CATALIZADOR DE ÓXIDO DE ETILENO.

Un procedimiento para la preparación de un catalizador para la producción de óxido de etileno que comprende plata sustentada sobre un vehículo de alúmina que contiene iones tanto sodio como y silicato sobre la superficie del mismo,

que comprende (i) un pretratamiento del vehículo con una solución acuosa de sal de litio a una temperatura inferior a 100ºC, en el que la proporción ponderal de Si/Na eliminado es de 5,0 o menos, y en el que el vehículo tratado se seca antes de la impregnación con la solución de plata y en el que el vehículo se lava con agua antes o después de dicha etapa de secado, en el que el tratamiento elimina al menos el 25% de los iones sodio sobre la superficie del vehículo y remplaza parcialmente el sodio eliminado con litio para producir una superficie con hasta 10 ppm de iones litio, y (ii) impregnación del vehículo pretratado

Antecedentes de la invención

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la preparación de catalizadores sustentados en vehículos que tienen propiedades mejoradas de modo que los catalizadores que comprenden los vehículos tienen utilidad potenciada.

Descripción de la técnica previa

Los procedimientos para la producción de óxido de etileno implican la oxidación en fase de vapor de etileno con oxígeno molecular usando un catalizador sólido compuesto por plata sobre un soporte tal como alúmina. Muchos trabajadores han hecho esfuerzos por mejorar la eficacia y eficiencia del catalizador de plata para producir óxido de etileno. La patente de Estados Unidos 5.051.395 proporciona un análisis de estos esfuerzos de diversos trabajadores previos.

Las patentes de Estados Unidos 3.962.136, 4.010.115 y 4.012.425 describen el uso de promotores de metales alcalinos tales como cesio para mejorar los catalizadores de plata de óxido de etileno.

Entre las muchas enseñanzas previas en esta área es la patente de Estados Unidos 4.007.135 (véase también el documento UK 1.491.447) la que muestra diversos catalizadores de plata para la producción de óxidos de etileno y propileno compuestos por una cantidad promotora de cobre, oro, magnesio, zinc, cadmio, mercurio, estroncio, calcio, niobio, tántalo, molibdeno, tungsteno, cromo, vanadio, y/o preferiblemente bario, en exceso de cualquiera presente en forma inmóvil en el soporte preformado como impurezas o cementos (columna 2, líneas 115), comprendiendo los catalizadores de plata para la producción de óxido de propileno una cantidad promotora de al menos un promotor seleccionado entre litio, potasio, sodio, rubidio, cesio, cobre, oro, magnesio, zinc, cadmio, estroncio, calcio, niobio, tántalo, molibdeno, tungsteno, cromo, vanadio y bario, en exceso de cualquier presente en forma inmóvil en el soporte preformado como impurezas o cementos (columna 2, líneas 16-34), así como catalizadores de plata para la producción de óxido de etileno u óxido de propileno que comprenden (a) una cantidad promotora de sodio, cesio, rubidio, y/o potasio, y (b) magnesio, estroncio, calcio y/o preferiblemente bario en una cantidad promotora (columna 3, líneas 5-8).

La patente de Estados Unidos 5.057.481, y la relacionada 4.908.343 se refieren a catalizadores de plata de óxido de etileno compuestos por cesio y un oxianión de un elemento del grupo 3b a 7b.

La patente de Estados Unidos 3.888.889 describe catalizadores adecuados para la oxidación de propileno en óxido de propileno compuestos por plata elemental modificada por un compuesto de un elemento del grupo 5b y 6b. Aunque se menciona el uso de soportes, no hay ejemplos. No se menciona el uso de cesio.

La patente europea 0 266 015 y la patente de Estados Unidos 4.766.105 tratan de catalizadores de plata promovidos con renio y una larga lista de posibles copromotores.

La patente de Estados Unidos 5.102.848 trata de catalizadores adecuados para la producción de óxido de etileno que comprenden un soporte impregnado de plata que también tiene sobre el mismo al menos un promotor catiónico tal como cesio, y un promotor que comprende (i) anión sulfato, (ii) anión fluoruro, y (iii) oxianión de un elemento del grupo 3b a 6b inclusive de la tabla periódica.

La patente de Estados Unidos 5.486.628 describe un catalizador de plata promovido con metal alcalino, renio y un componente de tierras raras o lantánido.

La patente de Estados Unidos 5.011.807 se refiere a un catalizador de óxido de etileno compuesto por plata, metal alcalino, un metal de transición, y azufre sobre un soporte de alúmina.

El soporte de elección en la preparación de catalizadores de plata de óxido de etileno en el pasado ha sido un material inorgánico sólido tal como compuestos basados en alúmina, sílice, o titania, o combinaciones de los mismos. La alfa alúmina que puede contener sílice ha sido un vehículo especialmente preferido.

Diversas patentes se han centrado en el pretratamiento de dichos vehículos para mejorar la utilidad de los mismos. La patente de Estados Unidos 5.102.848, por ejemplo, muestra el lavado repetido de un soporte de alfa alúmina con agua desionizada a 90ºC antes de la deposición de los componentes catalizadores. En la misma patente, el vehículo también puede lavarse con solución HF a 25ºC. En ambos casos, no hubo ninguna reivindicación o demostración del efecto del lavado del vehículo sobre la estabilidad del catalizador.

