Procedimiento para preparar sulfatos y/o sulfonatos en un sistema de micro-reacción.

Procedimiento para la preparación de sulfatos y/o sulfonatos por adición de trióxido de azufre a un compuesto que comprende al menos una función hidroxilo y/o al menos un doble enlace,

en donde la reacción se efectúa en un sistema de micro-reacción (μ-reactor), caracterizado porque

(i) el agente de sulfatación/sulfonación usado es un trióxido de azufre líquido y

(ii) la reacción se lleva a cabo en presencia de 0 a 20% en volumen de aire, gas inerte o disolventes orgánicos.

Procedimiento para preparar sulfatas y/o sultanatos en un sistema de micro-reacción Campo de la invención

La presente invención pertenece al campo de surfactantes aniónicos y se refiere a un procedimiento específico de sulfatación/sulfonación empleando un trióxido de azufre líquido en un sistema de micro-reacción.

Estado de la técnica

La tecnología actual para procedimientos de sulfatación o sulfonación con el fin de producir surfactantes aniónicos comienza a partir de dióxido de azufre gaseoso el cual se oxida a trióxido de azufre. Posteriormente, el SO3 gaseoso se mezcla con aire seco y luego se hace reaccionar con compuestos orgánicos tal como, por ejemplo, alcoholes primarios, olefinas, alquilfenoles, alquilbencenos o sus productos de alcoxilación. Si bien la reacción con un grupo hldroxilo conduce a un sulfato, la adición de SO3 a un doble enlace se traduce en la formación de un sultanato. El procedimiento estándar se lleva a cabo en reactores de película descendente y se describe con detalle, por ejemplo, por B. Gutsche et al. en Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. B4, 1992. Compañías como Ballestra o Chemlnthon proporcionan reactores disponibles comercialmente para el procedimiento de sulfatación/sulfonación empleando SO3 gaseoso diluido con aire, siendo así durante décadas. Se ha comprobado que la dilución del trióxido de azufre es obligado con el fin de reducir la potencia de oxidación del agente de sulfatación o sulfonación y evitar la formación de residuos carbonáceos en el reactor. Por ejemplo, en una modalidad muy común, se insufla aire al interior de un reactor tubular formando un tipo de cortina entre la película delgada de material de partida y el SO3.

Durante los últimos años, las reacciones en micro-sistemas han llegado a ser interesantes también para fines industriales. Una razón principal es que en una reacción exotérmica fuerte particular puede ser mucho más sencillo trabajar en un micro-sistema en lugar de un macro-sistema. Esto es también cierto para la sulfatación/sulfonación. Por ejemplo, Jáhnisch et al. describen la sulfatación/sulfonación en un reactor de película descendente micronizada[Chem. Eng. J. 107, 205-214 (2005)]. Kremer et al. describen el uso de trióxido de azufre líquido diluido por aire o gases inertes en la sulfatación/sulfonación de diversos materiales de partida [Chem. Spec. Mfr. Ass., Proc. Annu. Meet., 56, 105-109 (1970)]. La sulfatación/sulfonación de materiales de partida orgánicos tal como por ejemplo naftaleno, usando trióxido de azufre diluido por gases inertes o disolventes orgánicos constituye el objeto de la solicitudes de patente chinas CN 101947424 A y CN 101607925 A. En DE 10 2008 004 044 se describe la reacción de trióxido de azufre con poliéter terminado en grupo hidroxilo en un reactor de micro-estructura, pero el reactor no trabaja con trióxido de azufre líquido.

Aunque la tecnología de micro-reacción proporciona varias ventajas, en particular con respecto a una conversión más alta, contenidos más bajos en materiales residuales y subproductos y un color del producto significativamente mejor, un principal inconveniente es la necesidad de diluir el agente de sulfatación o sulfonación líquido en altas cantidades de normalmente alrededor de 90% en volumen, puesto que los gases inertes son extremadamente costosos y el uso de aire requiere una alta demanda de energía eléctrica para la compresión y secado.

