Un proceso para preparar etilenglicol usando celulosa.

Un método de preparación de etilenglicol a partir de celulosa,

que comprende las etapas de:

proporcionar dicha celulosa en forma de materia de prima de reacción;

hidrogenar catalíticamente dicha celulosa con agua en un reactor de alta presión sellado; en el que uncatalizador, que se añade para catalizar dicha celulosa, comprende dos tipos de componentes activos, adscritosa un primer grupo activo y a un segundo grupo activo, en donde un primer componente activo de dicho primergrupo activo es uno o más metales seleccionados entre el grupo que consiste en hierro, cobalto, níquel, rutenio,rodio, paladio, iridio y platino del grupo 8, 9 o 10 de los metales de transición, en donde un segundo componenteactivo del segundo grupo activo es uno o más materiales seleccionado entre el grupo que consiste en molibdenoen estado metálico, tungsteno en estado metálico, carburos de molibdeno, nitruros de molibdeno, fosfuros demolibdeno, carburos de tungsteno, nitruros de tungsteno y fosfuros de tungsteno; y

agitar dicha celulosa en dicho reactor de alta presión sellado, en el que un gas de hidrógeno dentro de dichoreactor a temperatura ambiente tiene una presión inicial dentro del intervalo de 1 a 12 MPa, en el que latemperatura de reacción está dentro del intervalo de 120 a 300 ºC, en el que el tiempo de reacción es igual osuperior a 5 minutos;

en el que una proporción en peso de dicho segundo componente activo de dicho segundo grupo activo conrespecto a dicho primer componente activo de dicho primer grupo activo está dentro del intervalo de 0,02 a 1600;con la condición de que cuando dicho segundo componente activo es carburo de tungsteno, dicho primercomponente activo se mezcla mecánicamente con dicho segundo componente activo.

Un proceso para preparar etilenglicol usando celulosa

Campo de la invención La presente invención se refiere a un método de preparación de etilenglicol a partir de celulosa, y más particularmente a un proceso de reacción que comprende la degradación catalítica y reacciones de hidrogenación.

Descripción de la técnica relacionada Etilenglicol es un combustible líquido, y también es una alimentación importante en la síntesis de poliéster. Por ejemplo, etilenglicol se puede usar para sintetizar poli (terefatlato de etileno) (PET) , y poli (naftalato de etileno) (PEN) ; también se puede usar etilenglicol en agentes anticongelantes, lubricantes, plastificantes o tensioactivos, etc. De este modo, etilenglicol tiene una variedad de aplicaciones.

Actualmente, los procesos industriales para producir etilenglicol son recursos que consumen petróleo como materia prima, en los que se produce etilenglicol por medio de la oxidación de etileno para formar epoxietano, y posteriormente la hidratación del mismo para obtener etilenglicol. (Bibliografía 1: CUI Xiao-ming, the overview of the production development of ethylene glycol, Chemical Industr y , 2007, 25 (4) , 15-21. Bibliografía 2: Process for preparing ethanediol by catalyzing epoxyethane hydration, Nº. de Patente CN1463960-A; Nº. de Patente CN1204103-C) . El método convencional para la producción de etilenglicol está basado en fuentes de petróleo no renovables, e implica procesos de oxidación o epoxidación, lo que comprende complicadas etapas de reacción, de manera que el procedimiento de preparación de etilenglicol es de eficacia baja, conteniendo una elevada cantidad

de productos secundarios no deseados, consumiendo mucha energía y provocando contaminación importante.

Por tanto, el hecho de encontrar materiales renovables para producir etilenglicol es capaz de reducir la dependencia del petróleo, para crear un proceso de fabricación respetuoso desde el punto de vista ecológico. Actualmente, las investigaciones para convertir la biomasa en etilenglicol se centran en su mayoría en almidón, glucosa, sacarosa y alcoholes de azúcar, tales como hexitoles, como materias primas para la conversión a partir de los mismos. (Bibliografía 3: Process for the preparation of lower polyhydric alcohols, Nº. de Patente US 5107018, Bibliografía 4: Preparation of lower polyhydric alcohols, Nº. Patente US5210335) . No obstante, las materias primas anteriormente mencionadas para la conversión de etilenglicol son alimentos normalmente básicos para personas, de manera que el uso de los mismos para la producción de etilenglicol se enfrenta al dilema de la supervivencia y el desarrollo de la 35 humanidad. La celulosa es el recurso renovable más abundante, presenta recursos ricos, tales como la paja procedente de la producción agrícola o residuos procedentes de silvicultura, etc, que tienen bajo coste para su uso como materia prima en la conversión de biomasa. El uso de celulosa para sintetizar etilenglicol no solo constituye un nuevo proceso de síntesis para lograr bajo coste, sino también para obtener el producto de alto valor de etilenglicol. Además, la celulosa no puede ser digerida por el ser humano, de manera que el uso de celulosa como materia prima para la producción de etilenglicol no afecta la seguridad alimentaria y no reduce la producción de alimentos para la humanidad. Además, la celulosa se forma por medio de condensación de un enlace glucosídico de unidades de glucosa que contienen un gran número de hidroxilos. Esos hidroxilos se conservan plenamente durante el proceso de conversión de la celulosa en etilenglicol, lo que hace que el proceso de conversión tenga una rentabilidad atómica muy elevada. Por tanto, el proceso de conversión de celulosa en etilenglicol tiene ventajas suficientes con 45 respecto a la mayoría de los procesos existentes de preparación de etilenglicol.

