OBTENCIÓN DE ANHÍDRIDO DEL ÁCIDO FTÁLICO POR OXIDACIÓN EN FASE GASEOSA DE O-XILENO.

Procedimiento para la obtención de anhídrido del ácido ftálico por medio de la oxidación catalítica en fase gaseosa de o-xileno,

según el cual se conduce una mezcla gaseosa de o-xileno y de un gas que contiene oxígeno en un reactor principal a través de, al menos, dos zonas de reacción, que pueden ser termostatadas independientemente entre sí y se transforma en un producto intermedio de la reacción gaseosa, que contiene oxileno no convertido, productos de la suboxidación del anhídrido del ácido ftálico y anhídrido del ácido ftálico y el producto intermedio de la reacción se alimenta a un reactor secundario, caracterizado porque la temperatura de las zonas de reacción del reactor principal se regulan de tal manera, que la concentración en o-xileno no convertido en el producto intermedio de la reacción sea, al menos, de un 0,5 % en peso, referido al peso de los componentes orgánicos en el producto intermedio de la reacción

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La presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de anhídrido del ácido ftálico por medio de la oxidación en fase gaseosa del o-xileno en un reactor principal y en un reactor secundario, conectado aguas abajo.

La oxidación en fase gaseosa del o-xileno y/o de la naftalina para dar el anhídrido del ácido ftálico (PSA) es perfectamente conocida y está descrita con profesión en la literatura. Una recopilación está dada, por ejemplo, en las publicaciones de H. Suter, Phthalsäureanhydrid und seine Verwendung, Steinkopf Verlag, Darmstadt, 1972 o en la publicación de F.K. Towae, W. Enke, R. Jäckh, N. Bhargava en Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vo. A20, 1992, páginas 181-190.

En general, la reacción de oxidación del o-xileno se lleva a cabo al aire en un reactor de haz de tubos termostatado con una fusión salina. En este caso se pretende una conversión prácticamente completa del hidrocarburo empleado en el reactor y, al mismo tiempo, una elevada calidad del producto correspondiente al anhídrido del ácido ftálico formado. Con objeto de alcanzar esto, por un lado y, sin embargo, de evitar, al mismo tiempo, un deterioro del catalizador como consecuencia de las elevadas temperaturas de punto caliente Hotspot, se dispone de forma estratificada en los tubos, en general, catalizadores con una actividad diferente, estando dispuesto por regla general el catalizador menos activo en el lecho fijo de tal manera, que la mezcla de la reacción entre en contacto con él mismo en primer lugar, mientras que el catalizador con la máxima actividad se encuentra a la salida de los gases, que proceden de la carga a granel del catalizador. Las estructuraciones de la actividad del catalizador de ese tipo están descritas, por ejemplo, en las publicaciones DE 198 23 262, DE 198 23 275, DE 100 40 827 y DE 102 06 989.

Desde luego, especialmente en el caso de cargas elevadas de hidrocarburos es cada vez más difícil obtener una calidad del producto suficientemente buena sin perdidas del rendimiento en el reactor como consecuencia de la oxidación total que produce CO y CO2, puesto que, en ese caso, tiene que proporcionar una mayor contribución a la conversión total la capa de catalizador con la máxima actividad, pero que es la menos selectiva situada a la salida de los gases de la carga a granel del catalizador. Este efecto se produce a través del tiempo así como, también, por medio de la desactivación lenta de la capa activa o de las capas activas que, en general, están sometidas a fuertes solicitaciones en la entrada de los gases en la carga a granel del catalizador.

Una posibilidad para vencer las dificultades, que han sido descritas más arriba, consiste en el empleo de dos reactores independientes en lugar de emplear un solo reactor. De este modo, la publicación DE 20 05 969 describe, por ejemplo, un procedimiento para llevar a cabo la obtención de anhídrido del ácido ftálico en dos reactores separados entre sí. El primero de los reactores está constituido por un reactor de haz de tubos, que está refrigerado con un baño salino y que trabaja, ampliamente, en régimen isotermo, mientras que el segundo de reactor está constituido por un horno vertical que se hace trabajar en régimen adiabático. En este caso, se lleva a cabo la reacción en el primer reactor de tal manera que permanece inalterado entre un 1 y un 20 % en peso del hidrocarburo empleado. Por otra parte, el procedimiento se caracteriza porque la temperatura T1 del medio intercambiador de calor en el primer reactor se encuentra situada en el intervalo comprendido entre 380 y 430ºC y la temperatura de entrada T2 en la segunda etapa de la reacción, que se hace trabajar en régimen adiabático, cumple la ecuación T2 = T1 – 5 hasta 150ºC.

