Proceso para la producción de óxido de propileno.

Un proceso continuo para la producción de óxido de propileno que incluye la reacción de propeno con peróxido de hidrógeno en solución en metanol, en presencia de un catalizador de 1-silicalita de titanio para obtener óxido de propileno, donde dentro de un reactor se introduce una alimentación de reacción que incluye propeno, metanol y peróxido de hidrógeno, donde dicha alimentación de reacción contiene cationes potasio

(K+) en una cantidad de 110 a 190 micromol respecto a 1 mol de peróxido de hidrógeno presente en la alimentación de reacción, y contiene además fósforo (P) en la forma de aniones de por lo menos un oxiácido de fósforo.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/071955.

Solicitante: BASF SE.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: 67056 LUDWIGSHAFEN ALEMANIA.

Inventor/es: MULLER, ULRICH, BASSLER, PETER, GOBBEL, HANS-GEORG, DR., TELES, JOAQUIM, HENRIQUE, GUMLICH,KAI, KAMPE,PHILIP, BARTOSCH,CHRISTIAN, JACUBINAS,RICHARD.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA ORGANICA > COMPUESTOS HETEROCICLICOS (Compuestos macromoleculares... > Preparación de oxiranos > C07D301/12 (con peróxido de hidrógeno o con peróxidos o perácidos inorgánicos)

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Proceso para la producción de óxido de propileno.

Fragmento de la descripción:

Proceso para la producción de óxido de propileno

La presente invención se relaciona con un proceso continuo para la preparación de óxido de propileno. De acuerdo con el proceso de la invención, se hace reaccionar propeno con peróxido de hidrógeno en solución de metanol en presencia de un catalizador de 1-silicalita de titanio para obtener óxido de propileno. La alimentación de la reacción que es introducida en el por lo menos un reactor en el cual se realiza el proceso continuo de la invención para producción de epóxido, incluye propeno, metanol y peróxido de hidrógeno. Además, esta alimentación de reacción incluye una cantidad específica de cationes de potasio y adicionalmente fósforo en la forma de aniones de por lo menos un oxiácido de fósforo.

La conversión y selectividad de las reacciones de producción de epóxido pueden ser influenciadas, por ejemplo, a través de la temperatura de la reacción de producción de epóxido, el pH de la mezcla de reacción de producción de epóxido, y/o la adición de uno o más compuestos a la mezcla de reacción, diferentes a los reactivos propeno y peróxido de hidrógeno.

Clerici et al. (J. Catal. 14 (1993) pp. 71-83) describen el efecto de la adición de ciertos compuestos sobre la producción de epóxido de propeno y las olefinas con peróxido de hidrógeno, en metanol como solvente y en presencia de 1-silicalita de titanio como catalizador. En este documento científico se examinaron los efectos de varios aditivos básicos, neutros o ácidos. Sin embargo, no se encontró clara e inequívoca conexión entre la naturaleza química del aditivo y el efecto observado sobre la conversión y selectividad. Se dijo que pequeñas cantidades de hidróxidos de metales alcalinos y acetatos de metales alcalinos tienen influencia positiva en la selectividad, aunque la adición de acetato de litio inhibe completamente la oxidación de 1-buteno.

EP 23 949 A2 describe un proceso para la preparación de óxido de propileno mediante la formación de epóxido de propeno, con peróxido de hidrógeno en presencia de 1-silicalita de titanio como catalizador, donde antes a o durante la reacción, mediante un agente neutralizante se neutraliza de manera adecuada la acidez del catalizador empleado. La neutralización antes de la reacción es lograda empleando agentes adecuados de adición de sililo. Sin embargo, este proceso tiene como desventaja que después de cada ciclo de regeneración, el catalizador tiene que ser sometido a una reacción de adición de sililo. De acuerdo con EP 23 949 A2, puede lograrse la neutralización durante la reacción, mediante adición de compuestos químicos básicos débiles o fuertes. Por ejemplo, como bases fuertes se mencionan hidróxido de sodio o hidróxido de potasio. Como bases débiles se mencionan hidróxido de amonio, carbonato de sodio, hidrogenocarbonato de sodio, hidrogenofosfato de sodio y las respectivas sales de potasio y litio, así como sales de metales alcalinos y sales de metales alcalinotérreos de ácidos orgánicos con uno a diez átomos de carbono y/o alcoholatos de metales alcalinos o alcoholatos de metales alcalinotérreos con uno a diez átomos de carbono. De acuerdo con este documento, estos aditivos pueden ser empleados en un rango de concentración muy amplio. Por ejemplo, la solución de peróxido de hidrógeno empleada para la reacción de producción de epóxido puede ser mezclada con una base en la cantidad de.1 y.1 % en peso. De acuerdo con este documento, no se muestran efectos especiales para aditivos específicos. El principal aspecto de este documento es la neutralización del catalizador, la cual puede ser lograda con todo aditivo básico adecuado.

