Proceso para la producción de ácido glicólico.

Un proceso para la producción de ácido glicólico en presencia de agua que comprende la puesta en contacto demonóxido de carbono y formaldehído con un catalizador que comprende un compuesto de polioxometalato ácidoencapsulado dentro de los poros de una zeolita,

caracterizado por que la zeolita tiene jaulas más grandes que elcompuesto de polioxometalato ácido, y tiene poros con un diámetro más pequeño que el diámetro del compuesto depolioxometalato ácido.

Proceso para la producción de ácido glicólico Esta invención se refiere a la producción de ácido glicólico, y más en particular a la producción de ácido glicólico mediante carbonilación de formaldehído.

El etilenglicol es un producto químico utilizado en grandes cantidades y de forma generalizada, siendo uno de sus usos principales la producción de plásticos y fibras de poliéster. Se prepara ampliamente mediante la hidratación de óxido de etileno, que se fabrica mediante la oxidación de etileno.

Un método alternativo de producción de etilenglicol que evita la necesidad de un derivado de etileno, y en consecuencia la necesidad de un craqueo con vapor para producir etileno, es utilizar compuestos C1 como materias primas. Dichos procesos incluyen la reacción de monóxido de carbono con formaldehído, que da lugar a la formación de ácido glicólico, que a continuación se puede convertir en etilenglicol mediante procesos tales como hidrogenación, opcionalmente después de haber sido convertido en primer lugar en un éster del ácido glicólico.

Por ejemplo, He y col. en Catalysis Today, 51 (1999) , 127-134, describen la utilización de heteropoliácidos como catalizadores homogéneos para la carbonilación de formaldehído o formiato de metilo.

Los documentos de Estados Unidos 2.152.852 y Estados Unidos 2.153.064 describen procesos en los que el formaldehído se pone en contacto con un catalizador ácido y monóxido de carbono, preferentemente con agua, a temperaturas y presiones elevadas para producir ácido glicólico. Se indica que los ácidos inorgánicos y orgánicos son adecuados. En el documento de Estados Unidos 2.153.064 se indica que son adecuadas presiones de 0, 5 MPa a 152 MPa (5 a 1500 atmósferas) y temperaturas de 50 a 350 °C.

El documento de Estados Unidos 3.911.003 describe la producción de ácido hidroxiacético (ácido glicólico) a partir de monóxido de carbono, agua y formaldehído utilizando un catalizador de fluoruro de hidrógeno. Se indica que son adecuadas temperaturas de 0 a 100 °C y presiones parciales de CO de 0, 16 MPa a 27, 7 MPa (10 a 4000 psig (1, 6 a 273 atm) ) . Se indica que la presión total es sólo de un 1 a un 10% superior a la presión parcial de CO.

El documento WO 01/49644 describe un proceso en el que se hace reaccionar formaldehído o uno de sus derivados con monóxido de carbono en presencia de un catalizador ácido y un disolvente de sulfona, el catalizador ácido que tiene un valor de pKa por debajo de -1. Se indica que se prefieren los ácidos sulfónicos halogenados, aunque también se indica que como catalizadores heterogéneos son adecuadas las resinas de intercambio iónico muy ácidas.

El documento EP 0 114 657 desvela un proceso para la producción de ácidos hidroxicarboxílicos mediante carbonilación utilizando catalizadores de zeolita.

Aún existe la necesidad de un proceso alternativo para la producción de ácido glicólico a partir de reactivos C1, y también la necesidad de un proceso para la producción de ácido glicólico a partir de reactivos C1 en el que el catalizador sea resistente a la lixiviación.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un proceso para la producción de ácido glicólico en presencia de agua que comprende la puesta en contacto de monóxido de carbono y formaldehído con un catalizador que comprende un compuesto de polioxometalato ácido encapsulado dentro de los poros de una zeolita, caracterizado por que la zeolita tiene jaulas más grandes que el compuesto de polioxometalato ácido, y que tiene poros con un diámetro más pequeño que el diámetro del compuesto de polioxometalato ácido.

Los compuestos de polioxometalato comprenden aniones de polioxometalato, cuya estructura está basada en una pluralidad de especies de óxidos metálicos condensados. Con protones en forma de contraiones, presentan acidez de Brönsted. Existe una serie de estructuras de polioxometalato conocidas, por ejemplo las formas de Wells-Dawson, Anderson y Keggin. Una descripción de las estructuras de los polioxometalatos se puede encontrar en Catalysis for Fine Chemical Synthesis, Volumen 2: Catalysis by Polyoxometalates, editado por I. Kozhevnikov, Springer-Verlag, Berlín, 2003. Los ejemplos más comunes de los compuestos de polioxometalato ácidos son los heteropoliácidos. Los ejemplos de heteropoliácidos incluyen ácido silicowolfrámico, H4SiW12O40, y ácido fosfowolfrámico H3PW12O40, que adopta la estructura de Keggin. Otro ejemplo es el ácido yodomolíbdico, H5IO6Mo24, que adopta la estructura de Anderson. Un ejemplo adicional es un polimorfo diferente del ácido fosfowolfrámico que adopta la estructura de Wells-Dawson, H6P2W18O62.

