ES2286236T3 - Metodo para limpiar acido tereftalico crudo y catalizadores adecuados para el mismo y que contienen fibras de carbono. - Google Patents
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Abstract
Un proceso para purificar ácido tereftálico crudo mediante tratamiento hidrogenativo catalítico sobre un material catalizador que comprende al menos un metal de hidrogenación aplicado a un soporte de carbono, en donde las fibras de carbono se utilizan como soporte de carbono.
Description
Método para limpiar ácido tereftálico crudo y
catalizadores adecuados para el mismo y que contienen fibras de
carbono.
La presente invención se relaciona con un
proceso para purificar ácido tereftálico crudo mediante
postratamiento hidrogenativo catalítico sobre un material
catalizador que comprende al menos un metal de hidrogenación
aplicado a un soporte de carbono. La invención se relaciona además
con un reactor y catalizadores que comprenden fibras de carbono,
con un proceso para producirlos y sus usos como, en particular, un
catalizador de hidrogenación.
La parte principal del ácido tereftálico
producido industrialmente se produce por medio del proceso de
oxidación líquido-fase Amoco. En este proceso, el
p-xileno se oxida mediante el oxígeno atmosférico
bajo presión con una concentración de ácido acético del 95% con la
ayuda de un sistema catalizador que comprende sales de Co y Mn y
compuestos de bromo. En el proceso Amoco, una etapa de purificación
es necesaria después de la etapa de oxidación si el ácido
tereftálico producido va a ser procesado adicionalmente para
producir fibras. La tarea de esta etapa de purificación es
esencialmente convertir 4-carboxibenzaldehído
formado mediante solamente oxidación parcial en compuestos que no
interfieran o sean fácilmente separados. Aproximadamente 5000 ppm de
4-carboxibenzaldehído típicamente se forman. Este
compuesto tiene que ser removido porque interfiere en la reacción
de policondensación en el procesamiento adicional del ácido
tereftálico. Además, también ocurre la problemática decoloración
amarilla del producto de condensación.
La solución más difundida a este problema es la
etapa de hidrogenación subsecuente en la cual la solución acuosa
del ácido tereftálico crudo se trata en alrededor de 250ºC bajo
presión sobre un catalizador de metal
noble-carbono. Esto convierte el
4-carboxibenzaldehído en ácido
p-tolúico a diferencia del aldehído, puede ser
fácilmente removido del ácido tereftálico deseado mediante
cristalización. El principio básico de este proceso se describe en
la US 3 584 039 (1967). Los soportes de carbono utilizados en el
catalizador son pulverulentos o granulares.
El proceso de hidrogenación es llevado a cabo de
costumbre industrialmente utilizando catalizadores en partículas
que comprenden típicamente desde 0.5% en peso de paladio sobre un
soporte de carbono industrialmente disponible, cf.
EP-A-0 879 641. Aunque el objetivo
de la hidrogenación se puede logar satisfactoriamente de esta
manera, los catalizadores utilizados tienen algunas desventajas en
el uso práctico. En particular, los lechos de catalizador hecho de
catalizadores de partículas con base en carbono como soporte tienen
la desventaja de que, debido a la estabilidad mecánica
relativamente baja del material de soporte, el movimiento inevitable
que ocurre en el lecho del catalizador bajo condiciones de
operación resulta en material desgastado que tiene que ser separado
del producto en una etapa corriente abajo. Además, este material
desgastado también está asociado con una pérdida del componente de
metal noble activo costoso. Adicionalmente, se observa
frecuentemente que el componente de metal noble activo se pierde de
otras for-
mas durante el tiempo de operación si éste no se ha fijado químicamente al material de soporte en un grado suficiente.
mas durante el tiempo de operación si éste no se ha fijado químicamente al material de soporte en un grado suficiente.
Los catalizadores de lecho fijos que comprenden
fibras de carbono activadas, sobre las cuales uno o más componentes
de catalizador activo se han depositado se describen en la
DE-A- 32 29 905. Las fibras de carbono están en la
forma de una estructura en la cual ellas son entrelazadas con otra y
forma un objeto que llena un volumen. Aquí, las fibras de carbono
son, por ejemplo, en forma similar a fieltro.
