Un proceso integrado de hidrooxidación de una olefina para formar una corriente de efluente de la hidrooxidación que comprende el óxido de olefina y separar de la corriente de efluente de la hidrooxidación el óxido de olefina,

comprendiendo el proceso las etapas de: (a) poner en contacto una olefina reaccionante en fase gaseosa en un reactor de hidrooxidación con oxígeno en presencia de hidrógeno y en presencia de un catalizador de hidrooxidación bajo condiciones suficientes para obtener una corriente de efluente de la hidrooxidación en fase gaseosa que comprende el óxido de olefina, oxígeno e hidrógeno; (b) alimentar la corriente de efluente de la hidrooxidación en fase gaseosa a una primera columna de destilación que proporciona un reflujo líquido de un agente de rectificación en la sección 1/3 superior de la columna; (c) separar de la primera columna de destilación una primera corriente de cabeza que comprende olefina sin convertir, oxígeno e hidrógeno, y una primera corriente de cola que comprende agua y el óxido de olefina; y (d) alimentar la primera corriente de cola que comprende agua y el óxido de olefina a un tren de acabado para obtener de éste una corriente que comprende el producto de óxido de olefina

Proceso de hidro-oxidación integrado con separación de una corriente de producto de óxido de olefina.

Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere a un proceso integrado para hidrooxidar una olefina con oxígeno en presencia de hidrógeno para formar una corriente de efluente que comprende óxido de olefina, olefina sin convertir e hidrógeno, y separar posteriormente la corriente de efluente para obtener de ésta un producto de óxido de olefina.

Los óxidos de olefinas, como el óxido de propileno, se usan para alcoxilar alcoholes para formar poliéter-polioles, que encuentran amplia utilidad en la fabricación de poliuretanos y elastómeros sintéticos. Los óxidos de olefinas también son intermedios importantes en la fabricación de alquilenglicoles, como propilenglicol, y alcanolaminas, como isopropanolamina, que son útiles como disolventes y tensioactivos.

En los últimos años varias patentes han descrito procesos en fase líquida y gaseosa para la hidrooxidación directa de olefinas que tienen tres o más átomos de carbono (C3+) con oxígeno en presencia de hidrógeno para formar los correspondientes óxidos de olefinas. Se describen catalizadores para dichos procesos que comprenden oro, plata, metales nobles, como paladio y platino, o mezclas de dichos metales, y opcionalmente uno o más promotores, como metales alcalinos, alcalinotérreos y de las tierras raras, depositados sobre un soporte que contiene titanio, como titania o un titanosilicato poroso. Patentes representativas que describen dichos procesos de hidrooxidación incluyen las siguientes: EP-A1-0709360, WO 98/00413, WO 98/00414, WO 98/00415, US 6.255.499, WO 03/062196, WO 96/02323, WO 97/25143, WO 97/47386 y WO 02/088102.

En los procesos de hidrooxidación en fase gaseosa, típicamente una corriente gaseosa de efluente obtenido de un reactor de hidrooxidación y que comprende óxido de olefina, agua, olefina sin convertir, oxígeno e hidrógeno se alimenta a una torre o columna de enfriamiento que contiene un absorbente líquido o un adsorbente sólido, donde el óxido de olefina se separa selectivamente de la corriente de efluente. Patentes representativas que describen los métodos de separación antes mencionados incluyen US 4.990.632, US 5.532.384 y US 2003/0031624 A1.

