Uso de lechos de catalizador estructurados para la producción de óxido de etileno.

Procedimiento para la producción de óxido de etileno mediante la reacción de etileno con oxígeno en presencia de al menos un catalizador que contiene plata,

teniendo lugar la reacción en un reactor que presenta una carga de catalizador con al menos dos capas (i) y (ii), y el contenido en plata del catalizador en la capa (i) es menor que el contenido en plata del catalizador en la capa (ii), entrando en contacto la mezcla de reacción con la capa (i) antes de que entre en contacto con la capa (ii).

Uso de lechos de catalizador estructurados para la producción de óxido de etileno

La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de óxido de etileno mediante la reacción de etileno con oxígeno en presencia de al menos un catalizador que contiene plata, teniendo lugar la reacción en un reactor que presenta una carga de catalizador con al menos dos capas (i) y (ii), y el contenido en plata del catalizador en la capa (i) es menor que el contenido en plata del catalizador en la capa (ii), entrando en contacto la mezcla de reacción con la capa (i) antes de que entre en contacto con la capa (¡i).

El óxido de etileno, un producto químico fundamental importante, se produce de forma industrial mediante la oxidación de etileno con oxígeno en presencia de catalizadores que contienen plata. Habitualmente se usan para ello catalizadores soportados, sobre los que se ha aplicado la plata metálica, catalíticamente activa por medio de un procedimiento adecuado.

Habitualmente en la producción de óxido de etileno se utiliza un catalizador de plata soportado (Ag sobre AI2O3), que presenta una concentración de plata entre 15-3 % en peso de plata. A este respecto el catalizador puede presentar además de plata también otros metales activos.

Por el estado de la técnica se conocen procedimientos que usan lechos de catalizador estructurados que presentan gradientes de por ejemplo promotores y contienen capas de catalizador activas o selectivas de manera diferente.

En el documento JP-A 565471 se describe por ejemplo un procedimiento para la producción de óxido de etileno en el que se usan catalizadores de plata que contienen metal alcalino que están cargados a lo largo de la longitud de la carga de catalizador con diferentes cantidades de metales alcalinos, de tal manera que a lo largo de la carga esté presente un gradiente de concentración de metal alcalino. En el extremo superior de la carga de catalizador, es decir, en el sitio de entrada del gas de reacción, de acuerdo con este documento, el contenido en metal alcalino del catalizador de plata será menor que en el extremo inferior de la carga de catalizador, es decir, en la salida del gas de reacción. Dado que el dopado de metal alcalino del catalizador de plata tiene como consecuencia una disminución de la actividad y un aumento de la selectividad del catalizador para la formación de óxido de etileno, la mezcla de gas de reacción, al pasar el reactor, entra en contacto con el catalizador de plata cada vez más selectivo y cada vez menos activo.

El documento EP 557 833 A1 da a conocer una combinación de catalizadores altamente selectivos y altamente activos en una carga de catalizador estructurada. Se describe un procedimiento para la producción de óxido de etileno mediante la oxidación de etileno con oxígeno en presencia catalizadores que contienen plata y promotor, usándose al menos dos catalizadores de plata de distinta selectividad y actividad en una carga de catalizador

combinada.

Por el documento EP 428 845 A1 se conoce un catalizador que presenta un gradiente de plata dentro de un único

cuerpo moldeado de catalizador.

El catalizador WO 24/78711 da a conocer un procedimiento para la producción de óxido de etileno que se hace funcionar a concentraciones reducidas de C2. A este respecto se utilizan lechos de catalizador estructurados altamente selectivas y altamente activas.

En la publicación científica "Oxidation of ethylene to ethylene oxide: catalyst deactivation in an industrial run", Montrasi y col., Applied Catalysis (1983), 5 (3), 359-369, se describe una investigación para la desactivación de catalizadores de OE industriales a lo largo del tubo de reactor.

En los procedimientos conocidos por el estado de la técnica, durante la duración total del catalizador en el funcionamiento de producción, disminuye cada vez más la actividad del catalizador. Después de una fase de optimización, el catalizador alcanza su selectividad máxima / óptima, que disminuye entonces de nuevo en el transcurso adicional del funcionamiento. Para el mantenimiento de una cantidad de producción determinada (work rate), se aumenta cada vez más por lo tanto habitualmente la temperatura en el funcionamiento de producción. Una desventaja de este modo de proceder es el aumento de temperatura constante necesario para obtener la cantidad de producción, para compensar la disminución constante de la selectividad del catalizador tras alcanzar el máximo de selectividad.

Una aspiración de la investigación de catalizadores es mantener la temperatura de funcionamiento del catalizador, y por lo tanto un factor influyente en la desactivación, a lo largo de un intervalo lo más largo posible tan baja que el catalizador alcance selectividades lo más altas posible durante un periodo de tiempo lo más largo posible.

