ES2283619T3 - Procedimiento para la hidrogenacion de acetona. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la hidrogenación de acetona para preparar isopropanol, en el que la reacción de hidrogenación se realiza en un reactor multitubular, en donde se usa un catalizador a base de níquel, y en donde el reactor se hace funcionar con un flujo gota a gota.

Description

Procedimiento para la hidrogenación de acetona.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para la hidrogenación de acetona a isopropanol.

El isopropanol es un intermedio muy útil en la síntesis orgánica así como un disolvente comercialmente importante.

Se describe un proceso para la hidrogenación de acetona a isopropanol en el documento EP-A-0379323. La hidrogenación de acetona a isopropanol es un proceso exotérmico. Como se indica en el documento EP-A-0379323 temperaturas de reacción demasiado altas inducirán el exceso de hidrogenación descomponiendo la acetona, dando como resultado rendimientos reducidos de isopropanol. Este problema se presenta especialmente cuando se hidrogena acetona. Cuando se compara con otras cetonas, la acetona tiene un punto de ebullición relativamente bajo, y por eso, se gasifica fácilmente. La gasificación en exceso puede conducir a puntos calientes y a la descomposición de la acetona por hidrogenación. Por lo tanto, especialmente en la hidrogenación de la acetona es necesario controlar con precisión la temperatura de reacción. Un método utilizado con frecuencia para controlar la temperatura de reacción es la recirculación del producto de reacción, p. ej. isopropanol. El Ejemplo 7 del documento EP-A-0379323 describe un precalentamiento del reactivo a 77°C antes de ingresar en una columna del reactor vertical que tiene un diámetro interno de 38,4 m, donde después una mezcla de reacción a 113°C se obtuvo a partir de la salida del reactor. La disolución de reacción se dividió en dos partes. La primera parte se extrajo del sistema de reacción como un producto. Una segunda parte se alimentó nuevamente dentro del reactor por medio de una bomba de recirculación y se combinó con acetona para formar una mezcla de alimentación para la reacción. En la línea para recircular la segunda parte se proporcionó un intercambiador de calor. La temperatura interna del reactor se mantuvo a una temperatura predeterminada controlando la temperatura de la camisa del intercambiador de calor. Sin embargo, recirculando el producto de reacción, que contiene grandes cantidades de isopropanol, el proceso se convierte en menos económico y puede incrementarse la cantidad de, por ejemplo, di-isopropil éter, un subproducto principal. Además, se limita en sí misma la capacidad para controlar la temperatura en el reactor.

Tal proceso mejorado se ha encontrado utilizando un reactor multitubular. El uso de un reactor multitubular en la hidrogenación de acetona gaseosa sobre un catalizador de cobre se ha descrito en el documento US-A-2 456 187.

El objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento mejorado para la hidrogenación de acetona en términos económicos y de control de temperatura.

Compendio de la invención

Por lo tanto, esta invención proporciona un procedimiento para la hidrogenación de acetona para preparar isopropanol, en donde la reacción de hidrogenación se realiza en un reactor multitubular, en donde se usa un catalizador a base de níquel, y en donde el reactor se hace funcionar con un flujo gota a gota.

El uso de un reactor multitubular permite una eliminación del calor de reacción más regulada y más controlada. Además, el procedimiento es económicamente más ventajoso porque no hay necesidad de recircular producto de reacción valioso.

Descripción detallada de la invención

El reactor multitubular utilizado en el procedimiento según la invención preferentemente comprende un recipiente que se extiende sustancialmente en vertical, una pluralidad de tubos del reactor abiertos en los extremos dispuestos en el recipiente paralelos a su eje longitudinal central de los cuales los extremos superiores están fijos a una placa tubular superior y en comunicación fluida con una cámara de fluido superior por encima de la placa tubular superior y de los cuales los extremos inferiores están fijos a una placa tubular inferior y en comunicación fluida con una cámara de fluido inferior por debajo de la placa de tubular inferior, medios de suministro para proporcionar los reactivos a una de las cámaras de fluido y una salida de efluente dispuesta en la cámara de fluido inferior.