Por tanto, el objeto de la presente invención ha consistido en proporcionar un procedimiento para la sulfatación o sulfonación en un sistema de micro-reacción empleando trióxido de azufre líquido como agente de sulfatación/sulfonación que está libre de los inconvenientes citados anteriormente y que en particular es de utilidad para la producción de surfactantes aniónicos con un bajo nivel de subproductos indeseados.

Descripción de la invención

El objeto de la presente invención es un procedimiento para preparar sulfatos y/o sultanatos por adición de trióxido de azufre a un compuesto que comprende al menos una función hidroxilo y/o al menos un doble enlace, en donde la reacción se efectúa en un sistema de micro-reacción (p-reactor), que se caracteriza porque

(i) el agente de sulfatación/sulfonación empleado es un trióxido de azufre líquido y

(ii) la reacción se efectúa en presencia de 0 a 20% en volumen de aire, gas inerte o disolventes orgánicos.

De manera sorprendente, se ha observado que a pesar de los prejuicios mencionados en el estado de la técnica es posible efectuar la sulfatación o sulfonación de materiales orgánicos por medio de trióxido de azufre líquido en diferentes tipos de sistemas de micro-reacción simplemente en presencia de aire, gas inerte o disolventes orgánicos o bien en bajas proporciones de dilución de 1 a 20, con preferencia de 5 a 10% en volumen. Evidentemente, esta observación simple pero inesperada permite reducir el marco económico de dicho procedimiento de manera importante, puesto que los productos de sulfatación/sulfonación pueden obtenerse en altos rendimientos y con una alta calidad bajo condiciones simples del procedimiento.

Reactores estructurados y sistemas de micro-reacción

Un elemento central de la presente invención consiste en el hallazgo de que los reactores estructurados permiten realizar la oxidación de etileno y propileno independientemente de los límites de explosión, dado que la reacción puede ser efectuada isotérmicamente, los reactantes tienen solo un tiempo de residencia mínimo en el reactor y los canales de reacción tienen diámetros que no exceden del espacio de seguridad experimental máximo. El término "espacio de seguridad experimental máximo" ha de entenderse como representando el diámetro máximo de un reactor en el cual una llama resultante de una explosión es todavía extinguida de forma automática. Estas circunstancias hacen posible el uso de cualesquiera mezclas de etileno o propileno y agente oxidante y no obstante operar también el reactor de manera segura en el intervalo de expresión.

El término "reactor estructurado" ha de entenderse como representando una disposición de canales de reacción que pueden ser operados de manera individual, en módulos o también de forma conjunta y que están dispuestos en una matriz que sirve para fines de estabilización, fijación, calentamiento o enfriamiento. El reactor estructurado es aquel de sistemas de micro-reacción, que también son referidos en general como micro- o ^.-reactores. Los mismos tienen la característica de que al menos una de las tres dimensiones de la cámara de reacción tiene una medida del orden de 1 a 2.000 pim y, de este modo, presentan una elevada área superficial interna específica de transferencia, cortos tiempos de residencia de los reactantes y altos comportamientos específicos de transferencia de calor y masa. Un artículo detallado a este respecto puede encontrarse, por ejemplo, en Jáhnisch et al. en Angewandte Chemie Vol. 116, 410-451 (2004). A modo de ejemplo se hace referencia a la solicitud de Patente europea EP 0903174 A1 (Bayer), en donde se describe la oxidación en fase líquida de compuestos orgánicos en un micro-reactor consistente en una disposición de canales de reacción paralelos. Los micro-reactores pueden comprender además componentes microelectrónicos como constituyentes integrales. En contraste con los sistemas micro-analíticos conocidos, es de ningún modo necesario en los micro-reactores que todas las dimensiones laterales de la cámara de reacción se encuentren dentro del intervalo de mm. En su lugar, sus dimensiones se determinan exclusivamente por el tipo de reacción. Por tanto, para reacciones particulares, micro-reactores útiles son también aquellos en donde un número particular de micro-canales están en haz, de manera que micro- y macro-canales o una operación paralela de una multitud de micro-canales pueden estar presentes juntos entre sí. Los canales están dispuestos preferentemente de forma paralela entre sí con el fin de permitir un alto caudal y mantener la caída de presión lo más baja posible.

