ES2350838T3 - Procedimiento para producir óxido de alquileno. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para preparar un óxido de alquileno, cuyo procedimiento comprende: (i) oxidar un alquilbenceno para obtener una corriente que comprende hidroperóxido de alquilbenceno, (ii) poner en contacto al menos parte del hidroperóxido de alquilbenceno obtenido en la etapa (i) con una olefina para obtener una corriente de producto que comprende un óxido de alquileno (iii) separar un compuesto de óxido de alquileno de la corriente de producto de la etapa (ii) para obtener (a) una corriente de producto residual que comprende alcohol alquilfenílico y (b) óxido de alquileno, (iv) alimentar al menos una parte de la corriente de producto residual que comprende alcohol alquilfenílico a un reactor que tiene una zona de destilación catalítica, y simultáneamente en el reactor, (a) poner en contacto la corriente de producto residual que comprende alcohol alquilfenílico con hidrógeno en la zona de destilación catalítica para transformar el alcohol alquilfenílico en la corriente de producto residual en alquilbenceno y formar una mezcla de reacción, y (b) separar alquilbenceno de la mezcla de reacción por destilación fraccionada.
Description
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento mejorado para producir óxido de alquileno al epoxidar una olefina usando un hidroperóxido orgánico. Antecedentes de la Invención
Se han desarrollado muchos métodos diferentes para la preparación de óxidos de alquileno. Uno de tales métodos supone la epoxidación de una olefina en una reacción en fase líquida usando un hidroperóxido orgánico como agente oxidante. NLC-1010372 describe un procedimiento que comprende hacer reaccionar propeno con hidroperóxido de etilbenceno para obtener óxido de propileno y 1-fenil-etanol. El 1fenil-etanol es, posteriormente, deshidratado para obtener estireno, que es un útil material de partida para otras reacciones químicas.
WO01/70714, cedida a Sumitomo, describe un procedimiento que se refiere a oxidar isopropilbenceno (también conocido como "cumeno") para obtener peróxido de isopropilbenceno como un soporte de oxígeno para la epoxidación de propileno para producir óxido de propileno y alcohol de isopropilbenceno (alcohol cumílico). El alcohol isopropilfenílico es deshidratado/hidrogenado, por una etapa de hidrogenolisis, hasta isopropilbenceno (cumeno) y reciclado para un uso repetido sin la co-producción de estireno. Durante la etapa de hidrogenolisis, cantidades sustanciales de ipropilciclohexano y dímero de cumeno son producidos como subproductos indeseables debido a la adicional hidrogenación o dimerización de cumeno y alfametil-estireno que quedan en el lecho de hidrogenación después de ser producido, dando como resultado la adicional hidrogenación o dimerización de los mismos.
La patente de EE.UU. número 6.455.712, cedida a Shell, describe un procedimiento para producir compuestos de óxido de alquileno (también conocido como oxirano), tal como óxido de propileno, oxidando olefina con el hidroperóxido de alquilbenceno obtenido oxidando alquilbenceno con oxígeno. El hidroperóxido de alquilbenceno es transformado en alcohol alquilfenílico que es deshidratado e hidrogenado, seguido de fraccionamiento, para separar alquilbenceno de otros productos secundarios que reutilizar en la fabricación de hidroperóxido de alquilbenceno. Cantidades sustanciales de alcohol alquilfenílico podían ser transformadas en alquilciclohexano y/o dímeros/oligómeros de alquilbenceno como productos secundarios.
Por tanto, es deseable desarrollar un procedimiento más eficiente que combinara múltiples etapas de procesos para transformar alcohol alquilfenílico en alquilbenceno y fraccionamiento en menor número de etapas y acumular todavía un menor número de productos secundarios indeseables de alquilbenceno, tales como dímeros/oligómeros y alquilciclohexano, para minimizar la pérdida de alquilbenceno utilizado. Sumario de la Invención
La presente invención se refiere a un procedimiento para preparar un óxido de alquileno, cuyo proceso comprende:
- (i)
- oxidar un alquilbenceno para obtener una corriente que comprende hidroperóxido de alquilbenceno,
- (ii)
- poner en contacto al menos parte de hidroperóxido de alquilbenceno obtenido en la etapa (i) con una olefina para obtener una corriente de producto que comprende un óxido de alquileno
(iii) separar compuesto de óxido de alquileno de la corriente de producto de la etapa (ii) para obtener (a) una corriente de producto residual que comprende alcohol alquilfenílico y (b) óxido de alquileno,
(iv) suministrar al menos una parte de la corriente de producto residual que comprende alcohol alquilfenílico a un reactor que tiene una zona de destilación catalítica, y simultáneamente al reactor,
(a) poner en contacto la corriente de producto residual que comprende alcohol alquilfenílico con hidrógeno en la zona de destilación catalítica para transformar el alcohol alquilfenílico en la corriente de producto residual en alquilbenceno y formar una mezcla de reacción, y
(b) separar alquilbenceno de la mezcla de reacción por destilación fraccionada. Descripción detallada de la invención
Actualmente se ha encontrado que el procedimiento de la presente invención permite una eficiente epoxidación de una olefina al combinar múltiples etapas del procedimiento para transformar alcohol alquilfenílico en alquilbenceno para reutilizar como un portador de oxígeno, y acumula también un menor número de productos secundarios indeseables de alquilbenceno, tal como dímeros/oligómeros y alquilciclohexano. Además, como una realización particular de la presente invención, dímeros/oligómeros de alquilbenceno producidos durante el procedimiento son craqueados hasta alquilbenceno y reciclados para su reutilización, y por ello se minimiza la pérdida de alquilbenceno.
Como se representa en la Ruta I de más adelante, el presente proceso utiliza hidroperóxido de alquilbenceno como un agente epoxidante para producir un óxido de alquileno a partir de una olefina. El hidroperóxido de alquilbenceno se transforma en alcohol alquilfenílico durante el procedimiento de epoxidación, y el óxido de alquileno se separa del producto de reacción para obtener una corriente de producto residual que comprende alcohol alquilfenílico (también conocido como alcohol alquilbencílico), alquilbenceno y opcionalmente alquenilbenceno. La corriente de producto residual es deshidratada e hidrogenada para transformar alcohol alquilfenílico en alquilbenceno. Preferiblemente, la reacción de deshidratación/hidrogenación se realiza suministrando la corriente de producto residual a un reactor de destilación catalítica fraccionada para poner en contacto con empaquetamiento catalítico de lecho fijo en la zona de destilación catalítica para llevar a cabo de forma simultánea una reacción de deshidratación-hidrogenación en una etapa, fraccionar y retirar el alquilbenceno de menor temperatura de ebullición producido en la zona de destilación catalítica por destilación antes de que sea transformado en alquilciclohexano o dímeros de alcohol alquilfenílico. El alcohol alquilfenílico o el alquenilbenceno no transformados continúan siendo sometidos a reflujo en la zona de destilación catalítica hasta ser transformados en alquilbenceno. Para proporcionar el calor necesario para la reacción de destilación puede utilizarse un dispositivo de calefacción con medios de calentamiento.
Como una realización particular de la presente invención, dímeros o polímeros pesados de alquilbencenos, tal como dímeros de cumeno, fabricados en el modo de destilación catalítica que tiene temperaturas de ebullición más altas que los alquilbencenos y los alcoholes alquilfenílicos caen al fondo del reactor de destilación catalítica. Los dímeros o polímeros en el fondo del reactor pueden ser hidrocraqueados en el fondo del reactor o pueden ser retirados como una parte de la corriente del fondo del reactor de destilación catalítica y enviados a un reactor de hidrocraqueo para ser hidrogenados, por ejemplo, en un modo de lecho fijo, para producir más alquilbencenos, tales como cumeno.
Como una realización particular de la presente invención, la corriente de fondo del reactor de destilación catalítica puede ser enviada a una caldera de vaporización rápida o a una columna de destilación en donde alquilbenceno, alcohol alquilfenílico y alquenilbenceno (tal como alfa-metil-estireno) sean separados de los dímeros/oligómeros de alquilbenceno, y volverlos a reciclar al reactor de destilación catalítica. Los dímeros/oligómeros de alquilbenceno más pesados se envían después a un reactor de hidrocraqueo para recuperar alquilbenceno. Ejemplos ilustrativos no limitantes de dímeros de productos secundarios preparados a partir de la dimerización de cumeno incluyen 2,3-dimetil-2,3-difenil-butano y 2-metil-2,4-difenilpentano (Véase la Ruta II).
Ruta I Ruta II
Aunque etilbenceno es el compuesto alquilbenceno actualmente más ampliamente usado en la preparación de un compuesto de óxido de alquileno 5 actualmente, se ha encontrado que la etapa del procedimiento para oxidar un alquilbenceno puede llevarse a cabo con mayor transformación y mayor selectividad si el compuesto alquilfenílico empleado es un alquilbenceno en el que el sustituyente alquilo es un sustituyente alquilo ramificado que comprende de 3 a 10 átomos de carbono. Un compuesto alquilfenilo más preferido contiene 1 ó 2 sustituyentes alquilo.
