Oxidación en fase líquida optimizada.

Un proceso, concretamente una reacción de oxidación en fase líquida que es una reacción de precipitación que genera sólidos, que comprende:

(a) introducir una corriente de oxidante que comprende oxígeno molecular en una zona de reacción de un reactor de columna de burbujeo;

(b) introducir una corriente de alimentación que comprende un compuesto oxidable en dicha zona de reacción, en el que dicha corriente de alimentación se introduce en dicha zona de reacción de un modo tal que cuando dicha zona de reacción se reparte teóricamente en 4 cuadrantes verticales de volumen igual por un par de planos verticales intersecantes, no más del 80 por ciento en peso de dicho compuesto oxidable entra en dicha zona de reacción en uno común de dichos cuadrantes verticales; y

(c) oxidar al menos una porción de dicho compuesto oxidable en una fase líquida de un medio de reacción multifásico contenido en dicha zona de reacción.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2005/030658.

Solicitante: Grupo Petrotemex, S.A. de C.V.

Nacionalidad solicitante: México.

Dirección: Ricardo Margain No. 444, Torre sur, Piso 16, Col. Valle de Campestre San Pedro Garza Garcia, Nuevo Leon 66265 MÉXICO.

Inventor/es: DE VREEDE, MARCEL, WONDERS,Alan,George, JENKINS,Howard Wood Jr, PARTIN,Lee Reynolds, STRASSER,Wayne Scott, GUPTA,PUNEET.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA ORGANICA > COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos... > Preparación de ácidos carboxílicos o sus sales,... > C07C51/265 (teniendo cadenas laterales alquiladas que se oxidan a grupos carboxilo)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA ORGANICA > COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos... > Compuestos que tienen grupos carboxilo unidos a los... > C07C63/26 (Acido (1,4-)bencenodicarboxílico-1,4)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA ORGANICA > COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos... > Preparación de ácidos carboxílicos o sus sales,... > C07C51/21 (con oxígeno molecular)

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Fragmento de la descripción:

Oxidación en fase líquida optimizada

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere generalmente a un proceso para la oxidación catalítica en fase líquida de un compuesto aromático. Un aspecto de la invención se refiere a la oxidación parcial de un compuesto aromático de dialquilo (por ejemplo, para-xileno) para producir un ácido dicarboxílico aromático en bruto (por ejemplo, ácido en tereftálico en bruto) , que luego puede someterse a purificación y separación. También se desvela un reactor de columna de burbujeo mejorado que proporciona un proceso de oxidación en fase líquida más eficaz y económico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las reacciones de oxidación en fase líquida se emplean en una variedad de procesos comerciales existentes. Por ejemplo, la oxidación en fase líquida se usa actualmente para la oxidación de aldehídos a ácidos (por ejemplo, propionaldehído a ácido propiónico) , la oxidación de ciclohexano a ácido adípico y la oxidación de compuestos aromáticos de alquilo a alcoholes, ácidos o diácidos. Un proceso de oxidación comercial particularmente significativo en la última categoría (oxidación de compuestos aromáticos de alquilo) es la oxidación parcial catalítica en fase líquida de para-xileno a ácido tereftálico. El ácido tereftálico es un compuesto importante con una variedad de aplicaciones. El uso primario del ácido tereftálico es como materia prima en la producción de poli (tereftalato de etileno) (PET) . El PET es un plástico muy conocido usado en grandes cantidades en el mundo para preparar productos tales como botellas, fibras y envases.