Los catalizadores monolíticos se han utilizado
para hidrogenación durante algún tiempo. La
EP-A-0 827 944 describe tal proceso
de hidrogenación en el cual el catalizador se utiliza como empaque
catalítico, preferiblemente en forma monolítica. El empaque de
catalizador se produce al aplicar al menos una sustancia que es
activa como catalizador para mallas/telas tejidas o entretejidas o
hojuelas/películas como material de soporte.
El recubrimiento de los soportes de catalizador
con las composiciones activas se puede llevar a cabo mediante
varios métodos. La EP-A-0 965 384
describe procesos de impregnación para aplicar la composición activa
a soportes estructurados o monolitos. Esto se lleva a cabo
utilizando un medio de impregnación que tiene una tensión de
superficie de no más de 50 mN/m. Los monolitos se producen de los
soportes estructurados. Los materiales utilizados para el soporte
pueden ser materiales metálicos o cerámicos o polímeros sintéticos,
siendo también mencionado carbono. Como se describe en la
EP-A-0 827 944, se le da preferencia
al uso de tiras de malla de metal tejida como soportes de
catalizador o catalizadores.
La WO 99/26721 describe la producción de un
soporte de catalizador hecho de fibras de carbono activado. Para
este propósito, las fibras de rayón se convierten en fibras de
carbono activado y se impregnan con metales catalíticamente activos
o se tratan mediante intercambio de catión. Se describe la formación
de soporte de catalizador mediante la conversión en telas tejidas y
otros sustratos similares a lámina. El catalizador se utiliza en
esta forma tejida.
Una aplicación importante de los catalizadores
de hidrogenación es la preparación y la purificación del ácido
tereftálico.
Es un objeto de la presente invención
suministrar un proceso para purificar ácido tereftálico crudo y
suministrar catalizadores de hidrogenación que eviten las
desventajas de los catalizadores conocidos. Los catalizadores
deben, en particular, tener una estabilidad mecánica y una
resistencia a la abrasión incrementadas y deben poder ser
utilizadas ventajosamente en el postratamiento hidrogenativo del
ácido tereftálico crudo.
Hemos encontrado que este objeto se logra
mediante un proceso para purificar ácido tereftálico crudo mediante
postratamiento hidrogenativo catalítico sobre un material
catalizador que comprende al menos un metal de hidrogenación
aplicado a un soporte de carbono, en donde las fibras de carbono se
utilizan como soporte de carbo-
no.
no.
El postratamiento hidrogenativo catalítico se
puede llevar a cabo como se describe en la US 3,584,039. En
particular, el catalizador sirve para catalizar la hidrogenación del
4-carboxibenzaldehído al ácido
p-tolúico. El proceso es particularmente
preferiblemente llevado a cabo a temperaturas en el rango de
aproximadamente 200ºC y bajo una presión de preferiblemente desde
50 a 100 bar. El postratamiento hidrogenativo se puede llevar a cabo
continuamente o en tandas.
Las fibras de carbono se pueden instalar en el
reactor de cualquier forma adecuada. Por ejemplo, ellas pueden
estar presentes en el reactor en forma ordenada o desordenada, por
ejemplo en forma desordenada como fieltro como se describe en la
DE-A-32 29 905, o en forma ordenada
como una estructura similar a lámina como se describe, por ejemplo,
en la WO 99/26721. Cualquier disposición tridimensional de las
fibras de carbono que permitan el postratamiento hidrogenativo
catalítico del ácido tereftálico crudo se puede emplear. Por lo
tanto tiene que permitirse el contacto del ácido tereftálico crudo
con las fibras de carbono y permitir la transferencia de masa. Por
esta razón, las fibras de carbono se instalan generalmente de tal
forma que la solución de ácido tereftálico crudo puede pasar a lo
largo de las fibras de carbono durante la hidrogenación
catalítica.
En un modo de operación continuo, líquido, las
fibras de carbono son preferiblemente por lo tanto instaladas en el
reactor de tal forma que la corriente líquida corra a través del
reactor sobre las fibras de carbono. Las geometrías preferidas se
describen con más detalle adelante.
El material catalizador puede, por ejemplo,
estar en forma similar a lámina o telas o mallas tejidas o
entretejidas y/o fieltros o como fibras o cintas paralelas. Las
fibras o cintas paralelas se pueden alinear a lo largo de la
dirección de flujo a través de un reactor.
