Método para convertir glicerol en propanol.

Un método para convertir glicerol en propilenglicol, que comprende las etapas de:

dirigir una corriente (14) de alimentación que contiene glicerol básico y un gas (16) que contiene hidrógeno a una zona (10) de reacción que comprende al menos dos lechos catalíticos (13) separados mediante una zona (12) de mezclamiento de enfriamiento, en el que la zona (10) de reacción funciona en condiciones de conversión de glicerol suficientes para formar un producto (20) de la zona de reacción que comprende propilenglicol; y

dirigir un material de enfriamiento a la zona de mezclamiento de enfriamiento, en el que el material de enfriamiento se dirige a la zona (12) de mezclamiento de enfriamiento para evitar que la temperatura aumente a lo largo de al menos un lecho catalítico (13) en una temperatura de más de 10 a 80ºF (6 a 44ºC).

Método para convertir glicerol en propanol ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a métodos y aparatos para controlar la temperatura de un reactor de hldrogenolisis de glicerol para maximlzar el rendimiento de propilenglicol a la vez que minimiza la creación de subproductos indeseables.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA

La producción de biodiésel utiliza aceites vegetales, grasas y grasas residuales de restaurantes a la vez que reduce la dependencia de los Estados Unidos de América del petróleo extranjero. El biodiésel es un combustible renovable, alternativo, que reduce la materia en partículas y las emisiones de hidrocarburos. Sin embargo, por cada 9 kilogramos de biodiésel producido, se forma 1 kilogramo de subproducto de glicerol bruto.

Un problema que resulta de refinar este glicerol bruto en glicerol refinado es que el mercado de glicerol no lo puede absorber. Con tantísimo glicerol disponible, su precio y las exportaciones de los Estados Unidos de América han disminuido. Como resultado, gran parte del subproducto de glicerol bruto de la producción de biodiésel se desecha o se vende actualmente a un precio muy bajo.

Este problema puede continuar empeorando debido a que se espera que la producción de biodiésel por los Estados Unidos de América continúe creciendo, con un objetivo de 4 millones de galones de producción hacia el año 212. A esta capacidad de producción, cada año se producirán 3,5 millones de galones de glicerol bruto. Este glicerol bruto se puede purificar mediante varias etapas, incluyendo destilación a vacío, para producir glicerol de grado USP. Sin embargo, el refinado del glicerol bruto es complejo y caro.

Un problema con el glicerol bruto procedente de una planta de biodiésel es que requiere una mejora costosa para lograr un glicerol de grado técnico o de grado USP. Típicamente, los productores de biodiésel acidificarán ligeramente el glicerol bruto para eliminar ácidos grasos a fin de facilitar la recuperación y reciclaje del metanol. Se deben de llevar a cabo etapas adicionales para convertir el glicerol bruto en un glicerol de alta pureza, tal como glicerol USP. Estas etapas adicionales del procedimiento - que incrementan el coste a la hora de producir glicerol USP - pueden incluir intercambio iónico y/o fraccionamiento. Habría incentivos de operación y de costes de capital significativos si el glicerol derivado del biodiésel se pudiese vender a un beneficio como producto o materia prima de grado inferior, tal como glicerol acidulado, en lugar de necesitar purificación.

El glicerol se puede convertir en propilenglicol mediante métodos bien conocidos, tales como hidrogenolisis. El propilenglicol es una sustancia química de mercancía importante, con un mercado en crecimiento y con una producción anual de alrededor de 1 billón de libras en los Estados Unidos de América solo. Algunos usos típicos de propilenglicol son en resinas de poliéster insaturadas, fluidos funcionales (anticongelante, descongelante, y transferencia de calor), sustancias farmacéuticas, alimentos, cosméticos, detergentes líquidos, humectantes del tabaco, sabores y fragancias, cuidado personal, pinturas, y pienso para animales.

El documento DE 12727372 describe un procedimiento para preparar 1,2-propanodiol mediante hidrogenación de glicerol por medio de hidrógeno gaseoso, en el que se hace reaccionar glicerol con hidrógeno en al menos "i" reactores interconectados de forma fluida Ri a R¡, teniendo cada uno un catalizador de hidrogenación, para formar 1,2-propanodiol.

Actualmente, las plantas de producción de biodiésel necesitan métodos para obtener mayor ingreso a partir de este subproducto de glicerol bruto. Si el glicerol natural bruto se pudiese convertir eficientemente en propilenglicol, esta tecnología se podría usar en plantas de producción de biodiésel para incrementar la rentabilidad. Por lo tanto, existe la necesidad de mejoras a los procedimientos existentes de glicerol a propilenglicol, de manera que los procedimientos puedan operar eficiente y económicamente usando materias primas de glicerol, incluyendo materias primas de glicerol que se han mejorado mínimamente.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona procedimientos mejorados de conversión de glicerol que incluyen reactores que son capaces de operar a un régimen de temperatura menor para mejorar de ese modo la selectividad por propilenglicol, a la vez que se disminuye la selectividad de la reacción por subproductos indeseados.

