ES2268388T3 - Proceso para la epoxidacion de olefinas. - Google Patents
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Abstract
Un proceso para la epoxidación catalítica de olefinas en al menos una etapa de reacción, que comprende: (a) hacer reaccionar la olefina con peróxido de hidrógeno en un disolvente orgánico miscible con el agua en presencia de un catalizador de titanio-silicalita en un reactor mientras se alimenta continuamente al reactor una corriente de gas inerte; (b) retirar continuamente del reactor una corriente gaseosa de salida que contiene óxido de olefina, olefina sin reaccionar, oxígeno y un gas inerte; (c) poner la corriente gaseosa de salida en contacto en una unidad de absorción con el mismo disolvente utilizado en la etapa de reacción; (d) retirar de la unidad de absorción una corriente de disolvente cargada con olefina y óxido de olefina y (e) descargar de la unidad de absorción una corriente gaseosa que contiene oxígeno y el gas inerte.
Description
Proceso para la epoxidación de olefinas.
La presente invención se refiere a un proceso
para la epoxidación de olefinas, por el cual se toman medidas para
garantizar la operación segura del proceso en todas las etapas sin
poner en compromiso la economía global del proceso.
Es sabido por el documento EP-A
100 118 que el propileno puede hacerse reaccionar con peróxido de
hidrógeno para producir óxido de propileno si se utiliza como
catalizador titanio-silicalita. Una reacción
secundaria que se produce siempre en pequeña proporción sobre el
catalizador de titanio-silicalita es la
descomposición del per-óxido de hidrógeno para formar oxígeno
molecular. Se conoce por el documento EP-A 659 473
la introducción de una pequeña cantidad de vapor de propileno en el
reactor para propósitos de purga de cualquier cantidad de oxígeno
formada por descomposición del peróxido de hidrógeno. Una corriente
de purga que comprende predominantemente propileno y algo de oxígeno
y óxido de propileno se retira del reactor.
Los documentos EP-A 936 219 y
EP-A 1 074 547 describen un proceso para
regeneración de un catalizador de titanio-silicalita
que se ha desactivado en un proceso de epoxidación de propileno con
peróxido de hidrógeno. En este caso, el reactor se purga
discontinuamente con un gas inerte para eliminar propileno dado que
la regeneración del catalizador tiene que realizarse en ausencia de
la olefina. Se expone en estas referencias que la purga tiene la
ventaja adicional de que el oxígeno formado por la descomposición
del peróxido de hidrógeno se elimina también periódicamente del
reactor, mejorando con ello la seguridad del proceso. Pero con
objeto de garantizar una operación segura la purga de gas inerte
tiene que realizarse en intervalos cortos, lo que conduce a periodos
de parada largos indeseables.
Los documentos EP-A 1 085 017 y
WO 99/48883 exponen, con relación a algunas realizaciones preferidas
de un proceso para epoxidación de propileno con peróxido de
hidrógeno, la posibilidad de introducir una corriente gaseosa que
comprende propileno y gas inerte en el reactor. Sin embargo, no se
hace exposición alguna con respecto a la descomposición de oxígeno o
requerimientos de seguridad.
Sin embargo, todos los procesos expuestos
anteriormente tienen de hecho en común la desventaja de que se
pierden cantidades considerables de propileno y óxido de propileno
junto con el oxígeno en la corriente de purga.
Los documentos EP-A 719768 y
EP-A 1 122 246 describen un proceso para epoxidación
de olefinas, preferiblemente propileno, con peróxido de hidrógeno
por el cual una corriente de vapores que comprende propileno, óxido
de propileno y oxígeno que sale del reactor se trata en una unidad
de absorción para recuperar productos valiosos de la corriente de
vapores. Debido al aumento de la concentración de oxígeno en el
espacio de gas de la unidad de absorción, dado que el gas está
empobrecido en propileno y óxido de propileno, puede ser ventajoso
por razones de seguridad introducir una corriente de gas inerte en
la unidad de absorción. Aunque estos documentos de la técnica
anterior tratan de los aspectos de seguridad en la unidad de
absorción, no abordan los requerimientos de seguridad del proceso
global. Especialmente en el reactor de epoxidación propiamente dicho
no se toma medida alguna a fin de garantizar una conducción segura
del proceso. Por consiguiente, el proceso puede conducirse
únicamente dentro de un estrecho intervalo de parámetros de proceso
para garantizar la seguridad de la reacción, con el resultado de que
existe un alto riesgo asociado con cualquier clase de funcionamiento
anormal en la etapa de reacción.