En una modalidad de la presente invención, el
material catalizador similar a lámina tiene al menos dos bordes
opuestos en los cuales el material catalizador se asegura en un
reactor con el fin de retener su forma. Una pluralidad de tiras del
material catalizador similar a lámina se extiende preferiblemente
paralelo a una dirección preferida en el reactor y ellas se
disponen en relación una con la otra en un espacio de tal forma que
la abrasión sobre las tiras al contacto de las tiras una con la
otra o con las paredes del reactor se evita grandemente o
preferiblemente de manera completa durante la operación del
reactor.
La expresión "bordes opuestos" se relaciona
con un material catalizador similar a lámina que tiene dos bordes
que unen las láminas sobre dos lados. Los bordes son esencialmente
paralelos uno al otro. Ellos son preferiblemente rectos, pero
también pueden tener otras formas tales como forma ondulada o un
tipo diferente de línea. Ellos son preferiblemente paralelos uno al
otro, pero también pueden formar un ángulo de, por ejemplo, hasta
20º uno con el otro. Por ejemplo, un paralelogramo tiene dos pares
de tales bordes opuestos paralelos. Una lámina rectangular o
cuadrada tiene dos pares de bordes opuestos, mutuamente
perpendiculares que unen el área. Los bordes opuestos son, de
acuerdo con la presente invención, configurados de tal forma que se
le permite al material catalizador similar a lámina ser asegurado
en un reactor. Éste se asegura con el fin de retener su forma. La
expresión "con el fin de retener su forma" significa que el
material catalizador fijado en el lugar en el reactor retiene su
forma similar a lámina antes, durante o después de la operación del
reactor y no es presionado, por ejemplo en una bola o montículo
desmenuzado. Por ejemplo, el material catalizador similar a lámina
se puede fijar en el lugar en el reactor de manera comparable a una
vela cuadrada de un barco de vela. La forma similar a lámina se
extiende a través del reactor y no se altera significativamente
durante la operación del reactor.
Es, por ejemplo, concebible para dos rejas ser
instaladas en un reactor cilíndrico en las regiones superior e
inferior del reactor perpendicular al eje longitudinal del reactor y
al material catalizador similar a lámina o las fibras o las cintas
ser sujetadas entre éstas. Si las rejas mutuamente paralelas tienen
un número de barras, entonces una pluralidad de tiras paralelas del
material catalizador similar a lámina se puede fijar a estas
instalaciones de aseguramiento. La expresión "tiras" se refiere
esencialmente a láminas rectangulares del material catalizador
similar a lámina que son aseguradas, en particular sujetadas, en
esta forma plana similar a lámina en el reactor con el fin de
retener su forma. Una pluralidad de tiras del material catalizador
similar a lámina es instalada preferiblemente paralela a una
dirección preferida en el reactor (por ejemplo de manera comparable
a la orientación preferida de los cristales líquidos en una fase
neumática). En el caso de un reactor tubular, la dirección
preferida puede, por ejemplo, correr a lo largo de la dirección
longitudinal del tubo. Sin embargo, la dirección preferida también
puede ser en un ángulo con la dirección longitudinal del reactor.
Las tiras se instalan preferiblemente en el reactor de tal forma que
su dirección preferida coincida esencialmente con la dirección de
flujo de una mezcla de reacción.
Las tiras están preferiblemente dispuestas en el
reactor y con relación una con la otra de tal forma que la abrasión
sobre las tiras originada por el contacto de las tiras una con la
otra o con las paredes del reactor durante la operación del reactor
se evita mayormente. Esto se asegura por las distancias suficientes
entre las tiras y de las tiras a las paredes del reactor. Las
geometrías adecuadas se pueden determinar rápidamente por medio de
experimentos simples. Cualquier abrasión se puede observar
fácilmente visualmente a la salida del reactor.
Las variaciones de las geometrías mencionadas
anteriormente por vía de ejemplo, por ejemplo tiras de catalizador
tejido fijadas solamente en la región superior (colgando libremente)
o (parcialmente) fijadas en una estructura, están incluidas dentro
del alcance de la invención.
