ES2345128T3 - Procedimiento para preparar un hidroperoxido organico, sistema industrial para el mismo y procedimiento en el que se usa tal hidroperoxido organico en la preparacion de un oxido de alquileno. - Google Patents
Procedimiento para preparar un hidroperoxido organico, sistema industrial para el mismo y procedimiento en el que se usa tal hidroperoxido organico en la preparacion de un oxido de alquileno. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento para preparar un hidroperóxido de alquilarilo, procedimiento que comprende: (a) oxidar un compuesto de alquilarilo para obtener un producto de reacción orgánico que contiene hidroperóxido de alquilarilo; (b) mezclar al menos parte del producto de reacción orgánico de la etapa (a) con una solución acuosa básica para obtener una mezcla de solución acuosa básica y el producto de reacción orgánico; (c) separar la mezcla de la etapa (b) para obtener una fase orgánica separada, que contiene hidroperóxido de alquilarilo, y una fase acuosa separada; (d) mezclar al menos parte de la fase orgánica separada de la etapa (c) con agua para obtener una mezcla de una fase acuosa y la fase orgánica; y (e) separar la mezcla de la etapa (d) para obtener una fase orgánica separada, que contiene hidroperóxido de alquilarilo y una fase acuosa separada; procedimiento en el que la mezcla obtenida en la etapa (d) es una dispersión que comprende gotitas que tienen un tamaño medio de gotita Sauter en el intervalo de 30 a 300 micrómetros, en el que las gotitas son gotitas de agua dispersas en la fase orgánica; y la separación en una fase orgánica separada y una fase acuosa separada en la etapa (e) se lleva a cabo con ayuda de un dispositivo de coalescencia que contiene fibras de vidrio.
Description
Procedimiento para preparar un hidroperóxido
orgánico, sistema industrial para el mismo y procedimiento en el que
se usa tal hidroperóxido orgánico en la preparación de un óxido de
alquileno.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para preparar un hidroperóxido de alquilarilo, un
sistema industrial para el mismo y un procedimiento en el que se
usa dicho peróxido de alquilarilo para la preparación de un óxido
de alquileno.
El documento
US-A-5.883.268 describe un
procedimiento para preparar óxido de propileno que comprende
peroxidación de etilbenceno. La mezcla de reacción de peroxidación
se puede poner en contacto con base acuosa en cantidad suficiente
para neutralizar los componentes ácidos. Posteriormente, la mezcla
resultante se puede separar por fases en las fases acuosa y
orgánica (hidrocarbonada) separadas. La fase orgánica, que contiene
algo de base, se puede lavar con agua para separar los materiales
básicos. En el procedimiento del documento
US-A-5.883.268 se separa agua de la
fase orgánica por destilación.
El documento
WO-A-03/066584 describe un
procedimiento para preparar un producto que contiene hidroperóxido
de alquilarilo. En este procedimiento también se tiene que separar
una fase acuosa de una fase hidrocarbonada. La separación del
documento WO-A-03/066584 se puede
llevar a cabo parcialmente con ayuda de un dispositivo de
coalescencia.
Técnica anterior adicional: documentos WO
2005/092468 A y US-B1-6 512 129.
La presencia de materiales básicos residuales,
tales como sales de sodio, en una fase orgánica que comprende un
hidroperóxido orgánico puede causar problemas en el posterior
procesamiento del hidroperóxido orgánico.
La mejora de la eliminación de materiales
básicos de este tipo permite además que se usen cantidades más altas
de base para neutralizar algunos componentes ácidos en la mezcla de
reacción de peroxidación. Mejorando la eficacia de la eliminación
de material básico, también se puede mejorar de ese modo la
eliminación de componentes ácidos.
Así, es deseable proporcionar un procedimiento
mejorado para la preparación de hidroperóxido orgánico, en el que
se pueda mejorar la eliminación de materiales básicos.
Se ha encontrado ahora que se puede mejorar la
eliminación de los materiales básicos separando la fase acuosa y la
fase orgánica con ayuda de un dispositivo de coalescencia que
contiene fibras de vidrio. Sorprendentemente se ha encontrado que
las fibras de vidrio funcionan bien en el medio hostil del
procedimiento de acuerdo con la invención y se observa poca
corrosión. Por consiguiente, la presente invención proporciona un
procedimiento para preparar un hidroperóxido de alquilarilo,
comprendiendo el procedimiento:
- (a)
- oxidar un compuesto de alquilarilo para obtener un producto de reacción orgánico que contiene hidroperóxido de alquilarilo;
- (b)
- mezclar al menos parte del producto de reacción orgánico de la etapa (a) con una solución acuosa básica para obtener una mezcla de solución acuosa básica y el producto de reacción orgánico;
- (c)
- separar la mezcla de la etapa (b) para obtener una fase orgánica separada, que contiene hidroperóxido de alquilarilo, y una fase acuosa separada;
- (d)
- mezclar al menos parte de la fase orgánica separada de la etapa (c) con agua para obtener una mezcla de una fase acuosa y la fase orgánica; y
- (e)
- separar la mezcla de la etapa (d) para obtener una fase orgánica separada, que contiene hidroperóxido de alquilarilo y una fase acuosa separada;
- procedimiento en el que la mezcla obtenida en la etapa (d) es una dispersión que comprende gotitas que tienen un tamaño medio de gota Sauter en el intervalo de 30 a 300 micrómetros, en el que las gotas son gotas de agua dispersas en la fase orgánica; y
la separación en una fase orgánica separada y
una fase acuosa separada en la etapa (e) se lleva a cabo con ayuda
de un dispositivo de coalescencia que contiene fibras de vidrio.
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En general, no se usan fibras de vidrio en
procedimientos en los que dichas fibras se deben poner en contacto
con compuestos fuertemente básicos o ácidos en vista de la posible
corrosión de las fibras. Esto hace muy sorprendente el que las
fibras de vidrio se comporten bien en el presente procedimiento.
