ES2229689T3 - Procedimiento de fabricacion de un oxirano. - Google Patents

Procedimiento de fabricacion de un oxirano.

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Abstract

Procedimiento de fabricación de 1, 2-epoxipropano, por reacción entre propileno y un compuesto peroxidado, en presencia de un catalizador a base de una zeolita, y en presencia de un disolvente, en el cual el pH del medio de reacción que comprende el propileno, el compuesto peroxidado, el catalizador, el 1, 2-epoxipropano formado y el disolvente, es de 4, 8 a 6, 5.

Description

Procedimiento de fabricación de un oxirano.
La invención se refiere a un procedimiento de fabricación de un oxirano por reacción entre una olefina y un compuesto peroxidado, en presencia de un catalizador a base de zeolita. Más concretamente, se refiere a un procedimiento de fabricación de 1,2-epoxipropano (u óxido de propileno) por reacción entre propileno y peróxido de hidróge-
no.
Se conoce la fabricación de óxido de propileno por epoxidación de propileno mediante peróxido de hidrógeno y en presencia de un catalizador de tipo TS-1, como se describe, por ejemplo, en la solicitud de patente EP 0 230 949. Este procedimiento conocido presenta el inconveniente de conducir, bajo ciertas condiciones, a selectividades y/o tasas de conversión de peróxido de hidrógeno demasiado bajas.
El documento de la patente EP 712852 divulga un procedimiento de epoxidación de olefinas con catálisis de zeolitas en presencia de disolvente. El pH del medio de reacción es de 4 a 7,1. Ninguno de los ejemplos divulga valores de pH.
El documento de la patente EP 757043 divulga igualmente un procedimiento de epoxidación de olefinas catalizado por zeolita en presencia de disolvente. Se menciona allí la adición de base en el medio de reacción sin precisar, no obstante, valores de pH.
El documento de la patente EP 795537 divulga un procedimiento de epoxidación de butadieno catalizado por zeolita, en presencia de disolvente. El pH del medio de reacción es de 5 a 7. Se dan ejemplos de valores de pH: 6,5, 6,2 y 5,9.
El documento Clerici, M.G. et al, "Epoxidación de olefinas cortas con peróxido de hidrógeno y silicalita de titanio", Journal of Catalysis, vol. 140, nº1, 1 marzo 1993, páginas 71-83, se refiere a un procedimiento de epoxidación de olefinas catalizado por zeolita, en presencia de un disolvente. Se menciona allí la adición de base al medio de reacción, sin precisar, no obstante, valores de pH.
La invención se dirige a remediar el inconveniente citado previamente, proporcionando un procedimiento de fabricación de un oxirano que presente una selectividad elevada y/o una tasa de conversión elevada.
Por lo tanto, la invención se refiere a un procedimiento de fabricación de 1,2-epoxipropano por reacción entre propileno y un compuesto peroxidado, en presencia de un catalizador a base de una zeolita y de un disolvente, en el cual el pH del medio de reacción que comprende el propileno, el compuesto peroxidado, el catalizador, el 1,2-epoxipropano formado y el disolvente es de 4,8 a 6,5.
Una de las características esenciales de la invención reside en el pH. En efecto, se ha constatado que la acidez del catalizador desempeña un papel importante en la obtención de un buen compromiso entre la selectividad y la tasa de conversión del compuesto peroxidado. En general, una acidez demasiado alta conduce a malos resultados. Sin embargo, la acidez del catalizador es difícil de controlar en cuanto al propio catalizador, ya que productos que afectan a la acidez, a saber, subproductos formados en la epoxidación y ácidos generados por el reciclado del catalizador y del disolvente y por el propileno no convertido, son adsorbidos fácilmente sobre la superficie del catalizador. Además, estos productos no son fáciles de eliminar cuando se regenera el catalizador. Se ha encontrado ahora que se puede resolver el problema de la acidez del catalizador manteniendo el pH del medio de reacción de epoxidación en un valor de al menos 4,8, preferentemente de al menos 5. El pH no debería sobrepasar el valor 6,5, preferentemente 6. Esto permite, en efecto, obtener un buen compromiso entre la selectividad y la tasa de conversión del compuesto peroxidado. Se obtienen buenos resultados cuando el pH del medio de reacción se mantiene entre 4,8 y 6,5, preferentemente entre 5 y 6.
En el procedimiento según la invención, el pH del medio de reacción se puede controlar añadiendo una base. Esta base se puede escoger entre las bases solubles en agua. Puede tratarse de bases fuertes. A título de ejemplo de bases fuertes se pueden citar NaOH, KOH o hidróxidos de amonio cuaternarios de fórmula general NR_{4}^{+}OH^{-} (R = alquilo). Puede también tratarse de bases débiles. Las bases débiles pueden ser inorgánicas. A título de ejemplo de bases débiles inorgánicas pueden citarse: NH_{4}OH, Na_{2}CO_{3}, NaHCO_{3}, Na_{2}HPO_{4}, K_{2}CO_{3}, Li_{2}CO_{3}, KHCO_{3}, LiHCO_{3}, K_{2}HPO_{4}. Las bases débiles pueden ser también orgánicas. Bases débiles orgánicas que pueden resultar convenientes son las sales de metales alcalinos o alcalinotérreos de los ácidos carboxílicos que tienen preferentemente de 1 a 10 átomos de carbono. Las bases débiles dan buenos resultados. Se prefieren las bases débiles orgánicas. Resulta especialmente adecuado el acetato de sodio.