De acuerdo con esto, la invención también
suministra un reactor que contiene un material catalizador similar
a lámina en la forma de telas/mallas tejidas o entretejidas y/o
fieltros que comprenden al menos un metal de hidrogenación aplicado
a las fibras de carbono y tienen al menos dos bordes opuestos en el
cual el material catalizador se asegura en el reactor con el fin de
retener su forma o contener el material catalizador en la forma de
fibras paralelas o cintas. El reactor con el material catalizador
similar a lámina presente allí tiene preferiblemente una de las
geometrías descritas anteriormente.
En una modalidad adicional de la invención, se
utiliza un catalizador monolítico como se describe adelante. La
descripción de las fibras de carbono y los metales de hidrogenación
y los métodos de producción también aplican a la modalidad descrita
anteriormente.
En una modalidad adicional de la presente
invención, el objeto de la invención se logra mediante un
catalizador que comprende al menos un agente hidrogenante aplicado
a un soporte de carbono, en donde las fibras de carbono se utilizan
como soporte de carbono y el soporte de carbono tiene un área de
superficie BET de < 500 m^{2}/g, preferiblemente < 300
m^{2}/g, particularmente preferiblemente < 100 m^{2}/g, muy
particularmente preferiblemente < 50 m^{2}/g y en particular
< 10 m^{2}/g. El límite inferior del área de superficie BET
posible del soporte de carbono es generalmente el área de superficie
BET de la superficie de fibra geométrica, que corresponde a una
porosidad del 0%.
Estas fibras de carbono tienen una alta
estabilidad mecánica, por ejemplo la resistencia a la tensión de
estas fibras de carbono es generalmente hasta de aproximadamente 60
000 bares, preferiblemente de aproximadamente 13 000 bares a 35 000
bares.
Las geometrías adecuadas y las propiedades
adicionales de los catalizadores de la presente invención ya han
sido mencionadas anteriormente. Los metales de hidrogenación
adecuados se especifican adelante.
El objeto de la invención también se logra
mediante un catalizador monolítico que comprende al menos un
material catalizador que comprende al menos un metal de
hidrogenación aplicado a las fibras de carbono y al menos un
elemento de soporte o esqueleto que es diferente y unido al material
catalizador y soportan el material catalizador mecánicamente y lo
sostienen en forma monolítica.
Las estructuras monolíticas se describen, por
ejemplo, en la EP-A- 0 564 830. Las estructuras
monolíticas difieren de los catalizadores particulados o sus
soportes en que ellos se hacen de partes significativamente más
pocas que los catalizadores en partículas (pulverulentos o
granulares). Para un reactor dado, el catalizador se puede utilizar
en la forma de un monolito simple o una pluralidad de monolitos que
se pueden apilar para formar un catalizador de lecho fijo. Sin
embargo, el número de monolitos es pequeño, por ejemplo, de 1 a 10
monolitos se utilizan para un paquete de catalizador. Los monolitos
generalmente tienen estructuras tridimensionales relativamente
grandes a través de las cuales pasan los canales. Los monolitos
pueden tener cualquier forma externa adecuada, por ejemplo cúbica,
cuboidal, cilíndrica, etc. Los canales continuos pueden tener
cualquier geometría, por ejemplo ellos pueden estar en la forma de
una estructura combada como en un catalizador de gas de escape. Los
monolitos de catalizador son frecuentemente producidos al conformar
sus estructuras de soporte similares a láminas, por ejemplo al
enrollar o doblar las estructuras similares a lámina para formar
monolitos tridimensionales. Partiendo de los sustratos similares a
lámina, la forma externa del monolito puede ser fácilmente
coincidente con las geometrías de un reactor dado.
Se ha encontrado que los problemas anteriormente
descritos también se puede resolver de una manera técnicamente
simple y económicamente ventajosa al utilizar paquetes de
catalizador monolítico como soportes de catalizador en la
hidrogenación de lecho fijo en lugar de los soportes de catalizador
particulados de costumbre en la técnica anterior. Para los
propósitos de la presente invención, las estructuras monolíticas
son, en particular, estructuras obtenidas al cargar primero un
soporte de carbono similar a lámina, por ejemplo una tela de fibra
de carbono tejida, con un metal de hidrogenación activo y además
procesar la tela activada resultante en una etapa adicional para
producir el cuerpo catalizador monolítico deseado.