Además, el uso de fibras de vidrio hace posible
que se limite el tiempo y el espacio necesarios para que se
decanten la fase orgánica y la fase acuosa. En el pasado, dicha
separación de la fase orgánica y la fase acuosa requería un sistema
que incluía un recipiente de decantación separado al que seguía un
recipiente de separación que incluía posibles medios de
coalescencia. La presente invención hace posible usar sólo un
recipiente de separación, que comprende medios de coalescencia y
una zona de decantación, tal que no se necesita recipiente de
decantación precedente separado antes de la entrada en el recipiente
de separación.
El hidroperóxido de alquilarilo que se
proporciona mediante el procedimiento de acuerdo con la invención se
puede usar ventajosamente en un procedimiento para preparar un
óxido de alquileno, comprendiendo el procedimiento preparar una
fase orgánica que contiene hidroperóxido de alquilarilo de acuerdo
con el procedimiento anterior y una etapa adicional de poner en
contacto al menos parte de la fase orgánica obtenida, que contiene
hidroperóxido de alquilarilo, con un alqueno, para obtener un óxido
de alquileno y un alcohol de alquilarilo.
Además de lo anterior, la presente invención
proporciona adicionalmente un sistema industrial para eliminar
materiales básicos de una fase orgánica que contiene hidroperóxido
de alquilarilo, comprendiendo el sistema un mezclador para mezclar
la fase orgánica con agua y un recipiente de separación conectado
directa o indirectamente con el mezclador para separar la mezcla
obtenida en una fase orgánica purificada, que contiene hidroperóxido
de alquilarilo, y una fase acuosa;
en el que el mezclador es un mezclador estático
y el recipiente de separación comprende uno o más dispositivos de
coalescencia que contienen fibras de vidrio.
La invención se ilustra mediante las siguientes
figuras:
Figura 1: Sistema industrial para un
procedimiento de acuerdo con la invención;
Figura 2A: Fibras de vidrio antes de usar de
acuerdo con la presente invención (fibras de vidrio nuevas).
Figura 2B: Fibras de vidrio después de usar de
acuerdo con la presente invención (fibras de vidrio gastadas).
El compuesto de alquilarilo que se usa en el
procedimiento de la presente invención puede, en principio, ser
cualquier compuesto. Compuestos de alquilarilo que se usan más
frecuentemente son compuestos de benceno que contienen al menos 1
sustituyente alquilo, conteniendo el sustituyente alquilo de 1 a 10
átomos de carbono, preferentemente de 2 a 8 átomos de carbono.
Preferentemente, el compuesto bencénico contiene una media de 1 a 2
constituyentes. Compuestos de alquilarilo más preferidos son
etilbenceno, cumeno y di(isopropil)benceno. Lo más
preferentemente, el compuesto de alquilarilo es etilbenceno. Cuando
se usa etilbenceno como compuesto de alquilarilo, se puede usar el
procedimiento para preparar hidroperóxido de etilbenceno.
La oxidación del compuesto de alquilarilo en la
etapa (a) del procedimiento de acuerdo con la invención se puede
llevar a cabo mediante cualquier procedimiento adecuado conocido en
la técnica. La oxidación se lleva a cabo preferentemente poniendo
en contacto el compuesto de alquilarilo con un gas que contiene
oxígeno, tal como por ejemplo aire. La oxidación se puede llevar a
cabo en fase líquida en presencia de un diluyente. Este diluyente
es preferentemente un compuesto que es líquido en las condiciones de
reacción y no reacciona con los materiales de partida ni con el
producto obtenido. Sin embargo, el diluyente también puede ser un
compuesto necesariamente presente durante la reacción. Por ejemplo,
si el alquilarilo es etilbenceno, el diluyente puede ser también
etilbenceno. En una realización preferida, el procedimiento se puede
usar de este modo para preparar una solución de hidroperóxido de
etilbenceno en etilbenceno. En una realización preferida adicional,
el producto de oxidación se concentra posteriormente, por ejemplo
por medio de evaporación ultrarrápida.
Junto al hidroperóxido de alquilarilo deseado,
se crea una amplia gama de contaminantes durante la oxidación de
los compuestos de alquilarilo. Aunque la mayoría de ellos está
presente en pequeñas cantidades, se ha encontrado que,
especialmente, la presencia de los ácidos orgánicos causa problemas
a veces en el uso posterior de los hidroperóxidos de alquilarilo.
Según se describe en el documento
US-A-5.883.268, un procedimiento
para reducir la cantidad de contaminantes es poner en contacto el
producto de reacción que contiene hidroperóxido orgánico con una
solución acuosa de metal alcalino (es decir una base acuosa). Sin
embargo, el contacto con la solución acuosa de metal alcalino
introduce cierta cantidad de metal alcalino en el producto de
reacción que contiene hidroperóxido orgánico. Aunque la cantidad de
ácidos orgánicos se puede disminuir mediante lavado del metal
alcalino, la cantidad de contaminantes de metal alcalino
aumenta.
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En la etapa (b) del procedimiento de la presente
invención, al menos parte del producto de reacción orgánico,
producto que contiene hidroperóxido de alquilarilo, se mezcla con
una solución acuosa básica para obtener una mezcla. Como resultado,
se puede neutralizar al menos parte de los subproductos orgánicos
ácidos.
Preferentemente, se mezcla esencialmente todo el
producto de reacción orgánico con una solución acuosa básica.
Se entiende por mezclar que el producto de
reacción orgánico y la solución acuosa básica se ponen en contacto
mutuo de tal manera que se obtiene una mezcla de los dos. Al
mezclar, se puede crear una gran área interfacial entre el producto
de reacción orgánico y la solución acuosa, que permite la
transferencia de masa. La mezcla en la etapa (b) se puede llevar a
cabo de cualquier manera que el experto sepa que es adecuada para un
procedimiento de este tipo, que incluye, por ejemplo, por medio de
un mezclador estático, un depósito con agitación o por medio de
dispositivos de contacto fibrosos.
Preferentemente, se usa una solución acuosa
básica que contiene uno o más compuestos de metales alcalinos.
