Procedimiento para la producción de alcohol a partir de una materia prima carbonosa.

Procedimiento para la producción de etanol a partir de ácido etanoico,

caracterizado por las siguientes etapas:

1. introducir ácido etanoico y H2 en una unidad de hidrogenación primaria en presencia de un catalizador a base demetal precioso para producir etanol y etanoato de etilo.

Procedimiento para la producción de alcohol a partir de una materia prima carbonosa La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de etanol a partir de ácido etanoico.

En particular, la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de etanol a partir de una materia prima carbonosa, en el que la materia prima carbonosa se convierte en primer lugar en gas de síntesis que entonces se convierte en ácido etanoico, que entonces se somete a un procedimiento de hidrogenación de dos fases mediante el que al menos una parte del ácido etanoico se convierte mediante un procedimiento de hidrogenación primario en etanoato de etilo, etanoato de etilo que se convierte mediante un procedimiento de hidrogenación secundario para producir etanol.

En los últimos años, el aumento del uso y la demanda de alcoholes tales como metanol, etanol y alcoholes superiores han conducido a un mayor interés en procedimientos referentes a la producción de alcohol. Dichos alcoholes pueden producirse mediante la fermentación de, por ejemplo, azúcares y/o materiales celulósicos.

Alternativamente, pueden producirse alcoholes, tales como etanol (documento DE 3221077, documento WO 83/03409) , a partir de gas de síntesis. Gas de síntesis se refiere a una combinación de H2 y óxidos de carbono producidos en una planta de gas de síntesis a partir de una fuente de carbono tal como gas natural, líquidos de petróleo, biomasa y otros materiales carbonosos incluyendo carbón, plásticos reciclados, desechos municipales o cualquier material orgánico. Por tanto, alcohol y derivados de alcohol pueden proporcionar vías no basadas en petróleo para la producción de combustibles y productos químicos valiosos.

Generalmente, la producción de alcoholes, por ejemplo metanol, tiene lugar mediante tres etapas de procedimiento: preparación de gas de síntesis, síntesis de metanol y purificación de metanol. En la etapa de preparación de gas de síntesis, puede emplearse una fase adicional mediante la cual se trata la materia prima, por ejemplo la materia prima se purifica para eliminar azufre y otros posibles venenos de catalizador antes de convertirse en gas de síntesis. Este tratamiento también puede realizarse tras la preparación de gas de síntesis; por ejemplo, cuando se emplea carbón o biomasa.

La reacción para producir alcohol (es) a partir de gas de síntesis es generalmente exotérmica. Se cree que la formación de alcoholes C2 y C2+ se realiza mediante la formación de metanol para catalizadores de metanol y catalizadores de sulfuro de cobalto-molibdeno modificados. Sin embargo, la producción de metanol es de equilibrio limitado y por tanto requiere altas presiones con el fin de conseguir rendimientos viables. Por tanto, puede usarse presión para aumentar el rendimiento, ya que la reacción que produce metanol presenta una disminución en volumen, tal como se da a conocer en el documento US 3326956.

Un catalizador de síntesis de metanol a base de cobre, de baja presión está disponible comercialmente de proveedores tales como BASF, Johnson Matthey y Haldor-Topsoe. Rendimientos de metanol a partir de catalizadores a base de cobre están generalmente por encima del 99, 5% del CO+CO2 convertido presente. El agua es un subproducto de la conversión de CO2 en metanol y la conversión de gas de síntesis CO en oxigenatos C2 y C2+. En presencia de un catalizador de desplazamiento de agua activo, tal como un catalizador de metanol o un catalizador de cobalto-molibdeno, el agua se equilibra con el CO para dar CO2 y H2. Un artículo titulado “Selection of Technology for Large Methanol Plants”, por Helge Holm-Larsen, presentado en la 1994 World Methanol Conference, 30 de noviembre – 1 diciembre de 1994, en Ginebra, Suiza, revisa los desarrollos en la producción de metanol y muestra cómo una reducción adicional en los costes de producción de metanol darán como resultado la construcción de plantas muy grandes con capacidades que se aproximan a 10.000 t al día.

