ES2375055T3 - Método de fabricación de óxido de etileno. - Google Patents
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Abstract
Un método para preparar óxido de etileno, comprendiendo dicho método: cargar una alimentación de reactor que comprende etileno, oxígeno y una concentración de dióxido de carbono en una zona de reacción de epoxidación que contiene un catalizador de epoxidación soportado basado en plata de selectividad elevada que comprende una cantidad promotora de renio y que opera en condiciones de reacción de epoxidación, en donde dicha concentración de dióxido de carbono está en el intervalo de 0,1 a menor que 2 por ciento en moles de la alimentación total del reactor; obtener de dicha zona de reacción de epoxidación un efluente del reactor de epoxidación, cargar al menos una porción de dicho efluente del reactor de epoxidación en un medio absorbente de óxido de etileno para separar dicha al menos una porción de dicho efluente del reactor de epoxidación en una corriente gaseosa superior y una corriente de óxido de etileno, dividir dicha corriente gaseosa superior en una corriente de porción dividida, si la hubiera, y en una corriente de porción remanente en donde dicha corriente de porción remanente es al menos 40 por ciento a 100 por cien de dicha corriente gaseosa superior, cargar dicha corriente de porción remanente como gas de alimentación que contiene dióxido de carbono en un medio de sistema de eliminación de dióxido de carbono para separar dicho gas de alimentación que contiene dióxido de carbono en una corriente de gas agotada de dióxido de carbono y en una corriente gaseosa de dióxido de carbono, y combinar al menos una porción de dicha corriente de gas agotada de dióxido de carbono con oxígeno y etileno para formar así dicha alimentación del reactor.
Description
Metodo de fabricaci6n de 6xido de etileno
Esta invenci6n se refiere a la fabricaci6n eficiente de 6xido de etileno mediante la oxidaci6n parcial de etileno con oxfgeno usando un catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada.
En los ultimos aros se han desarrollado nuevos catalizadores de epoxidaci6n de etileno de selectividad elevada que proporcionan beneficios de selectividad sobre los catalizadores convencionales de epoxidaci6n de actividad elevada.
5 Dichos catalizadores de selectividad elevada se conocen por las patentes de EE. UU. nos 4 761 394 y 4 766 105. Sin embargo, los catalizadores de selectividad elevada emplean temperaturas de reacci6n mas elevadas que los catalizadores de actividad elevada para producir un 6xido de etileno dado, y presentan una tasa mayor de desactivaci6n del catalizador que los catalizadores de epoxidaci6n de actividad elevada convencionales.
Es por tanto deseable encontrar una forma de aprovecharse de los beneficios de selectividad del uso de un
10 catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada en la preparaci6n de 6xido de etileno sin incurrir en los efectos negativos asociados tal como se ha indicado anteriormente en la presente memoria.
De acuerdo con la invenci6n, se proporciona un metodo de fabricaci6n de 6xido de etileno, comprendiento dicho metodo:
cargar una alimentaci6n de reactor que comprende etileno, oxfgeno y una concentraci6n especffica de di6xido de
15 carbono a una zona de reacci6n de epoxidaci6n que contiene un catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada y que opera en condiciones de reacci6n de epoxidaci6n,
obtener de zona de reacci6n de epoxidaci6n un efluente del reactor de epoxidaci6n,
cargar al menos una porci6n de dicho efluente del reactor de epoxidaci6n en un medio de absorci6n de 6xido de etileno para separar al menos una porci6n de tal efluente del reactor de epoxidaci6n en una corriente gaseosa
20 superior y una corriente de 6xido de etileno,
dividir dicha corriente gaseosa superior en una corriente de porci6n dividida, si la hubiera, y una corriente de porci6n remanente en donde dicha corriente de porci6n remanente es al menos un 40 por ciento ascendiendo a 100 por cien de tal corriente gaseosa superior;
cargar dicha corriente de porci6n remanente como un gas de alimentaci6n que contiene di6xido de carbono en un
25 medio de sistema de eliminaci6n de di6xido de carbono para separar dicho gas de alimentaci6n que contiene di6xido de carbono en una corriente de gas agotada de di6xido de carbono y una corriente de gas de di6xido de carbono, y
combinar al menos una porci6n de tal corriente de gas agotada de di6xido de carbono con oxfgeno y etileno para formar asf dicha alimentaci6n del reactor.