Como las tiras dispuestas en el reactor como se
describieron anteriormente, las estructuras monolíticas obtenidas
hacen el flujo controlado a través del lecho catalizador posible. La
fricción de las partículas catalizadoras una contra la otra se
evita en ambos casos. La estructura ordenada del lecho del
catalizador da como resultado oportunidades mejoradas de operación
optimizada de flujo del lecho catalizador con transferencia de masa
mejorada entre las fases presentes en el reactor. Un tratamiento
teórico de este potencial de optimización se puede encontrar, por
ejemplo, en "Monoliths in Multiphase Catalytic Processes"
(Cat'Tech 3(1999), 24 ff). Los catalizadores monolíticos
descritos están todos basados en cuerpos de forma extrudida que
poseen dificultades prácticas mayores en cargar con metales activos
que en lo que lo hacen los catalizadores propuestos aquí, que son
preferiblemente obtenibles de precursores similares a lámina. En la
publicación citada, existe simplemente una declaración de que
también es posible producir estructuras monolíticas de láminas de
metal delgado. La producción de tales catalizadores monolíticos de
precursores similares a lámina se describe, por ejemplo, en la
EP-A-0 564 830,
EP-A-0 827 944 y
EP-A-0 965 384. Con relación a la
configuración tridimensional de los catalizadores de la presente
invención, se hace también referencia a estos documentos.
Los catalizadores monolíticos novedosos basados
en los materiales de fibra de carbono son adecuados no solamente
para reemplazo de los lechos de catalizador fijo convencionales sino
también, en particular, como sustitutos para los catalizadores que
se utilizan en forma suspendida sobre soportes de carbono. Tales
catalizadores se utilizan, en particular, en numerosos procesos de
hidrogenación, especialmente en el campo de los químicos finos. En
estos, usualmente los procesos de tanda, el catalizador tiene que
ser separado de la mezcla de reacción después de que la reacción se
completa. Esto se lleva a cabo bien sea mediante sedimentación o
mediante filtración. Los catalizadores de la presente invención se
pueden remover fácilmente de la mezcla de reacción sin las
operaciones habituales más o menos complicadas y al mismo tiempo
desplegar la la misma actividad de hidrogenación. Estos acortan los
tiempos de tanda y mejora la economía del proceso. En muchos casos,
el reactor previamente utilizado para la hidrogenación de
suspensión puede continuar siendo utilizado para acomodar el bloque
de catalizador monolítico si sólo se hacen modificaciones menores
de ingeniería.
El catalizador monolítico de la presente
invención comprende una combinación de una material catalizador y
un elemento de soporte o esqueleto.
El elemento o elementos de soporte o esqueleto
permiten la formación estable y permanente del material catalizador
basado en fibras de carbono. En el material del catalizador, las
fibras de carbono están preferiblemente en forma similar a hojas
como telas/mallas tejidas o anudadas y/o fieltros. Ellos están
presentes particularmente y preferiblemente en la forma de
telas/mallas tejidas o anudadas, en particular en la forma de telas
tejidas o mallas. Las fibras de carbono adecuadas se describen, por
ejemplo, en DE-A-32 29 905, WO
99/26721 y la Enciclopedia de Química Industrial de Ullman,
Sección: Fibras de Carbono de Materiales Compuestos, Inorgánicos
Sintéticos, Fibras. Es posible utilizar todas las fibras de carbono
adecuadas. Tales fibras son obtenibles por métodos de la técnica
anterior, por ejemplo a partir de poliésteres, poliamidas,
poliolefinas y similares. De acuerdo con la presente invención, se
da particular preferencia a las fibras, telas tejidas, telas
anidadas o filtros que tienen las siguientes propiedades: densidad
específica de 80 a 600 g/m^{2}, densidad de rosca de 3 a 15
roscas/cm, diámetro de rosca de entre 0.1 a 0.9 mm. Se da particular
preferencia al uso para utilizar paquetes de fibras de alta
resistencia a la tensión. Las áreas de superficie BET son
preferiblemente menores de 300 m^{2}/g particularmente
preferiblemente menor de 100 m^{2}/g, en particular menor de 15
m^{2}/g. La porosidad es preferiblemente meno de 0.5 ml/g. Tales
fibras se comercializan por, por ejemplo, Fibras Tenax. Las fibras
adecuadas redescriben en el Internet bajo el enlace
textilworld.com.
