PROCEDIMIENTO DE OXIDACION SELECTIVA DE ETANO A ETILENO.

Proceso para la preparación de etileno a partir de una alimentación gaseosa que comprende etano y oxígeno,

comprendiendo dicho proceso poner en contacto la alimentación gaseosa con un catalizador en un reactor para producir un efluente que comprende etileno, catalizador que tiene la fórmula Mo aV vTa xTe yO z en la que, a es 1,0, v es de 0,01 a 1,0, x es de 0,01 a 1,0, y es de 0,01 a 1,0 y z es el número de átomos de oxígeno necesarios para hacer que el catalizador sea electrónicamente neutro

Procedimiento de oxidación selectiva de etano a etileno.

La presente invención se refiere a la producción de etileno. En particular, se da a conocer un procedimiento de oxidación selectiva de etano a etileno utilizando catalizador de óxido mixto que contiene vanadio y tungsteno o molibdeno.

Antecedentes de la invención

Se ha descrito la deshidrogenación oxidativa de etano a etileno en fase gaseosa a temperaturas por encima de 500ºC, por ejemplo, en las patentes de EE.UU. Nos. 4.250.346, 4.524.236, y 4.568.790.

La patente de EE.UU. No. 4.250.346 describe la utilización de una composición de catalizador que contiene los elementos molibdeno, X e Y en la proporción a:b:c para la oxidación de etano a etileno, donde X es Cr, Mn, Nb, Ta, Ti, V y/o W e Y es Bi, Ce, Co, Cu, Fe, K, Mg, Ni, P, Pb, Sb, Si, Sn, Tl y/o U y a es 1, b es de 0,05 a 1 y c es de 0 a 2. El valor total de c para Co, Ni y/o Fe debe ser inferior a 0,5. La reacción se lleva cabo a en la fase gaseosa a temperatura inferior a 550ºC, aproximadamente. La eficiencia de la conversión a etileno oscila entre el 50 y el 94%, dependiendo de la conversión de etano. Los catalizadores dados a conocer se pueden utilizar del mismo modo para la oxidación de etano a ácido acético, siendo la eficiencia de la conversión a ácido acético del 18%, aproximadamente, con una conversión de etano del 7,5%. Las presiones de reacción son muy bajas, por lo general 1 atm, lo que limita la productividad y la viabilidad comercial.

La patente de EE.UU. No. 4.568.790 describe un proceso de oxidación de etano a etileno utilizando un catalizador de óxido que contiene Mo, V, Nb y Sb. Preferentemente, la reacción se lleva a cabo de aproximadamente 200ºC hasta aproximadamente 450ºC. La selectividad calculada de etileno a una conversión del 50% de etano varía del 63 al 76%. Una vez más, las presiones de reacción bajas limitan la utilidad.

La patente de EE.UU. No. 4.524.236 describe un proceso de oxidación de etano a etileno utilizando un catalizador de óxido que contiene Mo, V, Nb y Sb y, como mínimo, un metal del grupo compuesto por Li, Sc, Na, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, Y, Ta, Cr, Fe, Co, Ni, Ce, La, Zn, Cd, Hg, Al, Tl, Pb, As, Bi, Te, U y W. La reacción se lleva a cabo preferentemente de 200ºC a 400ºC, aproximadamente. La selectividad de etileno al 51% de conversión de etano es tan elevada como el 80% para una de las composiciones descritas en la patente '236, pero la productividad es baja.

Las especificaciones mencionadas anteriormente se refieren principalmente a la preparación de etileno. Además, se conoce la utilización de catalizadores de óxidos metálicos mixtos para convertir etano en ácido acético. Por ejemplo, la patente de EE.UU. No. 5.162.578 describe un proceso para la preparación selectiva de ácido acético a partir de etano, etileno o mezclas de los mismos con oxígeno en presencia de una mezcla de catalizadores que comprende como mínimo: (A) un catalizador calcinado de fórmula Mo_xV_y o Mo_xV_yZ_y, en el que Z puede ser uno o varios de los metales Li, Na, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Hg, Sc, Y, La, Ce, Al, Tl, Ti, Zr, Hf, Pb, Nb, Ta, As, Sb, Bi, Cr, W, U, Te, Fe, Co y Ni, x es de 0,5 a 0,9, y es de 0,1 a 0,4 y z es de 0,001 a 1 y (B) un catalizador de hidratación de etileno y/o un catalizador de oxidación de etileno. El segundo componente catalizador B es, en particular, un catalizador de tamiz molecular o un catalizador de oxidación que contiene paladio. La mezcla catalizadora se utilizó para la producción de ácido acético y etileno a partir de una mezcla de gas de alimentación compuesta por etano, oxígeno, nitrógeno y vapor. La selectividad de acético fue del 34% y la selectividad de etileno fue del 62% con una conversión de etano del 4%. Las tasas elevadas de conversión de etano sólo se lograron con la mezcla catalizadora descrita, pero no en un catalizador único que incluye los dos componentes A y B.