La FIG. 1 es un esquema de flujo de proceso que representa un proceso de fabricaci6n de 6xido de etileno que 30 incluye algunoas de las caracterfsticas del metodo inventivo.
La FIG. 2 demuestra la mejora en la duraci6n y la selectividad catalftica de un catalizador de selectividad elevada con graficos de selectividad del catalizador ("S", en %), a una capacidad de trabajo dada, como funci6n de la producci6n acumulativa de 6xido de etileno ("P", en kton/m3) para el uso inventivo de un catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada ("I") comparado con el uso convencional de un catalizador de epoxidaci6n de selectividad
35 elevada ("II") y el uso convencional de un catalizador de actividad elevada ("III"),
La FIG. 3 demuestra la mejora en la duraci6n catalftica y la temperatura de reacci6n con graficos de temperatura de refrigerante de reactor ("T", en °C) como una funci6n de la producci6n acumulativa de 6xido de etileno ("P", en kton/m3) para el uso inventivo de un catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada ("I") y comparado con el uso convencional de un catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada ("II") y el uso convencional de un catalizador
40 de actividad elevada ("III"), y
La FIG. 4 presenta graficos de la concentraci6n de entrada del reactor de di6xido de carbono ("C02", en % en moles) como funci6n de la producci6n acumulativa de 6xido de etileno ("P", en kton/m3) correspondiente a los valores para selectividad y temperatura de refrigerante del reactor presentadas en las FIG. 2 y FIG. 3.
El sistema de fabricaci6n de 6xido de etileno del metodo inventivo comprende un sistema de reactor de epoxidaci6n,
45 un sistema de recuperaci6n de 6xido de etileno, y un sistema de separaci6n de di6xido de carbono que estan conectados operativamente entre sf, para proporcionar la oxidaci6n parcial de etileno con oxfgeno para proporcionar 6xido de etileno y la recuperaci6n de un producto de 6xido de etileno. El di6xido de carbono es un subproducto no deseado de la reacci6n de epoxidaci6n y habitualmente se separa del sistema de fabricaci6n de 6xido de etileno a una tasa que se aproxima a su producci6n para impedir que se acumule en el sistema.
Se ha descubierto que en el uso de catalizadores de epoxidaci6n de selectividad elevada en la fabricaci6n de 6xido de etileno mediante la oxidaci6n parcial de etileno con oxfgeno, a una conversi6n o capacidad de trabajo constante, se puede obtener una gran mejora en la vida util del catalizador y otros beneficios alterando la composici6n de la alimentaci6n tfpica del reactor de epoxidaci6n. En un proceso de 6xido de etileno, una alimentaci6n tfpica del reactor de epoxidaci6n comprende generalmente etileno, oxfgeno y una concentraci6n de di6xido de carbono que, en la mayorfa de los gastos, excede el 4 por ciento en moles de la alimentaci6n total del reactor de epoxidaci6n. Esta concentraci6n elevada de di6xido de carbono en la alimentaci6n del reactor no tiene normalmente un impacto significativamente indeseable en las caracterfsticas del comportamiento catalftico de los catalizadores de epoxidaci6n de actividad elevada; sin embargo, con el uso de los catalizadores de epoxidaci6n de selectividad elevada, al contrario del uso de catalizadores de epoxidaci6n de selectividad elevada, en un proceso de epoxidaci6n se pueden obtener enormes beneficios de proceso al procesar una alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n que tiene una concentraci6n baja de di6xido de carbono en relaci6n con los procesos de fabricaci6n convencionales de 6xido de etileno.
El metodo inventivo proporciona una manera de obtener los beneficios anteriormente mencionados, que resultan del uso de un catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada en el procesado de una alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n, proporcionando la reducci6n de la concentraci6n de di6xido de carbono de la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n.
Para recuperar el 6xido de etileno como un producto, el efluente del reactor de epoxidaci6n se carga en un sistema de absorci6n de 6xido de etileno. El sistema de absorci6n de 6xido de etileno puede ser cualquier sistema o medio conocido por los expertos en la materia que defina una zona de separaci6n de 6xido de etileno y proporcione un medio para separar el 6xido de etileno del efluente del reactor de epoxidaci6n y proporcione una corriente de 6xido de etileno que comprenda 6xido de etileno y una corriente gaseosa superior que comprenda etileno sin reaccionar, oxfgeno sin reaccionar y di6xido de carbono La corriente gaseosa superior puede ademas comprender compuestos inertes.