Fuentes de álcali adecuadas para uso en la solución acuosa de metal
alcalino incluyen hidróxidos de metales alcalinos, carbonatos de
metales alcalinos e hidrógeno carbonatos de metales alcalinos.
Ejemplos de estos compuestos son NaOH, KOH, Na_{2}CO_{3},
K_{2}CO_{3}, NaHCO_{3} y KHCO_{3}.
En vista de su fácil disponibilidad, se prefiere
usar NaOH y/o Na_{2}CO_{3}. La cantidad de metal alcalino
presente en la solución acuosa de metal alcalino puede variar
ampliamente. Se usan preferentemente concentraciones de 0,01 a 25%
peso/peso de metal alcalino y más preferentemente concentraciones de
0,1 a 10% peso/peso de metal alcalino basadas en la solución acuosa
total.
En una realización preferida, la etapa (b)
comprende dispersar la solución acuosa básica al menos en parte del
producto de reacción orgánico, de modo que la mezcla obtenida sea
una dispersión de gotas de solución acuosa básica en una fase
orgánica.
En la etapa (c) se separa la mezcla obtenida en
la etapa (b) en una fase orgánica, que contiene hidroperóxido de
alquilarilo, y una fase acuosa. La separación se puede llevar a cabo
de cualquier manera conocida por el experto en la técnica.
Preferentemente, la separación se lleva a cabo mediante separación
de fases, por ejemplo usando recipientes de decantación.
En la etapa (d), se lava con agua al menos parte
de la fase orgánica separada de la etapa previa. Más
preferentemente, se lava con agua esencialmente toda la fase
orgánica obtenida en la etapa previa. El agua puede ser agua limpia
pero preferentemente está constituida al menos parcialmente por agua
residual. El lavado se llevará a cabo generalmente con ayuda de una
combinación de agua nueva, agua de reciclado y opcionalmente agua
residual adicional obtenida en otras etapas del presente
procedimiento.
Este lavado se lleva a cabo mezclando al menos
parte de la fase orgánica con agua para obtener una mezcla de una
fase acuosa y la fase orgánica en la etapa (d).
Se entiende por mezclar que la fase orgánica de
la etapa (c) y el agua se ponen en contacto entre sí de tal manera
que se obtiene una mezcla de las dos.
La etapa (d) comprende dispersar el agua al
menos en parte de la fase orgánica obtenida en la etapa (c), de
manera que la mezcla obtenida sea una dispersión de gotitas de agua
en una fase orgánica.
A continuación, la mezcla de la fase orgánica y
la fase acuosa obtenida en la etapa (d) se separa otra vez en la
etapa (e).
Dependiendo de la cantidad de contaminantes
presente en la fase orgánica que contiene hidroperóxido de
alquilarilo, la combinación de las etapas (d) y (e) del
procedimiento se puede llevar a cabo una vez o varias veces. En una
realización preferida, se repite la secuencia de etapas (d) y (e)
una o más veces. Si se repite, las etapas (d) y (e) se repiten
preferentemente una vez o dos, haciendo un total de dos o tres
etapas de lavado (d) y etapas de separación (e).
De acuerdo con la invención, al menos una de las
etapas (e) se lleva a cabo con ayuda de un dispositivo de
coalescencia que contiene fibras de vidrio. Preferentemente todas
las etapas (e) presentes en el procedimiento se llevan a cabo con
ayuda de un dispositivo de coalescencia que contiene fibras de
vidrio.
Preferentemente, se lleva a cabo una etapa (d)
que precede a una etapa (e) en la que se usa un dispositivo de
coalescencia que contiene fibras de vidrio, con una relación
volumétrica específica. Cuando se lleva a cabo la etapa (e) con
ayuda de un dispositivo de coalescencia que contiene fibras de
vidrio, la relación volumétrica de fase acuosa a fase orgánica en
la etapa (d) se sitúa preferentemente en el intervalo de 1:100 a
1:2. Más preferentemente la relación volumétrica en dicha etapa (d)
se encuentra en el intervalo de 1:10 a 1:3, lo más preferentemente
en el intervalo de 1:8 a 1:4.
La mezcla en la etapa (d) se puede llevar a cabo
de cualquier manera que el experto sepa que es adecuada para un
procedimiento de este tipo, que incluye, por ejemplo, por medio de
un mezclador estático, un depósito con agitación o por medio de
dispositivos fibrosos de contacto. Sin embargo, en una realización
preferida, la fase orgánica y la fase acuosa se mezclan de manera
controlada con suficiente turbulencia. Por tanto, preferentemente,
la fase orgánica se pone en contacto con el agua en la etapa (d) por
medio de un mezclador estático.
El mecanismo de mezcla de un mezclador estático
difiere de los mecanismos en otros tipos de mezcladores tales como
por ejemplo en un depósito agitado. Los mezcladores estáticos
proporcionan un tiempo de contacto entre dos fases más prolongado
con turbulencia alta y como resultado, con un mezclador estático se
puede obtener una distribución de tamaño de gota más uniforme que,
por ejemplo, con un depósito agitado. Esto es, el uso de un
mezclador estático da como resultado una mejor capacidad de control
de la mezcla y del tamaño de las gotitas. El mezclador estático
puede ser cualquier mezclador estático conocido por un experto en la
técnica. Ejemplos de mezcladores estáticos adecuados se describen
por ejemplo en "Mixing in the process industries" de N. Harnby
et al. En una realización preferida, el mezclador estático se
hace funcionar de una manera tal que se obtenga una caída de
presión a lo largo del mezclador estático que exceda de 5,
preferentemente que exceda de 10 kPa.
Preferentemente, el mezclador estático contiene
elementos mezcladores en el intervalo de 1 a 30, más preferentemente
de 2 a 20 elementos y lo más preferentemente de 3 a 12 elementos.
Según se ha ilustrado por N. Harnby et al., un elemento
mezclador generalmente es un tubo que contiene obstáculos, por
ejemplo deflectores, que producen cambios continuos o discontinuos
en la dirección del flujo. Los obstáculos producen turbulencia
intensa. Para fines prácticos, los elementos se colocan
preferentemente en una secuencia tal que la dirección cambia de un
elemento al siguiente.
