PROCEDIMIENTO PARA LA PREPARACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN ACUOSA DE ÁCIDO GLIOXÍLICO.

Método para preparar una disolución acuosa de ácido glioxílico mediante oxidación de una disolución acuosa de glioxal con oxígeno o un gas que contiene oxígeno,

caracterizado porque dicha oxidación se efectúa - en presencia de una cantidad catalítica de ácido nítrico y/o al menos un óxido de nitrógeno, de entre 0,005 y 0,1 moles por mol de glioxal, - en presencia de un ácido fuerte que no oxida glioxal, seleccionado del grupo que consiste en ácido clorhídrico, ácido bromhídrico, ácido sulfúrico, ácidos sulfónicos, resinas de intercambio de iones del tipo sulfónico, resinas perfluoradas portadoras de grupos sulfónicos o mezclas de los mismos, y - manteniendo condiciones que satisfacen la ecuación KLa/Q > 10, en que K La es el coeficiente volumétrico total de transferencia de masa (h -1 ) y Q es la carga térmica liberada por la reacción (vatios/mol de glioxal)

Procedimiento para la preparación de una disolución acuosa de ácido glioxílico La presente invención se refiere a un método industrial para obtener disoluciones acuosas de ácido glioxílico.

Es conocido el uso de oxígeno para oxidar disoluciones acuosas de glioxal en disoluciones acuosas de ácido glioxílico.

El método descrito en la solicitud de patente FR-A-2372141 se lleva a cabo en presencia de 4 a 10% en peso de ácido nítrico en la disolución de reacción. Dado que la reacción de oxidación es exotérmica, puede surgir un problema de seguridad con esta cantidad de ácido en el caso de fallo del sistema de refrigeración. Además de ello, el método produce disoluciones acuosas de ácido glioxílico que contienen ácido nítrico residual que debe ser separado mediante subsiguientes tratamientos laboriosos y/o costosos tales como electrodiálisis.

Las solicitudes de patente EP-A-349406 y CN-A-1634847 enseñan el uso de óxido nítrico (NO) o nitrito de sodio (NaNO2) en calidad de catalizadores de oxidación, en presencia de un ácido inorgánico fuerte tal como ácido clorhídrico. Sin embargo, estos métodos generan grandes cantidades de N2O debido al consumo de ácido nítrico, que son liberadas a la atmósfera o deben ser tratadas por métodos destructivos.

La presente invención elimina los inconvenientes antes mencionados y sirve:

- para obtener un elevado rendimiento en ácido glioxílico,

- para obtener una elevada conversión en glioxal,

- para disminuir el consumo de ácido nítrico y/u óxidos de nitrógeno,

- para disminuir la formación de gas N2O que es perjudicial para el medio ambiente,

- para minimizar la formación de ácido oxálico como subproducto, y

- para evitar una elevada concentración de ácido nítrico residual en la disolución final de ácido glioxílico.

Por lo tanto, la invención se refiere a un método para preparar una disolución acuosa de ácido glioxílico mediante oxidación de una disolución acuosa de glioxal con oxígeno o un gas que contiene oxígeno, caracterizado porque dicha oxidación se efectúa

- en presencia de una cantidad catalítica de ácido nítrico y/o al menos un óxido de nitrógeno, de entre 0, 005 y 0, 1 moles por mol de glioxal,

- en presencia de un ácido fuerte que no oxida glioxal, seleccionado del grupo que consiste en ácido clorhídrico, ácido bromhídrico, ácido sulfúrico, ácidos sulfónicos, resinas de intercambio de iones del tipo sulfónico, resinas perfluoradas portadoras de grupos sulfónicos o mezclas de los mismos, y

- manteniendo condiciones que satisfacen la ecuación KLa/Q > 10, en que KLa es el coeficiente volumétrico total de transferencia de masa (h-1) y Q es la carga térmica liberada por la reacción (vatios/mol de glioxal) .

En el método de acuerdo con la invención según se describe arriba y en el resto de la memoria descriptiva, la cantidad de glioxal, expresada en moles, es la cantidad de glioxal utilizada en la disolución acuosa al comienzo de la reacción de oxidación.

En la invención, el catalizador de oxidación se puede seleccionar de ácido nítrico y/u óxido de nitrógeno. Generalmente se utiliza entre 0, 005 y 0, 1 moles de catalizador, preferiblemente entre 0, 01 y 0, 07 moles de catalizador y, particularmente, entre aproximadamente 0, 01 y 0, 06 moles de catalizador por cada mol de glioxal.