Para separar el di6xido de carbono del sistema de proceso de fabricaci6n de 6xido etileno y para lograr los niveles reducidos de concentraci6n de di6xido de carbono en la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n, la corriente gaseosa superior puede ser dividida en una corriente de porci6n dividida y en una corriente de porci6n remanente. La corriente de porci6n remanente se carga en el sistema de separaci6n del di6xido de carbono y la corriente de porci6n dividida, si la hubiera, de manera optativa se recicla nuevamente al reactor de epoxidaci6n.
La corriente de porci6n remanente incluye al menos 40 por ciento en moles de la corriente total gaseosa superior ascendiendo a 100 por cien en moles de la corriente gaseosa superior. La relaci6n molar de los moles de la corriente de porci6n remanente a los moles de la corriente gaseosa superior esta en el intervalo de 0,4 ascendiendo a 1 y, preferiblemente, esta relaci6n esta en el intervalo de 0,5 a 1. En una realizaci6n particular y especialmente preferida del metodo inventivo se desea que sustancialmente la corriente gaseosa superior completa se cargue en el sistema de separaci6n de di6xido de carbono. Lo que se pretende por sustancialmente es que ya sea todo, es decir, el 100 por cien en moles, o al menos 80 o 90 por ciento en moles de la corriente gaseosa superior pase y se cargue en el sistema de separaci6n de di6xido de carbono.
El sistema de separaci6n de di6xido de carbono puede ser cualquier sistema o medio que conozcan los expertos en la materia, que defina una zona de separaci6n y proporcione el medio para separar la corriente gaseosa superior en una corriente de gas de di6xido de carbono agotada y en una corriente de gas de di6xido de carbono. La corriente de gas de di6xido de carbono es la corriente de ventilaci6n para el sistema y comprende di6xido de carbono.
Para proporcionar la baja concentraci6n de di6xido de carbono en la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n, es importante que la concentraci6n del di6xido de carbono de la corriente gaseosa agotada de di6xido de carbono sea tan baja como sea posible, lo que puede ser menor que 3 por ciento en moles de di6xido de carbono, con relaci6n a la corriente de gas agotada de di6xido de carbono. Sin embargo, es preferible que la concentraci6n de di6xido de carbono de la corriente de gas agotada de di6xido de carbono sea menor que 2 por ciento en moles y, lo mas preferible que la concentraci6n de di6xido de carbono sea menor que 1,5 por ciento en moles. Un intervalo tfpico para la concentraci6n de di6xido de carbono es de 0,1 por ciento en moles a 3 por ciento en moles, o de 0,15 a 2 por ciento en moles, o de 0,2 a 1,5.
La proporci6n grande de la corriente gaseosa superior que se carga en el sistema de separaci6n de di6xido de carbono proporciona una concentraci6n significativamente reducida de di6xido de carbono en la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n, permitiendo, por lo tanto, la concreci6n de los beneficios asociados con el procesado de una alimentaci6n de reactor de epoxidaci6n que tiene una concentraci6n baja de di6xido de carbono, con el uso de un catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada.
Se pone en contacto la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n, en condiciones adecuadas de reacci6n de epoxidaci6n, con un catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada, tal como se define en la presente memoria. El catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada, en la mayorfa de los casos, esta contenido dentro de una zona de reacci6n de epoxidaci6n definida por un reactor de epoxidaci6n que proporciona el medio para poner en
contacto la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n con el catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada, en dichas condiciones adecuadas de reacci6n de epoxidaci6n.
La alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n del metodo inventivo comprende etileno, oxfgeno y una concentraci6n de di6xido de carbono. La alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n tambien puede comprender otros compuestos adicionales, por ejemplo, arg6n, o nitr6geno, o metano, o etano, o alguna combinaci6n de tales compuestos. Tfpicamente, la cantidad de etileno en la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n puede estar en el intervalo de 1 a 40 por ciento en moles, la cantidad de oxfgeno en la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n, con exclusi6n del nitr6geno, puede estar en el intervalo de 3 a 12 por ciento en moles, la cantidad de otros compuestos en la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n puede estar en el intervalo ascendiendo a 3 por ciento en moles, estando basados con los valores de porcentaje en moles en los moles totales de la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n.