El diámetro de mezclador estático puede variar
ampliamente. Para fines prácticos, el diámetro del mezclador
estático varía de 2 milímetros a 2 metros.
Cuando precede a una etapa (e) en la que se usa
un dispositivo de coalescencia que contiene fibras de vidrio, la
etapa (d) comprende mezclar la fase orgánica y el agua de tal manera
y en una magnitud tal que se obtenga un tamaño de gotita
específico. Se prepara una dispersión en dicha etapa (d) que
comprende gotitas que tienen un tamaño medio de gotita Sauter en el
intervalo de 30 a 300 micrómetros. Preferentemente, las gotitas
tienen un tamaño medio de gotita Sauter en el intervalo de 50 a 250
micrómetros. El tamaño medio de gotita Sauter se puede determinar
por el método que se describe en el artículo de Streiff et
al., "New Fundamentals for Liquid-Liquid
Dispersion Using Static Mixers", Mixing IX, 1997. Se miden las
propiedades de la mezcla tales como viscosidad, tensión
superficial, densidad y velocidad del flujo, a partir de las cuales
se puede calcular el tamaño de gotita por ejemplo con la ecuación
(9) que se menciona en ese artículo.
Las gotitas son gotitas de agua dispersas en la
fase orgánica.
Usando un mezclador estático se pueden obtener
ventajosamente gotas con los tamaños medios de gota anteriormente
mencionados.
En una realización preferida, la etapa (e)
comprende hacer que la fase orgánica y la fase acuosa experimenten
coalescencia, por ejemplo formando gotas grandes, en un dispositivo
de coalescencia y posteriormente hacer que las fases se separen en
una zona de decantación. La separación se acelera usando el
dispositivo de coalescencia. En tal caso, la etapa (e) comprende
preferentemente:
- (1)
- tratar la mezcla obtenida en la etapa (d) en un dispositivo de coalescencia que contiene fibras de vidrio para obtener una mezcla que comprende gotitas con un mayor tamaño de gotita;
- (2)
- dejar que la mezcla que comprende gotitas con un mayor tamaño de gota obtenida en la etapa (1), se decante en una zona de decantación para obtener una fase orgánica separada y una fase acuosa separada;
- (3)
- retirar la fase orgánica y la fase acuosa de la zona de decantación.
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Aumentando el tamaño de gotita por coalescencia
se puede obtener en la etapa (1) una primera separación de fases
(parcial) que permite una separación mejorada en la etapa (2). La
zona de decantación puede ser un recipiente de decantación separado
o una zona de decantación integrada en el mismo recipiente que el
dispositivo de coalescencia. Preferentemente se usa un recipiente
de separación que comprende tanto un dispositivo de coalescencia
como una zona de decantación.
En caso de volúmenes grandes, el dispositivo de
coalescencia puede estar precedido ventajosamente por una zona de
decantación adicional. En tal caso, la etapa (e) comprende una etapa
(0) de decantación adicional en la que se deja que la mezcla se
decante en una zona de decantación en una fase orgánica y una fase
acuosa en la que se separan las dos fases. Preferentemente, la fase
orgánica separada, que todavía contiene gotitas de agua dispersas
en la misma, se trata después con ayuda de un dispositivo de
coalescencia que contiene fibras de vidrio en la etapa (1).
El uso de una etapa adicional de decantación de
este tipo llega a ser especialmente ventajoso porque se usa una
relación volumétrica más alta de fase acuosa a fase orgánica. Es
especialmente ventajoso cuando la relación volumétrica de fase
acuosa a fase orgánica en la etapa (d) se sitúa en el intervalo de
1:8 a 1:4.
La fibra de vidrio que se ha de aplicar en la
presente invención puede ser cualquier fibra de vidrio. Sin
embargo, preferentemente, la fibra de vidrio está exenta de aditivos
que contengan fósforo y/o azufre. Se ha encontrado que en algún
caso estos aditivos podrían conducir a aumento de descomposición del
hidroperóxido de alquilarilo. Fibras de vidrio preferidas son
fibras hechas a partir de vidrio que contiene menos de 1000 ppm en
peso de azufre elemental, basadas en la cantidad total de vidrio. La
cantidad de fósforo elemental, basada en la cantidad total de
vidrio, es preferentemente como máximo 1000 ppm en peso. Lo más
preferentemente, la cantidad de azufre elemental es como máximo 290
ppm en peso, mientras que adicionalmente la cantidad de fósforo
elemental es como máximo 250 ppm en peso.
Se puede usar cualquier tipo de fibras de vidrio
conocidas por un experto. Ejemplos de tipos de vidrio adecuados
incluyen vidrio de tipo-A (es decir vidrios de
silicato de sodio calcio), vidrio de tipo-C (es
decir vidrios de borosilicato de calcio), vidrio de
tipo-D (es decir vidrios de borosilicato con
constante dieléctrica baja), vidrios de tipo-E (es
decir vidrios de borosilicato de alúmina-calcio con
un contenido de álcali máximo de 2% peso/peso), ECRGLASS® (es decir
vidrio de aluminosilicato de calcio), vidrio de
tipo-AR (es decir vidrios resistentes a los álcalis
compuestos de silicatos alcalinos de circonio), vidrios de
tipo-R (es decir vidrios de aluminosilicato de
calcio) y vidrios de tipo-S-2 (es
decir vidrios de aluminosilicato de magnesio). De estos se
prefieren vidrio de tipo-C, ECRGLASS® y vidrio de
tipo-R debido a su resistencia a la corrosión por
ácidos y se prefiere especialmente el vidrio-AR
debido a su resistencia a los álcalis. En otra realización
ventajosa se usó vidrio de tipo-E. Se encontró
ventajosamente que cuando se usaba vidrio de tipo-E
se producía sorprendentemente poca corrosión del vidrio.
Esto se ha ilustrado mediante las figuras de los
ejemplos.
El grosor de las fibras de vidrio puede variar
ampliamente. Sin embargo, preferentemente, el diámetro de las
fibras de vidrio se sitúa en el intervalo de 0,1 a 50 micrómetros.