A partir de este estado de la técnica un objetivo en el que se basa la presente invención se encontraba en proporcionar un procedimiento para la producción a escala industrial de óxido de etileno que presentara una alta estabilidad a largo plazo del catalizador.

De acuerdo con la invención este objetivo se resuelve mediante un procedimiento para la producción de óxido de etileno mediante la reacción de etileno con oxígeno en presencia de al menos un catalizador que contiene plata, teniendo lugar la reacción en un reactor que presenta una carga de catalizador con al menos dos capas (i) y (ii), y el contenido en plata del catalizador en la capa (i) es menor que el contenido en plata del catalizador en la capa (¡i), entrando en contacto la mezcla de reacción con la capa (i) antes de que entre en contacto con la capa (¡i).

De acuerdo con la invención la reacción de etileno con oxígeno tiene lugar en presencia de al menos un catalizador que contiene plata en un reactor que presenta una carga de catalizador con al menos dos capas (i) y (¡i). De acuerdo con la invención las capas (i) y (¡i) contienen un catalizador que contiene plata. A este respecto el contenido en plata del catalizador en la capa (i) es menor que el contenido en plata del catalizador en la capa (¡i).

De acuerdo con la invención la carga de catalizador puede presentar también otras capas (i¡¡), (iv), (v), (vi) etc., que contienen un catalizador que contiene plata. A este respecto preferentemente el contenido en plata del catalizador en una capa (x) es en cada caso mayor que el contenido en plata del catalizador en la capa (x-1). Preferentemente la carga de catalizador presenta las capas (i) y (¡i).

En el contexto de la presente invención las capas individuales de la carga de catalizador en el reactor están dispuestas de modo que la capa (i) se encuentra más próxima a la entrada del reactor que la capa (ii), que se encuentra a su vez más próxima a la entrada del reactor que la capa (¡ii), etc. De manera correspondiente la capa (i) se atraviesa durante la reacción antes de la capa (¡i) y esta a su vez se atraviesa antes de la capa (iii), etc. Es decir, por consiguiente se atraviesa una capa (x-1) en cada caso antes de la capa (x).

Se descubrió que en el caso del uso de una carga de varias capas de un catalizador que contiene plata con concentración de plata creciente del catalizador (gradiente de plata) a lo largo de la carga de catalizador (en la dirección de flujo de la corriente de gas) es posible aumentar o estabilizar la actividad de la carga de catalizador estructurada en comparación con el 1 % de catalizadores puros. Por un gradiente de plata se entiende a este respecto en el contexto de la presente invención una variación continua o discontinua de la concentración de plata.

Si se combinan dos o vahos catalizadores en una carga de catalizador estructurada, entonces se consigue una mejora cuando aumenta la concentración de plata a lo largo de la corriente de gas en el reactor. Para una carga de catalizador que comprende las capas (i) y (¡i) a este respecto la selectividad es proporcional al catalizador contenido en la capa (i) con bajo contenido en plata, determinándose la actividad sorprendentemente por el catalizador contenido en la capa (¡i) de la carga de catalizador. De este modo, Independientemente del catalizador utilizado es suficiente por ejemplo ya un 5 % de la carga de catalizador de la capa (¡i), para alcanzar la misma actividad elevada del 1 % del mismo catalizador que contiene carga de catalizador pura.

Mediante el porcentaje de capa (i) resulta así mismo una mejor selectividad en comparación con el 1 % de carga de catalizador pura de capa (¡i). A partir de esto resulta para el procedimiento de acuerdo con la Invención un claro aumento de la actividad mediante el uso de cargas de catalizador estructuradas.

Naturalmente pueden usarse también... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de óxido de etileno mediante la reacción de etileno con oxígeno en presencia de al menos un catalizador que contiene plata, teniendo lugar la reacción en un reactor que presenta una carga de catalizador con al menos dos capas (I) y (¡I), y el contenido en plata del catalizador en la capa (i) es menor que el

contenido en plata del catalizador en la capa (ii), entrando en contacto la mezcla de reacción con la capa (i) antes de que entre en contacto con la capa (ii).

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la capa (i) y la capa (¡i) constituyen en cada caso al menos el 1 % de la carga de catalizador total.

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, en el que la capa (i) constituye del 4 al 7 % de 1 la carga de catalizador total.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la capa (¡i) constituye del 2 al 6 % de la carga de catalizador total.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la carga de catalizador presenta una capa adicional (a) con la que la mezcla de reacción entra en contacto antes de las capas (i) y (¡i), y el contenido en

plata del catalizador en la capa (a) es mayor que el contenido en plata del catalizador en la capa (i).

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la capa (a) constituye como máximo el 1 % de la carga de catalizador total.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el gradiente del contenido en plata del catalizador en las capas de la carga de catalizador está presente a lo largo de toda la duración del procedimiento.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el contenido en plata del catalizador en

la capa (i) es en del 5 del 15 % en peso menor que el contenido en plata del catalizador en la capa (ii).

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que al menos uno de los catalizadores utilizados en las capas contiene renio.