Se da a conocer en la patente europea EP 0407091 B1 un proceso adicional para la preparación de un producto que comprende etileno y/o ácido acético. Según este proceso, se ponen en contacto etano y/o etileno y un gas que contiene oxígeno molecular a elevada temperatura con una composición de catalizador de óxidos metálicos mixtos de fórmula general A_aX_bY_c en la que A es Mo_dRe_eW_f; X es Cr, Mn, Nb, Ta, Ti, V y/o W; Y es Bi, Ce, Co, Cu, Fe, K, Mg, Ni, P, Pb, Sb, Si, Sn, Tl y/o U; a es 1; b y c son independientemente de 0 a 2; d + e + f = a, y e es distinto de cero. La selectividad hacia ácido acético o etileno podría ajustarse variando la proporción de Mo a Re. La selectividad máxima obtenida para ácido acético fue del 78% a una conversión de etano del 14,3%. La mayor selectividad para etileno fue del 70% a una conversión de etano del 15%.

Por lo tanto, es un objetivo de la presente invención dar a conocer un proceso que permita que etano y/o etileno se oxiden a etileno de una manera sencilla y direccionada y con selectividad y rendimiento espacio-temporal elevados, en condiciones de reacción que sean tan suaves como sea posible.

Características de la invención

De forma sorprendente, se ha descubierto que es posible oxidar etano a etileno en condiciones relativamente suaves, de forma sencilla, con selectividad elevada y rendimiento espacio-temporal excelente cuando se utiliza un catalizador de fórmula Mo_aV_vTa_xTe_y. En la que a es 1,0; v es de 0,01 a 1,0, más preferentemente de 0,1 a 0,5; x es de 0,01 a 1,0, más preferentemente de 0,05 a 0,2; e y es de 0,01 a 1,0, más preferentemente de 0,1 a 0,5.

Otro aspecto de la presente invención da a conocer un catalizador especialmente adecuado para la oxidación de etano para producir etileno. Según la realización particularmente preferente, el catalizador tiene la fórmula Mo_1,0V_0,3Ta_0,1 Te_0,3O_z, en la que z depende del estado de oxidación de los metales y es el número que hace que el catalizador sea electrónicamente neutro.

Descripción detallada de la presente invención

La presente invención da a conocer un proceso para la preparación de forma selectiva de etileno a partir de una alimentación gaseosa que comprende etano y oxígeno, mediante la puesta en contacto de la alimentación gaseosa con el catalizador que tiene la fórmula Mo_aV_vTa_xTe_y. En la que a es 1,0; v es de 0,01 a 1,0, más preferentemente de 0,1 a 0,5; x es de 0,01 a 1,0, más preferentemente de 0,05 a 0,2; e y es de 0,01 a 1,0, más preferentemente de 0,1 a 0,5. Tal como se utiliza en la presente memoria descriptiva, se hace referencia al catalizador utilizando la fórmula Mo_aV_vTa_xTe_y. Los técnicos en la materia comprenderán que el catalizador es realmente un óxido mixto que tiene la fórmula Mo_aV_vTa_xTe_yO_z. La cantidad de oxígeno, z, está determinada por los estados de oxidación del Mo, V, Ta y Te y no se puede especificar de forma general.

Según una realización preferente, el catalizador tiene la fórmula Mo_aV_vTa_xTe_yO_z en la que, v, x e y tienen los intervalos especificados anteriormente. Un catalizador particularmente preferente tiene la fórmula Mo_1,0V_0,3Ta_0,1Te_0,3O_z.

El catalizador de la presente invención se puede preparar tal como se describe por Lin, en la patente de EE.UU. No. 6.653.253, el contenido de la cual se incorpora en su totalidad en la presente memoria descriptiva por referencia. Brevemente, los compuestos metálicos que son las fuentes de los metales en el catalizador se combinan en, como mínimo, un disolvente, en cantidades adecuadas para formar una solución. Por lo general, los compuestos metálicos contienen los elementos Mo, V, Ta, Te y, como mínimo, uno de los compuestos metálicos contiene O. Por ejemplo, un compuesto según A_aV_vX_xY_yO, en el que A es Mo, X es Ta e Y es Te, se puede preparar por la combinación de una solución acuosa de oxalato de tantalio con una solución o suspensión acuosa de heptamolibdato amónico, metavanadato amónico y ácido telúrico, en la que las concentraciones de los compuestos metálicos son del modo que la proporción atómica de los elementos metálicos respectivos está en las proporciones prescritas por la estequiometría del catalizador objetivo.