El material de catalizador se une al elemento de
soporte o esqueleto. El elemento de soporte o esqueleto suministra
soporte mecánico para el material catalizador y lo mantiene en la
forma monolítica. Las telas de fibra de carbono tejido en
particular frecuentemente no tienen suficientes propiedades
mecánicas buenas, por ejemplo dureza y estabilidad de forma, para
uso en bases fijas. De acuerdo con la presente invención ellas se
unen a uno o más soportes de elementos de esqueleto por medio del
cual el material catalizador se estabiliza mecánicamente y se
mantiene en la forma monolítica deseada. La deformación originada
por choques mecánicos y flujo de reactivos a través del monolito se
evitan de ésta forma. El elemento de soporte o esqueleto pueden
tener cualquier forma adecuada para esta aplicación. Se puede unir
de la misma forma al material catalizador en cualquier manera
apropiada, por ejemplo por medio de ganchos, unión adhesiva, etc., o
también por nudos o ondulación de las fibras de carbono junto con
el elemento de soporte o esqueleto.
El elemento o elementos de soporte o esqueleto
preferiblemente son similares a hoja en la forma de telas/mallas
tejidas o anidadas, filtros y/o hojas perforadas. Adicionalmente,
los cuerpos similares a hoja se pueden corrugado o arrugado en una
forma de concertina. Seda particular preferencia a los elementos de
soporte o esqueletos similares a hoja y el material catalizador que
forma capas alternas en el catalizador monolítico. El elemento de
soporte o esqueleto se puede hacer de cualquier material adecuado,
por ejemplo metales y sus aleaciones, plásticos o cerámicas, para
materiales que se pueden utilizar, se puede hacer referencia a la
descripción de soportes de catalizador en la
EP-A-0 965 384. El elementos de
esqueleto o soporte esta particularmente y preferiblemente en la
forma de metales individuales resistentes a los químicos.
En una modalidad de la invención, el material de
catalizador y el elemento o elementos de soporte o esqueleto están
preferiblemente en forma tejida como una capa similar a hoja que
esta conformado para formar un monolito cilíndrico que tiene una
pluralidad de canales de flujo paralelos al eje longitudinal del
cilindro.
El material de catalizador comprende al menos un
metal de hidrogenación aplicado a las fibras de carbono descritas.
Como metales de hidrogenación, es posible utilizar todos los metales
que catalicen la hidrogenación de compuestos orgánicos. Ellos son
preferiblemente metales de los grupos VIII y IB de la Tabla
Periódica de Elementos. Los metales de hidrogenación se aplican en
cantidades acostumbradas a las fibras de carbono por métodos
conocidos. Los métodos de impregnación adecuados para aplicar la
composición activa se describen en la
EP-A-0 965 384. Otros métodos para
aplicar y fijar los metales de catalizador a las fibras de carbono
también se pueden emplear. Las fibras de carbono pueden, por
ejemplo, ser obtenidas por oxidación de fibras de polímero, y los
metales activos se pueden aplicar a o incorporar en las fibras de
polímero antes de oxidación. Sin embargo, ellas también se pueden
aplicar posteriormente. Por ejemplo, los catalizadores monolíticos
se pueden producir utilizando fibras de polímero en una forma
adecuada, por ejemplo como una tela/malla tejida, y posteriormente
oxidar el material de polímero para formar fibras de carbono o una
malla o tela de fibra de carbono tejida.
La invención también suministra un proceso para
producir el catalizador monolítico al producir separadamente el
material catalizador y al menos un elemento de soporte o esqueleto,
combinar éstos y conformarlos para formar un monolito.