De acuerdo con un aspecto del metodo inventivo la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n que se pone en contacto con el catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada tiene una baja concentraci6n de di6xido de carbono, que es menor que 2 por ciento en moles de los moles totales de la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n. Preferiblemente, la concentraci6n del di6xido de carbono de la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n se mantiene por debajo de 1,5 o 1,25 por ciento en moles y, lo mas preferiblemente, la concentraci6n de di6xido de carbono es menor que 1 por ciento en moles. La concentraci6n de di6xido de carbono en la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n es al menos de 0,1 por ciento en moles, tipicamente al menos 0,2 por ciento en moles de los moles totales de la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n.
Las condiciones de reacci6n de epoxidaci6n adecuadas del metodo inventivo pueden incluir una temperatura de zona de reacci6n de epoxidaci6n mantenida durante el contacto del catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada con la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n que esta en el intervalo de 180 °C a 320 °C. Una temperatura de zona de reacci6n de epoxidaci6n preferida esta en el intervalo de 190 °C a 310 °C y, lo mas preferiblemente, la temperatua de zona de reacci6n de epoxidaci6n esta en el intervalo de 200 °C a 300 °C. La velocidad espacio hora gaseosa esta generalmente en el intervalo de 1500 Nl/(l.h) a 10.000 Nl/(l.h), y la presi6n de entrada de la zona de reacci6n de epoxidaci6n esta generalmente en el intervalo de hasta 35 bar, preferentemente de 5 a 30 bar.
Una de las caracterfsticas del metodo inventivo es que proporciona una reacci6n de epoxidaci6n usando el catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada a una baja temperatura de reacci6n de epoxidaci6n, sin perdida de selectividad del catalizador, sino que de hecho se consigue una mejora de la selectividad del catalizador con el metodo inventivo. La invenci6n, asf, puede proporcionar una selectividad de catalizador mayor que 82 por ciento en moles para una temperatura de reacci6n de epoxidaci6n menor que 260°C, e incluso puede proporcionar una selectividad de catalizador mayor que 85 por ciento en moles para una temperatura de reacci6n de epoxidaci6n menor que 250°C. Preferiblemente, el metodo inventivo proporciona una temperatura de reacci6n de epoxidaci6n menor que 240°C para una selectividad del catalizador mayor que 88 por ciento en moles.
Tal como se usa en la presente memoria, el termino "selectividad" significa el porcentaje en moles del 6xido de etileno deseado formado con relaci6n al etileno total convertido a una capacidad de trabajo determinada. El termino "capacidad de trabajo" para un catalizador dado se define como la cantidad de 6xido de etileno producida por unidad de volumen del catalizador (por ejemplo, kg por m3) por hora. Tal como se usa en la presente memoria con referencia a la actividad de un catalizador, el termino "actividad" significa la temperatura requerida por un catalizador para proporcionar una capacidad de trabajo determinada.
Por lo tanto, un catalizador de epoxidaci6n de actividad elevada es un catalizador que emplea una menor temperatura de reacci6n para proporcionar un 6xido de etileno dado por cantidad de catalizador de epoxidaci6n cuando se compara con un catalizador de epoxidaci6n alternativo. Y un catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada es un catalizador que, para una temperatura dada, proporciona un mayor porcentaje de alimentaci6n convertida que se convierte en un producto de 6xido de etileno, que un catalizador de epoxidaci6n alternativo.
El catalizador de selectividad elevada al que se hace referencia en la presente memoria es un catalizador con soportado basado en plata. El material del catalizador soportado basado en plata se puede elegir entre una amplia variedad de materiales de soporte porosos, en especial aquellos que se consideran inertes en presencia de las alimentaciones, productos y condiciones de reacci6n de la oxidaci6n de etileno. Tales materiales pueden ser naturales o artificiales, y pueden incluir 6xidos de aluminio, magnesia, circonita, sflice, carburo de silicio, arcillas, piedra p6mez, zeolitas y carb6n. La alfa alumina es un material preferido para uso como ingrediente principal del soporte poroso.
El material de soporte es poroso y preferiblemente tiene una superficie especffica, medida por el metodo B.E.T., menor que 20 m2/g y mas en especial de 0,05 a 20 m2/g. Preferiblemente, la superficie especffica B.E.T. del suporte esta en el intervalo de 0,1 a 10, mas preferiblemente de 0,1 a 3,0 m2/g. El metodo B.E.T. para medir la superficie especffica ha sido descrito detalladamente por Brunauer, Emmet y Teller en J.Am.Chem.Soc. 60 (1938) 309-316.