La posterior patente de Estados Unidos 6.103.916 muestra de forma similar el lavado del soporte de alfa alúmina con agua a 90ºC repetidamente antes de la deposición de los componentes catalíticos en la preparación del catalizador de óxido de etileno.

La técnica previa ha descrito que la presencia de sodio o litio tendrá un efecto profundo sobre el rendimiento del catalizador de plata. Las reivindicaciones de diferentes patentes, sin embargo, no están de acuerdo respecto al efecto de estos dos metales alcalinos.

La técnica previa ha sido inconsistente acerca del efecto del sodio sobre el rendimiento catalítico del catalizador de plata. Por ejemplo, varias patentes han descrito la importancia de la presencia de una cantidad mínima de Na sobre la superficie del vehículo:

1. El documento US 4.740.493 afirma que el vehículo debe tener al menos 50 ppm de ión Na soluble, véanse las reivindicaciones 1 y 5.

2. El documento US 4.414.135 afirma, en la primera reivindicación, la ventaja de un catalizador que contiene al menos 1000 ppm de Na, además de Cs.

3. El documento EP 0247 414 B2 desvela, en la primera reivindicación, la condición necesaria de tener un vehículo que contenga al menos el 0,08% y hasta el 2% de sodio. Además, se muestra que la solución de impregnación de plata también debe contener Na, junto con K o Cs.

En contraste, las reivindicaciones de las siguientes patentes han descrito la importancia de disminuir la cantidad de sodio superficial:

1. El documento US 4.368.144 afirma que el mejor rendimiento se obtiene con vehículos que contienen no más del 0,07% de Na.

2. Los documentos WO 00/15333, 15334, 15335 desvelan la mejora de las propiedades del vehículo disminuyendo la concentración de especies ionizables, especialmente Na y sílice, usando agua desionizada en ebullición. Las patentes describen que se prefiere disminuir la concentración de Na y sílice en al menos un 5%.

En el procedimiento de eliminación de Na preferido, el vehículo se sumerge repetidamente en agua en ebullición.

3. Los documentos US 6103916, EP 0937 498A1 reivindican que el rendimiento del catalizador se mejora cuando el vehículo se lava hirviéndolo en agua pura hasta que la resistividad del agua es de más de 10.000 .cm.

El litio se ha mencionado repetidamente como un ejemplo de los metales alcalinos que pueden añadirse para mejorar la selectividad del catalizador. Se ha mencionado junto con Na, K, Rb y Cs, con Cs como el metal alcalino promotor preferido. En pocos casos, sin embargo, se añadió Li a Cs como copromotor, por ejemplo los documentos US 4.272,443, US 4.278.562, US 4.212.772 y EP 0384 312 B1. Además, el documento EP 0624 398 B1 desvela la adición de Li a la solución de impregnación de plata, junto con los otros promotores: Cs, W y Na (ejemplo 2).

Varias patentes han indicado que el Li y el Na son similares en su efecto sobre el rendimiento del catalizador:

1. El documento US 4.916.243 desvela el uso de combinaciones de una sal de Cs y una sal de cualquier de los otros metales alcalinos.

2. El documento US 4.820.675 desvela el uso de combinaciones de una sal de Cs y una sal de cualquiera de los otros metales alcalinos. La adición de Li a Cs se aumentó con la adición de Na, columna 7, y experimento 728, columna 25.

3. El documento US 4.212.772 indica que el Na y el Li son equivalentes con respecto a su influencia sobre la vida y la selectividad del catalizador, y que sus mezclas, en todas las proporciones dieron una influencia favorable, columna 2 línea 49.

4. Los documentos WO 00/15333, 15334, 15335 desvelan la mejora del vehículo eliminando las "especies ionizables" de su superficie. Estas especies ionizables incluyen sodio, cesio y litio.

El tratamiento del vehículo con Li antes de su uso es conocido y se ha descrito en los siguientes casos:

1. El documento US 5.705.661 desvela que el vehículo se pretrató por impregnación con Li y Cs con la condición de que estuvieran... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la preparación de un catalizador para la producción de óxido de etileno que comprende plata sustentada sobre un vehículo de alúmina que contiene iones tanto sodio como y silicato sobre la superficie del mismo, que comprende

5 (i) un pretratamiento del vehículo con una solución acuosa de sal de litio a una temperatura inferior a 100ºC, en el que la proporción ponderal de Si/Na eliminado es de 5,0 o menos, y en el que el vehículo tratado se seca antes de la impregnación con la solución de plata y en el que el vehículo se lava con agua antes o después de dicha etapa de secado, en el que el tratamiento elimina al menos el 25% de los iones sodio sobre la superficie del vehículo y remplaza parcialmente el sodio eliminado con litio para producir una superficie con hasta 10 ppm de iones litio, y

10 (ii) impregnación del vehículo pretratado.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el vehículo se trata con una solución acuosa de sal de litio a una temperatura inferior a 80ºC.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el vehículo se trata con una solución acuosa de sal de litio a una temperatura inferior a 70ºC.