EP 712 852 A1 también describe un proceso para la producción de epóxido de propeno con peróxido de hidrógeno en presencia de 1-silicalita de titanio como catalizador. De acuerdo a este documento, la adición de sales no básicas puede conducir a unas selectividades mejoradas donde estas sales no básicas son añadidas a la solución de peróxido de hidrógeno. De acuerdo a este documento, son sales no básicas aquellas que, a una concentración de.1 mol/l en agua a 25 °C, tienen un pH inferior a 8 pero mayor a 4. Se mencionan explícitamente sales de amonio, de metales alcalinos y de metales alcalinotérreos donde los aniones son por ejemplo, haluros, nitratos, sulfatos, formiatos, acetatos, carbonatas de hidrógeno, o aniones de oxiácidos que contienen fósforo, arsénico, antimonio o estaño. También en este contexto, los aditivos pueden ser añadidos en un rango de concentración muy amplio, donde se sugieren rangos entre.1 y.2 mol/l. Además, este documento guarda silencio sobre cualquier efecto especial que pueda ser alcanzado usando sales específicas.

EP 757 43 A1 también describe tal proceso de producción de epóxido para la preparación de óxido de propileno usando peróxido de hidrógeno en presencia de 1-silicalita de titanio como catalizador. De acuerdo este documento, antes de o durante la reacción, se emplean sales neutras o ácidas. Las sales explícitamente mencionadas contienen cationes del grupo consistente en litio, sodio, potasio, amonio, RNH3+ o R2NH2+ con aniones del grupo consistente en sulfato, nitrato, clorato, cloruro, o di hidrogenofosfato. La concentración de tal sal puede estar en el rango de entre.1 y 1 mol/l. Contrario al documento citado arriba, se divulga que el uso de sales básicas puede conducir a actividades catalíticas mayores. Sin embargo, el uso de estas sales básicas puede conducir al mismo tiempo a un descenso en la selectividad.

WO 99/48882 A1 también describe un proceso para la producción de epóxido de propeno con peróxido de hidrógeno en presencia de 1-silicalita de titanio como catalizador donde el pH de la mezcla de reacción es mantenido entre 4.8

y 6.5. Con objeto de ajustar el pH a este rango, se divulga que tienen que añadirse compuestos básicos. Como base especialmente preferida se menciona acetato de sodio. De acuerdo con este documento, no es importante qué aditivos básicos específicos son usados. Muy por el contrario, se describe que independientemente de la naturaleza de la base añadida, se alcanzan resultados superiores si el pH de la mezcla de reacción es mantenido en rango específico.