El procedimiento, que está descrito en la publicación DE 198 07 018 y en la publicación US 5,969,160, abarca, al menos, dos reactores independientes, estando constituido el primer reactor por un reactor principal, que está refrigerado con un baño salino y el segundo reactor está constituido por un reactor secundario, sin instalación de refrigeración, con el mismo catalizador o con un catalizador diferente. En ese caso, la corriente gaseosa del producto se lleva a cabo en el reactor secundario desde arriba hacia abajo. El procedimiento posibilita una disminución de la temperatura en el reactor principal en el sentido de las condiciones correspondientes a una suboxidación, con lo cual los valores de ftalida a la salida del reactor principal y, respectivamente, a la entrada del reactor secundario se encuentran situados en el intervalo comprendido entre un 0,5 y un 0,9 % en peso. El control de estas condiciones se lleva a cabo por medio de la observación del contenido en o-xileno en la salida del reactor principal y, respectivamente, en la entrada del reactor secundario, que debe ser expresamente menor que 100 ppm (0,01 % en peso).

Otro concepto del reactor secundario está descrito en la publicación de los autores H. J. Eberle, J. Breimair, H. Domes, T. Gutermuth, PTQ Summer 2000, 129-133. En este caso se conecta un reactor secundario, con un catalizador en forma de nido de abejas, aguas abajo del reactor de haz de tubos, que está refrigerado con un baño salino, que contiene un catalizador dispuesto en varias capas, llevándose a cabo la refrigeración de la corriente gaseosa producida, como paso previo a su entrada en la zona del reactor secundario hasta una temperatura de entrada deseada, por medio de un refrigerador del gas producido. El reactor secundario sirve en primer lugar para

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llevar a cabo el mantenimiento de una calidad predeterminada del anhídrido del ácido ftálico formado, de manera especial en el caso de elevadas cargas de o-xileno y con catalizadores envejecidos en el reactor principal. La concentración en o-xileno en la entrada del reactor secundario se encuentra situada en el intervalo comprendido entre, aproximadamente, un 0,65 y un 0,70 % en peso de la suma de los componentes orgánicos en la corriente gaseosa producida con un catalizador del reactor principal, que haya alcanzado el final de su periodo de servicio, y la concentración en componentes secundarios suboxidados, tales como la ftalida o el o-tolilaldeído, se encuentra situada en el intervalo comprendido entre un 0,20 y un 0,50 % en peso de la suma de los componentes orgánicos en la corriente gaseosa producida.

La invención tiene como tarea aumentar el rendimiento total en anhídrido del ácido ftálico sin un empeoramiento o sin un empeoramiento esencial de la calidad del producto.

La tarea se resuelve por medio de un procedimiento para llevar a cabo la obtención de anhídrido del ácido ftálico por medio de una oxidación catalítica en fase gaseosa de o-xileno, según el cual se conduce una mezcla gaseosa de oxileno y de un gas que contenga oxígeno, en un reactor principal a través de, al menos, dos zonas de reacción, que pueden ser termostatadas independientemente entre sí y cuya mezcla gaseosa se transforma en un producto intermedio de la reacción gaseoso, que contiene o-xileno no convertido, productos de suboxidación del anhídrido del ácido ftálico y anhídrido del ácido ftálico, y el producto intermedio de la reacción se introduce en un reactor secundario, caracterizado porque se regula la temperatura de las zonas de reacción en el reactor principal de tal manera, que la concentración de o-xileno no convertido en el producto intermedio de la reacción sea de un 0,5 % en peso como mínimo, referido al peso total de los componentes orgánicos den el producto intermedio de la reacción.

De manera típica, la concentración en o-xileno no convertido en el producto intermedio de la reacción es de un 0,6 % en peso como mínimo, de manera preferente está situada en el intervalo comprendido entre un 0,65 y un 5 % en peso, de una manera más preferente está situada en el intervalo comprendido entre un 0,7 y un 2,0 % en peso.

