Proceso para producir óxido de propileno.

Un proceso para producir óxido de propileno que comprende

(I) hacer reaccionar propeno con peróxido de hidrógeno en la presencia de un catalizador para dar una mezcla (GI) quecomprende óxido de propileno,

propeno sin reaccionar y oxígeno;

(II) separar óxido de propileno de la mezcla (GI) para dar una mezcla (GII) que comprende propeno y oxígeno;

(III) agregar hidrógeno a la mezcla (GII) y reducir el oxígeno contenido en la mezcla (GII) al menos parcialmente porreacción con hidrógeno en presencia de un catalizador que comprende cobre en forma elemental y/o oxidada sobre unsoporte, en donde el cobre está presente sobre el soporte en una cantidad de 30 a 80% en peso, con base en elcatalizador completo calculado como CuO.

Proceso para producir óxido de propileno Campo de la invención La presente invención se relaciona con un proceso para producir óxido de propileno por epoxidación de propeno con peróxido de hidrógeno en la presencia de un catalizador, en donde una mezcla (GII) obtenida en el proceso la cual comprende propeno y oxígeno es sometida a una reacción de reducción, con el fin de reducir el oxígeno por adición de y reacción con hidrógeno a la mezcla (GII) en la presencia de un catalizador que comprende cobre en forma elemental y/o oxidada sobre un soporte, en donde el cobre está presente en el soporte en una cantidad de 30 a 80% en peso, con base en el peso del catalizador completo y calculada como CuO.

Antecedentes de la invención Los procesos para reducir la concentración de oxígeno en mezclas gaseosas que comprenden, por ejemplo, oxígeno, compuestos olefínicos y otros compuestos que contienen carbono tales como hidrocarburos son conocidos ya de la técnica anterior.

La DE 101 55 470 A1 describe un método para la síntesis de óxido de propileno por epoxidación de propeno con recuperación de propeno sin reaccionar, en el cual el propeno es recuperado de al menos una porción de una corriente de salida de la síntesis de óxido de propileno por (i) adición de nitrógeno a la corriente de salida de gas, (ii) compresión y (iii) condensación de la corriente resultante, (iv) someter la corriente a permeación de gas y (v) separación. Durante la condensación, una corriente de vapor que comprende propeno, nitrógeno y oxígeno, es separada de una corriente líquida y se alimenta a permeación de gas. La adición de nitrógeno se lleva a cabo de tal manera que se obtenga una corriente que resulte del retenido de la permeación de gas el cual tiene un bajo contenido de oxígeno. Así, se evita la formación de una mezcla inflamable.

La EP 0 719 768 A1 describe un proceso para recuperar una olefina y oxígeno los cuales están comprendidos en una corriente de salida de gas obtenida de la reacción catalítica de la olefina con peróxido de hidrógeno. En este proceso de separación, la corriente de salida de gas se pone en contacto con un agente de absorción tal como isopropanol. Con el

fin de evitar mezclas de gas inflamables, debe agregarse un gas inerte como metano.

En sus tesis de diploma, K. Dehmel, Universidad de Hamburgo, Departamento de Física, octubre de 1999, divulga que una mezcla gaseosa de argón, CF4 y dióxido de carbono, puede ser liberada de oxígeno por hidrogenación catalítica del oxígeno utilizando gas hidrógeno en presencia de un catalizador, a saber óxido de cobre sobre un soporte de silicato de magnesio. Este documento no divulga mezclas gaseosas que comprendan olefinas y oxígeno, de las cuales deba retirarse el oxígeno.

La US 6, 204, 218 B1 divulga un catalizador y un proceso para purificar corrientes de materiales. El catalizador usado comprende en su composición activa de 0.05 a 1.0% en peso de al menos un metal o compuesto de un metal del grupo 10º de la Tabla Periódica de los Elementos y de 0.05 a 1.0% de al menos un metal o compuesto del metal del grupo 11º de la Tabla Periódica de los Elementos, con la relación en peso del metal del grupo 11º al metal del grupo 10º de 0.95 a 1.05 y, como soporte, un soporte catalizador que contiene SiO2. Este catalizador puede ser utilizado en procesos para eliminar alquinos, dienos y/o hidrocarburos monoinsaturados u oxígeno de corrientes de materiales.

La US 6, 069, 388 divulga un proceso para separar selectivamente hidrógeno, o hidrógeno y monóxido de carbono a partir de hidrocarburos olefínicos. Esta separación se logra poniendo en contacto la mezcla con oxígeno sobre un catalizador en condiciones suficientes para oxidar el hidrógeno para formar agua a la vez que suprime la reacción de los 40 hidrocarburos insaturados reactivos. El catalizador contiene al menos un metal u óxido de metal de los grupos IB, IIB, IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB y VIII de la Tabla Periódica de los Elementos. Con el fin de oxidar el hidrógeno presente en la mezcla que va a ser tratada, se agrega oxígeno a esta mezcla en una cantidad que es inferior a la cantidad estequiométrica requerida para reaccionar con el hidrógeno, y opcionalmente cualquier monóxido de carbono. En una segunda etapa, el monóxido de carbono restante se hace reaccionar con agua en una reacción de desplazamiento de 45 agua con gas para dar dióxido de carbono e hidrógeno, y cualquier hidrógeno restante se hace reaccionar con la pequeña porción del hidrocarburo insaturado activo presente.