De acuerdo con ello, el objeto de la presente
invención es, proporcionar un proceso para la epoxidación de
olefinas que tiene un balance mejorado de seguridad de operación y
economía del proceso.
Este objeto se alcanza por un proceso para la
epoxidación catalítica de olefinas en al menos una etapa de
reacción, que comprende:
- (a)
- hacer reaccionar la olefina con peróxido de hidrógeno en un disolvente orgánico miscible con el agua en presencia de un catalizador de titanio-silicalita en un reactor mientras se alimenta continuamente al reactor una corriente de gas inerte;
- (b)
- retirar continuamente del reactor una corriente gaseosa de salida que contiene óxido de olefina, olefina sin reaccionar, oxígeno y un gas inerte;
- (c)
- poner la corriente gaseosa de salida en contacto en una unidad de absorción con el mismo disolvente utilizado en la etapa de reacción;
- (d)
- retirar de la unidad de absorción una corriente de disolvente cargada con olefina y óxido de olefina y
- (e)
- descargar de la unidad de absorción una corriente gaseosa que contiene oxígeno y el gas inerte.
Se ha encontrado ahora que no sólo las pérdidas
de olefina y óxido de olefina que se producen en la descarga de la
corriente gaseosa de salida que contiene oxígeno durante la
epoxidación de olefina con peróxido de hidrógeno y un catalizador de
titanio-silicalita pueden reducirse de una manera
sencilla por absorción de la mayor parte del óxido de olefina, la
olefina y opcionalmente el alcano correspondiente con el disolvente
utilizado para la epoxidación, sino que puede garantizarse también
la seguridad del proceso de epoxidación global en todas las etapas.
Una ventaja particular de la presente invención es que el proceso de
oxidación puede conducirse dentro de una extensa gama de parámetros
de proceso sin poner en compromiso la seguridad del proceso, dado
que debido a la corriente de gas inerte presente en el reactor se
garantiza siempre que, a pesar de la descomposición del per-óxido de
hidrógeno, no se formará una composición inflamable. Así pues, el
proceso puede adaptarse más fácilmente a los requerimientos
cambiantes e incluso en el caso de malfuncionamiento durante la
conducción del proceso tal como interrupción del suministro de
olefina, puede evitarse la formación de composiciones inflamables.
Una ventaja adicional es que ya no existe necesidad alguna de
introducción de gas inerte en la unidad de absorción.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, la corriente de gas inerte se introduce cerca de
la entrada del reactor y la corriente gaseosa de salida se retira
cerca de la salida del reactor.
De acuerdo con una realización particularmente
preferida de la presente invención, la corriente gaseosa de salida,
después de abandonar el reactor y antes de entrar en la unidad de
absorción, se hace pasar por una unidad de condensación en la cual
se condensan parcialmente los componentes condensables de la
corriente gaseosa de salida tales como olefina, óxido de olefina, el
alcano correspondiente a la olefina y el disolvente utilizado en la
reacción de epoxidación. Es ventajoso mantener aproximadamente la
misma presión en la unidad de condensación que en el reactor. La
presión en la unidad de condensación es al menos 50%, con
preferencia al menos 75%, más preferiblemente al menos 90% de la
presión en la etapa de epoxidación y de modo muy preferible
aproximadamente la misma presión que en la etapa de epoxidación. Por
ajuste de la presión en la unidad de condensación tan alta como sea
posible, una gran proporción del material condensable puede
separarse de la corriente gaseosa de salida con medidas simples de
baja energía tales como refrigerantes que funcionan con agua de
refrigeración. Otros aparatos adecuados para la unidad de
condensación son aparatos cualesquiera que puedan utilizarse como
cambiador de calor tales como intercambiadores de calor tubulares e
intercambiadores de calor de placas.
