Un procedimiento que comprende:

(a) introducir una corriente de oxidante predominantemente en fase gaseosa que comprende oxígeno molecular en una zona de reacción de un reactor de columna de burbujeo;

(b) introducir una corriente de alimentación predominantemente en fase líquida que comprende paraxileno en dicha zona de reacción mediante una pluralidad de aberturas de alimentación, en el que dicha zona de reacción tiene un diámetro máximo (D), en el que al menos dos de dichas aberturas de alimentación están verticalmente separadas la una de la otra por al menos 0,5D, en el que al menos una parte de dicha zona de reacción está definida por una o más paredes laterales verticales de dicho reactor de columna de burbujeo, en el que al menos el 25 por ciento en peso de dicho para-xileno entra en dicha zona de reacción en una o más localizaciones separadas por dentro al menos 0,05 D de dichas paredes laterales verticales; y

(c) oxidar al menos una parte de dicho para-xileno en una fase líquida de un medio de reacción multifásico contenido en dicha zona de reacción para así producir ácido tereftálico bruto, en el que dicho medio de reacción tiene una altura máxima (H), una anchura máxima (W) y una relación H:W de al menos 3:1, en el que "predominantemente" debe significar más del 50 por ciento.

Oxidación en fase líquida optimizada en un reactor de columna de burbujeo

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere generalmente a un procedimiento para la oxidación catalítica en fase líquida de un compuesto aromático. Un aspecto de la invención se refiere a la oxidación parcial de un compuesto aromático de dialquilo (por ejemplo, para-xileno) para producir un ácido dicarboxílico aromático bruto (por ejemplo, ácido tereftálico bruto) , que luego puede someterse a purificación y separación. Otro aspecto de la invención se refiere a un reactor de columna de burbujeo mejorado que proporciona un procedimiento de oxidación en fase líquida más eficaz y económico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las reacciones de oxidación en fase líquida se emplean en una variedad de procedimientos comerciales existentes. Por ejemplo, la oxidación en fase líquida se usa actualmente para la oxidación de aldehídos a ácidos (por ejemplo, propionaldehído a ácido propiónico) , la oxidación de ciclohexano a ácido adípico y la oxidación de compuestos aromáticos de alquilo a alcoholes, ácidos o diácidos. Un procedimiento de oxidación comercial particularmente significativo en la última categoría (oxidación de compuestos aromáticos de alquilo) es la oxidación parcial catalítica en fase líquida de para-xileno a ácido tereftálico. El ácido tereftálico es un compuesto importante con una variedad de aplicaciones. El uso primario del ácido tereftálico es como materia prima en la producción de poli (tereftalato de etileno) (PET) . El PET es un plástico muy conocido usado en grandes cantidades en todo el mundo para fabricar productos tales como botellas, fibras y envases.

En un procedimiento de oxidación en fase líquida típico, que incluye la oxidación parcial de para-xileno a ácido tereftálico, una corriente de alimentación en fase líquida y una corriente de oxidante en fase gaseosa se introducen en un reactor y forman un medio de reacción multifásico en el reactor. La corriente de alimentación en fase líquida introducida en el reactor contiene al menos un compuesto orgánico oxidable (por ejemplo, para-xileno) , mientras que la corriente de oxidante en fase gaseosa contiene oxígeno molecular. Al menos una parte del oxígeno molecular introducido en el reactor como gas se disuelve en la fase líquida del medio de reacción para proporcionar la disponibilidad del oxígeno para la reacción en fase líquida. Si la fase líquida del medio de reacción multifásico contiene una concentración insuficiente de oxígeno molecular (es decir, si ciertas porciones del medio de reacción están “privadas de oxígeno”) , reacciones secundarias no deseadas pueden generar impurezas y/o las reacciones previstas pueden retardarse en velocidad. Si la fase líquida del medio de reacción contiene demasiado poco compuesto oxidable, la tasa de reacción puede ralentizarse indeseablemente. Además, si la fase líquida del medio de reacción contiene una concentración en exceso del compuesto oxidable, reacciones secundarias no deseadas adicionales pueden generar impurezas.

