Procedimiento mejorado de producción de alquilaromáticos.

Un procedimiento para preparar un compuesto aromático monoalquilado en una zona de reacción,

comprendiendo dicho procedimiento poner en contacto un material de alimentación que comprende un compuestoaromático alquilable y un agente de alquilación con un material catalítico en partículas en condiciones de reacción dealquilación, en donde dicho material catalítico en partículas se fabrica por trituración y tamizado del extruido ycomprende partículas con un tamaño desde 125 micrometros a 790 micrometros que poseen un relación entre lasuperficie específica y el volumen mayor de 79 cm-1 y un Factor de Eficacia incrementado de 25 % a 750 % del de lapieza extruida original, en donde el Factor de Eficacia es la constante de la velocidad de la reacción de alquilacióndel catalizador que se ensaya dividido por la constante de la velocidad de la reacción de alquilación sin limitación dela transferencia de masa, en donde el cálculo de la constante de la velocidad de la reacción de alquilación se basaen una solución para la expresión de segundo orden de la velocidad en un orden reactor discontinuo.

Procedimiento mejorado de producción de alquilaromáticos Antecedentes de la invención La presente descripción se refiere a un mecanismo de procedimiento para la producción de compuestos alquilaromáticos, especialmente monoalquilaromáticos, por ejemplo, etilbenceno, cumeno y sec-butilbenceno.

Los compuestos alquilaromáticos etilbenceno y cumeno, por ejemplo, son valiosos productos químicos de los productos básicos que se utilizan industrialmente en la producción de monómero de estireno y en la coproducción de fenol y acetona, respectivamente. De hecho, una ruta común de la producción de fenol comprende un procedimiento que implica la alquilación de benceno con propileno para producir cumeno, seguido de la oxidación del cumeno en el hidroperóxido correspondiente, y a continuación, la escisión del hidroperóxido para producir cantidades equimolares de fenol y acetona. El etilbenceno se puede producir mediante una serie de diferentes procedimientos químicos. Un procedimiento que ha alcanzado un grado significativo de éxito comercial es la alquilación en fase vapor de benceno con etileno en presencia de un catalizador sólido de zeolita ácida ZSM-5. Ejemplos de tales procedimientos de producción de etilbenceno se describen en las patentes de EE.UU. nº 3.751.504 (Keown) , 4.547.605 (Kresge ) y

4.016.218 (Haag ) .

Otro procedimiento que ha alcanzado un significativo éxito comercial es el procedimiento en fase líquida para producir etilbenceno a partir de benceno y etileno, puesto que funciona a una temperatura más baja que la contraparte en fase de vapor y por lo tanto tiende a dar como resultado rendimientos más bajos de los subproductos. Por ejemplo, la patente de EE.UU. nº 4.891.458 (Innes) describe la síntesis en fase líquida de etilbenceno con zeolita Beta, mientras que la patente de EE.UU. nº 5.334.795 (Chu) describe el uso de MCM-22 en la síntesis en fase líquida de etilbenceno.

El cumeno durante muchos años ha sido producido comercialmente mediante la alquilación en fase líquida de benceno con propileno sobre un catalizador de Friedel-Crafts, particularmente de ácido fosfórico sólido sobre cloruro de aluminio. Más recientemente, sin embargo, se ha encontrado que los sistemas de catalizadores basados en zeolita son más activos y selectivos para la propilación de benceno a cumeno. Por ejemplo, la patente de EE.UU. nº

4.992.606 (Kushnerick) describe el uso de MCM-22 en la alquilación en fase líquida de benceno con propileno.

Típicamente, los catalizadores de zeolita empleados en los procedimientos de transformación de hidrocarburos, tales como la alquilación de compuestos aromáticos, tienen la forma de extruidos cilíndricos. Sin embargo, a partir de, por ejemplo, la patente de EE.UU. nº 3.966.644 (Gustafson) se sabe que la forma de las partículas de catalizador que tienen una gran relación de superficie frente a volumen, tales como las que tienen una sección transversal polilobular, pueden producir mejores resultados en los procedimientos que son de difusión limitada, tales como la hidrogenación de residir.

Por otra parte, de la patente de EE.UU. nº 4.441.990 (Huang) se sabe que una partícula polilobular de catalizador que tiene una abertura no cilíndrica ubicada centralmente puede reducir la trayectoria de difusión de los reactivos y la caída de presión a través de lechos de catalizador empaquetados mientras se reduce al mínimo la pérdida de catalizador debido a la rotura, a la abrasión y al aplastamiento. En particular, el Ejemplo 8 de la patente '990 describe que los catalizadores ZSM-5 trilobulados y cuadrulobulados huecos son más activos y selectivos para la etilación de benceno a 410 ºC y una presión de 2.169 kPa-a (kilopascales absolutos) que los catalizadores cilíndricos sólidos de la misma longitud. En estas condiciones, los reactivos están necesariamente en fase de vapor.