El condensado separado de la corriente gaseosa
de salida puede combinarse con la mezcla de reacción líquida
retirada del reactor y procesarse en etapas de tratamiento
subsiguientes. Alternativamente, el condensado puede reciclarse al
reactor. En una realización preferida, si se utiliza propileno como
la olefina, el condensado comprende predominantemente disolvente
orgánico y propileno, y se recicla a la etapa de reacción. En caso
de que se utilice como materia prima propileno que contiene propano,
puede ser ventajoso someter al menos una parte del condensado a una
operación de separación, por la cual se retira el propano antes de
reciclar el condensado a fin de evitar una acumulación indeseable de
propano en la etapa de reacción.
Una ventaja importante de derecho de tener una
unidad de condensación entre el reactor y la unidad de absorción es
que la carga de componentes valiosos en la corriente gaseosa de
salida está ya reducida considerablemente antes de la entrada en la
unidad de absorción. Por consiguiente, la cantidad de disolvente
necesaria en la unidad de absorción que tiene que reciclarse dentro
del proceso y el volumen de la unidad de absorción pueden reducirse
considerablemente. Con ello pueden reducirse tanto los costes de
proceso como los costes de inversión, contribuyendo a las mejoras
económicas globales asociadas con la presente invención.
Es muy importante que únicamente es posible una
operación segura de la unidad de condensación dentro de intervalos
amplios de parámetros del proceso si se introduce gas inerte en el
reactor de epoxidación y está presente por tanto en la corriente
gaseosa de salida procesada en la unidad de condensación. En la
unidad de condensación se reduce el contenido de componentes
orgánicos condensables en la corriente gaseosa de salida. Así, la
concentración de oxígeno en la fase gaseosa se incrementa con la
posibilidad de que se forme una composición de gas inflamable. Por
tanto, aun cuando los parámetros de proceso se controlaran
cuidadosamente y/o se retirara solamente una pequeña cantidad de
componentes condensables, poniendo con ello en compromiso las
ventajas económicas arriba descritas, habría todavía un riesgo
considerablemente alto de formación de una composición inflamable si
no se introdujera gas inerte alguno en el reactor. Por tanto, la
presente invención es especialmete ventajosa si se utiliza una
unidad de condensación en el tratamiento de la corriente gaseosa de
salida que abandona el reactor de epoxidación.
La cantidad de gas inerte introducida en el
reactor se selecciona preferiblemente en función de la cantidad y
composición de la corriente gaseosa de salida que abandona la etapa
de reacción de tal modo que la concentración de oxígeno en la
corriente gaseosa de salida en cualquier etapa del tratamiento del
gas de salida sea suficientemente baja para evitar la formación de
una composición inflamable. Además, preferiblemente la cantidad de
gas inerte se selecciona de tal manera que no se retira con la
corriente gaseosa de salida más de 5%, preferiblemente no más de 2%
del óxido de propileno total generado en el reactor. De este modo,
incluso en el caso de variación en las corrientes de producto en el
proceso global, es muy sencillo mantener constantemente la
composición de la fase gaseosa en cualquier etapa del tratamiento
del gas de salida de tal modo que no pueda producirse una mezcla
inflamable. Con ello, las dimensiones de la unidad de absorción y la
cantidad de disolvente de absorción pueden ser pequeñas al tiempo
que se garantiza la seguridad del proceso global.
En una realización particularmente preferida de
la presente invención, se mide la concentración de oxígeno en la
corriente gaseosa de salida que abandona el reactor, con lo cual, en
la realización que utiliza una unidad de condensación, la
concentración de oxígeno de la corriente gaseosa de salida se mide
después de abandonar la unidad de condensación. La cantidad de gas
inerte introducida en el reactor y/o la cantidad de gas de salida
que abandona el reactor se controla por medida del contenido de
oxígeno en la corriente gaseosa de salida como se ha explicado
anteriormente a fin de mantener constante la concentración de
oxígeno en la corriente gaseosa de salida. Muy preferiblemente, la
cantidad de la corriente gaseosa de salida que abandona el reactor
se controla por medida del contenido de oxígeno como se ha explicado
anteriormente, con lo cual la relación entre la corriente de gas
inerte introducida en el reactor y la corriente gaseosa de salida
retirada del reactor se mantiene constante.
