Un proceso para separar un óxido de propileno purificado de un producto de la reacción de óxido de propileno,

comprendiendo el proceso:

(a) introducir un producto de reacción que comprende de 65 a 88 por ciento de óxido de propileno, de 10 a 35 por ciento de metanol, y menos de 0,5 por ciento de agua; y que comprende adicionalmente menos de 2 por ciento de propileno y/o de 0,1 a 0,5 por ciento de acetaldehído, en peso en el cuarto inferior de una zona de destilación extractiva, medido como etapas teóricas desde la parte inferior a la parte superior de la zona de destilación extractiva, conteniendo dicha zona de destilación extractiva de más de 30 a menos de 100 etapas teóricas;

(b) introducir agua en una sección intermedia de dicha zona de destilación extractiva;

(c) eliminar de dicha zona de destilación extractiva en condiciones de destilación una corriente de la parte inferior que comprende óxido de propileno, agua y metanol,

(d) eliminar de dicha zona de destilación extractiva en condiciones de destilación, una corriente de cabeza o de corte lateral, que comprende un óxido de propileno purificado que carece esencialmente de metanol y agua;

donde la zona de destilación funciona a una temperatura de cabeza mayor que 35ºC y menor que 45ºC, a una temperatura de la parte inferior mayor que 55ºC y menor que 75ºC, y a una presión mayor que 0,5 bar (50 kPa) y menor que 2 bar (200 kPa), siendo suficiente las condiciones de destilación extractiva para mantener una pérdida de rendimiento de óxido de propileno menor que 0,3 por ciento en moles

Purificación de óxido de propileno resultante de la epoxidación de propileno con peróxido de hidrógeno.

Referencia cruzada a solicitud relacionada

Esta aplicación reivindica el beneficio de la solicitud provisional de EE.UU. con Nº de serie. 60/455506, presentada el 18 de marzo de 2003.

Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere a un proceso para recuperar óxido de propileno en forma purificada a partir de un producto de una reacción de epoxidación, preferiblemente, un producto de reacción obtenido a partir de la epoxidación de propileno con peróxido de hidrógeno en presencia de un catalizador de zeolita que contiene titanio.

El óxido de propileno tiene utilidad como material de partida en la preparación de polipropilen-poliéter-polioles, que tienen utilidad en la fabricación de polímeros de poliuretano. Se requiere que el óxido de propileno usado para tales fines satisfaga estrictas especificaciones de pureza, para evitar efectos desfavorables en los productos de poliuretano aguas abajo.

Los procesos de epoxidación que comprenden la reacción de propileno con peróxido de hidrógeno en presencia de catalizadores de zeolita que contienen titanio, son conocidos en la técnica, como se ilustra, por ejemplo, en la publicación de patente internacional WO-A1-02/14298 (Enichem S.P.A.). Tales procesos se llevan a cabo típicamente en presencia de un disolvente de reacción, preferiblemente, metanol, que tiende a promover una elevada actividad del catalizador y selectividad. Tales procesos producen agua como coproducto y pequeñas cantidades de glicoles, éteres glicólicos, acetaldehído, acetona y propionaldehído como subproductos. Por lo tanto, una corriente de producto óxido de propileno bruto obtenida a partir de tales procesos de epoxidación contiene, además del óxido de propileno, cantidades sustanciales de disolvente de reacción, típicamente metanol y agua, así como cantidades de impureza de glicoles, acetaldehído, acetona y propionaldehído.

Se sabe que la purificación del producto óxido de propileno bruto es difícil. Es especialmente difícil eliminar metanol y acetaldehído hasta un alto grado de eficacia. Sin embargo, el óxido de propileno de grado comercial requiere que el producto no contenga más de 10 partes por millón (ppm) de metanol; no más de 100 ppm de agua; y no más de 30 ppm de aldehídos.

La purificación de óxido de propileno se ha considerado en la técnica anterior. Ciertas descripciones, representadas por la patente de EE.UU. nº 4.140.588, enseñan la destilación extractiva de óxido de propileno con agua con el fin de eliminar cantidades contaminantes de metanol y acetona. Típicamente, se alimenta una alimentación bruta que comprende de 92 a 99 por ciento de óxido de propileno y pequeñas cantidades de agua, metanol y acetona a una porción inferior de una zona de destilación extractiva. Se alimenta agua en un punto superior en la columna, y la destilación extractiva funciona a una temperatura de la parte inferior en el intervalo de 60ºC a 100ºC. Se obtiene un destilado de cabeza que comprende un óxido de propileno sustancialmente puro; mientras que se obtiene una fracción inferior que comprende predominantemente metanol, agua, acetona y cantidades desfavorables de óxido de propileno y propilenglicol. Típicamente, el proceso descrito presenta una pérdida de rendimiento de óxido de propileno que es mayor que 1 por ciento y tan alta como 2,5 por ciento.