10 Un compuesto alquilfenilo que contiene varios sustituyentes, particularmente 2 ó 3 sustituyentes alquilo, tiene la ventaja de que puede contener varios grupos hidroperóxidos. Una realización particular de la presente invención se refiere a la reacción en la que el compuesto alquilfenilo es cumeno, como se ilustra en la Ruta II, para, meta, u orto-di(iso-propil)benceno o mezclas del mismo.
La oxidación del alquilfenilo puede llevarse a cabo por cualquier proceso adecuado conocido en la técnica. Por ejemplo, la oxidación puede llevarse a cabo en la fase líquida en presencia de un diluyente. Este diluyente es preferiblemente un compuesto que es líquido en las condiciones de la reacción y no reacciona con los materiales de partida y el producto obtenido. Sin embargo, el diluyente puede también ser un compuesto necesariamente presente durante la reacción. Por ejemplo, si el alquilfenilo es cumeno el diluyente puede también ser cumeno.
El producto obtenido en la etapa para oxidar alquilbenceno puede ser usado como tal en la etapa de epoxidación de olefina, algunos compuestos pueden ser separados o sólo parte del producto obtenido puede ser usado en la siguiente etapa y parte puede ser usado en parte de un proceso diferente.
En la etapa de epoxidación de la olefina, el hidroperóxido de alquilfenilo obtenido en la etapa para producir hidroperóxido de alquilbenceno se pone en contacto con olefina en presencia de un catalizador para obtener un óxido de alquileno e hidroxialquilbenceno. Un catalizador que puede usarse adecuadamente en tales procesos comprende un metal del Grupo IVB, VB o VIB, particularmente un catalizador que contenga titanio o que contenga molibdeno tal como titanio sobre sílice y/o silicato, un catalizador heterogéneo de titanio o un catalizador heterogéneo de molibdeno. Un catalizador particularmente adecuado se describe en el documento EP-B-345856. Tal catalizador comprende titanio en combinación química con sílice y/o silicalita inorgánica en forma sólida cuyo catalizador se obtiene a) impregnando el compuesto de silicio con una corriente de tetracloruro de titanio gaseoso, b) calcinando el producto de reacción obtenido de la etapa a), y c) hidrolizando el producto de la etapa b). La reacción prosigue generalmente a temperaturas y presiones moderadas, en particular, a temperaturas en el intervalo desde 0 ºC a 200 ºC, preferiblemente en el intervalo desde 25 ºC a 200 ºC. La presión exacta no es crítica mientras se mantenga la mezcla de reacción en estado líquido. La presión atmosférica puede ser satisfactoria. En general, las presiones pueden estar en el intervalo desde 1 a 100 x 105 N/m2.
Otro ejemplos no limitantes de catalizadores que contienen titanio adecuados incluyen catalizadores de óxido de silicio que contienen titanio descritos en los documentos U.S. 6.323.147, ES 2.165.771 y WO 01/56693, que pueden fabricarse mezclando una fuente de sílice, una fuente de titanio y un ion de amonio cuaternario como un modelo en un disolvente para obtener un sólido que contenga un componente de catalizador y el modelo, y extrayendo el sólido obtenido en un disolvente para obtener un catalizador eliminando el modelo, que, opcionalmente, es posteriormente sililado. Otro ejemplo no limitante de un catalizador de epoxidación adecuado es un catalizador sintético que contiene zeolita descrito en los documentos EP 100.119, EP 230.949, GB 2.071.071, U.S. 4.410.501, U.S. 4.666.692 y U.S.
4.701.428. Ejemplos ilustrativos de catalizadores orgánicos que contienen molibdeno se describen en los documentos U.S. 4.772.731, U.S. 5.017.712, U.S. 4.593.012, U.S. 4.590.172, U.S. 4.661.463, U.S. 4.687.868, U.S. 4.607.113, EP 58.473, U.S. 3.480.563, U.S. 3.453.218, U.S. 3.434.975, Re 30.642 y U.S. 3.351.635. Un ejemplo de un catalizador de vanadio adecuado incluye el catalizador descrito en el documento
U.S. 3.350.422 y que para un catalizador que contiene tungsteno puede ser encontrado en el documento U.S. 3.351.635.
La olefina usada en el procedimiento de la presente invención dependerá del óxido de alquileno que va a ser preparado. Preferiblemente, la olefina contiene desde 2 a 10 átomos de carbono; más preferiblemente desde 2 a 8 átomos de carbono. Como una realización particular de la presente invención, la olefina es propeno (también conocido como propileno).
Al final de la reacción de epoxidación, la mezcla líquida que comprende los productos deseados se separa del catalizador. El compuesto de óxido de alquileno puede después ser separado del producto de reacción de cualquier forma que se sabe que es adecuada para alguien experto en la técnica. El producto líquido de la reacción puede ser preparado por destilación fraccionada, extracción selectiva y/o filtración. El catalizador, cualquier disolvente que pueda estar presente y cualquier olefina o hidroperóxido de alquilfenilo sin reaccionar pueden ser reciclados para una posterior utilización.
La etapa del proceso de epoxidación puede ser llevada a cabo con el catalizador en forma de una suspensión, un lecho móvil o un lecho fluidizado. Sin embargo, se prefiere el lecho fijo para aplicaciones industriales a gran escala. El proceso puede llevarse a cabo en forma discontinua, de forma semicontinua o de forma continua. El líquido que contiene los reaccionantes puede entonces pasarse a través del lecho del catalizador, de manera que el efluente desde la zona de reacción esté sustancialmente libre de catalizador.
Como una realización particular de la presente invención, parte del producto de la etapa (i) se usa en la reacción del hidroperóxido de alquilfenilo para obtener un compuesto fenólico y un compuesto que contiene cetona, tal como metil-metil-cetona (también conocido como "acetona") donde el alquilbenceno es cumeno. El compuesto fenólico obtenido puede contener sustituyentes. La reacción del hidroperóxido de alquilfenilo puede ser catalizada poniendo en contacto el hidroperóxido de alquilfenilo con un catalizador ácido como los que contienen azufre. El catalizador ácido usado puede ser ácido sulfúrico, ácido hidroclórico, ácido perclórico, dióxido de azufre y trióxido de azufre; ácidos orgánicos tales como ácido bencensulfónico, ácido ptoluensulfónico, ácido cresolsulfónico y ácido cloroacético; ácidos sólidos tales como sílice-alúmina, alúmina y resinas ácidas de intercambio iónico; heteropoliácidos tales como ácido tungstosilícico, ácido tungstofosfórico y ácido molibdofosfórico. Preferiblemente, se usan ácido sulfúrico y/o ácido cresolsulfónico. La cantidad de catalizador que va a ser usado está normalmente en el intervalo desde 0,0001 % en peso a 1 % en peso, basado en la mezcla de reacción que va a ser tratada. La temperatura de reacción está normalmente en el intervalo desde 30 ºC a 150 ºC.
El hidroperóxido de alquilfenilo puede ser sometido a la reacción anteriormente mencionada para producir compuesto o compuestos fenólicos después de que otros compuestos hayan sido separados del producto de reacción de la etapa para fabricar hidroperóxido de alquilbenceno. Sin embargo, se prefiere someter parte del producto de reacción de la etapa de formación del hidroperóxido de alquilbenceno directamente a la reacción de descomposición para fabricar compuesto fenólico.
La reacción de hidroperóxido de alquilfenilo para producir compuesto fenólico produce normalmente subproductos. Los subproductos que se encuentran frecuentemente son varios alquilbencenos sustituidos de las reacciones secundarias, por ejemplo, etilbenceno y 1-metil-estireno. Para incrementar adicionalmente el rendimiento del presente proceso, los productos de compuestos fenólicos deseados y el compuesto o los compuestos que contienen cetona pueden ser separados del producto o de los productos de reacción en la etapa de producción de compuesto fenólico, después de lo cual todo o parte del producto de reacción que queda se somete a hidrogenación en la etapa para volver a transformar alcohol alquilfenílico en alquilbenceno. Por tanto, el proceso de acuerdo con la presente invención comprende preferiblemente separar al menos parte del compuesto fenólico y del compuesto que contiene cetona del producto de reacción de esta etapa, y poner en contacto todo o parte del producto de reacción que queda con hidrógeno en la etapa para transformar alcohol alquilfenílico en alquilbenceno. Los compuestos que se obtienen en el alcohol alquilfenílico fenólico en alquilbenceno y que se envían preferiblemente a la etapa para hidrogenar alcohol alquilfenílico son etilbenceno, 1-metil-estireno, etc. Por tanto, cualquier fracción del producto de reacción de la etapa de producción de compuesto fenólico que se envía a la etapa para hidrogenar alcohol alquilfenílico contiene productos secundarios de alquilbencenos usados en el proceso, por ejemplo, etilbenceno y/o 1-metil-estireno. El producto de reacción de la etapa de producción de compuesto fenólico puede ser enviado a la etapa para hidrogenar alcohol alquilfenílico como tal, o el producto de reacción de la etapa de producción de compuesto fenólico puede combinarse con el producto de reacción de la etapa para fabricar compuesto fenólico de la que se ha separado óxido de alquileno, antes de ser enviado a la etapa para hidrogenar alcohol alquilfenílico.