Durante la operación los tubos del reactor están llenos con partículas catalizadoras.

Para convertir acetona e hidrógeno en isopropanol, la acetona se puede suministrar a través de la cámara de fluido superior en los extremos superiores de los tubos del reactor y pasar a través de los tubos del reactor. El hidrógeno se puede suministrar ya sea a través de la cámara de fluido superior (de arriba a abajo) o a través de la cámara de fluido inferior (del fondo a arriba). Preferentemente el hidrógeno se suministra en paralelo con la acetona a través de la cámara de fluido superior (de arriba a abajo). El efluente del producto de reacción que deja los extremos inferiores de los tubos del reactor se recoge en la cámara de fluido inferior y se elimina de la cámara de fluido inferior a través de la salida de efluente.

El calor de reacción se elimina mediante un fluido de enfriamiento, el cual se hace pasar a lo largo de las superficies exteriores de los tubos del reactor. Se puede utilizar una gran variedad de líquidos como fluido de enfriamiento. Los ejemplos incluyen agua e hidrocarburos tales como por ejemplo queroseno y aceite térmico. El agua es un fluido de enfriamiento preferido.

En una realización preferida se utiliza un reactor multitubular como el que se describe en el documento EP-A-0308034. En tal reactor multitubular la parte del extremo superior de cada tubo del reactor abierto en el extremo está provista de un dispositivo de suministro de gas y líquido, tal dispositivo comprende una cámara de entrada que tiene una abertura para la entrada de gas, una entrada y una salida de líquido, la cual está en comunicación fluida con la parte del extremo superior del tubo del reactor, y un elevador de líquido que se extiende entre un nivel en la capa de líquido la cual se presenta durante el funcionamiento normal en la cámara de fluido superior y la entrada de líquido de la cámara de entrada.

El tamaño del reactor dependerá de la capacidad deseada y puede variar dentro de un amplio intervalo. Preferentemente, el diámetro interno del reactor está en el intervalo de 0,1 a 8 m. Por ejemplo, un reactor con una producción relativamente baja de producto hidrogenado, p. ej. de 10 a 30 kilotoneladas por año, el diámetro preferido está en el intervalo de 0,4 a 1,4 m, para un reactor con una producción moderada de producto hidrogenado, p. ej. de 30 a 70 kilotoneladas por año, el diámetro preferido está en el intervalo de 0,7 a 2 m, para un reactor con una gran producción de producto hidrogenado, p. ej. de 70 a 130 kilotoneladas por año, el diámetro preferido está en el intervalo de 1 a 3 m y para un reactor con una producción muy elevada de producto hidrogenado, p. ej. de 130 a 200 kilotoneladas por año, el diámetro preferido está en el intervalo de 1,5 a 5 m. El número de tubos del reactor puede variar dentro de un amplio intervalo y también depende de la capacidad deseada. Para propósitos prácticos se prefiere que el número de los tubos del reactor esté en el intervalo de 10 a 20.000 y se prefiere más que el número de los tubos del reactor esté en el intervalo de 100 a 10.000.

El diámetro interno de los tubos del reactor debe ser lo bastante pequeño para permitir la suficiente transferencia del calor de reacción al líquido de enfriamiento y lo bastante grande para evitar costes de material innecesarios. El diámetro óptimo de los tubos del reactor depende de la cantidad de calor de reacción generado por el proceso de hidrogenación y puede variar con el tipo de reactivos, la cantidad de reactivos y el catalizador utilizado. En el procedimiento de la presente invención se prefieren diámetros internos de los tubos del reactor en el intervalo de 10 a 100 mm, más preferentemente en el intervalo de 20 a
70 mm.

El procedimiento de hidrogenación se puede llevar a cabo en un amplio intervalo de temperaturas de reacción. Preferentemente las temperaturas aplicadas al reactor están en el intervalo de 40-150°C, más preferentemente en el intervalo de 60-120°C.