WO 24/2932 A1 está relacionada con un proceso continuo para la producción de epóxidos de olefinas empleando un catalizador heterogéneo para promover la reacción de producción de epóxido, en particular 1-silicalita de titanio. Con objeto de prevenir la desactivación del catalizador, se enseña que la mezcla acuosa de reacción debería incluir una olefina, peróxido de hidrógeno, menos de 1 ppmp (ppm en peso) de metales alcalinos, metales alcalinotérreos, ambos independientemente de si están en forma iónica o compleja, bases o cationes de bases que tienen un pKB inferior a 4.5, o combinaciones de los mismos; y por lo menos 1 ppmp de bases o cationes de bases que tienen un pKB de por lo menos 4.5 o combinaciones de los mismos, donde las ppmp están basadas en el peso total de peróxido de hidrógeno en la mezcla de reacción. De acuerdo con una realización preferida, la mezcla de reacción debería además incluir por lo menos 1 ppmp de aniones o compuestos que puedan disociarse para formar aniones, en total basado en el peso de peróxido de hidrógeno donde tales aniones, preferiblemente presentes en las cantidades que usualmente dan estabilidad, son preferiblemente cualquier tipo de aniones oxofosforosos como ortofosfato, hidro gen ofosfato, hidrogenofosfato, pirofosfato, nitrato. Respecto a estos aniones que dan estabilidad, o compuestos que pueden disociarse en la solución de peróxido de hidrógeno para producir estos aniones que dan estabilidad, WO 24/2932 A1 divulga que ellos deberían estar presentes en una cantidad de como máximo... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un proceso continuo para la producción de óxido de propileno que incluye la reacción de propeno con peróxido de hidrógeno en solución en metanol, en presencia de un catalizador de 1-silicalita de titanio para obtener óxido de propileno, donde dentro de un reactor se introduce una alimentación de reacción que incluye propeno, metanol y peróxido de hidrógeno, donde dicha alimentación de reacción contiene cationes potasio (K+) en una cantidad de 11 a 19 micromol respecto a 1 mol de peróxido de hidrógeno presente en la alimentación de reacción, y contiene además fósforo (P) en la forma de aniones de por lo menos un oxiácido de fósforo.

2. El proceso de la reivindicación 1, donde la alimentación de reacción contiene K+ en una cantidad de 12 a 175 micromol, preferiblemente de 13 a 16 micromol, respecto a 1 mol de peróxido de hidrógeno presente en la alimentación de reacción.

3. El proceso de la reivindicación 1 o 2, donde en la alimentación de reacción, la relación molar de K+ respecto a P está en el rango de.75 a 1., preferiblemente de.8 a.95.

4. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la alimentación de reacción contiene adicionalmente iones sodio (Na+).

5. El proceso de la reivindicación 4, donde en la alimentación de reacción la relación molar de K+ respecto a Na+ es mayor o igual a.1.

6. El proceso de la reivindicación 4 o 5, donde en la alimentación de reacción, la relación molar de K+ respecto a Na+ está en el rango de 1. a 3., preferiblemente de 1.2 a 1.75, más preferiblemente de 1.3 a 1.6.

7. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, donde en la alimentación de reacción, la relación molar de K+ más Na+ respecto a P está en el rango de 1.43 a 1.53, preferiblemente de 1.44 a 1.52, más preferiblemente de 1.45a 1.51.

8. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde la cantidad total de (a) iones de metales alcalinos diferentes a K+ y Na+, (b) iones de metales alcalinotérreos, y (c) otros iones metálicos presentes en la alimentación de reacción es de 5 micromol como máximo, preferiblemente de 3 micromol como máximo, más preferiblemente de 1 micromol como máximo, respecto a 1 mol de peróxido de hidrógeno presente en la alimentación de reacción.

9. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde la alimentación de reacción es obtenida de una alimentación de peróxido de hidrógeno, una alimentación de metanol, y una alimentación de propeno.

1. El proceso de la reivindicación 9, donde la alimentación de peróxido de hidrógeno contiene K+ en una cantidad inferior a 11 micromol, preferiblemente inferior a 7 micromol, más preferiblemente inferior a 3 micromol, en particular inferior a 5 micromol, respecto a 1 mol de peróxido de hidrógeno presente en la alimentación de peróxido de hidrógeno.

11. El proceso de la reivindicación 1, donde se añade por lo menos una solución que contiene K+y P en la forma de aniones de por lo menos un oxiácido de fósforo, a la alimentación de peróxido de hidrógeno o a la alimentación de propeno o a la alimentación de metanol o a una alimentación mixta de dos o tres de ellos, en una cantidad tal que la alimentación de reacción contiene K+, Na+, y P en la forma de aniones de por lo menos un oxiácido de fósforo en cantidades como está definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

12. El proceso de la reivindicación 11, donde la por lo menos una solución es una solución acuosa de hidrogenofosfato de dipotasio.

13. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, donde la alimentación de peróxido de hidrógeno es una alimentación de peróxido de hidrógeno acuosa o una metanólica o una acuosa/metanólica, preferiblemente una acuosa, que contiene peróxido de hidrógeno preferiblemente en una cantidad de 25 a 75 % en peso, más preferiblemente de 3 a 5 % en peso.

14. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, donde la alimentación de propeno contiene adicionalmente propano, donde la relación de volumen de propeno a propano está preferiblemente en el rango de 99.99:.1 a 95:5.

15. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 donde, cuando es introducida en el reactor, la alimentación de reacción, consiste en una fase líquida.

16. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, donde la presión en el reactor bajo la cual es llevada a cabo la reacción de propeno con peróxido de hidrógeno en solución de metanol, en presencia del catalizador de 1- silicalita de titanio es de por lo menos 1 bar, preferiblemente por lo menos 15 bar, más preferiblemente por lo menos 2 bar y en particular en el rango de 2 a 4 bar.

17. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, donde la mezcla de reacción en el reactor es enfriada externa y/o internamente de modo que la temperatura máxima de la mezcla de reacción en el reactor está en el rango de 3 a 7°C.

18. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, donde el catalizador de 1-silicalita de titanio contiene 1- slllcalita de titanio como material catalíticamente activo Incorporado en una matriz porosa, preferiblemente en una matriz mesoporosa, más preferiblemente en una matriz mesoporosa de sílice.

19. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, donde la reacción de propeno con peróxido de hidrógeno en solución de metanol en presencia del catalizador de 1-silicalita de titanio, es llevada a cabo por un método que Incluye

(i) reacción de propeno con peróxido de hidrógeno en solución de metanol en presencia del catalizador de 1-silicalita de titanio, en por lo menos un reactor R1 que es operado preferiblemente en modo isotérmico, donde dentro de R1 se introduce una alimentación de reacción que incluye propeno, metanol y peróxido de hidrógeno, donde dicha alimentación de reacción contiene cationes potasio (K+) en una cantidad de 11 a 19 micromol, respecto a 1 mol de peróxido de hidrógeno presente en la alimentación de reacción, y contiene además fósforo (P) en la forma de aniones de por lo menos un oxiácido de fósforo;

(ii) separación de una corriente que contiene peróxido de hidrógeno que no reaccionó de la mezcla de reacción obtenida de (I) y retirada de R1, donde dicha separación es llevada a cabo preferiblemente mediante destilación en por lo menos 1, preferiblemente 1 columna de destilación K1;

(i¡¡) mezcla de la corriente que contiene peróxido de hidrógeno que no reaccionó con una corriente de propeno, pasando la corriente mixta dentro de por lo menos 1, preferiblemente 1 reactor R2 que contiene el catalizador de 1- silicalita de titanio y que es operado preferiblemente en modo adiabático, y reacción del propeno con peróxido de hidrógeno en R2,

donde la conversión de peróxido de hidrógeno en R1 está preferiblemente en el rango de 85 a 95 %, más preferiblemente en el rango de 87 a 93 %.

2. El proceso de la reivindicación 19, que incluye además

(iv) destilación de una corriente combinada que consiste en la mezcla de reacción obtenida de (iii) y retirada de R2, y la corriente de cabeza obtenida de K1, en una columna de destilación K2 para obtener una corriente de cabeza que tiene un contenido de óxido de propileno de 1 ppm en volumen como máximo y una corriente de fondo que tiene un contenido de propeno de 1 ppm en peso como máximo, donde dicha destilación es llevada a cabo preferiblemente usando una corriente de metanol como reflujo externo;

(v) destilación de la corriente de fondo obtenida de (iv) en una columna de destilación K3 para obtener una mezcla de corriente de cabeza que contiene por lo menos 98 % en peso de óxido de propileno y una corriente de fondo que tiene un contenido de óxido de propileno de 1 ppm en peso como máximo.

21. El proceso de la reivindicación 2, que incluye además

(vi) destilación de la corriente de fondo obtenida de (v) en por lo menos un columna de destilación K4 para obtener una corriente de fondo que tiene un contenido de metanol de.5 % en peso como máximo y una corriente de cabeza que tiene un contenido de metanol de por lo menos 98.5 % en peso y un contenido de agua de 1 % en peso como máximo;

(vii) reciclaje de la corriente de cabeza obtenida de (vi) como material de partida del proceso continuo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2 y/o como reflujo externo dentro de (iv) de acuerdo con la reivindicación 2.