El compuesto fenólico deseado y el compuesto que contiene cetona pueden ser separados del producto de reacción de la etapa de producción de compuesto fenólico en cualquier forma conocida para alguien experto en la técnica. Preferiblemente, el fenol y la cetona se retiran sustancialmente del producto de reacción de la etapa de producción de compuesto fenólico, mientras al menos parte de los productos de reacción distintos del compuesto fenólico y del compuesto que contiene cetona se vuelven a enviar al proceso integrado.
Como una realización particular de la presente invención, si parte del hidroperóxido de alquilfenilo se transforma en compuesto fenólico y en compuesto que contiene cetona, el alquilfenilo puede ser cumeno, ya que esto da fenol y acetona en la etapa de producción de compuesto fenólico.
Posteriormente, al menos parte del producto de reacción que contiene hidroxialquilfenilo, del que se ha separado un compuesto de óxido de alquileno, se somete a hidrogenación. El tratamiento de hidrogenación se lleva a cabo en presencia de un catalizador de hidrogenación.
Como una realización preferida no limitante, la etapa de transformar alcohol alquilfenílico en la corriente de producto residual hasta alquilbenceno se lleva a cabo por una reacción de destilación catalítica. El proceso supone suministrar una corriente de alimentación que contiene alcohol alquilfenílico a un reactor de destilación catalítica en una zona de alimentación, poniendo en contacto la corriente de alimentación que contiene alcohol alquilfenílico con un empaquetamiento catalítico de lecho fijo para llevar a cabo simultáneamente una reacción de deshidratación-hidrogenación de una etapa, mientras se fracciona y se retira el alquilbenceno de menor temperatura de ebullición producido en la zona de destilación catalítica por destilación antes de que sea transformado en alquilciclohexano o dímeros de alcohol alquilfenílico, mientras el alcohol alquilfenílico o el alcohol di-alquilfenílico no transformado continúa sometiéndose a reflujo en la zona de destilación catalítica hasta que sea transformado en alquilbenceno. Para proporcionar el calor necesario para la reacción de destilación puede utilizarse un dispositivo de calefacción con medios de calentamiento.
El modo de funcionamiento de destilación catalítica proporciona la ventaja de realzar la selectividad de la reacción hasta alquilbenceno, tal como cumeno, retirando
continuamente el producto alquilbenceno por destilación fraccionada en el reactor de destilación catalítica. Las operaciones de destilación catalítica continua con reacción catalítica simultánea y fraccionamiento del producto se beneficia del hecho de que las temperaturas de ebullición de la mayoría de alcoholes alquilfenílicos son superiores a 5 las de los correspondientes productos alquilbencenos. La realización de la presente invención de deshidratación/hidrogenación en un modo de destilación catalítica proporciona ventajas adicionales para disminuir el gasto de capital requerido a través de hacer funcionar múltiples reacciones de deshidratación y de hidrogenolisis catalítica así como etapas de fraccionamiento en un único reactor sin un reactor de
10 hidrogenación separado con su equipo de intercambiadores de calor y controles asociados. La combinación de destilación catalítica y la particular reacción de hidrogenación catalítica da como resultado una mejor selectividad hacia la saturación de la cadena de alquenilo producido a partir de la deshidratación de alcohol alquilfenílico, sin la hidrogenación de los enlaces aromáticos.
15 Como una realización específica de la presente invención, la olefina es propeno, el óxido de alquileno producido es óxido de propileno, el alquilbenceno es cumeno (también conocido como i-propilbenceno) y el alcohol alquilfenílico es alcohol cumílico (también conocido como 2-fenil-2-propanol) ilustrado en la Ruta II. La Tabla 1 siguiente muestra que cumeno tiene una temperatura de ebullición significativamente
20 menor que la de alcohol cumílico y dímeros cumeno, que son 2,3-dimetil-2,3difenilbutano y 2-metil-2,4-difenilpentano, etc. Por tanto, en la operación de destilación catalítica, el cumeno es recuperado del arrastre en cabeza o lateral por encima del lecho catalítico más arriba de la zona de destilación catalítica, dejando alcohol cumílico sin transformar en el lecho de catalizador para una reacción posterior. Ninguno de los
25 dímeros de cumeno, con las temperaturas de ebullición más elevadas, queda en la sección inferior del reactor, y no será destilado por la parte superior del reactor. La mezcla del fondo del reactor, que puede contener dímeros de cumeno, puede ser retirada como una corriente de fondo.
TABLA 1
- Compuesto
- Temperatura de ebullición a 1 atm de presión, ºC
- alcohol cumílico
- 201
- cumeno
- 152-154
- alfa-metilestireno
- 165-169
- iso-propilciclohexano
- 155
- 2-metil-2,4-difenilpentano
- 300-320
- 2,3-dimetil-2,3-difenilbutano
- 300-320
El alcohol alquilfenílico puede también ser alcohol etilfenílico (también conocido como 1-hydroxil-1-fenil-etano o hidroxietilbenceno) en donde el alquilbenceno producido es etil-benceno. Todavía en otra realización específica de la presente
5 invención, el alcohol alquilfenílico es orto, meta, o para-di-(2-hidroxil-2-propil)benceno, 4-(2-hidroxi-2-propil)cumeno, 3-(2-hidroxi-2-propil)cumeno, 2-(2-hidroxi-2-propil)cumeno, o mezclas de los mismos, y el alquilbenceno es meta, orto, o para-di(isopropil)benceno, o mezclas de los mismos. En una realización particular, el alcohol alquilfenílico es para-di-(2-hidroxil-2-propil)benceno y el alquilbenceno es para-di
10 (isopropil)benceno. Como una realización particular de la presente invención, menos que aproximadamente 1,0%, particularmente menos que aproximadamente 0,5%, y más particularmente menos que aproximadamente 0,2% en peso del alquilbenceno producido es transformado en alquil-ciclohexano (R1CH2R2CH(ciclohexano)), y menos
15 que aproximadamente 0,1 %, particularmente menos que aproximadamente 0,05%, y más particularmente menos que 0,01% en peso del alquilbenceno producido es transformado en productos secundarios en la forma de dímero o dímeros, o polímero o polímeros, de alquilbenceno. Como una realización particular, ninguno de los dímeros o polímeros de
20 alquilbencenos, tal como dímeros de cumeno, fabricados en el modo de destilación catalítica con tiene temperaturas de ebullición más altas que los alquilbencenos y alcoholes alquilfenílicos, caen al fondo del reactor de destilación catalítica. Los dímeros u oligómeros en el fondo del reactor pueden ser retirados como una parte de la corriente del fondo y pueden, opcionalmente, ser fraccionados para recuperar
25 alquilbenceno, alcohol alquilfenílico y alquenilbenceno para volver a reciclar por la columna de destilación catalítica; y la corriente más rica en dímeros u oligómeros puede, posteriormente, ser hidrogenada, por ejemplo, en un modo de lecho fijo, para producir más alquilbencenos, tal como cumeno. Opcionalmente, los dímeros u oligómeros pueden ser hidrogenados/hidrocraqueados en el fondo del reactor.
30 Ejemplos ilustrativos no limitantes de dímeros de productos secundarios preparados a partir de la dimerización de cumeno incluyen 2,3-dimetil-2,3-difenil-butano y 2-metil2,4-difenilpentano mostrado en la Ruta II. Ejemplos ilustrativos y no limitantes de catalizadores de hidrocraqueo adecuados para transformar dímeros de alquilbencenos en alquilbenceno, tal como transformar 2,3-dimetil-2,3-difenil-butano y 2-metil-2,4difenilpentano en cumeno incluyen catalizadores que comprenden un metal del Grupo VIII o un metal del Grupo IB sobre un soporte, particularmente los que comprenden cobre, paladio, platino y níquel sobre un soporte. Ejemplos ilustrativos no limitantes de un soporte incluyen sílice, sílice-alúmina y zeolita, tal como Mordenita, Na/H-Mordenita, H-Mordenita, beta-zeolita, H-beta-zeolita, Y-zeolita, H-Y-zeolita, y otros por el estilo. En una realización particular de la presente invención, el catalizador contiene desde aproximadamente 0,1% en peso a aproximadamente 5% en peso, particularmente desde aproximadamente 0,2% en peso a 2% en peso, calculado como peso de metal sobre la base del peso total del catalizador, de un metal del Grupo VIII o de un compuesto de un metal del Grupo VIII como componente catalítico principal, sólo o con activadores y modificadores tales como paladio/oro, paladio/plata, cobalto/circonio, níquel, preferiblemente depositado sobre un soporte ácido que esté preferiblemente en forma hidrogenoácida. La expresión "forma hidrogenoácida" significa que 50% o más de los cationes con ion intercambiable sean iones de hidrógeno (+) (también conocido como "H+" o "protón"). Los catalizadores que contienen metal del Grupo IB contienen preferiblemente desde 10% a 80%, particularmente desde 30% a 70%, más particularmente desde 50% a 60%, como peso de óxido, en base al peso total del catalizador, de un metal del Grupo IB, particularmente sobre un soporte ácido, más particularmente sobre un soporte en forma hidrogenoácida. Ejemplos específicos no limitantes de tales catalizadores incluyen catalizadores que comprenden cobre, cobre Raney, cobre/cromo, cobre/cinc, cobre/cinc/cromo, cobre/cinc/circonio, cobre/sílice, cobre/cinc/aluminio cobre/alúmina, cobre cromita, paladio/carbono, paladio/H-Mordenita, paladio/alúmina, paladio/sílice, paladio/sílice-alúmina y otros sistemas de catalizadores basados en cobre. De 86,0% a 100,0%, particularmente de 90,0% a 100,0%, más particularmente desde 94,0% a 100,0%, todavía más particularmente desde 97,5% a 100,0%, y todavía más particularmente desde 98,0% a 100,0% en peso de dímeros de alquilbencenos se transforma en alquilbenceno a una temperatura desde 140ºC a 300ºC, particularmente desde 185ºC a 235ºC, y lo más particularmente desde 185ºC a 225ºC.