Es deseable que el catalizador soportado basado en plata de la invenci6n con selectividad muy elevada sea un catalizador que tenga una selectividad inicial de al menos 85%, preferiblemente de al menos 86% y, lo mas preferiblemente, de al menos 87%.
El termino "selectividad inicial" al que se hace referencia en la presente memoria significa la selectividad del catalizador dado cuando es nuevo y no ha sido usado. Con esto se reconoce que un catalizador puede perder actividad con el uso. La selectividad inicial de un catalizador dado se determina midiendo la selectividad del catalizador usando un procedimiento estandar de ensayo. En este procedimiento estandar de ensayo, un catalizador triturado (1,27-1,81 mm de tamaro de partfcula, es decir, 14-20 de fracci6n de tamizado de malla) se ubica dentro de un tubo-U de acero de 6,35 mm (1/4 pulgada) de diametro de un microrreactor que opera en ciertas condiciones de proceso especificadas. Se introduce dentro del microrreactor una alimentaci6n estandar de 30 por ciento en moles de etileno, 7 por ciento en moles de di6xido de carbono, 8,5 por ciento en moles de oxfgeno, y 54,5 por ciento en moles de nitr6geno a una presi6n manometrica de 1447 kPa (210 psig) y a una caudal que proporcione una velocidad espacio hora de 3300 Nl/(l.h). La selectividad, S�, y la actividad, T�, se determinan para una capacidad de trabajo de 200 kg de 6xido de etileno logrado por hora por metro cubico de catalizador. La selectividad se presenta en terminos de porcentaje en moles, y la actividad se presenta en terminos de temperatura en grados centfgrados.
Los catalizadores de selectividad elevada de la invenci6n incluyen un componente promotor de renio. Tambien, ademas del componente de renio, los catalizadores de selectividad elevada pueden contener una cantidad promotora de un promotor de metal alcalino u otro promotor metalico, o ambos. Los catalizadores de selectividad elevada adecuados se describen detalladamente en las patentes de EE.UU. 4 761 394 y 4 766 105, que se incorporan como referencia en la presente memoria.
Los catalizadores de selectividad elevada, por lo tanto comprenden un material de soporte, una cantidad catalfticamente eficaz de plata, una cantidad promotora de renio y, de manera optativa, una cantidad promotora de uno o mas metales alcalinos y, optativamente, una cantidad promotora de uno o mas metales promotores adicionales. La cantidad de plata del catalizador de selectividad elevada puede estar en el intervalo de una cantidad catalftica eficaz hasta un 40 por ciento por peso del catalizador total. Preferiblemente, la cantidad de plata puede estar en el intervalo de 1 a 30 por ciento de peso basado en el peso total del catalizador y, lo mas preferible, de 5 a 20 por ciento de peso.
La cantidad de renio en el catalizador de selectividad elevada es una cantidad promotora que en general varfa de una cantidad promotora hasta 20 micromoles de renio por gramo de catalizador. La cantidad preferida de renio en el catalizador de selectividad elevada esta en el intervalo de 0,1 micromoles por gramo a 10 micromoles por gramo, mas preferiblemente de 0,2 micromoles por gramo a 5 micromoles por gramo del catalizador total, o, de manera alternativa, de 19 partes por mill6n a 1860 partes por mill6n, preferiblemente de 37 partes por mill6n a 930 partes por mill6n por peso del catalizador total.
La cantidad de metal alcalino en el catalizador de selectividad elevada, si lo hubiera, es una cantidad promotora, que generalmente varfa de una cantidad promotora hasta 4000 partes por mill6n por peso del catalizador total (ppmp). Con preferencia, la cantidad de metal alcalino, cuando esta presente, varfa de 10 a 3000 ppmp, con mayor preferencia, de 15 a 2000 ppmp y, con mas preferencia aun, de 20 a 1500 ppmp.
El promotor de metal optativo adicional del catalizador de selectividad elevada puede elegirse entre un grupo de metales que consisten en azufre, molibdeno, �olframio, cromo, y mezclas de dos o mas de los mismos. La cantidad de promotores de metal adicional del catalizador de selectividad elevada, si los hubiera, en general esta en el intervalo de 0,1 a 10 milimoles por kilogramo de catalizador total, y preferiblemente de 0,2 a 5 milimoles por kilogramo del catalizador total.