El uso de un reactor multitubular permite ventajosamente la regulación y control de la temperatura del reactor. La temperatura aplicada al reactor puede ser constante desde la parte superior del tubo del reactor hasta el fondo del tubo del reactor o puede incrementar o disminuir gradualmente. En una realización preferida el proceso de hidrogenación se realiza en un reactor multitubular que tiene un perfil de temperatura decreciente. Es decir, los reactivos se suministran en la parte superior del tubo del reactor a una temperatura elevada mientras que la temperatura disminuye gradualmente desde la parte superior hasta el fondo del tubo del reactor. Tal perfil de temperatura decreciente tiene como resultado una alta conversión y baja formación de di-isopropil
éter.

La presión de reacción puede variar entre amplios intervalos, pero preferentemente está en el intervalo de 2 a 100 bar, más preferentemente en el intervalo de 10 a 40 bar. Una presión más alta tendrá como resultado costes elevados mientras que una presión más baja puede tener como resultado pobres velocidades de conversión. Si la acetona se suministra como un líquido, el gas es preferentemente hidrógeno esencialmente puro, sin embargo, este hidrógeno puede contener cantidades secundarias de metano, etano, nitrógeno y otras impurezas.

La relación molar de hidrógeno a acetona es preferentemente al menos 1. Más preferentemente la relación molar de hidrógeno a acetona está en el intervalo desde 1:1 a 10:1, lo más preferentemente en el intervalo desde 1,5:1 a 5:1.

La cantidad de catalizador requerido depende de la capacidad deseada y la actividad del catalizador. Volúmenes de catalizador en el intervalo de 0.1 a 50 m^{3}, preferentemente en el intervalo de 0.5 a 20 m^{3}, son los más prácticos.

El catalizador utilizado en el procedimiento según la invención puede ser cualquier catalizador a base de níquel tal como los catalizadores de níquel reducido preparados haciendo que un soporte de tierra de diatomeas, alúmina o sílice lleve sobre sí óxido de níquel o catalizadores de níquel Raney.

En una realización preferida se utiliza como catalizador a base de níquel un catalizador de níquel sobre sílice.

Preferentemente el catalizador está presente en el reactor multitubular como un lecho fijo.

En una realización ventajosa el procedimiento según la invención se hace funcionar con flujo gota a gota. Esto es, el compuesto de carbonilo líquido gotea a lo largo de la superficie del catalizador, el cual está compactado en una atmósfera llena de hidrógeno gaseoso.

Se pueden utilizar una amplia variedad de flujos de gas y líquido. Por razones prácticas la velocidad superficial del gas está preferentemente en el intervalo de 0.01-10 m/s, y la velocidad superficial de líquido está preferentemente en el intervalo de 0.0001-
0.1 m/s.

En el procedimiento de la invención, la alimentación de acetona puede contener algunos productos de reacción. Por ejemplo, una alimentación de acetona puede contener algo de isopropanol. Preferentemente, sin embargo, la cantidad de producto de reacción en la alimentación es menor que 50% p/p, más preferentemente menor que 10% p/p y lo más preferentemente en el intervalo de 0 a 5% p/p.

Una ilustración de un procedimiento según la invención se describe ahora haciendo referencia a la figura 1.