Más preferentemente, el diámetro de las fibras de vidrio se sitúa
en el intervalo de 1 a 20 micrómetros e incluso más preferentemente
en el intervalo de 5 a 15 micrómetros.
En una realización preferida, las fibras de
vidrio se pueden entrelazar con otros materiales, tales como por
ejemplo, fibras de acero inoxidable o de Teflón. El uso de
entrelazados de este tipo por ejemplo con material de acero
inoxidable o de Teflón es ventajoso porque el Teflón o el acero
inoxidable darán soporte a las fibras de vidrio y evitarán que las
fibras se compacten bajo la presión del flujo. Se prefiere
especialmente una combinación de fibras de vidrio finas, por
ejemplo que tengan un diámetro en el intervalo de 1 a 20
micrómetros, en combinación con fibras de Teflón más gruesas, por
ejemplo que tengan un diámetro en el intervalo de 20 a 40
micrómetros, o fibras de acero inoxidable, por ejemplo que tengan un
diámetro en el intervalo de 250 a 300 micrómetros.
Si se desea, también se pueden usar
combinaciones de lechos de diferentes materiales. Por ejemplo se
pueden combinar uno o más lechos que estén constituidos por fibras
de vidrio con uno o más lechos de otro material o un entrelazado de
materiales.
Se entiende por dispositivo de coalescencia un
medio que ayude a la coalescencia de una primera fase que se mezcla
con otra fase. Un dispositivo de coalescencia más específico se
puede entender que es un medio en el que una dispersión es forzada
a través de un medio de coalescencia, que se usa para la
coalescencia y separación de gotitas finamente dispersas. Se puede
entender que el medio de coalescencia trabaja reteniendo las gotas
dispersas durante bastante tiempo para que formen gotitas de tamaño
suficiente para que se decanten. En el procedimiento de acuerdo con
la invención, se puede entender que las fibras de vidrio son un
medio de coalescencia de este tipo.
El dispositivo de coalescencia puede estar
presente por ejemplo en forma de cartucho de coalescencia, es decir,
un contenedor que tiene fibras con una disposición específica. En
otro ejemplo el dispositivo de coalescencia puede estar presente en
forma de lecho de coalescencia, es decir un "material textil"
de fibras entrelazadas, tejidas o compactadas, que se fija en un
recipiente de separación, que a veces también se denomina esterilla
de coalescencia.
El dispositivo de coalescencia para uso en la
presente invención puede ser cualquier dispositivo de coalescencia
que un experto en la técnica conozca que es adecuado.
El dispositivo de coalescencia se colocará a
menudo dentro de un recipiente de separación, es decir, un
recipiente en el que se pueda llevar a cabo la separación de la
fase acuosa y la fase orgánica. Recipientes de separación en los
que se puede usar el dispositivo de coalescencia incluyen
recipientes verticales y horizontales. Preferentemente se usa un
recipiente de separación horizontal.
Un recipiente de separación puede comprender uno
o más dispositivos de coalescencia. Preferentemente un recipiente
de separación comprende de 1 a 10, más preferentemente de 1 a 5
dispositivos de coalescencia.
Los dispositivos de coalescencia de este tipo se
pueden ubicar en un recipiente de separación de este tipo en
cualquier manera conocida por el experto. Por ejemplo, los
dispositivos de coalescencia de este tipo se pueden ubicar
horizontalmente, diagonalmente o verticalmente en el recipiente de
separación. En una realización preferida los dispositivos de
coalescencia se ubican esencialmente en posición vertical, mientras
que la mezcla de fase orgánica y acuosa fluye a través de los
dispositivos de coalescencia en una dirección esencialmente
horizontal a través de un recipiente de separación esencialmente
horizontal. En otra realización preferida los dispositivos de
coalescencia se ubican esencialmente en posición horizontal,
mientras que la mezcla de fase orgánica y acuosa fluye a través de
los dispositivos de coalescencia en una dirección esencialmente
vertical a través de un recipiente de separación esencialmente
vertical.
Los dispositivos de coalescencia se pueden
ubicar en cualquier sitio dentro del recipiente de separación, por
ejemplo en la mitad superior de un recipiente de separación
horizontal; sobre la longitud completa de un recipiente de
separación horizontal; o en la mitad inferior de un recipiente de
separación horizontal. En una realización preferida se coloca al
menos un dispositivo de coalescencia esencialmente en posición
vertical sobre la longitud completa de un recipiente de separación
esencialmente horizontal. En una realización especialmente
preferida el recipiente de separación es un recipiente de separación
esencialmente horizontal que comprende uno o dos dispositivos de
coalescencia sobre la sección trasversal completa del recipiente se
separación ubicados de manera esencialmente vertical en la mitad
corriente arriba del recipiente de separación; y que comprende
además uno o dos dispositivos de coalescencia sobre parte de la
sección trasversal del recipiente de separación, ubicados de manera
esencialmente vertical en la mitad corriente abajo del recipiente de
separación. Los dispositivos de coalescencia ubicados en la mitad
corriente abajo del recipiente de separación preferentemente se
extienden desde lo alto del recipiente de separación hasta menos de
9/10, preferentemente menos de 4/5, y más preferentemente menos de
2/3 de la altura del recipiente de separación, dejando paso libre en
el fondo del recipiente de separación.
Los recipientes de separación pueden contener un
dispositivo de coalescencia por ejemplo en forma de esterilla de
coalescencia o cartucho de coalescencia. El uso de cartuchos puede
ser ventajoso si se desea un área de contacto más grande. Un área
de contacto más grande permite velocidades espaciales más bajas.
Ejemplos de dispositivos de coalescencia
adecuados se describen por ejemplo en
"Liquid-Liquid Coalescer Design Manual" de ACS
Industries, LP, Houston, Texas, EE.UU.