Los ácidos son muy solubles en agua y en disolventes orgánicos polares, tales como alcoholes, cetonas y aldehídos. Pueden estar soportados sobre sólidos insolubles, por ejemplo sílice, alúmina, aluminosílice, zirconia, ceria, titania y carbono, para producir catalizadores heterogéneos que pueden permitir que se consiga una alta dispersión del

heteropoliácido. Sin embargo, en las composiciones de reacción en fase líquida, por ejemplo, composiciones de reacción de carbonilación del formaldehído, hay una tendencia a que el heteropoliácido se disuelva en la mezcla de reacción, que comprende formaldehído polar y ácido glicólico producto, con frecuencia en presencia de disolvente.

Ahora se ha encontrado que los problemas de lixiviación de los compuestos de polioxometalato ácidos se pueden reducir o incluso eliminar al encapsularlos dentro de la estructura en jaula de una zeolita, la zeolita que tiene jaulas que son suficientemente grandes para acomodar el ion polioxometalato, y poros que intersectan con las jaulas, que son suficientemente pequeños de forma que se previene la fuga de los aniones polioxometalato de las jaulas.

Las zeolitas son compuestos inorgánicos cristalinos con una estructura porosa. Con frecuencia, cuando la estructura porosa implica la intersección de canales en 2 o 3 dimensiones, se forma una jaula, cuyo tamaño depende del tamaño de los canales y de la forma cristalina de la zeolita. Con mucha mayor frecuencia, las zeolitas comprenden redes de sílice o aluminosilicato, aunque existen varios otros tipos tales como aluminofosfatos, silicoaluminofosfatos, galoaluminatos, galofosfatos y germanosilicatos. Las zeolitas también pueden incorporar a la red iones de metales de transición, por ejemplo iones de titanio, cobalto y vanadio. Dependiendo de los elementos constituyentes, la red puede tener una carga negativa, que puede estar compensada por cationes no incluidos en la red. Cuando los cationes son protones, la zeolita presenta acidez de Brönsted. No obstante, para contrarrestar la carga negativa de forma alternativa se pueden utilizar otros cationes, por ejemplo cationes de amonio, de metales alcalinos, de metales alcalino-térreos, de metales de transición y de lantánidos.

En la presente invención, el catalizador comprende no solamente los compuestos de polioxometalato ácidos, sino también una zeolita que tiene una jaula de un tamaño suficiente para acomodar el polioxometalato ácido. Cuando el compuesto de polioxometalato ácido se mantiene dentro de la estructura en jaula de la zeolita, en la carbonilación del formaldehído se observa una resistencia demostrable a la lixiviación y a la desactivación.

Una zeolita adecuada que se puede utilizar en la presente invención tiene una estructura en jaula con un diámetrosuperior a 10 Å, que puede acomodar un anión de polioxometalato, mientras está conectado por canales o poros porlo general no superiores a 8 Å de diámetro, de manera que el anión de polioxometalato no se puede difundir fuera de la jaula. Un ejemplo de una estructura de zeolita adecuada es la estructura de Faujasita (FAU) , es un ejemplo de la que la zeolita Y. Los detalles completos de las estructuras de las zeolitas se pueden encontrar en el Atlas of Zeolite Structure Types, disponible en la International Zeolite Association. La zeolita Y es una zeolita de aluminosilicato que comprende canales con aberturas de los canales de anillos de 12 miembros. Por aberturas de los canales de anillos de 12 miembros se quiere decir que la abertura en el canal (o el poro) está compuesta de 12 átomos reticulares que no son oxígeno, en este caso átomos de Al y Si. El diámetro de canal es de aproximadamente 7, 4 Å. La estructura del canal es tridimensional, y tiene jaulas con un diámetro de 12, 7 Å aproximadamente. Por lo general, la zeolita Y tiene una relación molar de silicio a aluminio superior a 1, 5 y en general inferior a 100.

La estructura en jaula de la zeolita Y es de dimensiones suficientes para acomodar ácidos de polioxometalato que tienen la estructura... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la producción de ácido glicólico en presencia de agua que comprende la puesta en contacto de monóxido de carbono y formaldehído con un catalizador que comprende un compuesto de polioxometalato ácido encapsulado dentro de los poros de una zeolita, caracterizado por que la zeolita tiene jaulas más grandes que el

compuesto de polioxometalato ácido, y tiene poros con un diámetro más pequeño que el diámetro del compuesto de polioxometalato ácido.

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la zeolita tiene jaulas con un diámetro superior a 10 Å, ylos poros tienen un diámetro no superior a 8 Å.

3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la zeolita tiene la estructura de FAU.

4. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la zeolita es zeolita Y.

5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la zeolita es zeolita USY.

6. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el compuesto de polioxometalato es un heteropoliácido, o un heteropoliácido parcialmente neutralizado.

7. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el compuesto de polioxometalato es ácido 15 fosfowolfrámico.

8. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el proceso es un proceso en fase líquida, el proceso que se lleva a cabo en presencia de un disolvente adicional.

9. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el disolvente adicional es una sulfona.

10. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la temperatura de reacción 20 está en el intervalo entre 50 y 400 °C, y la presión está en el intervalo entre 1 y 1000 bar (0, 1 y 100 MPa) .

11. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el producto de ácido glicólico se convierte en etilenglicol.

12. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el producto de ácido glicólico se convierte en etilenglicol mediante hidrogenación.

13. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el ácido glicólico se convierte en primer lugar en un éster mediante la reacción con un alcohol antes de hidrogenarse a etilenglicol.