El catalizador monolítico y los reactores
descritos anteriormente se pueden utilizar generalmente para la
hidrogenación de compuestos orgánicos insaturados. Ellos también e
pueden utiliza para la hidrogenación selectiva de enlaces triples o
dobles carbono-carbono y/o grupos funcionales
hidrogenables en compuestos orgánicos en los cuales éstos están
presentes. Los procesos para hidrogenación selectiva se describen,
por ejemplo, en la EP-A- 0 827 944. Ejemplos de
grupos funcionales hidrogenables son los grupos nitro, grupos
carbonilo, grupos carboxilo, etc. La hidrogenación selectiva de los
enlaces dobles o triples carbono-carbono pueden, por
ejemplo, ser llevados a cabo en la presencia de anillos aromáticos
sin que se hidrogenen los anillos aromáticos.
El catalizador monolítico de la presente
invención y el reactor se utilizan particularmente y preferiblemente
para purificar ácido tereftálico crudo mediante tratamiento
hidrogenativo catalítico. La presente invención también suministra
un proceso de purificación correspondiente.
Como catalizadores para el tratamiento posterior
hidrogenativo, se da particular preferencia al uso de un catalizador
monolítico que comprende paladio como metal noble sobre las fibras
de carbono. En el caso de telas de fibras de carbono tejidas, la
proporción de paladio es preferiblemente de 10 a 5000 mg de
Pd/m^{2} de tela de fibra de carbono tejido.
La invención se ilustra por los ejemplos
siguientes.
Reproduce un catalizador de carbono Pd
monolítico utilizando 0.98 m^{2} de una tela de fibra de carbono
tejido de Tenax Fibers que se ha recubierto un número de veces con
una solución de Pd acuosa. Un total de 910 mg de Pd/m^{2} de tela
de carbono se aplica. Esto se lleva a cabo utilizando el
procedimiento descrito en la EP-A-0
965 384. Una tela de Pd-carbono que tiene las
siguientes propiedades se obtiene:
Peso específico: 92 g/m^{2}
Contenido Pd: 1%
Área de superficie específica: 4.4.
m^{2}/g
Un pieza de 0.2 m de ancho y 0.6 m de largo de
la tela tejida del ejemplo 1 se combina en capas con malla de acero
inoxidable tejida corrugada para producir un monolito cilíndrico que
contienen numerosos canales de flujo paralelos al eje longitudinal
del cilindro. Las paredes de éstos canales consisten de tela de
carbono tejido cagada con metal noble y la malla de acero
inoxidable tejido tiene la tarea de estabilizar mecánicamente el
monolito.
El monolito obtenido se instala en un reactor en
el que hay 0.5 kg de HDHL puro en cada caso hidrogenado sin
disolvente en un reactor de circulación operado en forma de tandas
que circulan gas y que circulan líquido en rendimientos de sección
transversal de, en cada caso 230 m^{3}/m^{2}/h para la fase de
gas y líquido.
Las siguientes actividades de hidrogenación se
determinan por medio de análisis GC:
El experimento da un índice de hidrogenación de
17% de HDHL/h, que corresponde a un STY de 1.12 kg de
HDHL/l_{cat}/h. La mezcla de producto retiene la claridad y es
incolora.
Después de la remoción del catalizador del
reactor, se obtiene el monolito en forma mecánica sin cambio.
Una mezcla de 54 g de TPA en 146 g de agua se
trata con hidrógeno a 250ºC sobre un catalizador monolítico
producido como se describe en el ejemplo 2 durante una semana. La
facción de ácido tereftálico que se ha cristalizado y el líquido
acuoso del supernadante se analizan posteriormente para paladio.
Después de la remoción del reactor, se obtiene
el bloque de catalizador en forma mecánica sin cambio; no se
detectan trazas de material abrasivo en la salida del reactor. Así
mismo, no se pueden hallar trazas de Pd en ninguna de las
fracciones.
En una autoclave de presión, 146 g de agua y 54
g de ácido tereftálico crudo grado técnico (2000 ppm de
4-carboxibenzaldehído, color: amarillo claro) se
combinan con 8 g de la tela Pd/C producida como se describe en el
ejemplo 1. La mezcla se agita a 270ºC bajo 50 bar de hidrógeno
durante 60 horas. El producto consiste de cristales de ácido
tereftálico blancos que tienen un contenido de
4-carboxibenzaldehído determinado por
polarografía
de < 50 mg/mk.
de < 50 mg/mk.