Con relaci6n ahora a la FIG. 1, en donde se presenta una representaci6n esquematica de un sistema de proceso de fabricaci6n de 6xido de etileno tfpico 10 para el uso en esta invenci6n, que incluye el sistema de reactor de epoxidaci6n 12, el sistema de recuperaci6n de 6xido de etileno o absorbente de 6xido de etileno 14, y el sistema de separaci6n de di6xido de carbono 16. El sistema de reactor de epoxidaci6n 12 incluye el reactor de epoxidaci6n 18, que proporciona un medio para poner en contacto una corriente de alimentaci6n que contiene oxfgeno, etileno y una primera concentraci6n de di6xido de carbono con un catalizador de epoxidaci6n en condiciones adecuadas de reacci6n de epoxidaci6n para proporcionar, por lo tanto, 6xido de etileno. El reactor de epoxidaci6n 18 define una zona de reacci6n de epoxidaci6n y contiene un volumen de catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada.
El sistema de separaci6n del di6xido de carbono 16 incluye un absorbente de di6xido de carbono 20 y un regenerador de disolvente 22. El absorbente de di6xido de carbono 20 define una zona de absorci6n de di6xido de carbono y proporciona un medio para recibir una alimentaci6n gaseosa que contiene di6xido de carbono con un disolvente pobre para producir un disolvente rico, que contiene di6xido de carbono, y una corriente de gas agotada de di6xido de carbono. El regenerador de disolvente 22 define una zona de regeneraci6n de disolvente y proporciona un medio para separar el di6xido de carbono del disolvente rico, para proporcionar una corriente de di6xido de carbono y el disolvente pobre, que se usa como alimentaci6n del absorbente de di6xido de carbono 20.
En la operaci6n del sistema del proceso de fabricaci6n de 6xido de etileno 10, se carga un alimentaci6n del reactor, que tiene una primera concentraci6n de di6xido de carbono en el reactor de epoxidaci6n 18 a traves del conducto 24 donde dentro del reactor de epoxidaci6n 18 se pone en contacto la alimentaci6n del reactor en condiciones adecuadas de reacci6n de epoxidaci6n con el catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada.
Se produce un efluente del reactor de epoxidaci6n del reactor de epoxidaci6n 18 del sistema de reactor de epoxidaci6n 12 y se carga en el absorbente de 6xido de etileno 14 por el conducto 26. El absorbente de 6xido de etileno 14 define una zona de absorci6n de 6xido de etileno y proporciona un medio de separaci6n y un medio para poner en contacto un disolvente de absorci6n, como el agua, con el efluente del reactor de epoxidaci6n y para producir una corriente gaseosa superior y una corriente de 6xido de etileno. El disolvente de absorci6n se introduce en el absorbente de 6xido de etileno 14 por medio del conducto 28 donde dentro el absorbente de 6xido de etileno 14 se pone en contacto con el efluente del reactor de epoxidaci6n. Una corriente de 6xido de etileno, que comprende el disolvente de absorci6n y 6xido de etileno, pasa del absorbente de 6xido de etileno 14 por medio del conducto 30 y la corriente gaseosa superior, que tiene una segunda concentraci6n de di6xido de carbono, pasa del absorbente de 6xido de etileno 14 por medio del conducto 32 al compresor de reciclado 34. �demas del di6xido de carbono contenido en la corriente gaseosa superior, tambien puede comprender etileno, u oxfgeno, o compuestos inertes, o cualquier combinaci6n de los mismos.
El compresor de reciclado 34 define una zona de compresi6n y proporciona un medio para la compresi6n de la corriente gaseosa superior. La descarga de la corriente gaseosa superior comprimida pasa del compresor de reciclado 34 a traves del conducto 36. Una porci6n dividida, si la hubiera, de la corriente gaseosa superior comprimida pasa por medio del conducto 38 y luego del conducto 40 donde se combina con oxfgeno introducido por medio del conducto 42 y etileno introducido por medio del conducto 44.