Si se emplea un absorbente líquido, la corriente líquida resultante que contiene el óxido de olefina disuelto en el absorbente se alimenta típicamente a una columna de destilación para recuperar un producto de óxido de olefina bruto. En este método, típicamente, se requiere una gran cantidad de absorbente, el óxido de olefina está considerablemente diluido y, como consecuencia, en general el absorbente y la columna de destilación se diseñan para manejar una gran cantidad de líquido. También, la columna de destilación puede requerir un gran consumo de energía para satisfacer las necesidades de energía para separar del absorbente el óxido de olefina. Se puede originar un ciclo de temperaturas inaceptablemente altas entre la columna absorbente y la columna de destilación, entre el calentamiento de la mezcla de óxido de olefina-absorbente en la columna de destilación y el enfriamiento posterior del absorbente para su recirculación a la columna absorbente. Además, usualmente la columna de destilación separa del absorbente un producto de óxido de olefina bruto por lo que se necesita una tercera destilación para recuperar un óxido de olefina purificado.

Si se emplea el método con un adsorbente sólido, el proceso es cíclico en lugar de continuo porque el óxido de olefina adsorbido debe ser desorbido de la columna en una etapa distinta. Además, en algún punto el adsorbente se satura con óxido de olefina y necesita ser regenerado. El método con un adsorbente sólido se puede facilitar usando dos o más columnas adsorbentes funcionando en ciclos alternativos de adsorción y desorción, pero este método con varias columnas incrementa los costes de inversión y de funcionamiento.

Ni el método con adsorbente sólido ni el método con absorbente líquido son satisfactorios para su comercialización. En vista de lo anterior, la técnica debería beneficiarse de integrar el proceso de hidrooxidación en fase gaseosa con un método mejorado de separación del producto. Beneficiosamente, dicho proceso debe funcionar de modo continuo en lugar de intermitente, debe evitar una dilución inaceptable del producto de óxido de olefina, debe disminuir el consumo de energía y reducir el ciclo de temperaturas y debe reducir en la medida de lo posible los costes de inversión y de funcionamiento.

Compendio de la invención

Esta invención proporciona un proceso integrado de hidrooxidación de una olefina para formar una corriente de efluente de la hidrooxidación que comprende un producto de óxido de olefina, combinado con un proceso de separar la corriente de efluente para recuperar el producto de óxido de la olefina. El proceso de la invención comprende las etapas de:

(a) poner en contacto una olefina reaccionante en un reactor de hidrooxidación en fase gaseosa con oxígeno en presencia de hidrógeno y en presencia de un catalizador de hidrooxidación bajo condiciones de reacción suficientes para obtener una corriente de efluente de la hidrooxidación en fase gaseosa que comprende óxido de olefina, agua, olefina sin convertir e hidrógeno;

(b) alimentar la corriente de efluente de la hidrooxidación en fase gaseosa a una primera columna de destilación que proporciona un reflujo líquido de un agente de rectificación en la sección un tercio (1/3) superior de la columna;

(c) retirar de la primera columna de destilación una primera corriente de cabeza que comprende olefina sin convertir, oxígeno e hidrógeno, y una primera corriente de cola que comprende agua y óxido de olefina; y

(d) alimentar la corriente que comprende agua y óxido de olefina a un tren de acabado para obtener una corriente que consiste esencialmente en el producto de óxido de olefina.

La invención antes mencionada proporciona un proceso integrado para la hidrooxidación en fase gaseosa de una olefina con oxígeno en presencia de hidrógeno para producir una corriente de efluente que comprende óxido de olefina, agua, reaccionantes sin convertir, incluida olefina sin convertir, oxígeno e hidrógeno, combinado con una separación mejorada de la corriente de efluente de la hidrooxidación para obtener el producto de óxido de olefina. Ventajosamente, todas las etapas del proceso pueden funcionar en continuo con una productividad óptima. Además, la etapa de separación de esta invención evita beneficiosamente dilución inaceptable del óxido de olefina con un absorbente líquido, evita la recuperación del absorbente líquido y evita ciclos de temperatura asociados con el uso del absorbente líquido. Además, la etapa de separación de esta invención necesita un consumo menor de energía y menores costes de inversión y de funcionamiento en comparación con los métodos de separación con absorbente líquido y con adsorbente sólido de la técnica anterior.