En un proceso de oxidación en fase líquida típico, que incluye oxidación parcial de para-xileno a ácido tereftálico, una corriente de alimentación en fase líquida y una corriente de oxidante en fase gaseosa se introducen en un reactor y forman un medio de reacción multifásico en el reactor. La corriente de alimentación en fase líquida introducida en el reactor contiene al menos un compuesto oxidable orgánico (por ejemplo, para-xileno) , mientras que la corriente de oxidante en fase gaseosa contiene oxígeno molecular. Al menos una parte del oxígeno molecular introducida en el reactor como gas se disuelve en la fase líquida del medio de reacción proporcionando la disponibilidad del oxígeno para la reacción en fase líquida. Si la fase líquida del medio de reacción multifásico contiene una concentración insuficiente de oxígeno molecular (es decir, si ciertas porciones del medio de reacción están "privadas de oxígeno") , reacciones secundarias no deseables pueden generar impurezas y/o las reacciones previstas pueden ser de tasa retardada. Si la fase líquida del medio de reacción contiene demasiado poco compuesto oxidable, la tasa de reacción puede ser indeseablemente lenta. Además, si la fase líquida del medio de reacción contiene un exceso de concentración del compuesto oxidable, reacciones secundarias no deseables adicionales pueden generar impurezas.

Los reactores de oxidación en fase líquida convencionales están equipados con medios de agitación para mezclar el medio de reacción multifásico contenido en su interior. La agitación del medio de reacción se suministra en un esfuerzo por promover la disolución de oxígeno molecular en la fase líquida del medio de reacción, mantener concentraciones relativamente uniformes de oxígeno disuelto en la fase líquida del medio de reacción y mantener concentraciones relativamente uniformes del compuesto oxidable orgánico en la fase líquida del medio de reacción.

La agitación del medio de reacción que se somete a oxidación en fase líquida se proporciona frecuentemente por medios de agitación mecánicos en recipientes tales como, por ejemplo, reactores de tanque agitado continuo (CSTR) . Aunque los CSTR pueden proporcionar la mezcla continua del medio de reacción, los CSTR tienen varios inconvenientes. Por ejemplo, los CSTR tienen un coste de capital relativamente alto debido a su requisito de motores caros, rodamientos herméticos a fluidos y ejes de accionamiento, y/o mecanismo de agitación complejo.

Además, los componentes mecánicos de rotación y/u oscilación de CSTR convencionales requieren mantenimiento regular. El tiempo de trabajo y de parada asociado a un mantenimiento tal se añade al coste de operación de los CSTR. Sin embargo, incluso con mantenimiento regular, los sistemas de agitación mecánicos empelados en CSTR tienen tendencia a fallo mecánico y puede requerir la sustitución durante periodos de tiempo relativamente cortos.

El documento WO 2004/052820 se refiere a un proceso para producir un producto de ácido carboxílico purificado. El proceso comprende eliminar impurezas de una suspensión de ácido carboxílico en bruto en una zona de desplazamiento sólido-líquido para formar un producto en suspensión. El producto en suspensión se trata adicionalmente en una zona de oxidación escalonada y una zona de cristalización para formar un producto cristalizado. El producto cristalizado se enfría adicionalmente en una zona de enfriamiento y posteriormente se filtra

y se seca en una zona de filtración y de secado.

Los reactores de columna de burbujeo proporcionan una atractiva alternativa a los CSTR y otros reactores de oxidación mecánicamente agitados. Los reactores de columna de burbujeo proporcionan agitación del medio de 5 reacción sin requerir equipo mecánico caro y no fidedigno. Los reactores de columna de burbujeo normalmente incluyen una zona de reacción vertical alargada dentro de la cual está contenido el medio de reacción. La agitación del medio de reacción en la zona de reacción se proporciona principalmente por la flotabilidad natural de las burbujas de aire que suben por la fase líquida del medio de reacción. Esta agitación por flotabilidad natural proporcionada en reactores de columna de burbujeo reduce los costes de capital y mantenimiento con respecto a reactores mecánicamente agitados. Además, la ausencia sustancial de partes mecánicas en movimiento asociadas a los reactores de columna de burbujeo proporciona un sistema de oxidación que es menos propenso a fallo mecánico que el de los reactores mecánicamente agitados.