Los óxidos de nitrógeno se pueden seleccionar de los siguientes gases: óxido nítrico (NO) , dióxido de nitrógeno (NO2) , tetróxido de nitrógeno (N2O4) , trióxido de nitrógeno (N2O3) o mezclas de los mismos.

En calidad de óxidos de nitrógeno, se pueden mencionar sales de metales de ácido nítrico o ácido nitroso tales como nitrito de sodio, nitrito de potasio, nitrato de sodio, nitrato de potasio, nitrato de plata, nitrato de cobre o mezclas de las mismas.

De acuerdo con un aspecto preferido de la implementación de la invención, en calidad de un catalizador de oxidación se utiliza ácido nítrico. La calidad y concentración del ácido nítrico pueden ser similares a las utilizadas en métodos convencionales de oxidación por parte de ácido nítrico. Como un ejemplo, se puede hacer mención a disoluciones El método de la invención se implementa en presencia de un ácido fuerte que no oxide al glioxal. Es preferible utilizar una cantidad entre 0, 05 y 1 mol de ácido fuerte por mol de glioxal y, particularmente, una cantidad de entre 0, 2 y 0, 7 moles de ácido fuerte por mol de glioxal.

En el contexto de la presente invención, “ácido fuerte” significa un ácido con un pKa menor que 1. Entre los ácidos fuertes que no oxidan a glioxal, se puede hacer mención, como ejemplos, a ácido p-toluenosulfónico, ácido metanosulfónico o mezclas de los mismos. De manera más particular, el ácido fuerte es ácido clorhídrico.

Como otros ejemplos de ácidos fuertes que no oxidan a glioxal, se puede hacer mención a resinas Amberlyst® 15 y Dowex® 50WX. Las resinas antes mencionadas consisten en un esqueleto de poliestireno que porta grupos sulfónicos.

Pueden ser adecuados otros tipos de resinas comerciales tales como resinas Nafion®.

Ventajosamente, se utilizan ácidos fuertes en disolución acuosa y, preferiblemente, ácido clorhídrico en disolución acuosa en una concentración de 10 a 37% en peso.

De acuerdo con una alternativa del método de la invención, se puede utilizar un compuesto que genere un ácido fuerte que no oxide a glioxal.

En el contexto de la presente invención, “compuesto que genere un ácido fuerte que no oxide a glioxal” significa cualquier compuesto capaz de reaccionar con el agua para generar un ácido fuerte tal como se define previamente. A modo de ejemplo, se puede hacer mención a cloruro de tionilo (SOCl2) y ácidos de Lewis tales como AlCl3.

El aumento de la transferencia entre los gases y el líquido del sistema de reacción es un rasgo importante de la presente invención, ya que sirve para disminuir la entrada de ácido nítrico y/u óxido de nitrógeno al tiempo que se conserva, por una parte, un buen rendimiento en ácido glioxílico y, por otra, una elevada tasa de conversión en glioxal.

De acuerdo con la invención, la relación del coeficiente volumétrico total de transferencia de masa KLa (h-1) a la carga térmica liberada por la reacción Q (vatios/mol de glioxal) debe ser tal que KLa/Q sea mayor que 10.

El valor del coeficiente volumétrico total de transferencia de masa se puede determinar por el método de oxidación de sulfito de sodio por el aire según se describe en el artículo en Chemical Engineering and Processing, 33, (1994) , 247-260.

Para que se satisfaga la ecuación KLa/Q > 10 es importante, por una parte, ajustar el coeficiente volumétrico total de transferencia de masa y, por otra, la temperatura de la fase líquida del medio de reacción y el caudal de entrada de oxígeno o del gas con contenido en oxígeno.

La primera condición se satisface generalmente al seleccionar un aparato de reacción diseñado para obtener una elevada superficie específica de intercambio entre la fase gaseosa y la fase líquida y, con ello, obtener un elevado valor de KLa.

Preferiblemente, la reacción se lleva a cabo en condiciones tales que el coeficiente KLa oscile entre 100 h-1 y 1000 h.

Para implementar el método de la invención, se puede hacer uso, por ejemplo, de un aparato que comprende reactores con una boquilla mezcladora de chorro por succión colocada interna o externamente.