Como un ejemplo ilustrativo no limitante, el lecho de destilación catalítica (también conocido como zona de destilación catalítica) está colocado en la parte central del reactor de destilación catalítica en un punto por debajo del arrastre superior (donde se recupera alquilbenceno en cabeza) o lateral de la corriente de producto alquilbenceno, mientras la corriente de alimentación y la corriente que contiene hidrógeno se suministra al reactor por debajo del lecho de destilación catalítica. Esta configuración permite que la corriente de alimentación y el hidrógeno se muevan en el lecho y pongan en contacto con el catalizador en las condiciones descritas aquí para hidrogenar la cadena lateral. En la alternativa, la corriente de alimentación puede ser suministrada al reactor de destilación catalítica desde por encima del lecho de destilación catalítica y se mueve hacia abajo en el lecho de destilación catalítica y se pone en contacto con la alimentación de hidrógeno de por encima del lecho de destilación catalítica; o la corriente de alimentación puede también alimentarse al lecho de destilación catalítica. Opcionalmente, el punto de entrada de la corriente de alimentación en el reactor puede ser ajustado de acuerdo con la concentración de la corriente de alimentación, por ejemplo cuanto mayor es la concentración de alcohol alquilfenílico en la corriente de alimentación, más arriba estará el punto de entrada de la corriente de alimentación. Un ejemplo ilustrativo no limitante de un reactor de destilación catalítica adecuado tiene un diámetro exterior desde 0,01 metros a 20 metros, y particularmente desde 0,5 metros a 10 metros; y una altura desde 0,2 metros a 200 metros, y particularmente desde 1 metro a 100 metros.
El empaquetamiento del catalizador es de tal naturaleza que permite que circule vapor a través del lecho de destilación catalítica, mientras se proporciona una superficie específica suficiente para el contacto catalítico, y se fraccionen de forma eficaz los productos de reacción. Como un ejemplo ilustrativo no limitante, los catalizadores pueden ser rellenados/cargados con una pluralidad de bandejas/deflectores/empaquetamientos, y otros por el estilo, diseñados para proporcionar un mecanismo de fraccionamiento suficiente, y mantenido en un estado inundado a medida que el líquido en el reactor se desplaza a través de las bandejas/deflectores/empaquetamientos hasta las bandejas/empaquetamientos/ deflectores inferiores en la zona de destilación catalítica. El material es fraccionado después en la bandeja inferior como en una torre de fraccionamiento convencional. Opcionalmente, las bandejas/empaquetamientos adicionales sin catalizador se emplean por debajo del lecho de destilación catalítica para mejorar la separación entre los reaccionantes y los productos, especialmente entre alcohol alquilfenílico y dímero (o dímeros)/oligómeros de alquilbenceno reduciendo así el contenido de alcohol alquilfenílico en el fondo del reactor. La corriente de hidrógeno y de producto residual como corriente de alimentación al reactor puede entrar o por encima o por debajo de estas bandejas no catalíticas. La corriente de alimentación al reactor de destilación catalítica que contiene alcoholes alquilfenílicos reaccionantes de alta temperatura de ebullición, tales como alcohol cumílico, se pone en contacto de forma continua con el catalizador cargado en el lecho de catalizador en una zona de reacción de destilación catalítica, y fraccionando simultáneamente la mezcla de reacción resultante en el lecho fijo del catalizador; los alquilbencenos productos con temperaturas de ebullición inferiores, tales como cumeno, ascienden a través de los lechos de catalizador y son recuperados como una parte (normalmente la mayor parte) de lo arrastrado en cabeza
o lateral por encima del lecho del catalizador. La reacción de hidrogenación (acoplada con deshidratación) y el fraccionamiento tienen lugar simultáneamente sobre el lecho fijo del catalizador, que sirve como catalizador y como empaquetamiento de destilación en el reactor de destilación catalítica. Los alcoholes alquilfenílicos y alquenilbencenos sin reaccionar dejados detrás en el lecho del catalizador están en contacto con el catalizador para su transformación en alquilbenceno. La mayor parte de los alcoholes alquilfenílicos son deshidratados para formar alquenilbencenos que sólo existen de forma transitoria, y son inmediatamente hidrogenados a alquilbencenos en el lecho del catalizador. Opcionalmente, los empaquetamiento/bandejas adicionales se emplean encima de la zona de destilación catalítica para proporcionar reflujo de alquilbenceno. El arrastre en cabeza o lateral, que comprende una alta concentración de alquilbenceno, por encima del lecho del catalizador puede volverse a reciclar para su reutilización, mediante una etapa de oxidación húmeda para fabricar hidroperóxido de alquilbenceno sin una etapa de desaguado. La misma corriente rica en alquilbenceno puede ser sometida a una etapa de separación de hidrógeno y/o de agua para recuperar hidrógeno y/o retirar el agua densa y, opcionalmente, desecada con agente secante tal como tamices moleculares, y se devuelve después al reactor de destilación catalítica por encima del lecho del catalizador para reflujo/purificación posteriores. El alquilbenceno recuperado puede ser de una pureza suficientemente alta para ser vendido como está en el mercado o puede ser reciclado para reutilizar en la fabricación de hidroperóxido de alquilbenceno. El arrastre en cabeza o lateral, que ha retirado opcionalmente agua e hidrógeno, comprende desde 90% a 100%, particularmente desde 98% a 100% y más particularmente desde 99,5% a 100 por ciento en peso de alquilbenceno; desde 0% a 10%, particularmente desde 0% a 5%, y más particularmente desde 0% a 1 por ciento en peso de alcohol alquilfenílico, menos que aproximadamente 5% particularmente menos que 1%, más particularmente menos que 0,1 por ciento en peso de alquenilbencenos; menos que 5%, particularmente menos que 1%, y más particularmente menos que 0,1 por ciento en peso de dímeros u oligómeros de alquilbenceno; menos que 5%, particularmente menos que 1%, y más particularmente menos que 0,2 por ciento en peso de alquilciclohexano.
Cuando una corriente de alimentación que comprende alcoholes cumílicos se suministra al presente reactor de destilación catalítica, el arrastre en cabeza o lateral por encima del lecho de catalizador, después de la eliminación de agua y/o hidrógeno, comprende desde 90% a 100%, particularmente desde 98% a 100% y más particularmente desde 99,5% a 100 por ciento en peso de cumeno; desde 0% a 10%, particularmente desde 0% a 5%, y más particularmente desde 0% a 1 por ciento en peso de alcohol cumílico, menos que aproximadamente 5% particularmente menos que 1%, más particularmente menos que aproximadamente 0,1 por ciento en peso de alfa-metil-estireno; menos que aproximadamente 5%, particularmente menos que 1%, y más particularmente menos que 0,1 por ciento en peso de dímeros u oligómeros de cumeno; menos que 5%, particularmente menos que 1%, y más particularmente menos que 0,2 por ciento en peso de isopropilciclohexano.
Sin limitar el alcance de la presente invención, se propone que el mecanismo que produce la eficacia del presente proceso es la condensación de una parte de los vapores que contienen alcohol alquilfenílico o alquenilbenceno en el sistema de reacción, que ocluye suficiente hidrógeno en el líquido condensado para obtener el contacto íntimo requerido entre el hidrógeno y el alquenilbenceno, tal como alfa-metilestireno, en presencia del catalizador para dar como resultado la hidrogenación de las cadenas laterales de alquenilbenceno.
Como una realización particular, en el sistema se incluye un condensador de reflujo. La relación de reflujo puede variar en el intervalo de 1:1 a 20:1. En la práctica, la relación superior puede ser usada para compensar un lecho de catalizador corto. En unidades de tamaño comercial, se proporciona normalmente un lecho de catalizador largo, y normalmente se obtienen relaciones de reflujo inferiores y, en consecuencia, una mayor productividad de la unidad.
La temperatura en el reactor de destilación catalítica se determina por la temperatura de ebullición del alquilbenceno a cualquier presión dada. El reactor de destilación se hace funcionar a una presión tal que la mezcla de reacción esté en ebullición en el lecho del catalizador. Generalmente, puede emplearse una presión en el intervalo de 0 psig (libras por pulgada cuadrada) a 400 psig, particularmente de 0 psig a 140 psig (es decir, 1-10 bar).