La US 4, 869, 883 divulga un purificador de gas inerte para nitrógeno en volumen sin el uso de hidrógeno u otros gases reductores. Se divulga un proceso de tres etapas utilizando cobre, óxido de cobre y un adsorbente de tamiz molecular para la eliminación secuencial de oxígeno, hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono y agua a partir de una 50 corriente de gas inerte. El oxígeno que está presente en la corriente de gas inerte en volumen se hace reaccionar con el monóxido de carbono y el hidrógeno presente en la corriente de gas inerte en volumen en presencia de un catalizador que contiene cobre reducido a una temperatura de 150 a 250ºC para formar dióxido de carbono y agua. El monóxido de carbono y el hidrógeno sin reaccionar de esta etapa se hacen reaccionar con el componente oxígeno de un catalizador que contiene óxido de cobre a una temperatura de 150 a 250ºC para formar dióxido de carbono, agua y cobre reducido. El agua y el dióxido de carbono se retiran por adsorción sobre un adsorbente preferiblemente un adsorbente de tamiz molecular.

La WO 2008/023051 A1 divulga un proceso para la eliminación de oxígeno, óxidos de nitrógeno, acetilenos y/o dienos de mezclas gaseosas que contienen hidrógeno y ricas en olefinas. La mezcla de gases comprende adicionalmente hidrógeno, una o más olefinas, que no son dienos, y opcionalmente compuestos adicionales, y se pone en contacto con un catalizador en una zona de reacción, en donde el catalizador comprende sulfuro de cobre (I) .

La DE 19 29 977 divulga un proceso para la purificación de olefinas, que comprende poner en contacto una mezcla que comprende olefinas, por ejemplo etileno y propileno, en la fase gaseosa con una masa catalítica que comprende óxido de cobre (CuO) el cual puede ser regenerado subsecuentemente con un gas que comprende oxígeno. El hidrógeno es retirado de dicha mezcla gaseosa por reacción con óxido de cobre (I) para obtener cobre en forma elemental y agua. Tratando el cobre en forma elemental con gas oxígeno, se forma de nuevo óxido de cobre (II) .

La DE 32 28 023 A1 divulga un proceso para obtener hidrocarburos a partir de una mezcla gaseosa que comprende de 5 a 15% en volumen de oxígeno, en donde el hidrocarburo está adsorbido con un adsorbente adecuado. Antes de la adsorción, la cantidad de oxígeno puede ser reducida por reducción catalítica. En esta reducción, se utiliza un catalizador de cobre que comprende cobre en una cantidad de menos de 5% en peso.

La US 5, 446, 232 divulga un proceso adicional para eliminar oxígeno a partir de gases de hidrocarburos. Con este método es posible retirar oxígeno de hidrógeno, hidrocarburo o gas hidrocarburo hidrogenado que contiene de aproximadamente 0.01 hasta aproximadamente 10% molar de oxígeno. La eliminación de oxígeno se logra poniendo en contacto el gas con un catalizador hopcalita. El oxígeno es eliminado por reacción con los hidrocarburos presentes en la mezcla para formar agua y dióxido de carbono. El catalizador es una mezcla de CuO y MnO2.

La WO 2004/033598 A1 describe un proceso para la eliminación de oxígeno a partir de una mezcla de gas que comprende oxígeno, al menos una olefina, hidrógeno, monóxido de carbono y opcionalmente al menos un alquino en 25 donde la relación de oxígeno: hidrógeno en la mezcla de gas es 1 parte por volumen de oxígeno a al menos 5 partes de volumen de hidrógeno, esto es, la relación de volumen de oxígeno a hidrógeno debe ser más pequeña que o igual a 0.2. De acuerdo con lo anterior, los ejemplos 9 y 10 de la WO 2004/033598 A1 divulgan corrientes de gas que tienen una relación molar de oxígeno: hidrógeno de 0.0034, esto es, una relación molar de hidrógeno : oxígeno de 294, y los ejemplos 11 y 12 divulgan corrientes de gas que tienen una relación de oxígeno: hidrógeno de 0.0052, esto es, una 30 relación molar de hidrógeno: oxígeno de 192. El proceso comprende poner en contacto la mezcla de gas con el catalizador en una sola reacción bajo condiciones suficientes para oxidar al menos una porción del hidrógeno y al menos una porción del monóxido de carbono, sin hidrogenación significativa de al menos una olefina. El catalizador comprende... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para producir óxido de propileno que comprende (I) hacer reaccionar propeno con peróxido de hidrógeno en la presencia de un catalizador para dar una mezcla (GI) que comprende óxido de propileno, propeno sin reaccionar y oxígeno;

(II) separar óxido de propileno de la mezcla (GI) para dar una mezcla (GII) que comprende propeno y oxígeno;

(III) agregar hidrógeno a la mezcla (GII) y reducir el oxígeno contenido en la mezcla (GII) al menos parcialmente por reacción con hidrógeno en presencia de un catalizador que comprende cobre en forma elemental y/o oxidada sobre un soporte, en donde el cobre está presente sobre el soporte en una cantidad de 30 a 80% en peso, con base en el catalizador completo calculado como CuO.