Claims (16)
1. Un proceso para purificar ácido tereftálico
crudo mediante tratamiento hidrogenativo catalítico sobre un
material catalizador que comprende al menos un metal de
hidrogenación aplicado a un soporte de carbono, en donde las fibras
de carbono se utilizan como soporte de carbono.
2. El proceso de acuerdo con la reivindicación
1, en donde las fibras del carbono en el material catalizador están
presentes en forma similar a hoja como telas tejidas anudadas o
mallas y/o fieltros o como fibras paralelas o cintas.
3. El proceso de acuerdo con la reivindicación
2, en donde el material catalizador similar a hoja tiene al menos
dos bordes opuestos en los que el material catalizador se sujeta a
un reactor de tal manera que retiene su forma.
4. El proceso de acuerdo con la reivindicación
3, en donde una pluralidad de tiras del material catalizador similar
a hoja se extienden paralelos a una dirección preferida en el
reactor y ellos están dispuestos con relación el uno al otro en
espacio en tal una forma que la abrasión en las tiras por contacto
de las tiras las una con la otra o con las paredes del reactor se
eviten grandemente durante la operación del reactor.
5. El proceso de acuerdo con la reivindicación
4, en donde las tira están dispuestas en el reactor de tal forma
que su dirección preferida esencial coincide esencialmente con la
dirección de flujo de una mezcla de reacción.
6. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1
o 2, en donde el catalizador utilizado es un catalizador monolítico
que comprende al menos un material catalizador que comprende al
menos un metal de hidrogenación aplicado a las fibras de carbono y
al menos un elemento de soporte o esqueleto que es diferente de y
se une al material catalizador y soporta el material catalizador
mecánicamente y lo mantiene en la forma monolítica.
7. El proceso de acuerdo con la reivindicación
6, en donde al menos un elemento de soporte o esqueleto de metal,
plástico o cerámica se construye en el catalizador monolítico.
8. El proceso de acuerdo con la reivindicación 6
o 7, en donde el elemento o elementos de soporte o esqueleto están
presentes en el catalizador monolítico en forma similar a hoja como
telas/mallas tejidas o anidadas, fieltros y/o hojas perforadas.
9. El proceso de acuerdo con la reivindicación
8, en donde el soporte de los elementos de esqueleto y el material
catalizador están presentes como capas alternas en el catalizador
monolítico.
10. El proceso de acuerdo con la reivindicación
9, en donde el material catalizador está presente en el catalizador
monolítico en forma tejida y el elemento o elementos de soporte
están presentes en la forma de una lámina de metal como capa
similar a hoja que se conforma para formar un monolítico cilíndrico
que tiene una pluralidad de canales de flujo paralelos al eje
longitudinal del cilindro.
11. Un catalizador monolítico que comprende al
menos un material catalizador que comprende al menos un metal de
hidrogenación aplicado a las fibras de carbono y al menos un
elemento de soporte o esqueleto que es diferente de y se une al
material catalizador y soporta el material catalizador
mecánicamente y lo sostiene en la forma monolítica.
12. El catalizador monolítico de acuerdo con lo
definido en cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10.
13. Un proceso para producir un catalizador
monolítico de acuerdo con la reivindicación 11 o 12 al producir
separadamente el material catalizador y al menos un elemento de
soporte o esqueleto, que combina los dos y los conforma para formar
un monolito.
14. Un reactor para llevar a cabo un proceso de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que
comprenden un material de catalizador similar a hoja en la forma de
lámina o tela/malla anudada y/o fieltros que comprende al menos un
metal de hidrogenación aplicado a las fibras de carbón y tiene la
menos dos bordes opuestos en los cuales el material del catalizador
se sujeta en el reactor de tal manera que retiene forma, o que
comprende el material catalizador como fibras paralelas o
cintas.
15. El uso del catalizador de acuerdo con la
reivindicación 11 o 12 o el reactor de acuerdo con la
reivindicación 14 para la hidrogenación de compuestos orgánicos
insaturados.
16. Un proceso para la hidrogenación selectiva
de enlaces dobles o triples carbono-carbono y/o
grupos funcionales hidrogenables en compuestos orgánicos en los que
éstos están presentes, que comprende llevar a cabo la hidrogenación
sobre un catalizador de acuerdo con la reivindicación 11 o 12 en un
reactor de acuerdo con la reivindicación 14.
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