Proceso de alquilación aromática.

Un método de alquilación de un compuesto aromático, que comprende:

a) poner en contacto un compuesto aromático, un agente de alquilación, hidrógeno, un gas inerte o una mezcla de los mismos y agua con un catalizador de zeolitas selectivo en cuanto a la forma en un reactor, en las etapas de: 1) introducir hidrógeno, un gas inerte o una mezcla de los mismos en el reactor, a una temperatura del reactor de 200ºC a menos de 400ºC; y

2) introducir un agente de alquilación en el reactor a una temperatura del reactor de más 400ºC a 700ºC; b) retirar un compuesto aromático alquilado del reactor.

Proceso de alquilación aromática

Antecedentes de la invención Campo de la invención La invención se refiere generalmente a un proceso para la alquilación de compuestos aromáticos, por ejemplo la metilación de tolueno, con un catalizador de zeolita, por ejemplo zeolita de aluminosilicato, que ha sido modificado para que sea un catalizador selectivo en cuanto a la forma, en presencia de hidrógeno y vapor de agua, refiriéndose dicho proceso a la introducción al agente de alquilación e hidrógeno en cierto orden de introducción y en un cierto intervalo de temperaturas.

Descripción de la técnica anterior

La metilación de tolueno (TN) es una reacción catalítica de tolueno con metanol para producir xilenos, como se muestra a continuación:

La metilación de tolueno es una reacción equimolar, es decir, un mol de tolueno reacciona con un mol de metanol. Además de la metilación de tolueno, se pueden producir muchas reacciones secundarias competitivas. El metanol puede reaccionar consigo mismo para formar olefinas. El tolueno puede ser sobre-alquilado para formar compuestos aromáticos de C9+. Para reducir estas reacciones secundarias, la relación en moles de tolueno: metanol debe ser mayor que 1:1 o estar en el intervalo de 2:1 a 20:1.

Las zeolitas son sólidos cristalinos constituidos por unidades tetraédricas de SiO4 sustituidas con aluminio conjuntamente unidas para formar estructuras diferentes de anillos y jaulas en forma de un marco cristalino que 30 pueden ser usadas como catalizador para la metilación de tolueno. La estructura física de las zeolitas es muy porosa con un gran área superficial interna y externa. Las zeolitas pueden ser catalizadores selectivos en cuanto a la forma debido a efectos estéricos y electrónicos. Las propiedades selectivas en cuanto a la forma pueden ser obtenidas modificando la zeolita, por ejemplo, estrechando el tamaño de las aberturas de poros de la zeolita, mediante inactivación de la superficie externa de la zeolita o alterando la acidez de la zeolita. El depósito de ciertos compuestos o elementos sobre la zeolita puede hacerla más selectiva en cuanto a la forma, por ejemplo, compuestos que contengan hierro, zinc, fósforo, óxidos de metales de tierras raras, etc.

En la síntesis de p-xileno mediante metilación de tolueno, la conversión de tolueno y la selectividad de p-xileno, es decir, la concentración de p-xileno en los isómeros de xileno, son de importancia comercial. El para-xileno (PX) es de valor particular como un intermedio químico de volumen grande en un cierto número de aplicaciones que son útiles en la fabricación de tereftalatos que son intermedios para la fabricación de PET. Sería ventajoso para un proceso producir p-xileno a concentraciones de al menos 85% o al menos 90%.

La patente de EE.UU. nº 4.152.364 describe un proceso para la producción selectiva de para-xileno mediante metilación de tolueno en presencia de un catalizador de zeolita que ha sido modificado o tratado con un compuesto de fósforo. La metilación de tolueno se hace poniendo en contacto tolueno con metanol a una temperatura entre aproximadamente 250ºC y aproximadamente 750ºC, preferentemente entre aproximadamente 400ºC y aproximadamente 700ºC. No hay ninguna descripción de que el tolueno y el metanol se introduzcan en el reactor separadamente o a temperaturas diferentes.

La patente de EE.UU nº 4.250.345 describe un proceso para la producción selectiva de para-xileno mediante metilación de tolueno en presencia de un catalizador de zeolita que ha sido modificado o tratado con un compuesto de fósforo. La metilación de tolueno se hace poniendo en contacto tolueno con metanol a una temperatura entre aproximadamente 250 ºC y aproximadamente 750ºC, preferentemente entre aproximadamente 500ºC y aproximadamente 700ºC. No hay ninguna descripción de que el tolueno y el metanol se introduzcan en el reactor separadamente o a temperaturas diferentes.