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el catalizador empleado en (III) cobre está presente en una cantidad de 40 a 50% en peso, con base en el catalizador completo y calculado como CuO.

3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el soporte del catalizador empleado en (III) es un material inorgánico que comprende silicio, oxígeno y al menos un elemento escogido del grupo consistente de metales alcalinos y metales alcalinotérreos.

4. El proceso de acuerdo con la cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el soporte comprende al menos 99% en peso de silicato de magnesio con base en el peso total del soporte.

5. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el cobre es el único metal catalíticamente activo en el catalizador empleado en (III) .

6. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el catalizador empleado en (III)

comprende adicionalmente al menos un promotor escogido del grupo consistente de Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Ca, Sr, Ba, Sc, Ti, V, Nb, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Zn y mezclas de los mismos.

7. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde en (I) , se hace reaccionar propeno con peróxido de hidrógeno en presencia de un catalizador de zeolita que contiene titanio y en presencia de metanol como solvente.

8. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde la mezcla (GII) comprende adicionalmente propano.

9. El proceso de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la mezcla (GII) comprende de 1.0 a 5% en peso de oxígeno, de 85 a 97.5% en peso de propeno y de 0.5 a 10% en peso de propano, con base en cada caso en el peso total de la mezcla (GII) .

10. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde en (III) , se agrega hidrógeno en cantidad tal que la relación molar de hidrógeno a oxígeno está en el rango de 0.1:1 a 4.5:1.

11. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde (III) , la reducción se lleva a cabo a una temperatura de 100 a 500ºC, preferiblemente de 175 a 250ºC, y una presión de 0.1 a 100 bar, preferiblemente de 10 a 20 bar.

12. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde la mezcla (GIII) resultante de (III) es usada al menos parcialmente para calentar al menos parcialmente la mezcla (GII) hasta una temperatura de 150 a 300ºC.

13. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde la mezcla (GIII) resultante de (III) tiene un contenido de oxígeno de no más de 800 ppm.

14. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde al menos la etapa (III) se lleva a cabo en un proceso operado de manera continua con un tiempo de operación de al menos 200 h, preferiblemente al menos 500 h, más preferiblemente al menos 1000 h.

15. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, que comprende adicionalmente (IV) separar el propeno de la mezcla (GIII) resultante de (III) y reintroducir el propeno separado en (I)

16. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en donde, entre las etapas (II) y (III) , la mezcla (GII) es comprimida desde una presión de 1 a 5 bar hasta una presión de 15 a 20 bar.

17. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16 que comprende

(I) hacer reaccionar el propeno con peróxido de hidrógeno en la presencia de un catalizador de silicalita de titanio, preferiblemente un catalizador de silicalita de titanio-1 (TS-1) para dar una mezcla (GI) que comprende de 8 a 13% en peso de óxido de propileno, de 2 a 7% en peso de propeno sin reaccionar, de 0.01 a 1% en peso de propano, y de 0.02 a 0.5% en peso de oxígeno;

(II) separar el óxido de propileno de la mezcla (GI) para dar, opcionalmente después de al menos una etapa intermedia,

una mezcla (GII) que comprende de 85 a 97.5% en peso de propeno, de 0.5 a 10% en peso de propano, y de 1.0 a 5% en peso de oxígeno, en cada caso con base en el peso total de la mezcla (GII) ;

(III) agregar hidrógeno a la mezcla (GII) y reducir el oxígeno comprendido en la mezcla (GII) al menos parcialmente por reacción con hidrógeno en la presencia de un catalizador que comprende cobre en forma elemental y/o oxidada y al menos un promotor soportado sobre silicato de magnesio, teniendo el catalizador una superficie BET determinada de acuerdo con DIN 66131 que va desde 20 a 300 m2/g, y un contenido de cobre de 40 a 50% en peso, con base en el peso total de catalizador y calculado como CuO, para obtener una mezcla (GIII) que tiene un contenido de oxígeno de 800 ppm como máximo;

(IV) separar el propeno de la mezcla (GIII) y reintroducir el propeno separado, que tiene un contenido de oxígeno preferido de 10 ppm como máximo, en (I) ,

En donde (III) , la reacción de reducción se lleva a cabo a una temperatura desde 175 a 250ºC, y a una presión en el rango de 10 a 20 bar, y en donde en (III) , se agrega hidrógeno en una cantidad tal que la relación molar de hidrógeno a oxígeno está en el rango de 0.3:1 a 3.5:1.