En un recipiente de separación se pueden usar
una o más esterillas o cartuchos de coalescencia. Por ejemplo, un
recipiente de separación puede comprender una combinación de una
primera y una segunda esterilla de coalescencia conectadas entre
ellas delante del recipiente de separación y una combinación de una
tercera y una cuarta esterilla de coalescencia conectadas entre
ellas en una segunda ubicación corriente más abajo en el
recipiente.
Como se ha indicado anteriormente, las
esterillas y/o cartuchos de coalescencia se pueden aplicar de manera
horizontal o vertical.
Si fuera deseable, se podría filtrar la mezcla
de fases orgánica y acuosa a través de un filtro antes de ponerla
en contacto con las fibras de vidrio. Los filtros de este tipo
generalmente tienen aberturas de, como máximo 20 micrómetros,
preferentemente de, como máximo 10 micrómetros.
El dispositivo de coalescencia para uso en la
presente invención, se puede usar de manera convencional como saben
los expertos en la técnica. Es habitual vigilar la caída de presión
sobre un dispositivo de coalescencia durante el funcionamiento. Si
la caída de presión llega a ser inaceptable, se puede limpiar el
dispositivo de coalescencia por ejemplo mediante lavado por
inversión del flujo.
La separación de fase orgánica y fase acuosa en
la etapa (e) se lleva a cabo preferentemente de manera continua.
Preferentemente, la mezcla obtenida en la etapa (d) se alimenta al
recipiente de separación en la etapa (e) a una velocidad en el
intervalo de 0,01 a 10,0 cm/s, más preferentemente en el intervalo
de 0,1 a 3,0 cm/s.
La presión que se usa durante la separación
puede variar ampliamente. La separación se lleva a cabo
preferentemente en la fase líquida preferentemente a una presión en
el intervalo de 1 a 8000 kPa, más preferentemente en un intervalo
de 10 a 1700 kPa. Preferentemente, la separación de fase orgánica y
fase acuosa en la etapa (e) se lleva a cabo a una temperatura entre
0ºC y 150ºC, más preferentemente, a una temperatura en el intervalo
de 20ºC a 100ºC, e incluso más preferentemente en un intervalo de
40ºC a 8ºC. En una realización ventajosa se puede recuperar calor
de las etapas previas del procedimiento, por ejemplo mediante
recuperación de calor de las etapas (a) o (b), calor que se puede
aplicar en la etapa (e).
En una realización especialmente preferida se
aplica enfriamiento en la etapa (b) de lavado cáustico mediante
intercambio de calor con la etapa (e).
La fase orgánica separada, que comprende el
hidroperóxido de alquilarilo, obtenida en la etapa (e), se puede
usar ventajosamente en un procedimiento para la preparación de óxido
de alquileno de acuerdo con la invención.
El alqueno usado en un procedimiento de este
tipo es preferentemente un alqueno que comprende de 2 a 10 átomos
de carbono y más preferentemente un alqueno que comprende de 2 a 4
átomos de carbono. El correspondiente óxido de alquileno preparado
preferentemente también comprende de 2 a 10 átomos de carbono y más
preferentemente de 2 a 4 átomos de carbono respectivamente.
Ejemplos de alquenos que se pueden usar incluyen eteno, propeno,
1-buteno, 2-buteno, con los que se
pueden preparar los correspondientes óxido de etileno, óxido de
propileno y óxidos de butileno.
El procedimiento de acuerdo con la invención es
especialmente ventajoso para la preparación de óxido de propileno.
Por ello, el alqueno más preferido es propeno, con el que se puede
preparar el correspondiente óxido de propileno.
En una etapa (f) adicional del procedimiento, al
menos parte de una fase orgánica que contiene hidroperóxido de
alquilarilo, obtenida a partir del procedimiento según se ha
descrito anteriormente en este documento, se puede poner en
contacto con un alqueno para obtener un óxido de alquileno. El
hidroperóxido de alquilarilo se convierte en su correspondiente
alcohol. Preferentemente, esta reacción se lleva a cabo en presencia
de un catalizador. Un catalizador preferido para un procedimiento
de este tipo comprende titanio sobre sílice y/o silicato.
Catalizadores preferidos adicionales se describen en el documento
EP-A-345856. La reacción
generalmente transcurre a temperaturas y presiones moderadas, en
particular a temperaturas en el intervalo de 25 a 200ºC,
preferentemente en el intervalo de 40 a 135ºC. La presión exacta no
es crítica siempre que sea suficiente para mantener la mezcla de
reacción como un líquido o como una mezcla de vapor y líquido. En
general, las presiones pueden estar en el intervalo de 100 a 10000
kPa, preferentemente en el intervalo de 2000 a 8000 kPa.
Se puede separar el óxido de alquileno del
producto de reacción de cualquier manera que el experto en la
técnica conozca que es adecuada. Por ejemplo, el producto líquido
de reacción se puede elaborar mediante destilación fraccionada y/o
extracción selectiva. Se puede reciclar el disolvente, el
catalizador y cualquier alqueno o hidroperóxido sin reaccionar para
utilización posterior.
Preferentemente, el compuesto de alquilarilo
para uso en la presente invención es etilbenceno, que se convierte
en la etapa (f) en 1-fenil-etanol.
Si el compuesto de alquilarilo es etilbenceno el procedimiento de
este tipo generalmente comprende además: (g) separar al menos parte
del 1-fenil-etanol de la mezcla de
reacción obtenida en la etapa (f), y (h) convertir el
1-fenil-etanol obtenido en la etapa
(g) en estireno.
En los documentos WO 99/42425 y WO 99/42426 se
han descrito procedimientos que se pueden usar para esta etapa. Sin
embargo, en principio se puede usar cualquier procedimiento adecuado
conocido por un experto en la técnica.
La presente invención se ilustra adicionalmente
mediante los siguientes ejemplos.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplos
1-13
En un reactor, se hizo burbujear aire a través
de etilbenceno. Se concentró el producto obtenido de manera que se
obtuvo una mezcla que contenía aproximadamente 26% en peso de
hidroperóxido de etilbenceno (HPEB) disuelto en etilbenceno.