De acuerdo con una realización preferida, se utiliza un reactor en circuito cerrado con una boquilla mezcladora de chorro por succión incorporada, un conducto de flujo de fase líquida externo, conectado al eyector y que comprende una bomba.

También se puede hacer uso, por ejemplo, de un aparato que comprenda reactores gas-líquido agitados o columnas de burbujeo que comprenden empaquetamientos.

La carga térmica Q liberada por la reacción de oxidación se puede determinar a partir... [Seguir leyendo]

1. Método para preparar una disolución acuosa de ácido glioxílico mediante oxidación de una disolución acuosa de glioxal con oxígeno o un gas que contiene oxígeno, caracterizado porque dicha oxidación se efectúa

- en presencia de una cantidad catalítica de ácido nítrico y/o al menos un óxido de nitrógeno, de entre 0, 005 y 0, 1 moles por mol de glioxal,

- en presencia de un ácido fuerte que no oxida glioxal, seleccionado del grupo que consiste en ácido clorhídrico, ácido bromhídrico, ácido sulfúrico, ácidos sulfónicos, resinas de intercambio de iones del tipo sulfónico, resinas perfluoradas portadoras de grupos sulfónicos o mezclas de los mismos, y

- manteniendo condiciones que satisfacen la ecuación KLa/Q > 10, en que KLa es el coeficiente volumétrico total de transferencia de masa (h-1) y Q es la carga térmica liberada por la reacción (vatios/mol de glioxal) .

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se utiliza una cantidad catalítica de ácido nítrico y/u óxido de nitrógeno de entre 0, 01 y 0, 07 moles por mol de glioxal.

3. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque se utiliza una cantidad catalítica de ácido nítrico y/u óxido de nitrógeno de entre 0, 01 y 0, 06 moles de glioxal.

4. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el óxido de nitrógeno se selecciona de los siguientes gases: óxido nítrico (NO) , dióxido de nitrógeno (NO2) , tetróxido de nitrógeno (N2O4) , trióxido de nitrógeno (N2O3) o mezclas de los mismos.

5. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el óxido de nitrógeno se selecciona de sales de metales del ácido nítrico o ácido nitroso tales como nitrito de sodio, nitrito de potasio, nitrato de sodio, nitrato de potasio, nitrato de plata, nitrato de cobre o mezclas de las mismas.

6. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se utiliza una cantidad de ácido fuerte que no oxida glioxal, de entre 0, 05 y 1 mol por mol de glioxal.

7. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se utiliza una cantidad de ácido fuerte que no oxida glioxal, de entre 0, 2 y 0, 7 moles por mol de glioxal.

8. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el ácido fuerte que no oxida glioxal se selecciona de ácido clorhídrico, ácido bromhídrico, ácido sulfúrico, ácido p-toluenosulfónico o mezclas de los mismos.

9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el ácido fuerte que no oxida glioxal es ácido clorhídrico.

10. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en calidad de ácido fuerte que no oxida glioxal se utiliza un compuesto que genera un ácido fuerte de este tipo.

11. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque KLa oscila entre 100 h-1 y 1000 h-1.

12. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se implementa utilizando un aparato que comprende un reactor con una boquilla mezcladora de chorro por succión colocada interna o externamente.

13. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque se implementa utilizando un aparato que comprende un reactor en un circuito cerrado con una boquilla mezcladora de chorro por succión incorporada, un conducto de flujo en fase líquida externo conectado al eyector y una bomba.

14. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se implementa utilizando un aparato que comprende reactores de gas-líquido agitados o columnas de burbujeo que comprenden empaquetamientos.

16. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque la relación del 5 coeficiente volumétrico total de transferencia de masa KLa (h-1) a la carga térmica liberada por la reacción Q (vatios/mol de glioxal) es tal que 10 < KLa/Q < 100.

17. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque el oxígeno o un gas que contiene oxígeno se introduce bajo una presión de entre 200 y 3000 kPa. 1.

18. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque se utiliza oxígeno.

19. Método de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizado porque el consumo de oxígeno oscila entre 0, 5 y 1 mol por cada mol de glioxal.

1.

20. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque se lleva a cabo a una temperatura entre la temperatura ambiente y 85ºC.

21. Método de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizado porque se lleva a cabo a una temperatura entre 35ºC 20 y 75ºC.

22. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque el reactor se pone en funcionamiento durante 1 hora a 20 horas.