Los reactores de oxidación en fase líquida convencionales están equipados con medios de agitación para mezclar el medio de reacción multifásico contenido en su interior. La agitación del medio de reacción se facilita en un esfuerzo por promover la disolución de oxígeno molecular en la fase líquida del medio de reacción, mantener concentraciones relativamente uniformes de oxígeno disuelto en la fase líquida del medio de reacción y mantener concentraciones relativamente uniformes del compuesto orgánico oxidable en la fase líquida del medio de reacción.

La agitación del medio de reacción que se somete a oxidación en fase líquida se proporciona frecuentemente por medios de agitación mecánicos en recipientes tales como, por ejemplo, reactores de tanque con agitación continua (CSTR) . Aunque los CSTR pueden proporcionar mezclado continuo del medio de reacción, los CSTR tienen varios inconvenientes. Por ejemplo, los CSTR tienen un coste de capital relativamente alto debido a su requisito de motores caros, rodamientos y ejes de accionamiento impermeabilizados a los fluidos, y/o mecanismos de agitación complejos. Además, los componentes mecánicos de rotación y/u oscilación de los CSTR convencionales requieren un mantenimiento regular. Los tiempos de trabajo y de parada asociados a tal mantenimiento se añaden al coste de operación de los CSTR. Sin embargo, incluso con mantenimiento regular, los sistemas de agitación mecánicos empleados en los CSTR son propensos al fallo mecánico y pueden requerir sustitución durante periodos de tiempo relativamente cortos.

Los reactores de columna de burbujeo proporcionan una alternativa atractiva a los CSTR y otros reactores de oxidación mecánicamente agitados. Los reactores de columna de burbujeo proporcionan agitación del medio de reacción sin requerir equipo mecánico caro y poco fidedigno. Los reactores de columna de burbujeo normalmente incluyen una zona de reacción vertical alargada dentro de la que está contenido el medio de reacción. La agitación del medio de reacción en la zona de reacción se proporciona principalmente por la flotabilidad natural de las burbujas de gas que suben a través de la fase líquida del medio de reacción. Esta agitación por flotabilidad natural proporcionada en los reactores de columna de burbujeo reduce los costes de capital y de mantenimiento con respecto a los reactores mecánicamente agitados. Además, la ausencia sustancial de partes mecánicas en movimiento asociadas a los reactores de columna de burbujeo proporciona un sistema de oxidación que es menos propenso al fallo mecánico que los reactores mecánicamente agitados.

Si la oxidación parcial en fase líquida del para-xileno se lleva a cabo en un reactor de oxidación convencional (CSTR

o columna de burbujeo) , la extracción de producto del reactor es normalmente una suspensión que comprende ácido tereftálico bruto (CTA) y disolución madre. El CTA contiene niveles relativamente altos de impurezas (por ejemplo, 4carboxibenzaldehído, ácido para-toluico, fluorenonas; y otros cuerpos de color) que lo hacen inadecuado como materia prima para la producción de PET. Por tanto, el CTA producido en reactores de oxidación convencionales es normalmente sometido a un procedimiento de purificación que convierte el CTA en ácido tereftálico purificado (PTA) adecuado para preparar PET.

Un procedimiento de purificación típico para convertir CTA en PTA incluye las siguientes etapas: (1) sustituir las disolución madre de la suspensión que contiene CTA con agua, (2) calentar la suspensión de CTA/agua para disolver el CTA en agua, (3) hidrogenar catalíticamente la disolución de CTA/agua para convertir las impurezas en compuestos más deseables y/o fácilmente separables, (4) precipitar el PTA resultante de la disolución hidrogenada mediante múltiples etapas de cristalización, y (5) separar el PTA cristalizado de los restantes líquidos. Aunque es eficaz, este tipo de procedimiento de purificación convencional puede ser muy caro. Los factores individuales que contribuyen al alto coste de los procedimientos de purificación de CTA convencionales incluyen, por ejemplo, la energía térmica requerida para promover la disolución del CTA en agua, el catalizador requerido para la hidrogenación, la corriente de hidrógeno requerida para la hidrogenación, la pérdida de rendimiento producida por la hidrogenación de algo de ácido tereftálico y los múltiples recipientes requeridos para la cristalización de múltiples etapas. Por tanto, se desearía proporcionar un producto de CTA que pudiera purificarse sin requerir la disolución en agua promovida por calor, la hidrogenación y/o la cristalización de múltiples etapas.