Dibujos

La figura 1 representa una realización preferida de esta invención que comprende un proceso de hidrooxidación en fase gaseosa para la reacción de una olefina con oxígeno en presencia de hidrógeno y en presencia de un catalizador de hidrooxidación para formar una corriente gaseosa de efluente que comprende óxido de olefina, agua, olefina sin convertir, oxígeno e hidrógeno; una etapa de destilación para recuperar una corriente de cola que comprende agua y el producto de óxido de olefina; y una etapa de acabado para recuperar el producto de óxido de olefina purificado.

La figura 2 representa una segunda realización preferida de esta invención que comprende un proceso de hidrooxidación en fase gaseosa para la reacción de una olefina con oxígeno en presencia de hidrógeno y en presencia de un catalizador de hidrooxidación para formar una corriente gaseosa de efluente que comprende óxido de olefina, agua, olefina sin convertir, oxígeno e hidrógeno; una etapa de destilación para recuperar una corriente de cola que comprende agua, el producto de óxido de olefina y un alcano (agente de rectificación); una etapa de separación para separar del alcano (agente de rectificación) agua y el óxido de olefina; y una etapa de acabado para recuperar el producto de óxido de olefina purificado.

Descripción detallada de la invención

Como se ha resumido anteriormente, la invención proporciona...

1. Un proceso integrado de hidrooxidación de una olefina para formar una corriente de efluente de la hidrooxidación que comprende el óxido de olefina y separar de la corriente de efluente de la hidrooxidación el óxido de olefina, comprendiendo el proceso las etapas de:

(a) poner en contacto una olefina reaccionante en fase gaseosa en un reactor de hidrooxidación con oxígeno en presencia de hidrógeno y en presencia de un catalizador de hidrooxidación bajo condiciones suficientes para obtener una corriente de efluente de la hidrooxidación en fase gaseosa que comprende el óxido de olefina, oxígeno e hidrógeno;

(b) alimentar la corriente de efluente de la hidrooxidación en fase gaseosa a una primera columna de destilación que proporciona un reflujo líquido de un agente de rectificación en la sección 1/3 superior de la columna;

(c) separar de la primera columna de destilación una primera corriente de cabeza que comprende olefina sin convertir, oxígeno e hidrógeno, y una primera corriente de cola que comprende agua y el óxido de olefina; y

(d) alimentar la primera corriente de cola que comprende agua y el óxido de olefina a un tren de acabado para obtener de éste una corriente que comprende el producto de óxido de olefina.

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el agente de rectificación es un hidrocarburo alifático que tiene un punto de ebullición normal igual o mayor que el punto de ebullición normal del óxido de olefina.

3. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que la olefina es propileno y el óxido de olefina es óxido de propileno.

4. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el agente de rectificación es propileno o butano.

5. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el catalizador de hidrooxidación comprende oro, plata, uno o más metales nobles, uno o más lantánidos o una mezcla de estos metales, depositados sobre un soporte que contiene titanio.

6. El proceso de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el soporte que contiene titanio comprende un titanosilicato poroso.

7. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la corriente del efluente del reactor de hidrooxidación comprende de más de 0,05 a menos de 10 por ciento de óxido de olefina, de más de 0,1 a menos de 15 por ciento de agua, de más de 1 a menos de 80 por ciento de olefina sin convertir, de más de 0,5 a menos de 20 por ciento de oxígeno, de más de 0,1 a menos de 20 por ciento de hidrógeno y de más de 0 a menos de 70 por ciento de diluyente (todos los porcentajes en volumen).

8. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la primera columna de destilación comprende 6 a 50 platos teóricos.

9. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la primera columna de destilación funciona con una relación de reflujo de aproximadamente 0,1/1 a aproximadamente 10/1.

10. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la primera columna de destilación funciona a una temperatura en el fondo mayor que 35ºC y menor que 125ºC y a una presión mayor que 345 kPa y menor que 3.446 kPa.

11. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el tren de acabado comprende por lo menos una columna de destilación que comprende 10 a 50 platos teóricos.

12. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el tren de acabado comprende una columna de destilación que funciona a una temperatura mayor que -30ºC y menor que 140ºC y a una presión mayor que 55 kPa y menor que 413 kPa.

13. El proceso integrado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que comprende las etapas de:

(a) poner en contacto una olefina reaccionante en fase gaseosa en un reactor de hidrooxidación con oxígeno en presencia de hidrógeno y en presencia de un catalizador de hidrooxidación bajo condiciones suficientes para obtener una corriente de efluente de la hidrooxidación en fase gaseosa que comprende el óxido de olefina, oxígeno e hidrógeno;

(b) alimentar la corriente de efluente de la hidrooxidación en fase gaseosa a una primera columna de destilación que proporciona un reflujo líquido de la olefina en la sección 1/3 superior de la columna;

(c) separar de la primera columna de destilación una primera corriente de cabeza que comprende olefina sin convertir, oxígeno e hidrógeno, y una primera corriente de cola que comprende agua y el óxido de olefina;

(d) alimentar la primera corriente de cabeza a un condensador y retirar de éste una corriente gaseosa que comprende oxígeno, hidrógeno y una porción de la olefina sin convertir, y una corriente líquida que comprende el resto de la olefina sin convertir alimentada al condensador;

(e) recircular al reactor de hidrooxidación la corriente gaseosa procedente del condensador que comprende oxígeno, hidrógeno y una porción de la olefina sin convertir;

(f) recircular a la sección 1/3 superior de la columna de destilación la corriente líquida procedente del condensador que comprende el resto de la olefina sin convertir, para proporcionar el reflujo líquido;

(g) alimentar por lo menos una porción de la corriente de cola obtenida de la primera columna de destilación y que comprende agua y óxido de olefina a un tren de acabado para obtener de éste una segunda corriente de cabeza que comprende el óxido de olefina.

14. El proceso integrado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, que comprende las etapas de:

(a) poner en contacto en fase gaseosa en un reactor de hidrooxidación una olefina reaccionante con oxígeno en presencia de hidrógeno y en presencia de un catalizador de hidrooxidación bajo condiciones suficientes para obtener una corriente gaseosa de efluente de la hidrooxidación que comprende óxido de olefina, agua, olefina sin convertir, oxígeno e hidrógeno;

(b) alimentar la corriente gaseosa de efluente de la hidrooxidación a una primera columna de destilación que proporciona un reflujo líquido de un alcano en la sección 1/3 superior de la columna;

(c) separar de la primera columna de destilación una primera corriente de cabeza que comprende olefina sin convertir, oxígeno, hidrógeno y una porción del alcano, y una primera corriente de cola que comprende agua, óxido de olefina y el resto del alcano;

(d) alimentar la primera corriente de cabeza a un condensador y obtener de éste una corriente gaseosa que comprende olefina sin convertir, oxígeno, hidrógeno y una porción del alcano alimentado al condensador, y una corriente líquida que comprende el resto del alcano alimentado al condensador;

(e) recircular la corriente gaseosa obtenida del condensador al reactor de hidrooxidación;

(f) recircular la corriente líquida obtenida del condensador a la sección 1/3 superior de la primera columna de destilación;

(g) alimentar la primera corriente de cola que comprende agua, óxido de olefina y el resto del alcano procedente de la primera columna de destilación a una columna de separación para obtener una segunda corriente de cabeza que comprende el alcano y una segunda corriente de cola que comprende agua y el óxido de olefina;

(h) recircular la segunda corriente de cabeza que comprende el alcano al reactor de hidrooxidación y/o a la primera columna de destilación; y

(i) alimentar la segunda corriente de cola que comprende agua y el óxido de olefina a un tren de acabado para obtener de éste una tercera corriente de cabeza que comprende el óxido de olefina.