Un aspecto de esta invención son métodos para convertir glicerol en propilenglicol, que comprenden las etapas de: dirigir una corriente de alimentación que contiene glicerol básico y un gas que contiene hidrógeno a una zona de reacción que incluye un lecho fijo de catalizador y al menos una zona de enfriamiento, en el que el reactor opera en condiciones de conversión de glicerol suficientes para formar un producto de la zona de reacción que incluye propilenglicol; y dirigir un material de enfriamiento a la zona de enfriamiento, como se define en la reivindicación 1.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 es un esquema de una realización de procedimiento de esta invención que incluye un reactor que

tiene múltiples zonas de enfriamiento;

las Figuras 2-3 son gráficas que demuestran el impacto de la temperatura del reactor sobre la conversión de

glicerol, la selectividad por el propilenglicol y la selectividad por subproductos; y

la Figura 4 es una gráfica que demuestra el impacto de la variación de las relaciones de alimentación

Fh/glicerol sobre la conversión de glicerol y los rendimientos de productos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a procedimientos y aparatos para convertir glicerol en propilenglicol. Haciendo referencia ahora a la Figura 1, se muestra un procedimiento de conversión de glicerol que incluye un reactor 1 de lecho catalítico fijo que tiene al menos dos lechos catalíticos 13 y al menos una zona 12 de mezclamiento de enfriamiento que separa a los lechos catalíticos 13. En la Figura 1, el reactor incluye tres zonas 12, 12 y 12" de mezclamiento de enfriamiento. Una alimentación 14 de glicerol básico se combina con una corriente 16 de gas que contiene hidrógeno y se calienta hasta la temperatura de reacción deseada. La alimentación combinada calentada se dirige hacia un reactor 1 y en contacto con al menos un catalizador de hidrogenolisis en condiciones de presión, temperatura y velocidad espacial de conversión de glicerol para formar una corriente 2 de producto del reactor que incluye propilenglicol. Además del reactor 1, el procedimiento mostrado en la Figura 1 también incluye un separador 18 de alta presión. La corriente 2 de producto del reactor se dirige hacia el separador 18 de alta presión, en el que se separa en una corriente de gas rica en hidrógeno y una corriente 24 de producto líquida que incluye propilenglicol. La corriente 22 de gas rica en hidrógeno se comprime en el compresor 26 de reciclaje para formar una corriente 28 de gas de reciclaje comprimida. Se combina hidrógeno 3 de repuesto con la corriente 28 de gas de reciclaje comprimida para formar la corriente 16 de gas que contiene hidrógeno. El hidrógeno de repuesto se añade al procedimiento para sustituir al hidrógeno que ha reaccionado.

El gas que contiene hidrógeno de repuesto puede ser cualquier corriente gaseosa rica en hidrógeno que está disponible en el sitio del procedimiento. El gas que contiene hidrógeno de repuesto debería incluir al menos 7% en peso de hidrógeno, y preferiblemente al menos 85% de hidrógeno, y lo más preferible al menos 95% de hidrógeno. Además, el gas que contiene hidrógeno de repuesto puede ser hidrógeno puro. Finalmente, el gas que contiene hidrógeno de repuesto debería de estar libre de compuestos e impurezas que pudiesen tener un impacto sobre la actividad del catalizador y/o sobre la selectividad de la reacción.

El reactor 1 se carga con un catalizador sólido. En el reactor 1 se puede cargar cualquier catalizador que se sabe que es útil para convertir glicerol en propilenglicol en presencia de hidrógeno. Los ejemplos de catalizadores útiles incluyen cobre/cromita; cobre cinc y óxido de cobre con BaO, MgO, CaO, y Mo como aditivos para la actividad o estabilidad; mezclas de cobalto, cobre, manganeso y molibdeno. El catalizador más preferido son catalizadores heterogéneos tales como CoPdRe o NiRe sobre un soporte sólido tal como carbono, en el que los metales están reducidos. Los ejemplos de algunos catalizadores útiles se describen en las patentes U.S. n"5 6.479.713. 7.38.94; 6.982.328; 6.9.361; 6.841.85; 6.677.385; 6.57.43. El catalizador particularmente... [Seguir leyendo]

1. Un método para convertir glicerol en propilenglicol, que comprende las etapas de:

dirigir una corriente (14) de alimentación que contiene glicerol básico y un gas (16) que contiene hidrógeno a una zona (1) de reacción que comprende al menos dos lechos catalíticos (13) separados mediante una zona 5 (12) de mezclamiento de enfriamiento, en el que la zona (1) de reacción funciona en condiciones de

conversión de glicerol suficientes para formar un producto (2) de la zona de reacción que comprende propilenglicol; y

dirigir un material de enfriamiento a la zona de mezclamiento de enfriamiento, en el que el material de enfriamiento se dirige a la zona (12) de mezclamiento de enfriamiento para evitar que la temperatura aumente 1 a lo largo de al menos un lecho catalítico (13) en una temperatura de más de 1 a 8°F (6 a 44°C).

2. El método de la reivindicación 1, en el que el material de enfriamiento es un gas que se selecciona del grupo que consiste en un gas que contiene hidrógeno de repuesto, un gas que contiene hidrógeno de reciclaje, y sus combinaciones.

3. El método de la reivindicación 1, en el que el material de enfriamiento líquido se selecciona del grupo de líquidos 15 que consisten en alimentación de glicerol básico, agua, agua de reciclaje procedente de la sección de purificación

del producto, glicerol sin convertir procedente de la sección de purificación de producto, producto líquido del separador de alta presión, cualquier corriente de producto o subproductos recuperada en la sección de purificación de productos, y sus combinaciones.

4. El método de la reivindicación 1, en el que el material de enfriamiento se dirige a la zona (12) de mezclamiento de 2 enfriamiento para evitar que la temperatura aumente a lo largo de al menos un lecho catalítico (13) en una

temperatura de más de 1 a 4°F (6 a 22°C).

5. El método de la reivindicación 1, en el que el material de enfriamiento es gas de hidrógeno de repuesto o gas de reciclaje, y en el que la relación H2/glicol del reactor a la salida del reactor es de 2 a 2 moles/moles.

6. El método de la reivindicación 1, en el que el reactor se hace funcionar a una temperatura que no excede 374°F

(19°C) en la entrada de cualquier lecho catalítico.