Adicionalmente, estaban presentes en la mezcla subproductos
orgánicos ácidos, que incluían aproximadamente 66 ppm en peso de
ácidos fórmico y acético, 77 ppm en peso de ácido propiónico y 2843
ppm en peso de ácido benzoico.
La mezcla que contenía HPEB se neutralizó con
solución acuosa aproximadamente 0,5% en peso de hidróxido sódico.
Posteriormente se separaron la fase orgánica y la fase acuosa.
La fase orgánica obtenida se puso en contacto
con una corriente acuosa en un dispositivo según se ilustra en la
figura 1. La fase orgánica (que contenía HPEB disuelto en
etilbenceno) (101) se puso en contacto con una corriente acuosa
(102) y se mezcló en un mezclador estático (103). La mezcla obtenida
del mezclador estático (103) se alimentó a un recipiente de
separación horizontal (104) que comprendía un lecho de coalescencia
(105) dispuesto verticalmente en el recipiente de separación,
conteniendo cada lecho de coalescencia fibras de vidrio de
tipo-E con un diámetro de 10 micrómetros. En el
recipiente de separación se separó la mezcla en una corriente de
fase orgánica purificada (106) y una corriente acuosa que contenía
residuo básico (107). Parte de la corriente acuosa (108) se recicló
y parte se retiró del sistema mediante una purga acuosa (109). Se
proporcionó compensación mediante corriente acuosa limpia (110). Se
determina la eficacia de eliminación midiendo la cantidad (ppm en
peso basadas en la mezcla completa) de sodio (C_{Na}) en las
mezclas en las tuberías (101) y (106) respectivamente mediante
espectroscopía de adsorción atómica, y calculando la eficacia según
la fórmula I a continuación:
(I)[C_{Na}(101)-[C_{Na}(106)]/C_{Na}(101)
*
100
Para cada ejemplo, en la Tabla 1 se da la
concentración de entrada (ppm en peso) de Na y la velocidad de la
mezcla en la tubería (101). La eficacia de eliminación también se ha
indicado en la Tabla 1.
Además se indica en la Tabla 1 la relación en
peso de fase orgánica (OR) a fase acuosa (AC) y la corriente acuosa
limpia de compensación (CCC) usada en cada ejemplo, la relación
másica de fase orgánica (OR) a fase acuosa (AC) y el tipo de
dispositivo de coalescencia. La fase acuosa se dispersó en la fase
orgánica. Se determinó el tamaño medio de gotita de la fase acuosa
por el método que se describe en Streiff et al., New
Fundamentals for Liquid-Liquid Dispersion Using
Static Mixers, MIXING IX, 1997. Los resultados se indican en la
Tabla 1.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplos
14-25
Se usaron las mismas condiciones de sistema y
procedimiento que se han especificado para los ejemplos
1-13. Sin embargo, en este caso, se usaron varios
tipos diferentes de materiales de coalescencia. Los resultados se
especifican en la Tabla 2. Las fibras de vidrio de
tipo-E tenían un diámetro de aproximadamente 10
micrómetros, mientras que las fibras de Teflón tenían un diámetro
de aproximadamente 21 micrómetros.
\vskip1.000000\baselineskip
En un procedimiento continuo de acuerdo con la
presente invención se llevaron a cabo las siguientes etapas:
En una primera etapa de tratamiento cáustico, se
pone en contacto una corriente de hidroperóxido de etilbenceno al
26% peso/peso disuelto en etilbenceno (solución de HPEB) que
contenía 0,02 meq de ácidos/g, con una solución acuosa de
aproximadamente 0,5% peso/peso de NaOH a una temperatura de
60-65ºC.
A continuación, se deja que se decanten la fase
orgánica y la fase acuosa durante 14 minutos de tiempo de
decantación, en un recipiente horizontal vacío. La relación en peso
de la solución de HPEB a la solución acuosa fue de 0,22 tras
ponerse en contacto. El pH de la fase acuosa, que salía del
recipiente horizontal vacío era aproximadamente 8.
Se recicló un 80% peso/peso de la fase acuosa
separada que comprendía la solución acuosa de NaOH para que se
pusiera en contacto otra vez con una solución nueva de HPEB. El 20%
peso/peso restante se descargó como agua residual y se rellenó con
agua de la etapa de lavado posterior y una solución cáustica nueva
que comprendía un 20% peso/peso de NaOH disuelto en agua. La fase
orgánica, que comprendía la solución de HPEB, al abandonar el
recipiente contenía 59 ppm en peso de sodio y el contenido en ácido
se redujo a 0,003 meq/g.
En una segunda etapa, que era una primera etapa
de lavado, se mezcló una corriente que comprendía la fase orgánica
de la primera etapa con una corriente de agua de lavado en un primer
mezclador estático creando una corriente que comprendía una
dispersión de agua en la fase orgánica con un tamaño medio de gotita
de 150 \mum. La dispersión se condujo a un primer recipiente de
separación horizontal. La mezcla se dividió uniformemente sobre una
esterilla de coalescencia que estaba constituida por dos capas, una
de las cuales era un entrelazado de hilo de acero inoxidable y
fibra de vidrio y la otra era un entrelazado de hilo de acero
inoxidable y Teflón. Cada capa tenía un grosor de 30,5 cm y las dos
capas juntas formaban una esterilla de coalescencia de 61 cm de
grosor.
A continuación, se separaron por fases una fase
orgánica y una acuosa. La fase orgánica se condujo a través de una
segunda esterilla de coalescencia que estaba constituida por dos
capas, una de las cuales era un entrelazado de hilo de acero
inoxidable y fibra de vidrio y la otra era un entrelazado de hilo de
acero inoxidable y Teflón. Cada capa tenía un grosor de 30,5 cm y
las dos capas juntas formaban una esterilla de coalescencia de 61 cm
de grosor.
Se recicló un 90% peso/peso de la fase acuosa
separada en una corriente de circulación que se pusiera en contacto
otra vez con fase orgánica nueva en el primer mezclador estático. El
10% peso/peso restante de agua al primer mezclador estático se
rellenó con una corriente de agua de lavado que abandonaba un
segundo recipiente de separación horizontal. La corriente de fase
orgánica que abandonaba el primer recipiente de separación
horizontal contenía 3,5 ppm en peso de sodio.