El documento EP 0 847 800 A2 desvela reacciones de oxidación basadas en aire que tienen lugar en reactores de columna de burbujeo en los que el oxígeno se inyecta directamente en los reactores.

OBJETOS DE LA INVENCIÓN

Por tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar un reactor y procedimiento de oxidación en fase líquida más eficaz y económico.

Otro objeto de la invención es proporcionar un reactor y procedimiento más eficaz y económico para la oxidación parcial catalítica en fase líquida de para-xileno a ácido tereftálico.

Todavía otro objeto de la invención es proporcionar un reactor de columna de burbujeo que facilite las reacciones de oxidación en fase líquida mejoradas con formación reducida de impurezas.... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento que comprende:

(a) introducir una corriente de oxidante predominantemente en fase gaseosa que comprende oxígeno molecular en una zona de reacción de un reactor de columna de burbujeo;

(b) introducir una corriente de alimentación predominantemente en fase líquida que comprende paraxileno en dicha zona de reacción mediante una pluralidad de aberturas de alimentación, en el que dicha zona de reacción tiene un diámetro máximo (D) , en el que al menos dos de dichas aberturas de alimentación están verticalmente separadas la una de la otra por al menos 0, 5D, en el que al menos una parte de dicha zona de reacción está definida por una o más paredes laterales verticales de dicho reactor de columna de burbujeo, en el que al menos el 25 por ciento en peso de dicho para-xileno entra en dicha zona de reacción en una o más localizaciones separadas por dentro al menos 0, 05 D de dichas paredes laterales verticales; y

(c) oxidar al menos una parte de dicho para-xileno en una fase líquida de un medio de reacción multifásico contenido en dicha zona de reacción para así producir ácido tereftálico bruto, en el que dicho medio de reacción tiene una altura máxima (H) , una anchura máxima (W) y una relación H:W de al menos 3:1,

en el que “predominantemente” debe significar más del 50 por ciento.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que al menos una parte de dicha corriente de alimentación entra en dicha zona de reacción a una velocidad superficial de entrada de al menos 5 metros por segundo.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que al menos dos de dichas aberturas de alimentación están verticalmente separadas la una de la otra por al menos 1, 5D, en el que al menos el 30 por ciento en peso de dicho para-xileno entra en dicha zona de reacción dentro de 1, 5D de la localización más baja en el que dicho oxígeno molecular entra en dicha zona de reacción, en el que al menos el 50 por ciento en peso de dicho para-xileno entra en dicha zona de reacción en una o más localizaciones separadas por dentro al menos 0, 05D de dichas paredes laterales verticales, en el que dicha relación H:W está en el intervalo de 7:1 a 25:1.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la mayoría de dicho oxígeno molecular entra en dicha zona de reacción dentro de 0, 25W de la parte inferior de dicha zona de reacción, en el que “mayoría” debe significar más del 50 por ciento.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la mayoría de dicho oxígeno molecular entra en dicha zona de reacción dentro de 0, 2W y 0, 02H de la parte inferior de dicha zona de reacción, en el que “mayoría” debe significar más del 50 por ciento.

6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicho procedimiento comprende además extraer al menos una parte de dicho medio de reacción de dicha zona de reacción por una salida elevada localizada por encima de la parte inferior de dicha zona de reacción.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que dicha salida elevada se localiza al menos 2D por encima de la parte inferior de dicha zona de reacción.

8. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que una fase gaseosa de dicho medio de reacción tiene una velocidad superficial promedio con el tiempo a la mitad de la altura de al menos 0, 3 metros por segundo, en el que “promedio con el tiempo” debe denotar un promedio de al menos 10 mediciones tomadas igualmente durante un periodo continuo de al menos 100 segundos.

9. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha corriente de alimentación comprende en el intervalo del 60 al 98 por ciento en peso de un disolvente y en el intervalo del 2 al 40 por ciento en peso de dicho para-xileno.

10. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que dicho disolvente comprende ácido acético.

11. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha corriente de oxidante comprende menos del 50 por ciento en moles de oxígeno molecular.

12. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación se lleva a cabo en presencia de un

sistema de catalizador que comprende cobalto.

13. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que dicho sistema de catalizador comprende además bromo y manganeso.

14. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce al menos el 10 por ciento en peso de dicho para-xileno para formar sólidos en dicho medio de reacción.

15. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación se lleva a cabo de un modo tal que cuando todo el volumen de dicho medio de reacción está teóricamente repartido en 30 rebanadas horizontales de igual volumen, una rebanada horizontal de O2-máx tiene la máxima concentración de oxígeno de todas las 30 rebanadas horizontales dichas y una rebanada horizontal de O2-mín tiene la mínima concentración de oxígeno de todas las rebanadas horizontales localizadas por encima de dicha rebanada horizontal de O2-máx, en el que dicha concentración de oxígeno se mide en una fase gaseosa de dicho medio de reacción en una base húmeda molar promedio con el tiempo y promedio en volumen, en el que la relación de la concentración de oxígeno de dicha rebanada horizontal de O2-máx con respecto a la concentración de oxígeno de dicha rebanada horizontal de O2-mín es al menos 2:1, en el que “promedio con el tiempo” debe denotar un promedio de al menos 10 mediciones tomadas igualmente durante un periodo continuo de al menos 100 segundos y “promedio en volumen” debe denotar un promedio de al menos 10 mediciones tomadas a separaciones tridimensionales uniformes durante un cierto volumen.

16. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación se lleva a cabo de un modo tal que cuando todo el volumen de dicho medio de reacción está teóricamente repartido en 30 rebanadas horizontales de igual volumen, una rebanada horizontal de pX-máx tiene la máxima concentración de para-xileno de todas las 30 rebanadas horizontales dichas y una rebanada horizontal de pX-mín tiene la mínima concentración de para-xileno de todas las rebanadas horizontales localizadas por encima de dicha rebanada horizontal de pX-máx, en el que dicha concentración de para-xileno se mide en una fase líquida de dicho medio de reacción en una base en peso promedio con el tiempo y promedio en volumen, en el que la relación de la concentración de para-xileno de dicha rebanada horizontal de pX-máx con respecto a la concentración de para-xileno de dicha rebanada horizontal de pX-mín es al menos 5:1, en el que “promedio con el tiempo” debe denotar un promedio de al menos 10 mediciones tomadas igualmente durante un periodo continuo de al menos 100 segundos y “promedio en volumen” debe denotar un promedio de al menos 10 mediciones tomadas a separaciones tridimensionales uniformes durante un cierto volumen.

17. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha corriente de alimentación se introduce en dicha zona de reacción de un modo tal que cuando dicha zona de reacción está teóricamente repartida en 4 cuadrantes verticales de igual volumen por un par de planos verticales intersecantes, no más del 80 por ciento en peso de dicho para-xileno entra en dicha zona de reacción en un único de dichos cuadrantes verticales.

18. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la presión en la parte inferior de dicho medio de reacción es al menos 4 • 104 Pa (0, 4 bar) superior a la presión en la parte superior de dicho medio de reacción.

19. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicho procedimiento comprende además someter al menos una parte de dicho ácido tereftálico bruto a oxidación en un reactor de oxidación secundaria.

20. El procedimiento de la reivindicación 19, en el que dicha oxidación en dicho reactor de oxidación secundaria se lleva a cabo a una temperatura promedio de al menos 10º C superior a dicha oxidación en dicho reactor de oxidación inicial.

21. El procedimiento de la reivindicación 19, en el que dicha oxidación en dicho reactor de oxidación secundaria se lleva a cabo a una temperatura promedio en el intervalo de 20 a 80º C superior a la temperatura promedio de dicho reactor de oxidación inicial, en el que dicha oxidación en dicho reactor de oxidación inicial se lleva a cabo a una temperatura promedio en el intervalo de 140 a 180º C, en el que dicha oxidación en dicho reactor de oxidación secundaria se lleva a cabo a una temperatura promedio en el intervalo de 180 a 220º C.

22. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce la formación de partículas sólidas de dicho ácido tereftálico bruto en dicho medio de reacción, en el que una muestra representativa de dichas partículas de ácido tereftálico bruto tiene una o más de las siguientes características:

(i) contiene menos de 12 ppmw de 4, 4-dicarboxiestilbeno (4, 4-DCS) ,

(ii) contiene menos de 800 ppmw de ácido isoftálico (IPA) ,

(iii) contiene menos de 100 ppmw de 2, 6-dicarboxifluorenona (2, 6-DCF) ,

(iv) tiene una transmitancia en porcentaje a 340 nanómetros (% de T340) superior a 25.

23. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce la formación de partículas sólidas de dicho ácido tereftálico bruto en dicho medio de reacción, en el que una muestra representativa de dichas partículas de ácido tereftálico bruto se disuelve en un minuto a una concentración de al menos 500 ppm en THF cuando se somete a la prueba de disolución controlada definida en este documento.

24. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce la formación de partículas sólidas de dicho ácido tereftálico bruto en dicho medio de reacción, en el que una muestra representativa de dichas partículas de ácido tereftálico bruto tiene una constante de tiempo “C” superior a 0, 5 minutos recíprocos como se ha determinado por el modelo de disolución controlada definido en este documento.

25. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce la formación de partículas sólidas de dicho ácido tereftálico bruto en dicho medio de reacción, en el que una muestra representativa de dichas partículas de ácido tereftálico bruto tiene un área superficial de BET promedio superior a 0, 6 metros cuadrados por gramo.

26. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce la formación de partículas sólidas de dicho ácido tereftálico bruto en dicho medio de reacción, en el que dicha muestra representativa de dichas partículas de ácido tereftálico bruto tiene un tamaño de partícula medio en el intervalo de 20 a 150 micrómetros.

27. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha oxidación produce la formación de partículas sólidas de dicho ácido tereftálico bruto en dicho medio de reacción, en el que una muestra representativa de dichas partículas de ácido tereftálico bruto tiene un tamaño de partícula D (v, 0, 9) en el intervalo de 30 a 150 micrómetros.

28. En un reactor de columna de burbujeo para hacer reaccionar una corriente predominantemente en fase líquida con una corriente predominantemente en fase gaseosa, comprendiendo la mejora:

un casco del recipiente que define una zona de reacción alargada que se extiende a lo largo de un eje del casco central normalmente vertical, en el que dicha zona de reacción tiene una longitud máxima (L) medida paralela a dicho eje del casco, un diámetro máximo (D) medido perpendicular a dicho eje del casco y una relación L:D en el intervalo de 6:1 a 30:1; una pluralidad de aberturas de líquido para introducir dicha corriente en fase líquida en dicha zona de reacción, en el que al menos dos de dichas aberturas de líquido están axialmente separadas la una de la otra por al menos 0, 5D, en el que al menos una parte de dicha zona de reacción está definida por una o más paredes laterales verticales de dicho casco del recipiente, en el que al menos el 25 por ciento del área abierta acumulada definida por todas las dichas aberturas de líquido es atribuible a aberturas de líquido separadas por dentro al menos 0, 05D de dichas paredes laterales verticales; y una pluralidad de aberturas de gas para introducir dicha corriente en fase gaseosa en dicha zona de reacción, en el que dicha zona de reacción presenta primer y segundo extremos opuestos separados los unos de los otros por dicha longitud máxima (L) , en el que la mayoría del área abierta acumulada definida por todas las dichas aberturas de gas se localiza dentro de 0, 25D de dicho primer extremo de dicha zona de reacción, en el que “predominantemente” y “mayoría” deben denotar más del 50 por ciento.

29. El reactor de columna de burbujeo de la reivindicación 28, en el que dicha relación L:D está en el intervalo de 8:1 a 20:1, en el que al menos dos de dichas aberturas de alimentación de líquido están axialmente separadas las unas de las otras por al menos 1, 5D, en el que la mayoría del área abierta acumulada definida por todas las dichas aberturas de gas se localiza dentro de 0, 2D de dicho primer extremo de dicha zona de reacción, en el que al menos el 30 por ciento del área abierta acumulada definida por todas las dichas aberturas de líquido es atribuible a las aberturas de líquido localizadas dentro de 1, 5D de la abertura de gas localizada más próxima a dicho primer extremo.

30. El reactor de columna de burbujeo de la reivindicación 28, en el que dicho reactor comprende además una salida elevada axialmente separada al menos 1D de dicho primer extremo.

31. El reactor de columna de burbujeo de la reivindicación 28, en el que cuando dicha zona de reacción está teóricamente repartida en 4 cuadrantes verticales de igual volumen por un par de planos verticales intersecantes, no más del 80 por ciento del área abierta acumulada definida por todas las dichas aberturas de líquido es atribuible a aberturas de líquido localizadas en un único de dichos cuadrantes verticales.