Los catalizadores comerciales actuales utilizados más a menudo en estos mecanismos de procesado son extruídos cilíndricos de 0, 159 cm o cuadrulobulados de 0, 127 cm. Los materiales extruidos anteriores tienen aproximadamente 1.550 a 1.600 micrometros de tamaño, y este último tiene un tamaño de aproximadamente 1.250 a 1.300 micrometros.

Procesos de alquilación existentes para la producción de compuestos alquilaromáticos, por ejemplo, etilbenceno y cumeno, producen inherentemente especies polialquiladas así como el producto monoalquilado deseado. Por lo tanto, es normal que se transalquilan las especies polialquiladas con adicional alimentación de compuesto aromático, por ejemplo, benceno, para producir producto monoalquilado adicional, por ejemplo etilbenceno o cumeno, ya sea reciclando las especies polialquiladas en el reactor de alquilación o, más frecuentemente, alimentando las especies polialquiladas en un reactor de transalquilación separado. Ejemplos de catalizadores que se han utilizado en la alquilación de las especies aromáticas, tales como la alquilación de benceno con etileno o propileno, y en la transalquilación de especies polialquiladas, tales como polietilbencenos y poliisopropilbencenos, se enumeran en la patente de EE.UU. nº 5.557.024 (Cheng) e incluyen MCM-49, MCM-22, PSH-3, SSZ-25, zeolita X, zeolita Y, zeolita Beta, mordenita desaluminizada ácida y mordenita TEA. La transalquilación sobre una pequeña forma de cristal (<0, 5 micrometros) de mordenita TEA se describe también en la patente de EE.UU. nº 6.984.764 (Roth et al.)

Cuando se lleva a cabo la etapa de alquilación en la fase líquida, es deseable también llevar a cabo la etapa de transalquilación en condiciones de fase líquida. Sin embargo, al operar a temperaturas relativamente bajas, los procedimientos en fase líquida imponen mayores exigencias en catalizador, particularmente en la etapa de transalquilación en donde la especie polialquiladas en masa debe transformarse en producto monoalquilado adicional sin producir subproductos no deseados. Esto ha demostrado ser un problema significativo en el caso de la producción de cumeno en donde los catalizadores existentes, o bien han carecido de la actividad deseada o han dado como resultado la producción de cantidades significativas de subproductos tales como etilbenceno y npropilbenceno.

La patente de EE.UU. nº 6.888.037 (Dadekar et al.) describe un procedimiento para producir cumeno que comprende la etapa de poner en contacto el benceno y el propileno bajo al menos condiciones parciales de alquilación en fase líquida parcial con un catalizador de alquilación de tamiz molecular de partículas, en donde las partículas de dicho catalizador de alquilación poseen una relación entre la superficie específica y el volumen de aproximadamente 80 a menos de 200 pulgadas-1 (78, 74 cm-1) . Según la patente de EE.UU. nº 6.888.037, la propilación de benceno en fase líquida, a diferencia de la etilación de benceno en fase líquida, es sensible a las limitaciones de la difusión entre partıculas (macroporoso) . En particular, mediante la selección de la forma y tamaño de las partículas del catalizador de alquilación tales que la relación de superficie a volumen está dentro del intervalo especificado, la distancia de difusión entre partículas puede ser disminuida sin aumentar excesivamente la caída de presión a través del lecho del primer catalizador. Como resultado, se puede aumentar la actividad del catalizador para la propilación del benceno, mientras, al mismo tiempo, se puede reducir la selectividad del catalizador hacia especies polialquilados indeseables, tales como diisopropilbenceno (DIPB) .

La Solicitud de Patente de los EE.UU 2009/0306446 describe un procedimiento para producir un compuesto aromático monoalquilado en una zona de reacción de alquilación, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de: (1) proporcionar dicha zona de reacción de alquilación con un compuesto aromático alquilable, un agente de alquilación, y un material catalítico en partículas; y (2) poner en contacto dicho compuesto aromático alquilable y dicho agente de alquilación con dicho material catalítico en partículas en dicha zona de reacción de alquilación mantenido en condiciones de alquilación, para formar un producto comprendido por dicho compuesto aromático monoalquilado y un compuesto o compuestos aromáticos polialquilados, en donde la mayoría de dicho material catalítico en partículas posee una relación entre la superficie específica y el volumen de aproximadamente más de 79 cm-1. La patente de EE.UU. 2002/0013216 describe un procedimiento para la producción de compuesto aromático monoalquilado.

De acuerdo con la presente descripción, en la actualidad se ha encontrado inesperadamente que la reacción de la presente descripción llevada a cabo en presencia de un catalizador... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para preparar un compuesto aromático monoalquilado en una zona de reacción, comprendiendo dicho procedimiento poner en contacto un material de alimentación que comprende un compuesto aromático alquilable y un agente de alquilación con un material catalítico en partículas en condiciones de reacción de alquilación, en donde dicho material catalítico en partículas se fabrica por trituración y tamizado del extruido y comprende partículas con un tamaño desde 125 micrometros a 790 micrometros que poseen un relación entre la superficie específica y el volumen mayor de 79 cm-1 y un Factor de Eficacia incrementado de 25 % a 750 % del de la pieza extruida original, en donde el Factor de Eficacia es la constante de la velocidad de la reacción de alquilación del catalizador que se ensaya dividido por la constante de la velocidad de la reacción de alquilación sin limitación de la transferencia de masa, en donde el cálculo de la constante de la velocidad de la reacción de alquilación se basa en una solución para la expresión de segundo orden de la velocidad en un orden reactor discontinuo.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en donde dicho material catalítico en partículas comprende partículas cuyo tamaño va de 260 micrometros a 700 micrometros que presenta un Factor de Eficacia incrementado de 50 % a 650 % del de la pieza extruida original y posee una relación entre la superficie específica y el volumen de más de 79 cm-1 hasta 374 cm-1.

3. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde dicho compuesto aromático alquilable se selecciona del grupo que consiste en benceno, naftaleno, antraceno, naftaceno, perileno, coroneno, fenantreno, tolueno, xileno, isopropilbenceno, n-propilbenceno, alfa-metilnaftaleno, etilbenceno, mesitileno, dureno, cimenos, butilbenceno, pseudocumeno, o-dietilbenceno, m-dietilbenceno, p-dietilbenceno, isoamilbenceno, isohexilbenceno, pentaetilbenceno, pentametilbenceno; 1, 2, 3, 4-tetraetilbenceno; 1, 2, 3, 5tetrametilbenceno; 1, 2, 4-trietilbenceno, 1, 2, 3-trimetilbenceno, m-butiltolueno, p-butiltolueno; 3, 5-dietiltolueno; o

etiltolueno, p-etiltolueno, m-propiltolueno; 4-etil-m-xileno; dimetilnaftalenos; etilnaftaleno; 2, 3-dimetilantraceno; 9etilantraceno; 2-metilantraceno; o-metilantraceno; 9, 10-dimetilfenantreno; 3-metil-fenantreno y mezclas de los mismos.

4. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en donde dicho material de alimentación comprende alquilatos o reformado.

5. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en donde dicho agente de alquilación se selecciona del grupo que consiste en olefinas, alcoholes, aldehídos, haluros de alquilo y mezclas de los mismos.

6. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en donde dichas condiciones de reacción incluyen una temperatura de 0 ºC a 500 ºC, una presión de 0, 2 hasta 25.000 kPa-a, una relación molar de compuesto aromático alquilable a agente de alquilación de 0, 1:1 a 50:1, y una velocidad espacial horaria en peso de alimentación (WHSV) basada en el agente de alquilación de 0, 1 a 500 h-1.

7. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en donde el material catalítico en partículas comprende un material cristalino poroso seleccionado del grupo que consiste en un material de la familia MCM-22, zeolita Beta y mezclas de los mismos.

8. El procedimiento de la reivindicación 7, en donde dicho material de la familia MCM-22 comprende un silicato

cristalino que tiene la estructura de MCM-22, PSH-3, SSZ-25, ERB-1, ITQ-1, ITQ-2, ITQ-30, MCM-36, MCM-49 o MCM-56.

9. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en donde dicha zona de reacción está en un reactor seleccionado del grupo que consiste en un reactor de lecho fijo, un reactor de tanque agitado continuo, un reactor de lecho en ebullición de funcionamiento en modo de flujo ascendente, y un reactor de bucle de suspensión en donde el material catalítico en partículas y el material de alimentación forman una suspensión suelta bombeada a través de un tubo.

10. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente en donde dicho agente de alquilación comprende

olefinas seleccionadas del grupo que consiste en etileno, propileno, los butenos, los pentenos y las mezclas de los mismos.

11. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente en donde dicho agente de alquilación es etileno, dicho compuesto aromático alquilable es benceno y dicho compuesto aromático monoalquilado es etilbenceno, en donde dichas condiciones de reacción incluyen una temperatura de 150 ºC a 300 ºC, una presión de hasta 20.400 kPa-a, una velocidad espacial horaria en peso (WHSV) basada en el agente de alquilación de etileno de 0, 1 a 20 h-1, y una relación de benceno frente a etileno en la zona de reacción de 0, 5:1 a 50:1 molar.

12. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en donde dicho agente de alquilación es 65 propileno, dicho compuesto aromático alquilable es benceno y dicho compuesto aromático monoalquilado es

cumeno, en donde dichas condiciones de reacción incluyen una temperatura de hasta 250 ºC, una presión de 25.000 kPa-a o menos, una velocidad espacial horaria en peso (WHSV) basada en agente de alquilación de propileno de 0, 1 h-1 a 250 h-1, y una relación de benceno frente a propileno en la zona de reacción de 0, 5:1 a 50:1 molar.

13. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en donde dicho agente de alquilación comprende 1-buteno, 2-buteno o isobutileno y dicho compuesto aromático monoalquilado es sec-butilbenceno, en donde dichas condiciones de reacción incluyen una temperatura de hasta 250 °C, una presión de 25.000 kPa-a o menos, una velocidad espacial horaria en peso (WHSV) basada en un agente de alquilación de 0, 1 h-1 a 250 h-1, y una relación de benceno frente a agente de alquilación en la zona de reacción de 0, 5:1 a 100:1 molar