Otros procedimientos para la producción de alcohol (es) C2 y C2+ incluyen los procedimientos descritos a continuación en el presente documento; el documento US 4122110 se refiere a un procedimiento para fabricar alcoholes, particularmente alcoholes primarios saturados lineales, haciendo reaccionar CO con H2 a una presión entre 2 y 25 MPa y una temperatura entre 150 y 400ºC, en presencia de un catalizador, caracterizado porque el catalizador contiene al menos 4 elementos esenciales: (a) cobre (b) cobalto (c) al menos un elemento M seleccionado de cromo, hierro, vanadio y manganeso, y (d) al menos un metal alcalino.

El documento US 4831060 se refiere a la producción de alcoholes mixtos a partir de gases CO y H2 usando un catalizador, con opcionalmente un co-catalizador, en la que los metales de catalizador son molibdeno, tungsteno o renio, y los metales de co-catalizador son cobalto, níquel o hierro. El catalizador se estimula con un promotor de Fischer-Tropsch como un metal de la serie alcalina o alcalinotérrea o una cantidad más pequeña de torio y se trata adicionalmente mediante sulfuración. La composición de la fracción de alcoholes mixtos puede seleccionarse seleccionando el grado de contacto íntimo entre los componentes catalíticos.

Journal of Catalysis 1988, 114, 90-99 da a conocer un mecanismo de formación de etanol a partir de gas de síntesis sobre CuO/ZnO/Al2O3. La formación de etanol a partir de CO y H2 sobre un catalizador de CuO/ZnO-metanol se estudia en un microrreactor de lecho fijo midiendo la distribución isotópica del carbono en el producto etanol cuando se añade a la alimentación 13C metanol enriquecido isotópicamente.

Ya que la importancia de etanol sigue en aumento en el mundo actual, también lo hace la necesidad y el deseo de producir etanol con una mayor eficacia de carbono, una mayor conversión y una selectividad mejorada a partir de una materia prima carbonosa. Por tanto, la presente invención proporciona un procedimiento que permite producir etanol a partir de una materia prima carbonosa, con una eficacia de carbono mejorada, una mayor selectividad y, en particular, con una conversión en etanol más eficaz, incluyendo una etapa de procedimiento más eficaz para la conversión de ácido etanoico en etanol.

Las figuras 1 y 2 representan realizaciones de un esquema de procedimiento según la presente invención en las que las referencias corresponden a las usadas en la presente descripción y las reivindicaciones adjuntas.

Por tanto, la presente invención proporciona un procedimiento para la conversión de ácido etanoico en etanol caracterizado por las siguientes etapas:

1. introducir ácido etanoico y H2 en una fase de hidrogenación primaria en presencia de un catalizador a base de metal precioso para producir etanol y etanoato de etilo,

2. introducir etanoato de etilo, de la etapa 1, junto con H2, en una fase de hidrogenación secundaria en presencia de un catalizador a base de cobre para producir etanol, y

3. recuperar etanol de la etapa 2.

La presente invención también proporciona un procedimiento para la conversión de metanol en etanol, caracterizado por las siguientes etapas:

1. introducir metanol, junto con CO, en un reactor de carbonilación para producir ácido etanoico,

2. introducir ácido etanoico, de la etapa 1, junto con H2, en una unidad de hidrogenación primaria en presencia de un catalizador a base de metal precioso para producir etanol y etanoato de etilo,

3. introducir etanoato de etilo de la etapa 2, junto con H2, en una unidad de hidrogenación secundaria en presencia de un catalizador a base de cobre para producir etanol, y

4. recuperar etanol de la etapa 3.

Además, la presente invención proporciona un procedimiento para la conversión de una materia prima carbonosa en etanol, mediante el cual la materia prima carbonosa se convierte en primer lugar en gas de síntesis, que se convierte posteriormente en etanol, caracterizado por las siguientes etapas consecutivas:

1. introducir una materia prima carbonosa en una unidad de generación de gas de síntesis para producir gas de síntesis,

2. introducir gas de síntesis, producido en la etapa 1, en un reactor de síntesis de metanol, para producir metanol,

3. introducir metanol, de la etapa 2, junto con CO, en un reactor de carbonilación, para producir ácido etanoico,

4. introducir ácido etanoico, de la etapa 3, junto con H2, en una unidad de hidrogenación primaria en presencia de un catalizador a base de metal precioso, para producir etanol y etanoato de etilo,