Los compuestos peroxidados que pueden utilizarse en el procedimiento según la invención son los que contienen oxígeno activo y que son capaces de efectuar una epoxidación. Resultan bien convenientes el peróxido de hidrógeno y los compuestos peroxidados que pueden producir peróxido de hidrógeno en las condiciones de la reacción de epoxidación. Se prefiere el peróxido de hidrógeno.
En el procedimiento según la invención, generalmente se emplea el compuesto peroxidado en una cantidad de al menos 1 mol por kg de medio de reacción, en particular al menos 1,5 mol por kg de medio de reacción. La cantidad de compuesto peroxidado es generalmente inferior a 10 mol por kg de reacción; habitualmente es inferior o igual a 5 mol por kg de medio de reacción; en particular, inferior o igual a 3 mol por kg de medio de reacción.
En el procedimiento según la invención, el compuesto peroxidado se emplea ventajosamente en forma de disolución acuosa. En general, la disolución acuosa contiene al menos 10% en peso de compuesto peroxidado, en particular al menos 20% en peso. Contiene la mayoría de las veces como máximo 70% en peso de compuesto peroxidado, en particular 50% en peso.
En el procedimiento según la invención el propileno reacciona con el compuesto peroxidado en presencia del catalizador y del disolvente a una temperatura que es generalmente de al menos 0ºC, en particular de al menos 20ºC. Generalmente, la temperatura es inferior a 150ºC; habitualmente es inferior o igual a 70ºC; en particular es inferior o igual a 40ºC.
En el procedimiento según la invención, la reacción entre el propileno y el compuesto peroxidado puede tener lugar a presión atmosférica. Puede desarrollarse también bajo presión. Generalmente, esta presión no excede de 40 bar. En la práctica, resulta bien conveniente una presión de 20 bar.
Los catalizadores utilizados en el procedimiento según la invención contienen una zeolita, a saber, un sólido que contiene sílice que presenta una estructura cristalina microporosa. Resulta ventajoso que la zeolita esté exenta de aluminio. Contiene, preferentemente, titanio.
La zeolita utilizable en el procedimiento según la invención puede tener una estructura cristalina del tipo ZSM-5, ZSM-11, MCM-41 o de tipo zeolita beta. Las zeolitas de tipo ZSM-5 resultan adecuadas. Se prefieren las que presentan una banda de absorción infrarroja a aproximadamente 950-960 cm^{-1}.
Las zeolitas que resultan especialmente adecuadas son las silicalitas de titanio. Las que responden a la fórmula xTiO_{2}(1-x)SiO_{2}, en la cual x es de 0,0001 a 0,5, preferentemente de 0,001 a 0,05, dan buen rendimiento. Los materiales de este tipo, conocidos con el nombre de TS-1 y que presentan una estructura cristalina del tipo ZSM-5, dan resultados especialmente favorables.
El disolvente utilizado en el procedimiento según la invención presenta generalmente una miscibilidad alta con el agua. Disolventes que dan buenos resultados son los derivados orgánicos alifáticos que contienen de 1 a 4 átomos de carbono. A título de ejemplo puede citarse el metanol.
La relación molar entre la cantidad de propileno introducida y la cantidad de compuesto peroxidado es generalmente igual o superior a 1, en particular igual o superior a 1,5. Esta relación molar es la mayoría de las veces inferior o igual a 20, en particular inferior o igual a 10.
Cuando se realizan ensayos en continuo, la relación molar entre la cantidad de propileno introducida y la cantidad de disolvente es generalmente igual o superior a 0,1, preferentemente igual o superior a 0,5. esta relación molar es la mayoría de las veces inferior o igual a 50, preferentemente inferior o igual a 10.
El procedimiento según la invención puede realizarse en continuo. Alternativamente, puede realizarse en operación discontinua.
Ejemplos
Se fabricó óxido de propileno por reacción entre propileno y peróxido de hidrógeno en presencia de un catalizador TS-1 y en presencia de metanol. En el ejemplo 1, presentado a título de comparación, se mantuvo el pH del medio de reacción a un valor inferior a 4,8. En los ejemplos 2 a 4 según la invención, el pH del medio de reacción se mantuvo entre 4,8 y 6,5 mediante adición de acetato de sodio.
Los resultados se muestran juntos en la tabla 1 que se presenta a continuación. Los ensayos se realizaron por lotes, a una temperatura de 35ºC, con un caudal de propileno de 10 mol/h para 0,6 mol de peróxido de hidrógeno añadido en forma de una disolución acuosa que contenía 35% en peso de peróxido de hidrógeno. La cantidad de metanol empleada era de 14,4 mol/mol de H_{2}O_{2} (360 ml). Se emplearon 6,8 g de catalizador.
En los ejemplos que siguen, la velocidad de conversión del peróxido de hidrógeno se expresa mediante la constante k de velocidad de orden 1, que responde a la relación: velocidad = k x (concentración en H_{2}O_{2}). La selectividad está dada por la relación entre la cantidad de oxirano obtenido dividida por la suma de todos los productos forma-
dos.
TABLA 1
Ejemplo pH Selectividad k (min^{-1})
1 4,0 84,0 59
2 5,5 90,7 26
3 6,0 97,4 15
4 6,3 98,1 1,6