En una tercera etapa, que era una segunda etapa
de lavado, se mezcló la corriente de fase orgánica de la etapa de
lavado previa con una corriente adicional de agua de lavado en un
segundo mezclador estático creando una corriente que comprendía
dispersión de agua en la fase orgánica con un tamaño medio de gota
de 150 \mum. La dispersión se condujo a un segundo recipiente de
separación horizontal. La corriente dispersa se dividió
uniformemente sobre una esterilla de coalescencia que estaba
constituida por dos capas de un entrelazado de hilo de acero
inoxidable y fibra de vidrio. Cada capa tenía un grosor de 30,5 cm y
las dos capas juntas formaban una esterilla de coalescencia de 61
cm de grosor.
Se separaron por fases la fase orgánica y la
acuosa. La fase orgánica se condujo a través de una segunda
esterilla de coalescencia que estaba constituida por dos capas de
un entrelazado de hilo de acero inoxidable y fibra de vidrio. Cada
capa tenía un grosor de 30,5 cm y las dos capas juntas formaban una
esterilla de coalescencia de 61 cm de grosor.
Se recicló un 90% peso/peso de la fase acuosa
separada en una corriente de circulación que se pusiera en contacto
otra vez con fase orgánica nueva en el segundo mezclador estático,
se recicló una corriente de 10% peso/peso al primer mezclador
estático de la segunda etapa. El 10% peso/peso restante de agua al
segundo mezclador estático se rellenó con una corriente de agua de
lavado nueva. La relación de fases en peso de fase orgánica a agua
nueva fue 25,3:1.
La corriente de fase orgánica que abandonaba el
segundo recipiente de separación horizontal contenía 0,02 ppm en
peso de sodio.
La eliminación de ácido eficaz total de estas
etapas posteriores fue de 85% y la eficacia de eliminación de sodio
de las etapas combinadas de lavado con agua fue de 99,97%.
\newpage
Ejemplo
27
A fin de establecer la magnitud de la corrosión
de las fibras de vidrio, se usaron fibras de vidrio de
tipo-E en un primer recipiente de separación
horizontal en una primera etapa de lavado como se ejemplifica en el
ejemplo 26 durante 4 meses.
La Figura 2A muestra fibras de vidrio antes de
usar (fibras de vidrio nuevas) y la Figura 2B muestra fibras de
vidrio después de usar (fibras de vidrio gastadas).
Como se puede ver, esencialmente no se ha
producido corrosión.
Claims (9)
1. Procedimiento para preparar un hidroperóxido
de alquilarilo, procedimiento que comprende:
- (a)
- oxidar un compuesto de alquilarilo para obtener un producto de reacción orgánico que contiene hidroperóxido de alquilarilo;
- (b)
- mezclar al menos parte del producto de reacción orgánico de la etapa (a) con una solución acuosa básica para obtener una mezcla de solución acuosa básica y el producto de reacción orgánico;
- (c)
- separar la mezcla de la etapa (b) para obtener una fase orgánica separada, que contiene hidroperóxido de alquilarilo, y una fase acuosa separada;
- (d)
- mezclar al menos parte de la fase orgánica separada de la etapa (c) con agua para obtener una mezcla de una fase acuosa y la fase orgánica; y
- (e)
- separar la mezcla de la etapa (d) para obtener una fase orgánica separada, que contiene hidroperóxido de alquilarilo y una fase acuosa separada;
procedimiento en el que la mezcla obtenida en la
etapa (d) es una dispersión que comprende gotitas que tienen un
tamaño medio de gotita Sauter en el intervalo de 30 a 300
micrómetros, en el que las gotitas son gotitas de agua dispersas en
la fase orgánica; y
la separación en una fase orgánica separada y
una fase acuosa separada en la etapa (e) se lleva a cabo con ayuda
de un dispositivo de coalescencia que contiene fibras de vidrio.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que la secuencia de las etapas (d) y (e) se repite una o más
veces.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en el que la relación volumétrica de fase acuosa a fase orgánica en
la etapa (d) se encuentra en el intervalo de 1:100 a 1:2.
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que las fibras de vidrio son fibras
de vidrio que tienen un diámetro en el intervalo de 1 a 20
micrómetros.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que la etapa (d) de mezcla se lleva a
cabo por medio de un mezclador estático.
6. Procedimiento para preparar un óxido de
alquileno, comprendiendo el procedimiento preparar una fase
orgánica, que contiene hidroperóxido de alquilarilo, de acuerdo con
un procedimiento como se describe en una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5; y una etapa adicional (f) que pone en
contacto al menos parte de la fase orgánica obtenida, que contiene
hidroperóxido de alquilarilo, con un alqueno para obtener un óxido
de alquileno y un alcohol orgánico.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en
el que la fase orgánica, que contiene hidroperóxido de alquilarilo,
se pone en contacto con un alqueno en presencia de un catalizador de
titanio sobre sílice y/o silicato.
8. Procedimiento según la reivindicación 6 ó 7,
en el que el compuesto de alquilarilo es etilbenceno y el
hidroperóxido de alquilarilo es hidroperóxido de etilbenceno y el
procedimiento comprende además:
- (g)
- separar al menos parte del 1-fenil-etanol de la mezcla de reacción obtenida en la etapa (f), y
- (h)
- convertir el 1-fenil-etanol obtenido en la etapa (g) en estireno.
\vskip1.000000\baselineskip
9. Sistema industrial para eliminar materiales
básicos de una fase orgánica, que contiene hidroperóxido de
alquilarilo, comprendiendo el sistema un mezclador para mezclar la
fase orgánica con agua; y un recipiente de separación conectado
directa o indirectamente con el mezclador para separar la mezcla
obtenida en una fase orgánica purificada, que contiene
hidroperóxido de alquilarilo, y una fase acuosa; en el que el
mezclador es un mezclador estático y el recipiente de separación
comprende uno o más dispositivos de coalescencia que contienen
fibras de vidrio.
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