Así pues, por la presente invención se consigue
un balance mejorado de los requerimientos de seguridad y la economía
del proceso global de epoxidación.
Gases inertes adecuados son cualesquiera gases
que se disuelven sólo ligeramente en el disolvente utilizado para la
epoxidación, no reaccionan con el peróxido de hidrógeno y el óxido
de olefina en las condiciones de la reacción de epoxidación y no
forman mezclas explosivas con el oxígeno. El gas inerte utilizado
preferiblemente comprende nitrógeno, un gas inerte obtenido por
combustión de una mezcla metano-aire, vapor de agua,
dióxido de carbono o mezclas de los mismos.
Disolventes adecuados son cualesquiera
disolventes que no son oxidados o son oxidados sólo ligeramente por
el peróxido de hidrógeno en las condiciones de reacción
seleccionadas y se disuelven en agua en una cantidad mayor que 10%
en peso. Disolventes preferidos son aquellos que son ilimitadamente
miscibles con el agua. Disolventes adecuados son alcoholes, tales
como por ejemplo metanol, etanol o terc-butanol;
glicoles, tales como por ejemplo etilenglicol,
1,2-propanodiol o 1,3-propanodiol;
éteres cíclicos, tales como por ejemplo tetrahidrofurano, dioxano u
óxido de propileno; glicol-éteres, tales como por ejemplo
etilenglicol-monometil-éter,
etilenglicol-monoetil-éter,
etilglicol-monobutil-éter o
propilenglicol-monometil-éteres y cetonas, tales
como por ejemplo acetona o 2-butanona. De modo
particularmente preferible se utiliza metanol como disolvente. La
absorción se realiza a una presión total comprendida en el intervalo
que va de 1 a 25 bar, preferiblemente a la misma presión que la
reacción de epoxidación, a la cual se obtiene el gas de salida que
contiene oxígeno. La absorción puede realizarse a temperaturas
comprendidas entre el punto de fusión del disolvente y 100ºC, con
preferencia en el intervalo de 0 a 60ºC.
En una realización particularmente preferida de
la presente invención, la corriente gaseosa de salida se hace pasar
en contracorriente con el disolvente. Una unidad de absorción que es
adecuada para esta realización es en particular una columna con un
relleno o inserciones inertes, en la cual la corriente gaseosa de
salida cargada entre otras cosas con olefina, óxido de olefina y el
gas inerte se alimenta al fondo de la columna, el disolvente se
suministra al extremo superior de la columna, la corriente gaseosa
de salida se descarga por el extremo superior de la columna y la
corriente de disolvente cargada con olefina y óxido de olefina se
retira por el fondo de la columna.
De acuerdo con una realización alternativa de la
presente invención, en la unidad de absorción la fase gaseosa se
dispersa en una fase líquida continua del disolvente.
La ventaja de dicha realización es que si la
fase gaseosa que comprende componentes combustibles y oxígeno se
dispersa en una fase líquida continua del disolvente durante la
absorción, incluso si debido al empobrecimiento de componentes
combustibles de la fase gaseosa la concentración de oxígeno en la
fase gaseosa aumenta por encima del límite de explosión, la fase
gaseosa no puede inflamarse sin embargo dentro de la unidad de
absorción debido a que la fase gaseosa está dispersada finamente en
la fase líquida continua del disolvente. Por consiguiente, la
cantidad de gas inerte introducida en el reactor puede reducirse y
el control de la concentración de oxígeno es únicamente necesario a
fin de que la corriente gaseosa de salida no puede convertirse en
una composición inflamable antes de entrar en la unidad de
absorción. Con ello se garantiza la seguridad del proceso dado que
la fase gaseosa, aun cuando el contenido de oxígeno puede ser
superior al límite de explosión, no puede inflamarse.
De este modo, el proceso de absorción es muy
eficiente dado que la fase gaseosa contiene menos gas inerte. Por
consiguiente, las dimensiones de la unidad de absorción pueden
reducirse ulteriormente, ahorrando con ello costes de inversión, y
puede utilizarse un volumen reducido del fluido de absorción, es
decir el disolvente, con el efecto de que la cantidad de disolvente
a reciclar o procesar en las etapas de tratamiento puede reducirse
considerablemente, mejorando con ello la economía global del
proceso.