De manera preferente, la suma de las concentraciones de los productos de suboxidación del anhídrido del ácido ftálico en el producto intermedio de la reacción es de un 0,5 % en peso como mínimo, referido al peso de los componentes orgánicos en el producto intermedio de la reacción. Se entenderá por productos de suboxidación del anhídrido del ácido ftálico, aquellos cuerpos con 8 átomos de carbono que tengan un nivel de oxidación más bajo que el del anhídrido del ácido ftálico, que puedan ser oxidados a continuación para dar el anhídrido del ácido ftálico. A estos pertenecen, de manera especial, el o-tolilaldeído, el ácido... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la obtención de anhídrido del ácido ftálico por medio de la oxidación catalítica en fase gaseosa de o-xileno, según el cual se conduce una mezcla gaseosa de o-xileno y de un gas que contiene oxígeno en un reactor principal a través de, al menos, dos zonas de reacción, que pueden ser termostatadas independientemente entre sí y se transforma en un producto intermedio de la reacción gaseosa, que contiene oxileno no convertido, productos de la suboxidación del anhídrido del ácido ftálico y anhídrido del ácido ftálico y el producto intermedio de la reacción se alimenta a un reactor secundario, caracterizado porque la temperatura de las zonas de reacción del reactor principal se regulan de tal manera, que la concentración en o-xileno no convertido en el producto intermedio de la reacción sea, al menos, de un 0,5 % en peso, referido al peso de los componentes orgánicos en el producto intermedio de la reacción.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la suma de las concentraciones de los productos de suboxidación del anhídrido del ácido ftálico en el producto intermedio de la reacción toma un valor de un 0,5 % en peso como mínimo.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que la suma de las concentraciones del o-tolilaldeído y de la ftalida toma un valor de un 0,5 % en peso como mínimo.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que la concentración de o-tolilaldeído en el producto intermedio de la reacción toma un valor de un 0,25 % en peso como mínimo.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que la concentración en ftalida en el producto intermedio de la reacción toma un valor de un 0,25 % en peso como mínimo.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que las zonas de reacción contienen catalizadores con actividad diferente.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la zona de reacción, que está situada en la posición extrema aguas abajo, en el sentido de flujo de la mezcla gaseosa, contiene un catalizador con una actividad mayor que el de la zona de reacción situada en la posición limítrofe aguas arriba.

8. Procedimiento según la reivindicación 6 ó 7, en el que la zona de reacción, que está situada en la posición extrema aguas abajo, en el sentido de flujo de la mezcla gaseosa, contiene al menos un catalizador a base de óxido de vanadio y de dióxido de titanio, siendo el contenido en metales alcalinos de la masa activa menor o igual que un 0,20 % en peso.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 8, en el que la zona de reacción que limita aguas arriba con la zona de reacción, que está situada en la posición extrema aguas abajo, en el sentido de flujo de la mezcla gaseosa, contiene catalizadores que se eligen entre

a) uno o varios catalizadores, cuya masa activa comprende un óxido mixto multimetálico que contiene plata, vanadio, y en caso dado, uno o varios metales promotores

b) uno o varios catalizadores a base de óxido de vanadio y de dióxido de titanio, siendo el contenido en metales alcalinos de la masa activa mayor o igual que un 0,12 % en peso y siendo el contenido en fósforo de la masa activa menor o igual que un 0,20 % en peso, o

c) una combinación formada por uno o de varios catalizadores según la definición a) indicada más arriba, y por uno o varios catalizadores según la definición b), indicada más arriba.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que la zona de reacción, que está situada en la posición extrema aguas abajo, se hace trabajar a una temperatura más baja que la de la zona de reacción situada en la posición limítrofe aguas arriba.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que se obtienen valores de medición para la concentración en o-xileno en el producto intermedio de la reacción y, a partir de los valores de medición, se forman intervenciones de regulación para la temperatura de las zonas de reacción en el reactor principal.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que la carga de o-xileno de la mezcla gaseosa, que es introducida en el reactor principal, toma un valor de 60 g/Nm3 como mínimo.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos una parte del calor de la

reacción, que se genera en el reactor secundario, es disipada por medio de una refrigeración indirecta con un medio caloportador.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el reactor secundario se hace trabajar de forma esencialmente adiabática.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el producto intermedio de la reacción, que sale del reactor principal, es refrigerado como paso previo a la entrada en el reactor secundario.