Otra técnica, representada por la patente de EE.UU. nº 5.849.938 y la patente europea EP-B1-1.009.746, describe la separación de óxido de propileno, acetaldehído y metanol mediante destilación extractiva usando agua o propilenglicol como disolvente de extracción. La mezcla de epoxidación bruta, que contiene de 2 a 10 por ciento de óxido de propileno, 50 a 85 por ciento de metanol, 10 a 30 por ciento de agua, y 0,01 a 0,1 por ciento de acetaldehído en peso, se introduce en una sección intermedia de la torre de destilación. Se mantiene una temperatura de la parte inferior de 90ºC a 120ºC, tal que se obtiene una corriente de la parte inferior que contiene metano, agua, cualquier disolvente extractivo adicional y una porción sustancial del acetaldehído. Se obtiene un óxido de propileno purificado; pero de manera desfavorable, la concentración de metanol en el óxido de propileno purificado es mayor de lo aceptable para la mayoría de las aplicaciones. Además, las referencias no se dirigen a la pérdida de rendimiento de óxido de propileno en el proceso de destilación extractiva debido a reacciones secundarias de óxido de propileno con el disolvente extractivo y metanol en la alimentación.

Otra técnica, representada por la patente europea EP-A1-1.122.248 y WO-A1-01/57010, describe el tratamiento de una corriente de producto de epoxidación que contiene propileno, óxido de propileno, metanol y un disolvente orgánico, tal como metanol. El tratamiento comprende separar el vapor de producto en un evaporador previo tal que entre 20 y 60 por ciento de la cantidad de disolvente orgánico y más de 95 por ciento del óxido de propileno alimentado se elimina con el producto de cabeza. El residuo del disolvente orgánico y más de 90 por ciento del agua alimentada está contenido en el producto de la parte inferior. Después, el propileno que queda en la cabeza, tras una condensación parcial, se arrastra en un separador C3. La mezcla de producto recuperada se somete después a destilación extractiva usando un disolvente polar, tal como agua, para obtener un óxido de propileno purificado en el producto de cabeza y metanol y disolvente polar en el producto de la parte inferior. Las referencias no dicen nada con respecto a diversos aspectos de la destilación extractiva, la calidad del óxido de propileno purificado obtenido y la pérdida de rendimiento de óxido de propileno.

Otra técnica, representada por la patente europea EP-B1-1003733 y el documento de EE.UU. nº 6.024.840, describe la separación de metanol y acetaldehído de un producto de la reacción de epoxidación bruto que comprende de 2 a 10 por ciento de óxido de propileno, 60 a 85 por ciento de metanol, 10 a 25 por ciento de agua, 0,01 a 0,1 por ciento de acetaldehído, y 0,01 a 0,1 de propileno en peso. Se enseña a fraccionar el producto de la reacción de epoxidación bruto a una razón de reflujo:destilado generalmente de 10:1 a 30:1 para obtener una corriente en la parte inferior que comprende metanol, agua y al menos 99 por ciento de acetaldehído, y para obtener una corriente de cabeza que comprende óxido de propileno, propileno y metanol residual, pero que carece sustancialmente de agua y acetaldehído. Se describe además la eliminación de propileno de la corriente de cabeza en una segunda destilación. Se enseña que, después, la corriente de óxido de propileno resultante que no tiene propileno se somete a destilación extractiva usando un disolvente polar, tal como propilenglicol, generalmente a una temperatura de la parte inferior de 80ºC a 110ºC. De la destilación extractiva, se obtiene una corriente de la parte inferior que contiene el disolvente extractivo, metanol, agua y otras impurezas; mientras que se obtiene un óxido de propileno purificado en la parte de cabeza. De manera desfavorable, la alta temperatura de la parte inferior de la destilación extractiva puede causar una pérdida de rendimiento de óxido de propileno no aceptable debido a la formación de subproducto. Además, la concentración de metanol ilustrada en el óxido de propileno purificado es demasiado alta para la mayoría de las aplicaciones.

Como consecuencia de lo anterior, existe la necesidad de mejoras en la separación y purificación de productos de la reacción de óxido de propileno, preferiblemente aquellos obtenidos de la epoxidación de propileno con peróxido de hidrógeno. Sería muy deseable un esquema de separación eficaz y económico que produzca óxido de propileno de grado comercial que satisfaga los estándares de pureza requeridos. Debido al alto punto de ebullición del propilenglicol, sería más deseable que el método de separación no requiriese este componente como un disolvente de extracción. Sería incluso más deseable que el método de separación no produjera pérdidas inaceptables de óxido de propileno debido a la formación de subproducto con metanol o disolventes extractivos en el producto bruto.