De acuerdo con una realización preferida, las
burbujas de gas dispersadas en la fase continua del disolvente de
absorción tienen un diámetro de 10 milímetros o menos,
preferiblemente 2-10 milímetros, y muy
preferiblemente 5 milímetros como máximo.
De acuerdo con una realización específicamente
preferida de la presente invención, la corriente gaseosa se
introduce en la unidad de absorción en una sección inferior de la
unidad de absorción, y la fase de disolvente líquido entra en la
unidad de absorción en una posición situada aguas arriba con
respecto a la localización de entrada de la corriente gaseosa en la
unidad de absorción, y la fase de disolvente líquido sale de la
unidad de absorción en una posición situada por debajo de la entrada
de la corriente gaseosa en la unidad de absorción. Con ello, se
consigue que la corriente gaseosa y el disolvente pasen a través de
la unidad de absorción en una modalidad de contracorriente.
Preferiblemente la unidad de absorción funciona como columna de
borboteo.
El caudal de la fase gaseosa dispersada y de la
fase continua de disolvente líquido puede modificarse dentro de
amplios intervalos con tal que se mantenga el requerimiento de que
la fase líquida sea continua y la fase gaseosa sea la fase
dispersada. El caudal por unidad de sección transversal para la fase
gaseosa es preferiblemente 10-100 m^{3}/m^{2}h,
más preferiblemente 20-60 m^{3}/m^{2}h, y el
caudal por unidad de sección transversal para la fase líquida es
preferiblemente 50-200 m^{3}/m^{2}h, más
preferiblemente 100-150 m^{3}/m^{2}h.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, la corriente gaseosa de salida se introduce en
la unidad de absorción con un sistema de toberas anulares para
dispersar finamente la fase gaseosa en la fase líquida continua. Las
dimensiones de la unidad de absorción así como las condiciones de
flujo de la fase gaseosa y la fase continua de disolvente se
seleccionan de modo que proporcionen burbujas de gas dispersadas en
la fase líquida continua que tienen un diámetro de 10 milímetros o
menos, preferiblemente 2-10 milímetros, más
preferiblemente 5 milímetros como máximo. Pueden tomarse varias
medidas aisladamente o en combinación para controlar el tamaño de
las burbujas arriba definido. Por ejemplo, la sección transversal de
los orificios de las toberas anulares puede seleccionarse de modo
que esté comprendida dentro del intervalo de 0,2-2
mm, y/o pueden disponerse bandejas de tamices dentro de la unidad de
absorción con separaciones definidas que tengan una sección
transversal de orificio de 0,2-2 mm y/ o el caudal
de la fase líquida y la fase gaseosa se ajustan como se ha definido
arriba. Si se utilizan bandejas de tamices, la relación de la
sección transversal libre de las bandejas de tamices a la sección
transversal de la unidad de absorción se ajusta preferiblemente para
garantizar un caudal de la fase gaseosa a través de las placas
perforadas de 0,5-2 m/s.
La unidad de absorción que puede utilizarse en
la realización preferida arriba descrita de la presente invención
puede comprender medios de intercambio de calor y/o medios de
dispersión del gas. Los medios de intercambio de calor pueden ser
útiles para controlar la temperatura en la unidad de absorción,
especialmente para disipar el calor de absorción. Pueden disponerse
medios de dispersión de gas para mejorar la dispersión del gas y la
transferencia de masa entre la fase gaseosa y la fase continua de
disolvente. Preferiblemente se utilizan como medios de dispersión de
gas bandejas de tamices, y de modo particularmente preferible
bandejas de tamices con tubos bajantes.
