento continuo para la preparación de fenol por oxidación directa de benceno con peróxido de hidrógeno en presencia de un catalizador a base de silicalita de titanio TS-1, que comprende:

(a) ejecutar el procedimiento en un reactor de lecho fijo que contiene el catalizador a base de TS-1 a una temperatura comprendida dentro del intervalo 80-120ºC y a una presión comprendida dentro del intervalo 3, 03975-15, 19875 bar (3-15 atm) ;

(b) suministrar al reactor un flujo que contiene H2O2, benceno, sulfolano y agua en fase simple o doble, estando comprendidas las cantidades de los componentes individuales dentro de los intervalos de 0, 2-6, 15-60, 30-80, 0, 5-30 partes en peso, respectivamente, por cada 100 unidades suministradas, y cuyo caudal total se calcula de modo que el tiempo de permanencia en el reactor esté comprendido entre 0, 3 y 2 min (siendo el tiempo de permanencia la relación entre la cantidad en peso de catalizador y el caudal de alimentación) ;

(c) recuperación de los productos, los subproductos y el disolvente a partir del flujo líquido que sale del reactor.

El procedimiento según la presente invención permite obtener diferentes ventajas:

- simplifica considerablemente las operaciones que intervienen en los procesos de oxidación de los sustratos aromáticos, ya que la filtración ya no resulta necesaria, y también evita el reciclaje de parte del efluente líquido de reacción;

- reduce los costes de inversión para la producción de la planta;

- hace que el proceso se vuelva más versátil, ya que también es posible trabajar con dos fases líquidas (sistema de tres fases) .

El procedimiento según la presente invención se puede llevar a cabo eficazmente en modo continuo y utilizando varios reactores.

En este caso, se ha descubierto que es posible mejorar la selectividad subdividiendo el suministro de peróxido de hidrógeno en partes iguales entre los diversos reactores.

El procedimiento según la presente invención se lleva a cabo en un reactor de lecho fijo (de flujo de pistón) cargado con el catalizador a base de silicalita de titanio.

Los catalizadores de la presente invención son silicalitas de titanio con una estructura MFI y que presentan la fórmula general xTiO2. (1-x) SiO2, donde x está comprendida entre 0, 0001 y 0, 04.

Las características estructurales de estos catalizadores, así como su método de preparación, se describen en las patentes US nº 4.410.501, US nº 4.954.653, US nº 4.701.428, y el documento EP A906784.

Los catalizadores de la presente invención se utilizan en forma extrudida mediante la formulación de la silicalita de titanio con un ligando inerte, tal como sílice, según las técnicas conocidas por los expertos en la materia.

Pueden encontrarse ejemplos de estas formulaciones en las patentes US nº 6.491.861, US nº 6.551.546, y los documentos US 2003/0078160, US 2003/0130116.

La reacción para la producción... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento continuo para la preparación de fenol por oxidación directa de benceno con peróxido de hidrógeno en presencia de un catalizador a base de silicalita de titanio TS-1, que comprende:

(a) ejecutar el procedimiento en un reactor de lecho fijo que contiene el catalizador a base de TS-1 a una temperatura comprendida entre 80 y 120ºC y a una presión comprendida entre 3, 03975 y 15, 19875 bar (3-15 atm) ;

(b) suministrar al reactor una corriente que contiene H2O2, benceno, sulfolano y agua en una fase simple o doble, en el que las cantidades de los componentes individuales están comprendidas dentro de los intervalos de 0, 26, 15-60.

3. 80, 0, 5-30 partes en peso, respectivamente, por cada 100 unidades suministradas, y cuyo caudal total se calcula de manera que el tiempo de permanencia en el reactor está comprendido entre 0, 3 y 2 min;

(c) recuperar los productos, los subproductos y el disolvente a partir de la corriente líquida que sale del reactor.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el procedimiento se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 90 y 110ºC y a una presión comprendida entre 5, 06625 y 7, 09275 bar (5-7 atm) .

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la corriente que contiene H2O2, benceno, sulfolano y agua se encuentra en fase doble y las cantidades de los componentes individuales están comprendidas, respectivamente, entre 0, 3 y 6, 15 y 50, 30 y 70, 10 y 30 partes en peso por 100 unidades suministradas, y cuyo caudal total se calcula de manera que el tiempo de permanencia en el reactor está comprendido entre 0, 3 y 2 min.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que las cantidades de los componentes individuales están comprendidas, respectivamente, entre 0, 3 y 5, 20 y 40, 35 y 60, 10 y 30 partes en peso por 100 unidades suministradas.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la oxidación del benceno se lleva a cabo en un sistema que comprende de dos a diez reactores de lecho fijo de flujo de pistón dispuestos en serie.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que el suministro del peróxido de hidrógeno se subdivide en partes iguales entre los reactores y se añade a la corriente de alimentación.

7. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que el tiempo de permanencia de la corriente de alimentación en cada reactor está comprendido entre 0, 4 y 2, 0 minutos.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el catalizador se utiliza en forma extrudida.

9. Procedimiento para la activación del catalizador a base de silicalita de titanio TS-1 según la reivindicación 1, que comprende:

- suministrar al reactor que contiene el catalizador, como tal o mezclado con un material inerte, a una temperatura comprendida entre 20 y 120ºC, una solución acuosa que contiene fluoruro ácido de amonio en una concentración comprendida entre 0, 1% y 1% en peso y peróxido de hidrógeno en una concentración comprendida entre 3% y 10% en peso, durante un período comprendido entre 2 y 6 horas;

- suministrar agua al reactor al final de la reacción;

- secar o calcinar el catalizador contenido en el reactor.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que el reactor se alimenta, a una temperatura de 80ºC, con una solución acuosa que contiene fluoruro ácido de amonio a una concentración de 0, 25% y peróxido de hidrógeno a una concentración de 4, 8%.

11. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que la solución acuosa que contiene fluoruro ácido de amonio y peróxido de hidrógeno se suministra en una cantidad tal que la razón molar entre el flúor contenido en la solución y el titanio contenido en el catalizador está comprendida entre 0, 5 y 3, 0, y la razón molar entre el H2O2 y el titanio está comprendida entre 3, 0 y 15.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que la razón molar entre el flúor y el titanio es de 2, 5.

13. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que el material inerte se selecciona de entre cuarzo, corindón, material cerámico, vidrio, sílice extrudido.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que el material inerte es el cuarzo.

15. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el catalizador a base de TS-1 se activa de acuerdo con el procedimiento según la reivindicación 9.

16. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la recuperación de los productos, los subproductos y el disolvente a partir de la corriente líquida que sale del reactor comprende:

- enviar el flujo de líquido que sale de los reactores y que contiene benceno, agua, fenol, sulfolano y subproductos de la reacción a un punto intermedio de una o más columnas de extracción.

10. suministrar agua nueva o reciclada desde la parte superior de la columna de extracción;

- suministrar benceno nuevo o reciclado desde la parte inferior de la columna de destilación;

- enviar la fase orgánica ligera que sale de la cabeza de la columna de destilación, más rica en benceno y fenol y más pobre en sulfolano y agua, a la sección de destilación;

- enviar la fase acuosa pesada, más rica en agua y sulfolano y más pobre en benceno y fenol, a la sección de salificación de bifenoles para su recuperación.

20. reciclar el sulfolano purificado que contiene benceno, recuperado en la sección de destilación, hacia el reactor de oxidación.