Para la transformación de una corriente de alimentación que contiene alcohol cumílico, la presión puede ser de 0 psig a 400 psig, particularmente de 5 psig a 300 psig, y más particularmente de 0 psig a 140 psig (es decir, 1-10 bar). Se comprende que el cumeno hierve a aproximadamente 152-154 ºC a 0 psig (1 bar), y a una presión superior, la temperatura de ebullición de cumeno aumentará. Como un ejemplo ilustrativo no limitante, el presente proceso funciona a presión en cabeza por debajo de 50 psig. Preferiblemente, el reactor se hace funcionar a baja presión para disminuir la temperatura impidiendo la polimerización no deseada y de manera que pueda lograrse una mayor selectividad. A aproximadamente 0 psig (presión atmosférica), la temperatura en el fondo del reactor es mayor que 200 ºC, y cercana a 155 ºC en la parte superior, y 150 a 210 ºC en la zona de destilación catalítica. La velocidad espacial horaria de peso de alimentación (WHSV, de las siglas en inglés) puede variar en un amplio intervalo dentro de los otros parámetros de estado, y pueden ser desde 0,1 a aproximadamente 10, particularmente desde 0,2 a 2 litros por hora. La WHSV usada aquí significa el peso unidad de alimentación por hora que entra en el reactor de destilación de la reacción por unidad de peso de catalizador en el reactor.
Como un ejemplo ilustrativo, la corriente de producto residual suministrada al reactor de destilación catalítica o de lecho fijo para hidrogenación contiene de 1% a 100%, particularmente de 5% a 75%, y más particularmente de 10% a 40% en peso de alcohol alquilfenílico; de 0% a 99%, particularmente de 25% a 95%, y más particularmente de 60% a 90% en peso de alquilbenceno; de 0% a 20%, particularmente de 0% a 5%, y más particularmente de 0% a 1% en peso de alquenilbenceno; y de 0% a 25%, particularmente de 0% a 10%, y más particularmente de 0% a 5% en peso de hidroperóxido de alquilbenceno. Como un ejemplo ilustrativo específico de una realización particular de la presente invención, la corriente de producto residual, alimentada al reactor de hidrogenación, contiene de 1% a 100%, particularmente de 5% a 75%, y más particularmente de 10% a 40% en peso de alcohol cumílico; de 0% a 99%, particularmente de 25% a 95%, y más particularmente de 60% a 90% en peso de cumeno; de 0% a 20%, particularmente de 0% a 5%, y más particularmente de 0% a 1% en peso de alfa-metil-estireno; de 0% a 5 por ciento en peso de etil-benceno; de 0% a 5 por ciento en peso de di-, tri-isopropilbenceno, etilbenceno, propil-benceno, etil-isopropil-benceno, etc., o mezclas de los mismos; y de 0% a 25%, particularmente de 0% a 10%, y más particularmente de 0% a 5% en peso de peróxido de cumeno.
Cuando una corriente de alimentación al reactor de destilación catalítico, tal como una corriente de producto residual, comprende un di-isopropil-benceno (DIPB), puede contener una pequeña cantidad, por ejemplo menos del 5% en peso, de cumeno, tri-isopropil-benceno, etil-benceno, propil-benceno, etil-isopropil-benceno, etc., o mezclas de los mismos. Las corrientes que son cicladas a peróxido, epoxidación, reactores de hidrogenación tienen propiedades similares debido a reacciones secundarias. Se ha encontrado que los compuestos que contienen alquilfenilos orto-sustituidos son menos preferidos para usar en procesos de acuerdo con la presente invención, ya que generalmente son menos reactivos. Preferiblemente, al menos 80% en peso de los alquilbencenos para usar en la etapa (i) del proceso de la presente invención son alquilfenilos meta-sustituidos o para-sustituidos. Más preferiblemente, al menos 90% en peso, más específicamente 95% en peso, de los alquilfenilos para usar en el proceso de la presente invención son alquilbencenos meta-sustituidos o para-sustituidos.
Para impedir la producción de alquilbencenos menos reactivos en el proceso de acuerdo con la presente invención, es especialmente preferido que el proceso comprenda una etapa adicional por la que sean retirados al menos parte de los compuestos alquilbenceno menos reactivos. Preferiblemente, tal etapa del proceso comprende someter al menos parte del producto de la etapa (i) a destilación. El producto del fondo puede ser usado en la etapa (ii). El producto destilado contendrá una cantidad relativamente grande de alquilarilos menos reactivos. Este producto puede ser enviado a una unidad de transalquilación como se ha descrito anteriormente. En la unidad de transalquilación el producto puede ser transformado en un producto que contenga compuestos más reactivos, o puede ser transformado en compuestos que contengan un único sustituyente alquilo en el grupo aromático.
La velocidad de hidrogenación debe ser ajustada de manera que sea suficiente para apoyar la reacción de hidrogenación y reemplazar el hidrógeno perdido por el catalizador. Al menos una cantidad estequiométrica de hidrógeno respecto a alquenilbenceno (producido de forma transitoria antes de transformarse en alquilbenceno) debe estar presente en el sistema para estar disponible para la reacción. Como un ejemplo no limitante, un pequeño exceso de flujo de hidrógeno es proporcionado para ocluir hidrógeno en el líquido y acomodar la naturaleza de esta reacción entre un gas y un líquido.
La hidrogenación llevada a cabo en un reactor de destilación catalítica requiere sólo una fracción de la presión parcial de hidrógeno requerida en los procesos en fase líquida de la técnica anterior para este tipo de corriente, pero da el mismo resultado o mejor. Por eso, la inversión de capital y el gasto de funcionamiento del actual proceso de hidrogenación es sustancialmente menor que los de los procesos de la técnica anterior. Las menores presiones parciales de hidrógeno permiten el uso del catalizador más activo a menores temperaturas sin hidrogenar indebidamente la parte aromática del producto.
La presente reacción de destilación catalítica se beneficia también de que tenga la reacción transcurriendo simultáneamente con destilación, por tanto, los productos iniciales de reacción y otros componentes de la corriente son retirados de la zona de reacción lo más rápidamente posible, disminuyendo la probabilidad de reacción o reacciones secundarias. Además, debido a que todos los componentes están en ebullición, la temperatura de reacción es controlada mediante la temperatura de ebullición de la mezcla a la presión del sistema. El calor de reacción simplemente crea más borboteo pero ningún aumento de la temperatura a una presión dada. Como resultado, regulando la presión del sistema puede lograrse un gran control sobre la velocidad de la reacción y sobre la distribución de los productos. También, el ajuste de la capacidad de tratamiento da un control adicional de la distribución del producto y, en sumo grado, un control de las reacciones secundarias tales como hidrogenación del anillo aromático, dimerización y oligomerización. Una ventaja adicional que esta reacción puede obtener de la destilación catalítica es el efecto de lavado que el reflujo interno proporciona al catalizador, reduciendo de ese modo la producción de polímero y la coquización del catalizador. El reflujo interno puede variar en el intervalo de 0,2-20 L/D (peso de líquido justo por debajo del lecho del catalizador/peso de destilado).
El material catalítico empleado en el proceso de hidrogenación funciona como un catalizador y como un empaquetamiento en destilación. El material del catalizador en partículas puede estar en cualquier forma, estructura o tamaño que proporcione suficiente superficie específica que permita una razonable velocidad de reacción. Puede estar en forma de polvo, pequeños trozos o fragmentos irregulares, pequeñas perlas y similares y composiciones de los mismos. Ejemplos no limitantes de la estructura de perlas de la destilación catalítica incluyen desechar material del catalizador en partículas dentro de una placa o pantalla porosa que contenga el catalizador y que proporcione superficies de destilación en la forma de una estructura de malla metálica, tal como una estructura tubular de malla metálica o cualquier otra estructura similar. También puede ser un material tubular de malla abierta semirrígido y flexible, tal como una malla metálica de acero inoxidable, rellenada con un material catalítico en partículas. Ejemplos específicos de la estructura del catalizador pueden encontrarse en las patentes de EE.UU. nº 5.266.546, 4.242.530, 4.443.559 y
5.348.710.
Puede usarse cualquier catalizador de hidrogenación adecuado. Como una realización ilustrativa de la presente invención, el catalizador de hidrogenación comprende un metal en un soporte sólido cuyo metal catalice la hidrogenación. En una realización particular de la presente invención, el catalizador comprende desde aproximadamente 0,1% en peso a aproximadamente 5% en peso, particularmente desde aproximadamente 0,2% en peso a 2% en peso, de un metal del Grupo VIII o de un compuesto de un metal del Grupo VIII como componente catalítico principal, sólo o con activadores y modificadores tales como paladio/oro, paladio/plata, cobalto/circonio, níquel, preferiblemente depositados sobre un soporte como zeolita, otros tamices moleculares, alúmina, ladrillo refractario, piedra pómez, carbono, sílice, sílice-alúmina, resina térmicamente estable o similar. Un ejemplo ilustrativo de un material catalítico adecuado comprende óxido de paladio o paladio, preferiblemente 0,1% a 5,0% en peso, soportado sobre un medio soporte apropiado tal como alúmina, carbono, zeolita (tal como Mordenita o H-Mordenita) o sílice. También puede usarse gamma-alúmina soportada sobre un catalizador de base cobre descrito en la patente de EE.UU. nº
4.822.936.