Por razones de seguridad, puede ser preferible
en esta realización introducir gas inerte en el espacio de cabeza
por encima del nivel del líquido en la unidad de absorción. De este
modo, la corriente gaseosa que abandona la fase de disolvente
líquido se diluye en tal proporción que la concentración de oxígeno
es inferior al límite de explosión. Dado que la fase gaseosa después
de abandonar la fase de disolvente líquido ya no está dispersada
finamente, la mezcla gaseosa será inflamable en el caso de que la
concentración de oxígeno debida al empobrecimiento de componentes
combustibles durante la absorción sea superior al límite de
explosión. En este caso puede utilizarse el mismo gas inerte que se
introduce en el reactor.
De acuerdo con una realización alternativa, el
volumen del espacio de cabeza en la unidad de absorción por encima
del nivel del líquido se reduce mediante desplazadores y la unidad
de absorción está equipada con medios de reducción de presión y una
barrera de llama en la tubería de salida del gas. En este caso, la
cantidad de gas inerte introducida en el espacio de cabeza puede
reducirse considerablemente al tiempo que se garantiza una seguridad
suficiente para el proceso de absorción.
La corriente de disolvente cargada con olefina y
óxido de olefina recuperada de la unidad de absorción se hace volver
a la etapa de reacción o se pasa a una etapa de tratamiento aguas
abajo de la etapa de reacción. Preferiblemente, la corriente de
producto líquido procedente de la etapa de reacción se trata y el
disolvente recuperado así obtenido se devuelve en parte a la unidad
de absorción y en parte a la etapa de reacción.
El proceso de acuerdo con la invención es
adecuado para la epoxidación de olefinas que tengan 2 a 6 átomos de
carbono. La epoxidación de propileno para dar óxido de propileno es
sumamente preferida.
Zeolitas cristalinas que contienen titanio de la
composición
(TiO_{2})_{x}(SiO_{2})_{1-x},
donde x es de 0,001 a 0,05 y que tienen una estructura cristalina
MFI o MEL, conocidas como
titanio-silicalita-1 y
titanio-silicalita-2, son adecuadas
como catalizadores para el proceso de epoxidación de acuerdo con la
invención. Tales catalizadores pueden producirse por ejemplo de
acuerdo con el proceso descrito en el documento US-A
4.410.501. El catalizador de titanio-silicalita
puede emplearse en forma de polvo o como catalizador conformado en
forma de gránulos, piezas extruidas o cuerpos moldeados. Para el
proceso de conformación, el catalizador puede contener 1 a 99% de un
material aglomerante o vehículo, siendo adecuados todos los
aglomerantes y materiales vehículo que no reaccionan con peróxido de
hidrógeno o con el epóxido en las condiciones de reacción empleadas
para la epoxidación. Se utilizan preferiblemente como catalizadores
en suspensión gránulos correspondientes al documento
EP-A 893 558. Como catalizadores de lecho fijo se
utilizan preferiblemente piezas extruidas con un diámetro de 1 a 5
mm.
El peróxido de hidrógeno se utiliza en el
proceso de acuerdo con la invención en la forma de una solución
acuosa con un contenido de peróxido de hidrógeno de 1 a 90% en peso,
preferiblemente 10 a 70% en peso y de modo particularmente
preferible 30 a 50% en peso. El peróxido de hidrógeno puede
utilizarse en la forma de las soluciones estabilizadas disponibles
comercialmente. Son también adecuadas soluciones acuosas de peróxido
de hidrógeno no estabilizadas tales como las que se obtienen en el
proceso de la antraquinona para producción de peróxido de hidrógeno.
Alternativamente, se pueden utilizar soluciones de peróxido de
hidrógeno en alcoholes, preferiblemente en metanol. Estas soluciones
alcohólicas se pueden preparar por reacción de hidrógeno y oxígeno
en presencia de un catalizador de metal noble y el alcohol.
La epoxidación de olefinas, preferiblemente
propileno, se lleva a cabo a una temperatura de -10 a 100ºC,
preferiblemente a 20º hasta 70ºC. La olefina se emplea
preferiblemente en exceso con relación al peróxido de hidrógeno a
fin de alcanzar un consumo significativo de peróxido de hidrógeno,
eligiéndose la relación molar de olefina, preferiblemente propileno,
a peróxido de hidrógeno dentro del intervalo de 1,1 a 10. Cuando se
añade un disolvente, la cantidad de disolvente se elige
preferiblemente de tal modo que esté presente una sola fase líquida
en la mezcla de reacción. El disolvente se añade preferiblemente en
una relación en peso de 0,5 a 20 referida a la cantidad de solución
de peróxido de hidrógeno utilizada. La cantidad de catalizador
empleada puede modificarse dentro de amplios límites, y
preferiblemente se elige de modo que se alcance un consumo de
peróxido de hidrógeno mayor que 90%, preferiblemente mayor que 95%,
en el transcurso de 1 minuto a 5 horas en las condiciones de
reacción empleadas.