Si la oxidación parcial en fase líquida de para-xileno se lleva a cabo en un reactor de oxidación convencional (CSTR

o columna de burbujeo) , la extracción del producto del reactor es normalmente una suspensión que comprende ácido tereftálico en bruto (CTA) y una disolución madre. El CTA contiene niveles relativamente altos de impurezas (por ejemplo, 4-carboxibenzaldehído, ácido para-toluico, fluorenonas y otros cuerpos de color) que lo hacen inadecuados como materia prima para la producción de PET. Así, el CTA producido en reactores de oxidación convencionales se somete normalmente a un proceso de purificación que convierte el CTA en ácido tereftálico (PTA)

purificado adecuado para preparar PET.

Un proceso de purificación típico para convertir CTA en PTA incluye las siguientes etapas: (1) sustituir la disolución madre de la suspensión que contiene CTA con agua, (2) calentar la suspensión de CTA/agua para disolver el CTA en agua, (3) hidrogenar catalíticamente la disolución de CTA/agua para convertir impurezas en compuestos más 25 deseables y/o fácilmente separables, (4) precipitar el PTA resultante de la disolución hidrogenada mediante múltiples etapas de cristalización, y (5) separar el PTA cristalizado de los líquidos restantes. Aunque eficaz, este tipo de proceso de purificación convencional puede ser muy caro. Factores individuales que contribuyen al alto coste de los métodos de purificación de CTA convencionales incluyen, por ejemplo, la energía térmica requerida para promover... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un proceso, concretamente una reacción de oxidación en fase líquida que es una reacción de precipitación que genera sólidos, que comprende:

(a) introducir una corriente de oxidante que comprende oxígeno molecular en una zona de reacción de un reactor de columna de burbujeo;

(b) introducir una corriente de alimentación que comprende un compuesto oxidable en dicha zona de reacción, en el que dicha corriente de alimentación se introduce en dicha zona de reacción de un modo tal que cuando dicha zona de reacción se reparte teóricamente en 4 cuadrantes verticales de volumen igual por un par de planos verticales intersecantes, no más del 80 por ciento en peso de dicho compuesto oxidable entra en dicha zona de reacción en uno común de dichos cuadrantes verticales; y

(c) oxidar al menos una porción de dicho compuesto oxidable en una fase líquida de un medio de reacción multifásico contenido en dicha zona de reacción.

2. El proceso de la reivindicación 1, en el que no más del 60 por ciento en peso de dicho compuesto oxidable entra en dicha zona de reacción en uno común de dichos cuadrantes verticales.

3. El proceso de la reivindicación 1, en el que dicho medio de reacción tiene una anchura máxima (W) , en el que al menos el 50 por ciento en peso de dicho compuesto oxidable entra en dicha zona de reacción dentro de 2, 5W de la localización más baja en la que dicho oxígeno molecular entra en dicha zona de reacción.

4. El proceso de la reivindicación 1, en el que no más del 40 por ciento en peso de dicho compuesto oxidable entra en dicha zona de reacción en un único de dichos cuadrantes verticales, en el que dicho medio de reacción tiene un diámetro máximo (W) , en el que al menos el 75 por ciento en peso de dicho compuesto oxidable entra en dicha zona de reacción dentro de 5W de la localización más baja en la que dicho oxígeno molecular entra en dicha zona de reacción.

5. El proceso de la reivindicación 1, en el que dicho medio de reacción tiene un diámetro máximo (W) , en el que dicha corriente de alimentación entra en dicha zona de reacción mediante una pluralidad de aberturas de alimentación, en el que al menos dos de dichas aberturas de alimentación están verticalmente separadas entre sí por al menos 1, 5 W.

6. El proceso de la reivindicación 1, en el que al menos una porción de dicha zona de reacción se define por uno o más faldones verticales de dicho reactor, en el que al menos el 25 por ciento en peso de dicho compuesto oxidable entra en dicha zona de reacción en una o más localizaciones separadas interiormente al menos 0, 05D de dichos faldones verticales, en el que dicha zona de reacción tiene un diámetro máximo (D) .