Claims (10)

1. Procedimiento de fabricación de 1,2-epoxipropano, por reacción entre propileno y un compuesto peroxidado, en presencia de un catalizador a base de una zeolita, y en presencia de un disolvente, en el cual el pH del medio de reacción que comprende el propileno, el compuesto peroxidado, el catalizador, el 1,2-epoxipropano formado y el disolvente, es de 4,8 a 6,5.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual el pH del medio de reacción es de 5 a 6.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el cual el compuesto peroxidado se emplea en una cantidad de 1 a 10 mol; preferentemente, de 1,5 a 5 mol, por kg de medio de reacción.
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el compuesto peroxidado se emplea en forma de una disolución acuosa que contiene de 10 a 70% de compuesto peroxidado, preferentemente de 20 a 50%.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la reacción se realiza a una temperatura de 0 a 150ºC, generalmente de 0 a 70ºC, preferentemente de 20 a 40ºC.
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual se mantiene el pH del medio de reacción en la zona de 4,8 a 6,5, por adición de una base.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el cual la base se escoge entre bases débiles.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el cual la base es acetato de sodio.
9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la zeolita es una silicalita de titanio, preferentemente del tipo TS-1, que presenta una estructura cristalina de tipo ZSM-5.
10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el compuesto peroxidado es peróxido de hidrógeno, y el disolvente es metanol.
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