Se utiliza un reactor multitubular (101), que comprende un recipiente (103) que se extiende sustancialmente en vertical y una pluralidad de tubos (105) del reactor abiertos en el extremo (por razones prácticas sólo cuatro de ellos se representan en la figura 1). Los tubos (105) del reactor abiertos en el extremo están dispuestos en el recipiente (103) paralelos a su eje (107) longitudinal central. Los extremos superiores (109) de los tubos (105) del reactor abiertos en el extremo están fijos a una placa tubular superior (111) y en comunicación fluida con una cámara (113) de fluido superior por encima de la placa tubular superior (111). Los extremos inferiores (115) de los tubos (105) del reactor abiertos en el extremo están fijos a una placa tubular inferior (117) y en comunicación fluida con una cámara (119) de fluido inferior por debajo de la placa tubular inferior (117). El recipiente comprende medios (121) de suministro para proporcionar reactivos a la cámara (113) de fluido superior y una salida (123) de efluente dispuesta en la cámara (119) de fluido inferior. La parte superior de los tubos del reactor abiertos en el extremo está provista de un dispositivo (125) de suministro de gas y líquido, dispuesto en la cámara de fluido superior. Este dispositivo de suministro de gas y líquido comprende una cámara de entrada (127) que tiene una abertura (129) de entrada del gas, una entrada (131) de líquido y una salida (133), la cual está en comunicación fluida con la parte del extremo superior de los tubos del reactor abiertos en el extremo. Los tubos (105) del reactor abiertos en el extremo se llenan con un catalizador (135) de níquel sobre sílice. El recipiente (103) además comprende medios (137) de suministro y una salida (139) para un líquido de enfriamiento,
p. ej. agua, de manera que se obtenga un perfil de temperatura descendente. El líquido de enfriamiento se suministra a la cámara (141) de enfriamiento entre la placa tubular superior (111) y la placa tubular inferior (117).

Una alimentación (143) de acetona e hidrógeno, previamente calentada a una temperatura de por ejemplo 100°C, se alimenta a una presión de por ejemplo 25 atm al reactor a través del dispositivo (125) de suministro de gas y líquido dentro de los tubos (105) del reactor abiertos en el extremo a través de la cámara (113) de fluido superior. En los tubos (105) del reactor abiertos en el extremo se hacen reaccionar acetona e hidrógeno produciendo isopropanol sobre el catalizador (135) de níquel sobre sílice. El efluente de reacción, que contiene entre otros, isopropanol y pequeñas cantidades de di-isopropil éter, se retira desde los tubos (105) del reactor abiertos en el extremo hasta la salida (123) de efluente a través de la cámara (119) de fluido inferior.

Claims (9)

1. Procedimiento para la hidrogenación de acetona para preparar isopropanol, en el que la reacción de hidrogenación se realiza en un reactor multitubular, en donde se usa un catalizador a base de níquel, y en donde el reactor se hace funcionar con un flujo gota a gota.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el diámetro interno del reactor está en el intervalo de 0,1 a 8 m.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que el reactor multitubular comprende un recipiente que se extiende sustancialmente en vertical, una pluralidad de tubos del reactor abiertos en el extremo dispuestos en el recipiente paralelos a su eje longitudinal central de los cuales los extremos superiores están fijos a una placa tubular superior y en comunicación fluida con una cámara de fluido superior por encima de la placa tubular superior y de los cuales los extremos inferiores están fijos a una placa tubular inferior y en comunicación fluida con una cámara de fluido inferior por debajo de la placa tubular inferior, medios de suministro para proporcionar reactivos a la cámara de fluido superior y una salida de efluente dispuesta en la cámara de fluido inferior, la parte del extremo superior de cada tubo del reactor está provista de un dispositivo de suministro de gas y líquido, tal dispositivo comprende una cámara de entrada que tiene una abertura de entrada de gas, una entrada y una salida de líquido que está en comunicación fluida con la parte del extremo superior del tubo del reactor, y un elevador de líquido que se extiende entre un nivel en la capa de líquido que está presente durante la operación normal en la cámara de fluido superior y la entrada de líquido de la cámara de entrada.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el número de tubos del reactor está en el intervalo de 10 a 20.000.

5. Procedimiento según la reivindicación 3 ó 4, en el que los tubos de reacción tienen un diámetro interno en el intervalo de 10 a 100 mm.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que se aplican en el reactor temperaturas dentro del intervalo de 40-150°C.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que el proceso de hidrogenación se realiza en un reactor multitubular que tiene un perfil de temperatura decreciente.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que se utiliza un catalizador de níquel sobre sílice.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que se utiliza una alimentación de acetona la cual contiene menos de 50% del producto de reacción.