7. El proceso de la reivindicación 6, en el que al menos el 50 por ciento en peso de dicho compuesto oxidable entra en dicha zona de reacción en una o más localizaciones separadas interiormente al menos 0, 05D de dichos faldones verticales.

8. El proceso de la reivindicación 1, en el que dicho medio de reacción tiene una altura máxima (H) , una anchura máxima (W) y una relación H:W de al menos 3:1.

9. El proceso de la reivindicación 8, en el que dicha relación H:W está en el intervalo de 8:1 a 20:1.

10. El proceso de la reivindicación 8, en el que la mayoría de dicho oxígeno molecular entra en dicha zona de reacción dentro de 0, 25W del fondo de dicha zona de reacción.

11. El proceso de la reivindicación 1, en el que dicho compuesto oxidable es un compuesto aromático.

12. El proceso de la reivindicación 1, en el que dicho compuesto oxidable es para-xileno.

13. El proceso de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce al menos el 10 por ciento en peso de dicho compuesto oxidable para formar sólidos en dicho medio de reacción.

14. El proceso de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación se lleva a cabo en presencia de un sistema de catalizador que comprende cobalto.

15. El proceso de la reivindicación 14, en el que dicho sistema de catalizador comprende además bromo y manganeso.

16. El proceso de la reivindicación 1, en el que dicho compuesto oxidable es para-xileno, en el que dicha oxidación se lleva a cabo de un modo tal que cuando dicha zona de reacción se reparte teóricamente en 30 rebanadas horizontales de volumen igual, una rebanada horizontal pX-máx tiene la máxima concentración de paraxileno de todas de dichas 30 rebanadas horizontales y una rebanada horizontal pX-mín tiene la mínima concentración de para-xileno de todas las rebanadas horizontales localizadas por encima de dicha rebanada horizontal pX-máx, en el que dicha concentración de para-xileno se mide en una fase líquida de dicho medio de reacción en una base ponderada promediada en el tiempo y promediada en volumen, en el que la relación de la concentración de para-xileno de dicha rebanada horizontal pX-máx con respecto a la concentración de para-xileno de dicha rebanada horizontal pX-mín es al menos 5:1.

17. El proceso de la reivindicación 16, en el que la relación de concentración de para-xileno de dicha rebanada horizontal pX-máx con respecto a la concentración de para-xileno de dicha rebanada horizontal pX-mín es al menos 20:1.

18. El proceso de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación en dicho reactor de columna de burbujeo produce la formación de ácido tereftálico en dicho medio de reacción, en el que dicho proceso comprende además someter al menos una porción de dicho ácido tereftálico a oxidación en un reactor de oxidación secundaria.

19. El proceso de la reivindicación 18, en el que dicha oxidación en dicho reactor de oxidación secundaria se lleva a cabo a una temperatura promedio de al menos 10 ºC superior a dicha oxidación en dicho reactor de columna de burbujeo.

20. El proceso de la reivindicación 18, en el que dicha oxidación en dicho reactor de oxidación secundaria se lleva a cabo a una temperatura promedio en el intervalo de 20 a 80 ºC superior a la temperatura promedio de dicho reactor de columna de burbujeo, en el que dicha oxidación en dicho reactor de columna de burbujeo se lleva a cabo a una temperatura promedio en el intervalo de 140 a 180 ºC, en el que dicha oxidación en dicho reactor de oxidación secundaria se lleva a cabo a una temperatura promedio en el intervalo de 180 a 220 ºC.

21. El proceso de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce la formación de partículas de ácido tereftálico en bruto en dicho medio de reacción, en el que una muestra representativa de dichas partículas de ácido tereftálico en bruto tiene una o más de las siguientes características:

(i) contiene menos de 12 ppmp de 4, 4-dicarboxiestilbeno (4, 4-DCS) ,

(ii) contiene menos de 800 ppmp de ácido isoftálico (IPA) ,

(iii) contiene menos de 100 ppmp de 2, 6-dicarboxifluorenona (2, 6-DCF) ,

(iv) tiene un porcentaje de transmitancia a 340 nanómetros (% de T340) superior a 25.