Como otras realizaciones particulares de la presente invención, metales del Grupo IB de la Tabla Periódica de los Elementos, tal como cobre, se usan como componente catalítico principal, solo o con activadores y modificadores tales como cromo, cinc, circonio, aluminio, magnesio, un metal de las tierras raras, metales del Grupo VIII, etc., particularmente los soportados sobre un soporte, para hidrogenación. Los catalizadores que contienen metal del Grupo IB contienen, preferiblemente, de 10% a 80%, particularmente de 30% a 70%, más particularmente de 50% a 60%, como peso de óxido en base al peso total del catalizador, de un metal del Grupo IB, particularmente en un soporte. Algunos ejemplos específicos ilustrativos incluyen cobre comercialmente disponible sobre catalizador de sílice, T-366 (con aproximadamente 54% en peso de cobre sobre sílice como un extrudato de prensa o extrudato conformado), obtenible de Sud Chemie; catalizador de cobre cromita, G22/2, obtenible de Sud Chemie; y catalizador Cu/Zn/Zr preparado de acuerdo con el Ejemplo 3 de la patente de EE.UU. 5.475.159; y similar. Pueden usarse también combinaciones de estos catalizadores. Se encontró que tales catalizadores daban buenos resultados a temperatura relativamente baja. En una realización ilustrativa no limitante de la presente invención, en la etapa de transformar alcohol alquilfenílico en alquilbenceno, estos catalizadores se usan preferiblemente a una temperatura desde 100 ºC a 250 ºC. Tales catalizadores pueden comprender desde 5 por ciento en peso a 80 por ciento en peso, calculado como óxido, en base al peso total de catalizador, de cobre. Además, tales catalizadores contienen preferiblemente desde 10 por ciento en peso a 80 por ciento en peso, calculado como óxido, en base al peso total de catalizador, de cinc. Un ejemplo particular del catalizador contiene desde 10 por ciento en peso hasta 80 por ciento en peso, calculado como óxido, en base al peso total del catalizador, de cobre, desde 10 por ciento en peso a 80 por ciento en peso, calculado como óxido, en base al peso total de catalizador, de cinc, y desde 0,1 por ciento a 20 por ciento en peso, calculado como óxido, en base al peso total de catalizador, de tierra rara. Un catalizador preferido adicional contiene desde 10 por ciento en peso hasta 80 por ciento en peso, calculado como óxido, en base al peso total del catalizador, de cobre, desde 10 por ciento en peso a 80 por ciento en peso, calculado como óxido, en base al peso total de catalizador, de cinc, y desde 0,05 por ciento en peso a 30 por ciento en peso, en base al peso total de catalizador, de aluminio. Un catalizador preferido adicional contiene desde 10 por ciento en peso hasta 80 por ciento en peso, calculado como óxido, en base al peso total del catalizador, de cobre, desde 10 por ciento en peso a 80 por ciento en peso, calculado como óxido, en base al peso total de catalizador, de cinc, y desde 0,05 por ciento en peso a 30 por ciento en peso, en base al peso total de catalizador, de circonio. Otro catalizador preferido contiene desde 10 por ciento en peso hasta 80 por ciento en peso, calculado como óxido, en base al peso total del catalizador, de cobre, desde 10 por ciento en peso a 80 por ciento en peso, calculado como óxido, en base al peso total de catalizador, de cinc, desde 0,05 por ciento en peso a 30 por ciento en peso, en base al peso total de catalizador, de circonio, y desde 0,05 por ciento en peso a 30 por ciento en peso, en base al peso total de catalizador, de aluminio. Y un catalizador preferido adicional contiene desde 10 por ciento en peso hasta 80 por ciento en peso, calculado como óxido, en base al peso total del catalizador, de cobre, desde 10 por ciento en peso a 80 por ciento en peso, calculado como óxido, en base al peso total de catalizador, de cinc, desde 0,05 por ciento en peso a 30 por ciento en peso, en base al peso total de catalizador, de magnesio, y desde 0,1 por ciento en peso a 20 por ciento en peso, calculado como óxido, en base al peso total de catalizador, de tierra rara.
El catalizador en la zona de destilación catalítica puede ser reducido, preparado y preactivado por el siguiente procedimiento ilustrativo no limitante. Un catalizador se tritura y se tamiza en partículas de tamaño apropiado, por ejemplo, de malla 6-20. El catalizador se reduce lentamente por calentamiento de las partículas del catalizador hasta una temperatura de, por ejemplo, aproximadamente 150-180ºC a un ritmo desde aproximadamente 1ºC hasta aproximadamente 10 ºC, particularmente desde aproximadamente 1,5 ºC hasta aproximadamente 5ºC por minuto, mientras circula aproximadamente 0,001% a aproximadamente 0,1%, específicamente aproximadamente 0,02% a 0,10% en peso de hidrógeno en nitrógeno a un caudal de 1-200, específicamente 2-30 l/h. El catalizador se deja reducir a 150-180ºC durante 110 horas y después el contenido de hidrógeno en el nitrógeno se duplica cada 1-5 horas hasta que el gas es de 1-10, específicamente de 2-5 % en peso de hidrógeno en nitrógeno. El catalizador se reduce durante un período final de una a cinco horas y después se enfría mientras se mantiene el flujo de gas. Después de enfriar, el reactor se tapa sin dejar entrar nada de aire y se suspende el flujo de gas. El reactor se abre en un entorno rellenado con nitrógeno y el catalizador y el carburo de silicio se separan mediante tamiz de pantalla.
Las partículas de malla 6-20 de catalizador reducido, preparadas por el procedimiento anteriormente mencionado se cargan sobre soportes de lecho fabricados de placa o pantalla porosa en un reactor de destilación en un entorno rellenado con nitrógeno. También puede usarse lana de vidrio que sirva como soporte a las partículas de catalizador. Se añade gas hidrógeno mediante un regulador al aparato para mantener una presión entre 0-450 psig (típicamente entre 0-150 psig). El caudal se ajusta para mantener dos veces la cantidad de hidrógeno requerido por la estequiometría de la reacción. Una corriente de alimentación que contiene alcohol alquilfenílico, como una corriente que contiene, por ejemplo, 10-40% en peso de 2fenil-2-propanol (alcohol cumílico), se alimenta al reactor de destilación desde debajo de los lechos de catalizador. La sección del fondo del reactor de destilación se disminuye en el calentador y después la temperatura se eleva hasta que el líquido se somete a reflujo en la zona de la reacción de destilación que contiene el catalizador. Alquilbenceno de menor temperatura de ebullición, tal como cumeno, y agua se destilan de la parte superior de la columna. El alcohol alquilfenílico adicional, tal como una corriente que contiene alcohol cumílico, se añade continuamente con un ligero exceso molar de hidrógeno para reemplazar la cantidad de alcohol alquilfenílico, tal como alcohol cumílico, que se transforma en alquilbenceno, tal como cumeno, y se destila. El producto alquilbenceno, como cumeno, se separa fácilmente de la fase acuosa más densa. Opcionalmente se seca además con tamices moleculares u otros agentes de secado adecuados. El alquilbenceno producido, tal como cumeno, tiene una pureza de más del 98% en peso, preferiblemente más del 99% en peso. En el alquilbenceno se encuentra alcohol alquilfenílico no medible, tal como alcohol cumílico (<0.01% en peso), tal como producto cumeno. Si se desea, las colas pueden ser retiradas, opcionalmente diluidas con cumeno y enviadas a un reactor de hidrogenación de lecho fijo para producir alquilbenceno adicional, tal como cumeno.
Como una realización particular no limitante, puede usarse un tratamiento de hidrogenación en un modo de lecho fijo sin destilación simultánea, es decir, no en un modo de destilación catalítica, lo que comprende poner en contacto producto de reacción con hidrógeno a una temperatura desde 100ºC a 330ºC, preferiblemente desde 140ºC a 300ºC, preferiblemente desde 160ºC a 2.800ºC, preferiblemente desde 180ºC a 260ºC, y una presión desde 0,1 a 100 x 105 N/m2, más preferiblemente desde 0,1 a 50 x 105 N/m2, lo más preferiblemente desde 0,1 a 30 x 105 N/m2. La relación (mol/mol) de hidrógeno frente a alcohol alquilfenílico puesto en contacto con el catalizador es preferiblemente al menos 0,5, más preferiblemente al menos 1,0, lo más preferiblemente al menos 1,4.
Después de la hidrogenación, el producto hidrogenado que comprende alquilbenceno, tal como cumeno o di-isopropilbenceno, puede ser reciclado para reutilizar en su totalidad o en parte. Si se recicla sólo parte del producto hidrogenado, la fracción deseada puede ser separada de cualquier forma conocida que sea adecuada para alguien experto en la técnica.
La invención será ilustrada por las siguientes realizaciones ilustrativas que se proporcionan sólo con fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la presente invención.
Realizaciones ilustrativas Realización ilustrativa I-Producción de óxido de alquileno y alcohol cumílico IA.
El catalizador de epoxidación era un catalizador que contenía titanio sobre sílice que se preparaba como se describe en el Ejemplo de acuerdo con las enseñanzas del documento EP-A-345856.
El catalizador de hidrogenación era un catalizador que contenía cobre, cinc y circonio preparado de acuerdo con el Ejemplo 3 del documento US-A-5.475.159.
A un reactor se suministran cumeno recién preparado y cumeno reciclado. Durante 8 horas, se burbujeó aire en el fondo del reactor, que salía por la parte superior del reactor. El reactor se enfrió durante la reacción. El producto de reacción obtenido contenía 28% en peso de hidroperóxido de cumeno, 70% en peso de cumeno y 2% en peso de compuestos adicionales.