En una realización preferida del proceso de
acuerdo con la invención, se utiliza propileno que puede contener
entre 0% y 15% de propano. El propileno puede alimentarse tanto en
forma líquida como en forma gaseosa al sistema de reacción. La
cantidad de propileno que se introduce se elige de tal modo que, en
las condiciones de reacción, se forme en los reactores una fase
gaseosa constituida predominantemente por propileno, y de tal modo
que pueda retirarse del primer reactor del sistema de reacción un
gas residual cuyo contenido de oxígeno se encuentra fuera de los
límites de explosión para las mezclas
propileno-oxígeno.
La presión en el reactor está comprendida
preferiblemente entre la presión atmosférica y 50 bar. En el caso de
la epoxidación de propileno, la presión en el sistema de reacción se
elige preferiblemente de modo que esté comprendida entre 50% y 100%
de la presión de vapor saturado del propileno a la temperatura de
reacción.
La invención se expondrá a continuación con
mayor detalle haciendo referencia a una realización preferida de
acuerdo con la Figura 1.
La Figura 1 exhibe una representación
esquemática de una realización preferida de la presente
invención.
Haciendo referencia a la Fig. 1, propileno 1,
gas inerte 2, peróxido de hidrógeno 3 y metanol 4 se alimentan
continuamente al reactor de epoxidación I que contiene un
catalizador de epoxidación. Se retira continuamente del reactor I
una mezcla de reacción líquida como corriente de producto 6, y se
dirige a etapas de tratamiento subsiguientes que no se muestran en
la Figura 1. Adicionalmente, se retira de modo continuo del reactor
I una corriente gaseosa de salida 5 y se dirige a una unidad de
condensación II, donde los componentes condensables de la corriente
gaseosa de salida 5 se condensan parcialmente. La mezcla bifásica
resultante se dirige a un separador de fases III en el cual la fase
líquida 7 que comprende los componentes condensados en la corriente
gaseosa de salida 5 se separa de la fase gaseosa 8. La fase líquida
7 se recicla al reactor I y la fase gaseosa 8 se alimenta a la
unidad de absorción IV. La fase gaseosa 8 se hace pasar por la
unidad de absorción IV en contracorriente con una corriente de
metanol 9. Una corriente gaseosa 10 sustancialmente exenta de
cualesquiera productos valiosos se retira de la unidad de absorción
IV, y se recicla al reactor I una fase de disolvente 11 cargada con
propileno y óxido de propileno.
Claims (20)
1. Un proceso para la epoxidación catalítica de
olefinas en al menos una etapa de reacción, que comprende:
- (a)
- hacer reaccionar la olefina con peróxido de hidrógeno en un disolvente orgánico miscible con el agua en presencia de un catalizador de titanio-silicalita en un reactor mientras se alimenta continuamente al reactor una corriente de gas inerte;
- (b)
- retirar continuamente del reactor una corriente gaseosa de salida que contiene óxido de olefina, olefina sin reaccionar, oxígeno y un gas inerte;
- (c)
- poner la corriente gaseosa de salida en contacto en una unidad de absorción con el mismo disolvente utilizado en la etapa de reacción;
- (d)
- retirar de la unidad de absorción una corriente de disolvente cargada con olefina y óxido de olefina y
- (e)
- descargar de la unidad de absorción una corriente gaseosa que contiene oxígeno y el gas inerte.
2. Proceso de acuerdo con la reivindicación
1,
caracterizado porque
no se introduce adicionalmente gas inerte alguno
en la unidad de absorción.
3. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
la cantidad de gas inerte introducida se
selecciona en función de la cantidad y composición de la corriente
gaseosa de salida que abandona la etapa de reacción de tal modo que
la corriente gaseosa de salida ya no tiene composición inflamable y
de tal modo que no más de 5%, preferiblemente no más de 2% del óxido
de propileno total generado en el reactor se retira con la corriente
gaseosa de salida.
4. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
el gas inerte se selecciona de un gas que se
disuelve sólo ligeramente en el disolvente utilizado para la
epoxidación, no reacciona con el peróxido de hidrógeno y el óxido de
olefina en las condiciones de la reacción de epoxidación y no forma
mezclas explosivas con el oxígeno, preferiblemente de nitrógeno, un
gas inerte obtenido por combustión de una mezcla
metano-aire, vapor de agua, dióxido de carbono o
mezclas de los mismos.
5. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
la corriente del gas inerte se introduce cerca
de la entrada del reactor y la corriente gaseosa de salida se retira
cerca de la salida del reactor.
6. Proceso de acuerdo con la reivindicación
5,
caracterizado porque
el reactor es un reactor de lecho de goteo y el
gas inerte se introduce en el reactor por encima del lecho de goteo,
y la corriente gaseosa de salida se retira por debajo del lecho de
goteo.
7. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque de la corriente
gaseosa de salida, parte del óxido de olefina, la olefina que no ha
reaccionado y el disolvente se separan por condensación parcial
antes de introducir la corriente gaseosa de salida en la unidad de
absorción.
8. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
la unidad de absorción es una columna con un
relleno o inserciones inertes y las corrientes gaseosas se
alimentan al fondo de la columna, el disolvente se suministra a la
parte superior de la columna como corriente de disolvente, la
corriente gaseosa de salida se descarga por la parte superior de la
columna y la corriente de disolvente cargada con olefina y óxido de
olefina se retira por el fondo de la columna.
9. Proceso de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1-7,
caracterizado porque
durante la absorción, la fase gaseosa se
dispersa en una fase líquida continua del disolvente.
10. El proceso de la
reivindicación 9, caracterizado porque
las burbujas de gas dispersadas en la fase
continua tienen un diámetro de 10 mm o menor, preferiblemente de 5
mm como máximo.
11. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones 9 y 10, caracterizado porque la corriente
gaseosa se introduce en una unidad de absorción en una sección
inferior de la unidad de absorción y la fase de disolvente líquido
entra en la unidad de absorción en una posición situada aguas arriba
con respecto a la localización de entrada de la corriente gaseosa en
la unidad de absorción, con lo cual la corriente gaseosa y el
disolvente pasan por la unidad de absorción en contracorriente y la
fase de disolvente líquido sale de la unidad de absorción en una
posición situada por debajo de la entrada de la corriente gaseosa en
la unidad de absorción.
12. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones 9-11, caracterizado porque
la unidad de absorción opera como una columna de borboteo.
13. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones 9-12, caracterizado porque
la corriente gaseosa se introduce en la unidad de absorción a través
de un sistema de toberas anulares.
14. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones 12 y 13, caracterizado porque las
condiciones de flujo de la unidad de absorción se seleccionan de
modo que proporcionan burbujas de gas dispersadas en la fase líquida
continua que tienen un diámetro de 10 mm o menos, preferiblemente de
5 mm como máximo.
15. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones 11-14, caracterizado porque
la unidad de absorción comprende medios de intercambio de calor y/o
medios de dispersión de gas.
16. El proceso de la reivindicación 15,
caracterizado porque están dispuestas bandejas de tamices en
la unidad de absorción.
17. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
la corriente de disolvente cargada con olefina y
óxido de olefina se hace volver a la etapa de reacción o se pasa a
una etapa de tratamiento situada aguas abajo de la etapa de
reacción.
18. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
la corriente de producto líquido procedente de
la etapa de reacción se trata y el disolvente recuperado así
obtenido se devuelve en parte a la unidad de absorción y en parte a
la etapa de reacción.
19. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
la olefina es una olefina que tiene
2-6 átomos de carbono, preferiblemente
propileno.
20. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
el disolvente se selecciona de entre alcoholes,
glicoles, éteres cíclicos, glicol-éteres y cetonas, y es
preferiblemente metanol.
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