5. introducir etanoato de etilo, de la etapa 4, junto con H2, en una unidad de hidrogenación secundaria... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de etanol a partir de ácido etanoico, caracterizado por las siguientes etapas:

1. introducir ácido etanoico y H2 en una unidad de hidrogenación primaria en presencia de un catalizador a base de metal precioso para producir etanol y etanoato de etilo,

2. introducir etanoato de etilo, de la etapa 1, junto con H2, en una unidad de hidrogenación secundaria en presencia de un catalizador a base de cobre para producir etanol, y

3. recuperar etanol de la etapa 2.

2. Procedimiento para la producción de etanol a partir de metanol, caracterizado por las siguientes etapas:

1. introducir metanol, junto con CO, en un reactor de carbonilación para producir ácido etanoico,

2. introducir ácido etanoico, de la etapa 1, junto con H2, en una unidad de hidrogenación primaria en presencia de un catalizador a base de metal precioso para producir etanol y etanoato de etilo,

3. introducir etanoato de etilo de la etapa 2, junto con H2, en una unidad de hidrogenación secundaria en presencia de un catalizador a base de cobre para producir etanol, y

4. recuperar etanol de la etapa 3.

3. Procedimiento para la producción de etanol a partir de una materia prima carbonosa, mediante el cual la materia prima carbonosa se convierte en primer lugar en gas de síntesis, que se convierte posteriormente en etanol, caracterizado por las siguientes etapas consecutivas:

1. introducir una materia prima carbonosa en una unidad de generación de gas de síntesis para producir gas de síntesis,

2. introducir gas de síntesis, producido en la etapa 1, en un reactor de síntesis de metanol, para producir metanol,

3. introducir metanol, de la etapa 2, junto con CO, en un reactor de carbonilación, para producir ácido etanoico,

4. introducir ácido etanoico, de la etapa 3, junto con H2, en una unidad de hidrogenación primaria en presencia de un catalizador a base de metal precioso, para producir etanol y etanoato de etilo,

5. introducir etanoato de etilo, de la etapa 4, junto con H2, en una unidad de hidrogenación secundaria en presencia de un catalizador a base de cobre, para producir etanol, y

6. recuperar etanol de la etapa 5.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el catalizador a base de metal precioso es un catalizador a base de paladio.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el catalizador a base de metal precioso es un catalizador soportado que comprende paladio y renio y/o plata.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de hidrogenación secundaria se hace funcionar en un régimen de fase gaseosa.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de hidrogenación secundaria se hace funcionar a una temperatura de al menos 10ºC inferior a la temperatura de funcionamiento de la unidad de hidrogenación primaria.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que más del 50% y menos del 90% del ácido etanoico introducido en la unidad de hidrogenación primaria se convierte en etanol y etanoato de etilo por pase.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos el 50% del etanoato de etilo introducido en la unidad de hidrogenación secundaria se convierte en etanol por pase.

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la corriente que sale de la unidad de hidrogenación secundaria, corriente que comprende etanol, ácido etanoico, etanoato de etilo y H2, se hace pasar a través de una unidad de separación, y en el que el ácido etanoico separado se recircula a la unidad de hidrogenación primaria y el etanoato de etilo separado se recircula a la unidad de hidrogenación secundaria.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la corriente que sale de la unidad de hidrogenación primaria, corriente que comprende etanol, ácido etanoico, etanoato de etilo y H2, se hace pasar a través de una unidad de separación, y en el que el ácido etanoico separado se recircula a la unidad de hidrogenación primaria y el etanoato de etilo separado se introduce en la unidad de hidrogenación secundaria.

12. Procedimiento según la reivindicación 10 o la reivindicación 11, en el que el H2 separado se recircula en la 10 unidad de hidrogenación primaria y/o la unidad de hidrogenación secundaria.

13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la razón molar de H2 con respecto a ácido etanoico que se introduce en la unidad de hidrogenación primaria es superior a 2:1; y es inferior a 100:1.

14. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la razón molar de H2 con respecto a [etanoato de etilo y ácido etanoico] que se introduce en la unidad de hidrogenación secundaria es superior a 2:1; y es inferior a 100:1.