Soportes

Los sistemas de micro-reacción pueden estar hechos de una sola pieza, por ejemplo de cerámica o acero (Hastelloy) o están montados sobre un soporte.

Los soportes en los cuales se definen la estructura y dimensiones de los sistemas de micro-reacción pueden ser combinaciones de materiales, por ejemplo, silicio-silicio, vidrio-vidrio, metal-metal, metal-plástico, plástico-plástico o cerámica-cerámica, o bien combinaciones de estos materiales, aunque la modalidad preferida es un material compuesto de silicio-cristal. Soportes útiles también incluyen poliacrilatos que se producen mediante endurecimiento... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación de sulfatas y/o sultanatos por adición de trióxido de azufre a un compuesto que comprende al menos una función hidroxilo y/o al menos un doble enlace, en donde la reacción se efectúa en un sistema de micro-reacción (p-reactor), caracterizado porque

(i) el agente de sulfataclón/sulfonaclón usado es un trióxido de azufre líquido y

(ii) la reacción se lleva a cabo en presencia de 0 a 20% en volumen de aire, gas inerte o disolventes orgánicos.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de micro-reacción está hecho de material cerámico o acero u, opclonalmente, montado sobre un soporte.

3. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 y/o 2 anteriores, caracterizado porque el soporte es un material compuesto de silicio-vidrio.

4. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 3 anteriores, caracterizado porque los sistemas de micro-reacción tienen todos ellos la misma geometría o geometrías diferentes.

5. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los sistemas de micro- reacción tienen dimensiones del orden de 1 a 2.000 pm en al menos una dimensión.

6. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 5 anteriores, caracterizado porque los sistemas de micro-reacción son canales que tienen una longitud de 1 a 5.000 mm.

7. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 6 anteriores, caracterizado porque los sistemas de micro-reacción tienen una o más zonas de mezcla, una o más zonas de reacción, una o más zonas de mezcla y reacción, una o más zonas de calentamiento o enfriamiento o cualesquiera combinaciones de las anteriores.

8. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 7 anteriores, caracterizado porque el sistema de micro-reacción es un micro-reactor de múltiples canales con 100 a 1.000.000 de micro-canales.

9. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 8 anteriores, caracterizado porque el sistema de micro-reacción es un micro-reactor con haces de tubos con 1 a 100 micro-tubos.

10. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 9 anteriores, caracterizado porque la sulfatación/sulfonación se efectúa a temperaturas del orden de -20 a 180° C.

11. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 10 anteriores, caracterizado porque los productos de sulfatación/sulfonación se someten a una etapa de neutralización.

12. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 11 anteriores, caracterizado porque los compuestos que comprenden al menos una mitad hidroxilo corresponden a la fórmula general (I)

R1(CO)nO(AO)mH (I)

en donde

R1 representa un grupo hidrocarbilo saturado o insaturado, opcionalmente hidroxi-sustituido, que tiene de 1 a 22 y 0 o 1 a 3 dobles enlaces, o un grupo alquilfenol que tiene de 1 a 12 átomos de carbono en la cadena alquilo;

n representa 0 o 1;

m representa 0 o un entero de 1 a 200; y

AO representa una unidad de óxido de etileno, óxido de propileno u óxido de butileno o sus mezclas.

13. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 12 anteriores, caracterizado porque dichos compuestos que comprenden al menos un doble enlace corresponden a la fórmula general (II)

R2 Ph (II)

en donde R2 representa un grupo alquilo que tiene de 1 a 22 átomos de carbono y Ph representa un grupo fenilo.

14. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 13 anteriores, caracterizado porque dichos compuestos que comprenden al menos un doble enlace se eligen del grupo consistente en olefinas, alcoholes primarios insaturados, ácidos mono- o dicarboxílicos insaturados y sus ésteres, glicéridos sintéticos insaturados o grasas y aceites de origen natural, amidas insaturadas y sus mezclas.