Aunque existen un número de ventajas de la producción de polioles a partir de celulosa, la celulosa contiene una gran cantidad de enlaces de hidrógeno intermoleculares e intramoleculares, de manera que la estructura de la celulosa es muy robusta. Por tanto, normalmente en primer lugar se hidroliza la celulosa para reducir los azúcares por medio de ácidos, y posteriormente se convierte de manera adicional la glucosa obtenida para otros usos. El proceso completo no solo se complica, sino que también genera cuestiones de contaminación ambiental. (Bibliografía 4: Two stage hydrogenolysis of carbohytrate to glycols using sulfide modified ruthenium catalyst in second stage, Nº. de Patente US4476331) . La presente invención proporciona un proceso de reacción, que usa agua, el disolvente más respetuoso con el medio ambiente, como medio de reacción, y que no tiene necesidad de 55 adición de ácido o base, y es capaz de completarse por medio de una etapa con el fin de lograr un elevado rendimiento de etilenglicol a partir de celulosa.

Na Ji y col., Angew. Chem. Int. Ed. 47 (44) , 8510-8511 (2008) también muestran la conversión directa de celulosa en etilenglicol por medio de hidrogenación. Su catalizador favorable es carburo de tungsteno favorecido con níquel sobre carbono activado, preparado por medio de hidrogenación de un compuesto precursor de tungsteno en presencia de níquel.

Sumario de la Presente Invención 65 Un objetivo de la presente invención es proporcionar un método de preparación de etilenglicol a partir de celulosa, que comprende una etapa de hidrogenación catalítica de celulosa para dar etilenglicol con un elevado rendimiento y

Por consiguiente, con el fin de lograr el objetivo anterior, la presente invención proporciona un método de preparación de etilenglicol a partir de celulosa, en el que se usa celulosa como alimentación. Se añade un 5 catalizador a la celulosa, en el que el catalizador comprende dos tipos de componentes activos, descritos como un primer grupo activo y un segundo grupo activo. Un primer componente activo del primer grupo activo es uno o más metales seleccionados entre metales de transición del grupo 8, 9 o 10, que consiste en hierro, cobalto, níquel, rutenio, rodio, paladio, iridio y platino. Un segundo componente activo del segundo grupo activo es uno o más materiales seleccionados entre el grupo que consiste en molibdeno metálico, tungsteno metálico, carburos de molibdeno, nitruros de molibdeno, fosfuro de molibdeno, carburos de molibdeno, nitruros de tungsteno y fosfuro de tungsteno. La reacción se lleva a cabo en un reactor discontinuo sellado, en el que los reaccionantes se agitan con el mismo. El hidrógeno introducido en el reactor a temperatura ambiente tiene una presión inicial de 1 a 12 MPa, la temperatura de reacción es de 120-300 ºC, y el tiempo de reacción no es menor de 5 minutos. La proporción en peso del segundo componente activo con respecto al primer componente activo está dentro del intervalo de 0, 02 a 1600. Si el segundo componente activo es carburo de tungsteno, el primer y el segundo componentes activos se mezclan de forma mecánica.

Los componentes activos pueden estar sobre un soporte de una o más composiciones seleccionadas entre el grupo que consiste en carbono activo, óxido de aluminio, zirconia, óxido de cinc y dióxido de titanio. La carga de metal del primer componente activo puede ser de aproximadamente 0, 05-50 % en peso, y la carga de metal del segundo componente activo puede ser de aproximadamente 1-80 % en peso. O, los catalizadores son catalizadores de cadena principal metálica sin soportes, tales como níquel Raney, en los que la estructura del catalizador está formada por componentes activos.

La proporción en masa de celulosa con respecto a agua puede ser de 1:200-1:4. La proporción en masa de celulosa con respecto a catalizador puede ser de 1:1-30:1.