Una mezcla de reacción que contiene aproximadamente 6 mol de 1-octeno por mol de hidroperóxido de cumeno se suministró a un reactor que contenía el catalizador de epoxidación de reciente preparación descrito anteriormente a una temperatura de 40ºC. Se separó el óxido de octeno. Se encontró que 55% en peso de 1-octeno se transformó en óxido de octeno. I B.
A un reactor se suministran etilbenceno recién preparado y etilbenceno reciclado. Durante 8 horas, se burbujeó aire en el fondo del reactor, que salía por la parte superior del reactor. El reactor se enfrió durante la reacción debido a la naturaleza exotérmica de la oxidación. El producto de reacción obtenido contenía 10% en peso de hidroperóxido de etilbenceno, 88% en peso de etilbenceno y 2% en peso de compuestos adicionales.
Una mezcla de reacción que contenía aproximadamente 6 mol de 1-octeno por mol de hidroperóxido de etilbenceno se suministró a un reactor que contenía el catalizador de epoxidación recién preparado descrito en el Ejemplo 1 a una temperatura de 40ºC. Se separó óxido de octeno. Se encontró que 41% en peso de 1octeno se transformaba en óxido de octeno.
II. Realización ilustrativa II-Destilación catalítica de alcohol cumílico a cumeno IIA. Preparación de catalizador de hidrogenación IIA(i). Preparación de catalizador de hidrogenación T-366
Un catalizador de cobre sobre sílice disponible comercialmente, T-366, disponible de Sud Chemie se procesa adicionalmente usando el siguiente procedimiento para experimentos en el modo de destilación catalítica.
Cinco gramos de catalizador de cobre sobre sílice T-366 de Sud Chemie (comprimidos de 3 mm) se trituraron y tamizaron en partículas de malla 6-20. El catalizador se mezcló con 45 gramos de carburo de silicio de malla 80 y se centró dentro de un tubo de reactor de acero inoxidable de 69 cm de longitud entre lechos de SiC de malla 20 y lana de vidrio. El tubo de reactor tenía un diámetro interno de 1,5 cm. El catalizador se reduce lentamente calentando las partículas de catalizador a un ritmo de 3ºC por minuto desde 20ºC a 180ºC mientras circula 0,05% en peso de hidrógeno en nitrógeno a un caudal de 10 l/h. El catalizador se deja reducir a 180ºC durante 2 horas y después el contenido de hidrógeno en el nitrógeno se duplica cada 2 horas hasta que el gas es de 3,2% en peso de hidrógeno en nitrógeno. El catalizador se reduce durante un período final de dos horas y después se enfría mientras se mantiene el flujo de gas. Después de enfriar, el reactor se tapa sin dejar que entre nada de aire y se suspende el flujo de gas. El reactor se abre en una caja de manipulación con guantes rellenada con nitrógeno y el catalizador y el carburo de silicio se separan mediante un tamiz de pantalla.
II(A)(ii). Preparación de catalizador de hidrogenación Pd-Mordenita
Una mezcla de 1.500 gramos de mordenita de sodio (con las siguientes propiedades: una superficie específica de 430 metros cuadrados por gramo; un tamaño medio de cristalito de aproximadamente 1 micra; una toma de adsorción de ciclohexano de 7,6 cm3/g; y una relación molar de sílice frente a alúmina de 11,1),
9.000 gramos de nitrato de amonio y 15 litros de ácido nítrico 1,5 M se calentó a 50 ºC y se agitó durante cinco horas. El material sólido se filtró y se lavó con 25 litros de agua desionizada. Este tratamiento de la Mordenita con nitrato de amonio en ácido nítrico se repitió dos veces con nitrato de amonio recién preparado y ácido nítrico cada vez. Después de cada tratamiento el material sólido se filtró y se lavó con agua y se secó durante la noche a 120 ºC. Se añadió paladio a la zeolita hasta un nivel de 0,35 por ciento en peso por tratamiento con una solución acuosa que contenía nitrato de tetraamin-paladio y un exceso de nitrato de amonio preparado disolviendo 6,55 gramos de nitrato de tetraamin-paladio en 308 gramos de agua desionizada y añadiendo a esta solución 4,92 gramos de nitrato de amonio. La solución de paladio se co-trituró con 1.083 gramos de mordenita desaluminada con una LOI (pérdida en ignición a 750 ºC durante 2 horas) de 10,6%. La mordenita que contenía paladio se mezcló de forma uniforme y después se añadieron 338 gramos de alúmina pseudoboehmita (Catapal B que está comercialmente disponible a través de Vista Chemical Company) con una LOI de 28,4% y se dejaron mezclarse. La mezcla se extruyó y los extrudatos de 1,6 mm se secaron al aire durante 16 horas a 125 ºC, y después se calcinaron con circulación de aire a 500ºC durante dos horas. El catalizador se trituró y se tamizó hasta partículas de malla 6-20 y después se hidrogenó adicionalmente usando el procedimiento descrito en IIA (i) anterior para los experimentos en modo de destilación catalítica.
II(B). Destilación catalítica II(B)(i). Usando Catalizador T-366
Las partículas de malla 6-20 de catalizador T-366 reducido, preparado por el procedimiento de la Realización Ilustrativa II(A) (i), se cargaron en la zona de reflujo de una columna Vigreux de 31 cm de longitud de pared gruesa con un diámetro interno de 1,5 cm, dentro de una caja de manipulación con guantes rellenada con nitrógeno. Una pequeña pieza de lana de vidrio se usó para servir de soporte a las partículas de catalizador. La columna se conectó a un matraz de fondo redondo de pared gruesa de 250 ml que sirvió como segmento inferior del reactor para la destilación catalítica. Para mantener una presión entre 1 y 10 bar al aparato se añadió gas hidrógeno mediante un regulador. El caudal se ajustó para mantener dos veces la cantidad de hidrógeno requerido por la estequiometría de la reacción. Al matraz de 250 ml que contenía una barra magnética de agitación en el fondo del matraz de fondo redondo se añadieron 50 gramos de 2-fenil-2-propanol (alcohol cumílico) de Avacado Chemical. El matraz que contenía alcohol cumílico fue rebajado en un calentador y después la temperatura se elevó hasta que el líquido se sometió a reflujo en la columna Vigreux que contenía el catalizador. De la parte superior de la columna se destilaron cumeno de menor temperatura de ebullición y agua. Alcohol cumílico adicional se añadió de forma
continua con un ligero exceso molar de hidrógeno para reemplazar la cantidad de alcohol cumílico que se transformó en cumeno y se destiló. El producto cumeno se separó fácilmente de la fase acuosa más densa. Opcionalmente, se secó adicionalmente con tamices moleculares de 3 A (3 Angstrom). Los resultados se 5 muestran en la TABLA 2 siguiente. Como se muestra, la corriente de producto producido en la parte superior (después de retirar el agua) tenía una pureza de cumeno de >99,5% en peso. En el producto de cumeno se encontró alcohol cumílico no medible (<0,1% en peso). Si se desea, las colas pueden ser retiradas, opcionalmente diluidas con cumeno y enviadas a un reactor de hidrogenación de lecho
10 fijo para producir cumeno adicional.
TABLA 2
Resultados de destilación catalítica de alcohol cumílico para producir cumeno Catalizador T-366
- Componente
- Alimentación Producto en la parte superior *
- 2-fenil-2-propanol (% en peso)
- 99,2 < 0,1
- �-metil-estireno (% en peso)
- 0,4 0,2
- Cumeno (% en peso)
- 0,1 > 99,5
- Isopropilciclohexano (% en peso)
- 0,1 0,1
- Otro, por ejemplo hidroperóxido de cumeno (% en peso)
- 0,2 0,1
- Dímero de cumeno
- < 0,1 No detectado
15
*después de retirar el agua producida
IIB(ii). Destilación catalítica usando catalizador Pd-Mordenita El catalizador de Pd-Mordenita reducido, preparado por el procedimiento de la
20 anterior Realización Ilustrativa II(A) (ii) , se cargó en la zona de reflujo de una columna Vigreux de 31 cm de longitud de pared gruesa con un diámetro interno de 1,5 cm dentro de una caja de manipulación con guantes rellenada con nitrógeno. Los mismos procedimientos descritos en los anteriores II(A) (i) y II(A)(ii) se siguieron para la instalación y funcionamiento de una operación de destilación catalítica. Los resultados
25 se muestran en la TABLA 3 siguiente. Como se muestra, la corriente de producto producido en la parte superior, después de retirar el agua, tenía una pureza de cumeno de >99,6% en peso. En el producto cumeno se encontró alcohol cumílico no medible (<0,1% en peso). Si se desea, las colas puede ser retiradas, opcionalmente destiladas para retirar compuestos de ebullición más ligeros (que pueden volverse a reciclar al reactor de destilación catalítica) y después se diluyen opcionalmente con cumeno recién preparado o producto de cumeno y enviados a un reactor de
5 hidrogenación de lecho fijo para preparar cumeno adicional como se ilustra en la Realización Ilustrativa III siguiente.