22. Un proceso, concretamente una reacción de oxidación en fase líquida que es una reacción de precipitación que genera sólidos, que comprende:

(a) introducir una corriente de oxidante que comprende oxígeno molecular en una zona de reacción de un reactor de columna de burbujeo;

(b) introducir una corriente de alimentación que comprende un compuesto oxidable en dicha zona de reacción, en el que al menos una porción de dicha zona de reacción se define por uno o más faldones verticales de dicho reactor, en el que al menos el 25 por ciento en peso de dicho compuesto oxidable entra en dicha zona de reacción en una o más localizaciones separadas interiormente al menos 0, 05D de dichos faldones verticales, en el que dicha zona de reacción tiene un diámetro máximo (D) ; y

(c) oxidar al menos una porción de dicho compuesto oxidable en una fase líquida de un medio de reacción multifásico contenido en dicha zona de reacción.

23. El proceso de la reivindicación 22, en el que al menos el 50 por ciento en peso de dicho compuesto oxidable entra en dicha zona de reacción en una o más localizaciones separadas interiormente al menos 0, 05D de dichos faldones verticales.

24. El proceso de la reivindicación 22, en el que dicho medio de reacción tiene una anchura máxima (W) , en el que al menos el 50 por ciento en peso de dicho compuesto oxidable entra en dicha zona de reacción dentro de

2, 5W de la localización más baja en la que dicho oxígeno molecular entra en dicha zona de reacción.

25. El proceso de la reivindicación 22, en el que dicho compuesto oxidable es un compuesto aromático.

26. El proceso de la reivindicación 22, en el que dicho compuesto oxidable es para-xileno.

27. El proceso de la reivindicación 22, en el que dicha oxidación produce al menos el 10 por ciento en peso de dicho compuesto oxidable para formar sólidos en dicho medio de reacción.

28. El proceso de la reivindicación 22, en el que dicha oxidación se lleva a cabo en presencia de un sistema de catalizador que comprende cobalto, bromo y manganeso.

29. Un proceso, concretamente una reacción de oxidación en fase líquida que es una reacción de precipitación que genera sólidos, que comprende:

(a) introducir una corriente de oxidante que comprende oxígeno molecular en una zona de reacción de un reactor de columna de burbujeo;

(b) introducir una corriente de alimentación que comprende para-xileno en dicha zona de reacción mediante una pluralidad de aberturas de alimentación, en el que dicha zona de reacción tiene un diámetro máximo (D) , en el que al menos dos de dichas aberturas de alimentación están separadas entre sí por al menos 0, 5D; y

(c) oxidar al menos una porción de dicho para-xileno en una fase líquida de un medio de reacción multifásico contenido en dicha zona de reacción para así formar partículas de ácido tereftálico en bruto.

30. El proceso de la reivindicación 29, en el que al menos el 30 por ciento en peso de dicho para-xileno entra en dicha zona de reacción dentro de 1, 5D de la localización más baja en la que dicho oxígeno molecular entra en dicha zona de reacción.

31. El proceso de la reivindicación 29, en el que al menos dos de dichas aberturas de alimentación están verticalmente separadas entre sí por al menos 1, 5D.

32. El proceso de la reivindicación 29, en el que al menos una porción de dicha zona de reacción se define por uno o más faldones verticales de dicho reactor, en el que al menos el 25 por ciento en peso de dicho para-xileno entra en dicha zona de reacción en una o más localizaciones separadas interiormente al menos 0, 05D de dichos faldones verticales.

33. El proceso de la reivindicación 32, en el que al menos el 50 por ciento en peso de dicho para-xileno entra en dicha zona de reacción en una o más localizaciones separadas interiormente al menos 0, 05D de dichos faldones verticales.

34. El proceso de la reivindicación 29, en el que dicho medio de reacción tiene una altura máxima (H) , una anchura máxima (W) y una relación H:W en el intervalo de 7:1 a 25:1.