Sumario de la invención

Esta invención proporciona un nuevo proceso para separar un óxido de propileno purificado de un producto de la reacción de óxido de propileno, comprendiendo el proceso:

1.Un proceso para separar un óxido de propileno purificado de un producto de la reacción de óxido de propileno, comprendiendo el proceso:

(a) introducir un producto de reacción que comprende de 65 a 88 por ciento de óxido de propileno, de 10 a 35 por ciento de metanol, y menos de 0,5 por ciento de agua; y que comprende adicionalmente menos de 2 por ciento de propileno y/o de 0,1 a 0,5 por ciento de acetaldehído, en peso en el cuarto inferior de una zona de destilación extractiva, medido como etapas teóricas desde la parte inferior a la parte superior de la zona de destilación extractiva, conteniendo dicha zona de destilación extractiva de más de 30 a menos de 100 etapas teóricas;

(b) introducir agua en una sección intermedia de dicha zona de destilación extractiva;

(c) eliminar de dicha zona de destilación extractiva en condiciones de destilación una corriente de la parte inferior que comprende óxido de propileno, agua y metanol,

(d) eliminar de dicha zona de destilación extractiva en condiciones de destilación, una corriente de cabeza o de corte lateral, que comprende un óxido de propileno purificado que carece esencialmente de metanol y agua;

donde la zona de destilación funciona a una temperatura de cabeza mayor que 35ºC y menor que 45ºC, a una temperatura de la parte inferior mayor que 55ºC y menor que 75ºC, y a una presión mayor que 0,5 bar (50 kPa) y menor que 2 bar (200 kPa), siendo suficiente las condiciones de destilación extractiva para mantener una pérdida de rendimiento de óxido de propileno menor que 0,3 por ciento en moles.

2. El proceso de la reivindicación 1, en el que se introduce agua en la sección de la mitad superior de la zona de destilación extractiva.

3. El proceso de la reivindicación 1 ó 2, en el que la zona de destilación extractiva funciona a una razón de agua a corriente de óxido de propileno (PO) purificado menor que 1:20 y mayor que 1:5, en peso; y opcionalmente, cuando el óxido de propileno purificado se toma como un vapor superior, entonces la columna de destilación funciona adicionalmente a una razón de reflujo a destilado mayor que 3/1 y menor que 10/1.

4. El proceso de las reivindicaciones 1 a 3, en el que se obtiene una corriente de la parte inferior, que comprende los siguientes componentes, en porcentajes en peso: de 20 a 40 por ciento de óxido de propileno, de 40 a 60 por ciento de metanol, de 10 a 25 por ciento de agua, de 0,05 a 0,3 por ciento de propilenglicol, y de 0,1 a 0,2 por ciento de otros glicoles y compuestos pesados.

5. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la corriente de cabeza o de corte lateral de óxido de propileno purificado comprende los siguientes componentes, en porcentajes en peso: más de 99,5 por ciento de óxido de propileno, no más de 50 ppm de metanol, y no más de 100 ppm de agua.

6. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la pérdida de rendimiento de óxido de propileno a propilenglicol y otros glicoles pesados es menor que 0,2 por ciento en moles.

7. El proceso de la reivindicación 5 ó 6, en el que el óxido de propileno obtenido como una corriente de cabeza o de corte lateral, de la zona de destilación extractiva se destila para dar un óxido de propileno purificado que satisface los estándares de pureza de grado comercial, que comprende, en porcentajes en peso: óxido de propileno, más de 99,95% no más de 100 ppm de agua; no más de 10 ppm de metanol, y no más de 30 ppm de aldehídos.

8. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el producto de la reacción de óxido de propileno se obtiene de un proceso que comprende poner en contacto propileno con peróxido de hidrógeno en una fase líquida en disolvente metanol y en presencia de un catalizador de epoxidación en condiciones de epoxidación.

9. El proceso de la reivindicación 1, que comprende separar un producto de óxido de propileno purificado obtenido de la reacción de propileno con peróxido de hidrógeno en presencia de un catalizador que contiene titanio, comprendiendo el proceso de separación-purificación:

(a) introducir un producto de epoxidación que comprende de 65 a 88 por ciento, de óxido de propileno, de 10 a 35 por ciento de metanol y menos de 0,5 por ciento de agua, en peso, en la primera a quinta etapa teórica, medida desde la parte inferior de una zona de destilación extractiva;

(b) introducir agua en la mitad superior de la zona de destilación extractiva;

(c) mantener la zona de destilación extractiva a una temperatura de la parte inferior mayor que 55ºC y menor que 75ºC, para eliminar de dicha zona de destilación extractiva en condiciones de destilación extractiva una corriente de la parte inferior que comprende de 20 a 40 por ciento de óxido de propileno, de 10 a 25 por ciento de agua, y de 40 a 60 por ciento de metanol, en peso, y;

(d) eliminar de dicha zona de destilación extractiva una corriente de cabeza o de corte lateral, que comprende más de 99,5 por ciento de óxido de propileno, no más de 100 ppm de agua y no más de 50 ppm de metanol, en peso; mientras se mantiene una pérdida de rendimiento de óxido de propileno menor que 0,3 por ciento en moles.