La patente de EE.UU. nº 7.084.318 describe un método para preparar un compuesto de xileno con catalizador ZSM5 tratado con fósforo que tiene un procedimiento de puesta en marcha introduciendo tolueno, metanol e hidrógeno a una velocidad espacial horaria líquida (LHSV) de más de 5 h-1 a una temperatura de 200ºC o más, actuando a estas condiciones durante media hora hasta 20 horas y reduciendo seguidamente la LHSV y aumentando la temperatura a 500ºC- 700ºC. No hay ninguna descripción de que el tolueno y el metanol se introduzcan en el reactor separadamente o a temperaturas diferentes.

Sería ventajoso un proceso que aumentara la concentración de p-xileno en la corriente de productos mixtos de xileno y que disminuyera la desactivación del catalizador y mantuviera la conversión de tolueno para aumentar el 20 tiempo en la corriente.

Sumario de la invención La presente invención es un método de alquilación de un compuesto aromático, que comprende:

a) poner en contacto un compuesto aromático, un agente de alquilación, hidrógeno, un gas inerte o una mezcla de los mismos y agua con un catalizador de zeolitas selectivo en cuanto a la forma en un reactor, en las etapas de:

1) introducir hidrógeno, un gas inerte o una mezcla de los mismos en el reactor, a una temperatura del reactor de 30 aproximadamente 200ºC a menos de aproximadamente 400ºC; y

2) introducir un agente de alquilación en el reactor a una temperatura del reactor de más aproximadamente 400ºC a aproximadamente 700ºC;

b) retirar un compuesto aromático alquilado del reactor.

Poner en contacto el compuesto aromático, el agente de alquilación, hidrógeno, un gas inerte o una mezcla de los mismos y agua con un catalizador de zeolita selectivo cuanto a la forma en un reactor puede comprender las etapas de:

1) calentar el reactor a una temperatura de aproximadamente 200ºC a menos de aproximadamente 400ºC;

2) introducir hidrógeno, un gas inerte o una mezcla de los mismos en el reactor a una temperatura del reactor de aproximadamente 200ºC a menos de aproximadamente 400ºC; 45 3) calentar el reactor a una temperatura de más de aproximadamente 400ºC a aproximadamente 700ºC; y

4) introducir un agente de alquilación en el reactor a una temperatura del reactor de más de aproximadamente 400ºC a aproximadamente 700ºC; en que el compuesto aromático es introducido en el reactor en la etapa 2) etapa 3) o 50 etapa 4) y el agua es introducida en el reactor en la etapa 2) , etapa 3) o etapa 4) .

Breve descripción de los dibujos La figura 1 muestra un gráfico de horas de corriente frente a porcentaje de conversión de tolueno para los ejemplos 55 1-7 con hidrógeno, vapor de agua, tolueno y metanol, siendo introducido cada uno en el reactor a una temperatura de 200ºC o de 480ºC.

Descripción de realizaciones de la invención 60 La metilación de tolueno se conoce que se produce sobre catalizadores de zeolita o de tipo zeolita, en particular catalizadores de zeolita de tipo ZSM-5. Generalmente, se forma una mezcla de equilibrio termodinámico de orto (o) -, meta (m-) y para (p) -xilenos a partir de la metilación de tolueno. Las composiciones en equilibrio termodinámico de o, m- y p-xilenos pueden ser de aproximadamente 25, 50 y 25% en moles, respectivamente, a una temperatura de la reacción de aproximadamente 500ºC. Sin embargo, esta metilación del tolueno se puede producir en una amplia 65 gama de temperaturas.

Es deseable un grado de pureza elevado (99 + %) de p-xileno para su oxidación en un proceso de ácido tereftálico. Por tanto, es deseable una concentración aumentada de p-xileno sobre el equilibrio.

La zeolita es un aluminosilicato hidratado cristalino que puede contener también otros metales como sodio, calcio,

bario y potasio y que tiene propiedades de intercambio iónico (Encarta® World English Dictionar y [North American Edition] © & (P) 2001 Microsoft Corporation) . Ejemplos de zeolitas son ZSM-5, ZSM-11, intermedio de ZSM-5/ ZSM11, ZSM-12, ZSM-21, ZSM-22, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-38, ZSM-48, ZSM-50, MCM-22, zeolita L, zeolita beta y mordenita que son conocidas en la técnica. La presente invención incorpora la modificación de zeolitas para que sean catalizadores selectivos en cuanto a la forma.