TABLA 3 Destilación catalítica de 2-fenil-2-propanol -Resultados con catalizador Pd10 Mordenita
- Componente
- Alimentación con fenil-2-propanol 2 Producto de la parte superior de la destilación catalítica*
- 2-fenil-2-propanol (% en peso)
- 99,2 < 0,1
- �-metil-estireno (% en peso)
- 0,4 No detectado
- Cumeno (% en peso)
- 0,1 >99,6
- Isopropilciclohexano (% en peso)
- 0,1 <0,2
- Dímero de cumeno (% en peso)
- <0,1 No detectado
- Otro, tal como hidroperóxido de cumeno (% en peso)
- 0,2 <0,1
*después de retirar el agua
III. Realización ilustrativa III (A) -Hidrocraqueo de dímeros de cumeno La corriente de fondo del anterior II(B) (i) se destiló para producir una mezcla
15 rica en dímero de cumeno que se diluía con cumeno y se suministraba a una hidrogenación de lecho fijo cargada con el catalizador T-366 como se describe en el anterior II(A) (i) para el hidrocraqueo en las condiciones proporcionadas en la TABLA 4 siguiente. Los resultados se muestran en la TABLA 5 siguiente.
- Velocidad de alimentación
- 33,5 g/h
- Temperatura de reacción
- 260ºC
- Presión
- 10 bar
- Caudal de hidrógeno
- 4 l/h
- Peso de catalizador
- 33,5 g (antes de la reducción)
TABLA 5 RESULTADOS DE DÍMERO DE CUMENO A CUMENO EN LECHO FIJO CON CATALIZADOR T-366 A 260ºC
- Componente
- Dímeros de cumeno en cumeno (ALIMENTACIÓN) Producto en lecho fijo
- 2,3-dimetil-2,3-difenilbutano (% en peso)
- 1,94 0,05
- 2-metil-2,4-difenilpentano (% en peso)
- 1,03 0,09
- Cumeno (% en peso)
- 96,75 99,54
- Isopropilciclohexano (% en peso)
- 0,08 0,18
- alfa-metil-estireno (% en peso)
- 0,20 0,09
5
III. Realización ilustrativa III(B) -Hidrocraqueo de dímeros de cumeno
La corriente de fondo del anterior II(B) (i) se destiló para producir una mezcla rica en dímero de cumeno que se diluyó con cumeno y se suministró a una hidrogenación de lecho fijo cargada con el catalizador de paladio ácido sobre H
10 Mordenita como se describe en el anterior II(B) (i) para hidrocraqueo en las condiciones proporcionadas en la TABLA 6 siguiente. Los resultados se muestran en la TABLA 7 siguiente.
TABLA 6
- Velocidad de alimentación
- 33,5 g/h
- Temperatura de reacción
- 220ºC
- Presión
- 10 bar
- Caudal de hidrógeno
- 4 l/h
- Peso de catalizador
- 33,5 g (antes de la reducción)
TABLA 7
Resultados de dímeros de cumeno a cumeno en lecho fijo con paladio sobre
catalizador de H-Mordenita a 220ºC
- Componente
- Dímeros de cumeno en cumeno (ALIMENTACIÓN) Producto en lecho fijo
- 2,3-dimetil-2,3-difenilbutano (% en peso)
- 1,94 0,06
- 2-metil-2,4-difenilpentano (% en peso)
- 1,03 0,02
- Cumeno (% en peso)
- 96,75 99,82
- Isopropilciclohexano (% en peso)
- 0,08 0,08
- alfa-metil-estireno (% en peso)
- 0,20 0,02
5 Los intervalos y limitaciones proporcionados en la memoria descriptiva y reivindicaciones presentes son los que se cree que señalan particularmente y reivindican claramente la presente invención. Se comprende, sin embargo, que otros intervalos y limitaciones que realizan sustancialmente la misma función en sustancialmente la misma forma de obtener el mismo o sustancialmente el mismo
10 resultado se pretende que estén dentro del alcance de la presentes invenciones definidas por la memoria y reivindicaciones presentes.
Claims (11)
- REIVINDICACIONES1. Un procedimiento para preparar un óxido de alquileno, cuyo procedimiento comprende:
- (i)
- oxidar un alquilbenceno para obtener una corriente que comprende hidroperóxido de alquilbenceno,
- (ii)
- poner en contacto al menos parte del hidroperóxido de alquilbenceno obtenido en la etapa (i) con una olefina para obtener una corriente de producto que comprende un óxido de alquileno
(iii) separar un compuesto de óxido de alquileno de la corriente de producto de la etapa (ii) para obtener (a) una corriente de producto residual que comprende alcohol alquilfenílico y (b) óxido de alquileno,(iv) alimentar al menos una parte de la corriente de producto residual que comprende alcohol alquilfenílico a un reactor que tiene una zona de destilación catalítica, y simultáneamente en el reactor,- (a)
- poner en contacto la corriente de producto residual que comprende alcohol alquilfenílico con hidrógeno en la zona de destilación catalítica para transformar el alcohol alquilfenílico en la corriente de producto residual en alquilbenceno y formar una mezcla de reacción, y
- (b)
- separar alquilbenceno de la mezcla de reacción por destilación fraccionada.
- 2. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además:
- (v)
- retirar una corriente que comprende alquilbenceno y que tiene una concentración reducida de alcohol alquilfenílico que la corriente de alimentación del reactor en una posición anterior a la zona de reacción catalítica;
- (vi)
- retirar del reactor, en una posición inferior a la zona de destilación catalítica, una corriente de fondo que comprende dímero o dímeros de alquilbenceno;
(vii) transformar el dímero o los dímeros de alquilbenceno en la corriente de fondo de (vi) en alquilbenceno; y,(viii) reciclar al menos una parte del alquilbenceno producido de (v) y/o de (vii) en la etapa (i). -
- 3.
- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en donde el sustituyente alquilo de alquilbenceno comprende un sustituyente alquilo ramificado que comprende de 3 a 10 átomos de carbono, preferiblemente en el que el compuesto alquilbenceno se selecciona del grupo que consiste en (i) cumeno; (ii) para, meta, u orto-di(isopropil)benceno; y, (iii) una mezcla del mismo.
-
- 4.
- El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que al menos una parte del hidroperóxido de alquilbenceno producido en la etapa (i) se transforma en una mezcla que comprende (a) un compuesto fenol y (b) un compuesto cetona.
-
- 5.
- El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que en la etapa (ii) el hidroperóxido de alquilbenceno se pone en contacto con la olefina en presencia de un catalizador que comprende un metal seleccionado del grupo constituido por metales del grupo IVB, del grupo VB y del grupo VIB.
-
- 6.
- El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que en la etapa (iv)(a), la corriente de producto residual que comprende alcohol alquilfenílico se hace reaccionar con hidrógeno en la zona de destilación catalítica en presencia de un catalizador que comprende un metal del grupo IB, o un metal del grupo VIII.
-
- 7.
- El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que en la etapa (iv)(a), menos que aproximadamente 0,5% en peso de alcohol alquilfenílico se transforma en i-propilciclohexano, y menos que aproximadamente 0,05% en peso del alquilbenceno producido se transforma en dímero o dímeros de alquilbenceno.
-
- 8.
- El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, en el que en la etapa (vii), los dímeros de alquilbenceno se transforman en alquilbenceno en presencia de un catalizador que comprende un metal del Grupo VIII
o un metal del Grupo IB, preferiblemente un metal seleccionado del grupo constituido por cobre, paladio, platino y níquel. -
- 9.
- El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8 en el que el óxido de alquileno es óxido de propileno, el alquilbenceno comprende cumeno y la olefina de la etapa (ii) comprende propileno.
-
- 10.
- Un procedimiento para producir un alquilbenceno a partir de un alcohol fenílico, comprendiendo el procedimiento las etapas de:
(a) suministrar una corriente de alimentación que comprende un alcohol alquilfenílico a un reactor que tiene una zona de destilación catalítica;- (b)
- simultáneamente en el reactor:
- (i)
- poner en contacto la corriente de alimentación que comprende alcohol alquilfenílico con hidrógeno en presencia de un catalizador que comprende un metal del Grupo VIII o un metal del Grupo IB en la zona de destilación catalítica para transformar alcohol alquilfenílico en alquilbenceno y formar una mezcla de reacción; y,
- (ii)
- separar alquilbenceno de la mezcla de reacción por destilación fraccionada para producir, en una posición superior de la zona de destilación catalítica, comprendiendo una corriente de alquilbenceno que tiene una concentración reducida de alcohol alquilfenílico que la corriente de suministro del reactor en una posición por encima de la zona de reacción catalítica;
- (c)
- retirar del reactor en una posición inferior que la zona de destilación catalítica una corriente de fondo que comprende dímero o dímeros de alquilbenceno; y,
- (d)
- transformar el dímero o los dímeros de alquilbenceno en la corriente de fondo (c) en alquilbenceno en presencia de un catalizador que comprende un metal seleccionado del grupo que consiste en un metal del Grupo VIII y un metal del Grupo IB.
- 11. El procedimiento descrito en la reivindicación 19, en el que el alcohol alquilfenílico se selecciona del grupo constituido por para-di(2-hidroxil-2propil)benceno, meta-di(2-hidroxil-2-propil)benceno, orto-di(2-hidroxil-2-propil)benceno, 4-(2-hidroxi-2-propil)cumeno, 3-(2-hidroxi-2-propil)cumeno, 2-(2-hidroxi-2-propil)cumeno, y mezclas de los mismos.
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