Las reacciones de cada una de las realizaciones de la presente invención se llevan a cabo en un reactor a presión elevada. La reacción se puede llevar a cabo en un reactor con un diseño mejor optimizado para lograr una mejora transferencia de masa entre la celulosa, hidrógeno, y catalizador, con el fin de obtener un mejor resultado de reacción.

La presente invención tiene las siguientes ventajas.

1. El uso de celulosa como alimentación, en el que la celulosa tiene la producción más grande entre la biomasa en los recursos naturales, de manera que la celulosa tiene recursos muy amplios, tales como madera, algodón, paja sobrante procedente de la producción agrícola, para minimizar los costes de material y fabricación. Actualmente, la mayoría de las industrias usan etileno obtenido a partir de petróleo como materia prima para sintetizar etilenglicol. El método de la presente invención consume recursos energéticos que no son fósiles, sino que usa celulosa... [Seguir leyendo]

1. Un método de preparación de etilenglicol a partir de celulosa, que comprende las etapas de:

proporcionar dicha celulosa en forma de materia de prima de reacción; hidrogenar catalíticamente dicha celulosa con agua en un reactor de alta presión sellado; en el que un catalizador, que se añade para catalizar dicha celulosa, comprende dos tipos de componentes activos, adscritos a un primer grupo activo y a un segundo grupo activo, en donde un primer componente activo de dicho primer grupo activo es uno o más metales seleccionados entre el grupo que consiste en hierro, cobalto, níquel, rutenio,

rodio, paladio, iridio y platino del grupo 8, 9 o 10 de los metales de transición, en donde un segundo componente activo del segundo grupo activo es uno o más materiales seleccionado entre el grupo que consiste en molibdeno en estado metálico, tungsteno en estado metálico, carburos de molibdeno, nitruros de molibdeno, fosfuros de molibdeno, carburos de tungsteno, nitruros de tungsteno y fosfuros de tungsteno; y agitar dicha celulosa en dicho reactor de alta presión sellado, en el que un gas de hidrógeno dentro de dicho reactor a temperatura ambiente tiene una presión inicial dentro del intervalo de 1 a 12 MPa, en el que la temperatura de reacción está dentro del intervalo de 120 a 300 ºC, en el que el tiempo de reacción es igual o superior a 5 minutos; en el que una proporción en peso de dicho segundo componente activo de dicho segundo grupo activo con respecto a dicho primer componente activo de dicho primer grupo activo está dentro del intervalo de 0, 02 a 1600;

con la condición de que cuando dicho segundo componente activo es carburo de tungsteno, dicho primer componente activo se mezcla mecánicamente con dicho segundo componente activo.

2. El método que se describe en la reivindicación 1, en el que dicho catalizador es un catalizador sobre soporte que incluye un soporte sobre el cual se colocan dichos componentes activos, en el que dicho soporte es una o más composiciones seleccionadas entre el grupo que consiste en carbono activado, alúmina, sílice, zirconia, óxido de cinc y dióxido de titanio, y en el que el contenido metálico de dicho primer componente activo de dicho primer grupo activo es del 0, 05 al 50 % en peso, y el contenido metálico de dicho segundo componente activo de dicho segundo grupo activo es del 1 al 80 % en peso.

3. El método que se describe en la reivindicación 2, en el que dicho contenido metálico de dicho primer componente activo de dicho primer grupo activo es del 1 al 30 % en peso, y el contenido metálico de dicho segundo componente activo de dicho segundo grupo activo es del 10 al 60 % en peso.

4. El método que se describe en la reivindicación 1, en el que dicho catalizador es del tipo que no está sobre soporte, en el que la estructura de un catalizador de cadena principal metálica está formada por dichos grupos activos.

5. El método que se describe en la reivindicación 1, en el que dicho primer componente activo se mezcla mecánicamente con dicho segundo componente activo, en donde dicho segundo componente activo es carburo de 40 tungsteno.

6. El método que se describe en cualquier reivindicación anterior, en el que una proporción en masa de dicha celulosa de dicha materia prima con respecto al agua es de 1:200 a 1:4, en el que la proporción en masa de dicha celulosa con respecto a dicho catalizador es de 1:1 a 30:1.

7. El método que se describe en la reivindicación 1, en el que dicha temperatura de reacción está dentro del intervalo de 220 a 250 ºC.

8. El método de la reivindicación 1 o de la reivindicación 7, en el que dicho gas de hidrógeno dentro de dicho reactor 50 a temperatura ambiente tiene una presión inicial de 3 a 7 MPa.

9. El método de la reivindicación 1, 7 u 8, en el que dicho tiempo de reacción es de 30 minutos a 3 horas.

10. El método que se describe en la reivindicación 1, en el que la proporción en peso de dicho segundo componente 55 activo con respecto a dicho primer componente activo está dentro del intervalo de 0, 3 a 60 veces.