La zeolita ZSM-5 es un material poroso que contiene una estructura de poros bidimensional en intersección con anillos de oxígeno de 10 miembros. Las zeolitas con estas estructuras de poros de anillos de oxígeno de 10 miembros son clasificadas a menudo como zeolitas de poros medios. Como se usa en la presente memoria descriptiva, la expresión “de tipo ZSM-5” está previsto que se refiera a zeolitas que son isoestructuralmente iguales que las zeolitas ZSM-5. Adicionalmente, los términos... [Seguir leyendo]

1. Un método de alquilación de un compuesto aromático, que comprende:

a) poner en contacto un compuesto aromático, un agente de alquilación, hidrógeno, un gas inerte o una mezcla de los mismos y agua con un catalizador de zeolitas selectivo en cuanto a la forma en un reactor, en las etapas de: 1) introducir hidrógeno, un gas inerte o una mezcla de los mismos en el reactor, a una temperatura del reactor de 200ºC a menos de 400ºC; y 2) introducir un agente de alquilación en el reactor a una temperatura del reactor de más 400ºC a 700ºC; b) retirar un compuesto aromático alquilado del reactor.

2. El método de la reivindicación 1, en el que el hidrógeno, el gas inerte o mezcla de los mismos son introducidos en el reactor a una temperatura del reactor en el intervalo de 200ºC a 250ºC.

3. El método de la reivindicación 1, en el que el agente de alquilación es introducido en el reactor a una temperatura del reactor en el intervalo de 400ºC a 500ºC.

4. El método de la reivindicación 1, que comprende:

poner en contacto el compuesto aromático, el agente de alquilación, hidrógeno, un gas inerte o una mezcla de los mismos y agua con el catalizador de zeolita selectivo cuanto a la forma en un reactor en las etapas de: 25 1) calentar el reactor a una temperatura de 200ºC a menos de 400ºC;

2) introducir hidrógeno, un gas inerte o una mezcla de los mismos en el reactor a una temperatura del reactor de 200ºC a menos de 400ºC;

3) calentar el reactor a una temperatura de más de 400ºC a 700ºC; y

4) introducir un agente de alquilación en el reactor a una temperatura del reactor de más de 400ºC a 700ºC;

en que el compuesto aromático es introducido en el reactor en la etapa 2) , etapa 3) o etapa 4) y el agua es introducida en el reactor en la etapa 2) , etapa 3) o etapa 4) .

5. El método de la reivindicación 4, en el que el calentamiento del reactor en la etapa 1) es a una temperatura en el intervalo de 200ºC a 250ºC.

6. El método de la reivindicación 5, en el que el calentamiento del reactor es tratando con vapor de agua el catalizador durante 1 a 16 horas.

7. El método de la reivindicación 4, en el que es introducido hidrógeno en el reactor en la etapa 1) mientras el reactor 45 está siendo calentado a una temperatura de 200ºC hasta menos de 400ºC.

8. El método de la reivindicación 4, en el que el compuesto aromático y el agente de alquilación son mezclados antes de ser introducidos en el reactor en la etapa 4) .

9. El método de la reivindicación 4, en el que el calentamiento del reactor en la etapa 3) es a una temperatura en el intervalo de 400ºC a 5000ºC.

10. El método de la reivindicación 1 ó 4, en el que la zeolita es una zeolita ZSM-5. 55 11. El método de la reivindicación 1 ó 4, en el que el compuesto aromático es tolueno.

12. El método de la reivindicación 1 ó 4, en el que el compuesto aromático es tolueno y el agente de alquilación es metanol.

13. El método de la reivindicación 12, en el que la relación en moles de tolueno:metanol es mayor que 1:1, preferentemente, en el que la relación en moles de tolueno:metanol está en el intervalo de 2:1 a 20:1.

14. El método de la reivindicación 1 ó 4, en el que el catalizador de zeolita comprende una zeolita tratada con fósforo

que tiene un contenido de fósforo de 0, 01 a 0, 15 gramos de fósforo por gramo de zeolita. 65

15. El método de la reivindicación 4, en el que el agua y el compuesto aromático son introducidos en el reactor en la etapa 4) ; o en el que el agua introducida en el reactor en la etapa 2) y el compuesto aromático es introducido en el reactor en la etapa 4) ; o en el que el compuesto aromático y el agua son introducidos en el reactor en la etapa 2) .