Es una caracterfstica del metodo inventivo que la corriente de porci6n remanente de la corriente gaseosa superior sea al menos de 30 por ciento, preferiblemente al menos 40 por ciento y, lo mas preferiblemente al menos 50 por ciento a 100 por ciento de la corriente gaseosa superior comprimida. Esta corriente de porci6n remanente se carga en un absorbente de di6xido de carbono 20 del sistema de separaci6n del di6xido de carbono 16 por medio del conducto 46 como la alimentaci6n gaseosa que contiene di6xido de carbono. Por medio del conducto 48 se produce la corriente de gas agotada de di6xido de carbono, que tiene una tercera concentraci6n de di6xido de carbono. La corriente de gas agotada del di6xido de carbono pasa al conducto 40 donde se combina con oxfgeno y etileno, respectivamente introducidos dentro del conducto 40 a traves de los conductos 42 y 44 y, de manera optativa, la corriente de porci6n dividida. La combinaci6n de estas corrientes forma la alimentaci6n del reactor cargada en el reactor de epoxidaci6n 18 por medio del conducto 24. Se produce una corriente gaseosa de di6xido de carbono, que comprende di6xido de carbono, como la corriente de di6xido de carbono del regenerador de disolvente 22 del sistema de separaci6n de di6xido de carbono 16 a traves del conducto 50.
El 6xido de etileno producido por el metodo inventivo puede convertirse en 1,2-etanodiol, un 1,2-etanodioleter, o una etanolamina. � medida que esta invenci6n conduce a un proceso mas atractivo para la fabricaci6n de 6xido de etileno, al mismo tiempo se dirige a un proceso mas atractivo que comprende producir el 6xido de etileno de acuerdo con la invenci6n y el uso subsiguiente del 6xido de etileno obtenido en la fabricaci6n de 1,2-etanodiol, 1,2etanodioleter, y/o etanolamina.
La conversi6n en 1,2-etanodiol o el 1,2-etanodiol eter puede comprender, por ejemplo, hacer reaccionar el 6xido de etileno con agua, usando adecuadamente un catalizador acido o basico. Por ejemplo, para obtener de manera predominante1,2-etanodiol y menos 1,2-etanodiol eter, el 6xido de etileno se puede hacer reaccionar con diez veces de exceso molar de agua, en una reacci6n de fase lfquida en presencia de un catalizador acido, por ejemplo acido sulfurico al 0,5-1,0%p, basado en la mezcla de reacci6n total, a 50-70 °C a 1 bar absoluto, o en una reacci6n en fase gaseosa a 130-240 °C y 20-40 bar absoluto, preferentemente en ausencia de un catalizador. Si se disminuye la proporci6n de agua, se aumenta la proporci6n de 1,2-etanodiol eteres en la mezcla de reacci6n. Los 1,2-etanodiol eteres asf producidos pueden ser un di-eter, tri-eter, tetra-eter o un eter subsiguiente. Se pueden preparar, alternativamente, 1,2-etanodiol eteres, convirtiendo el 6xido de etileno con un alcohol, en particular un alcohol primario, tal como methanol o etanol, reemplazando al menos una porci6n de agua por el alcohol.
La conversi6n en etanolamina puede comprender, por ejemplo, hacer reaccionar el 6xido de etileno con amoniaco. Se puede usar amoniaco anhfdrido o acuoso, aunque tfpicamente se usa amonfaco anhfdrido para favorecer la producci6n de monoetanolamina. Para metodos aplicables en la conversi6n del 6xido de etileno en etanolamina, se puede hacer referencia, por ejemplo al documento de patente US-�-4845296, que se incorpora por referencia en la presente memoria.
El 1,2-etanodiol y el 1,2-etanodiol eter pueden ser usados en una amplia variedad de aplicaciones industriales, por ejemplo en los ramos de alimentaci6n, bebidas, tabaco, cosmeticos, polimeros termoplasticos, sistemas de resina curables, detergentes, sistemas de transferencia de calor, etc. La etanolamina puede ser usada, por ejemplo, en el tratamiento ("endulzamiento") del gas natural.
Salvo que se especifique de otra manera, los compuestos organicos de bajo peso molecular mencionados en la presente memoria, por ejemplo los 1,2-etanodiol eteres y los modificadores de reacci6n, tienen tfpicamente a lo sumo 40 atomos de carbono, mas tfpicamente a lo sumo 20 atomos de carbono, en especial a lo sumo 10 atomos de carbono, mas especialmente a lo sumo 6 atomos de carbono. Tal como se define en la presente memoria, las variaciones en los numeros de atomos de carbono (es decir numero de carbono) incluyen los numeros especificados para los lfmites de las variaciones.
�l haber descrito la invenci6n de forma general, se puede obtener una mayor comprensi6n por referencia a los siguientes ejemplos, que se proporcionan para prop6sitos de ilustraci6n solamente y no pretenden ser limitantes, salvo que se especifique de otra manera.
E�EMPL0 1
Se ensay6 un catalizador de selectividad elevada, que contiene plata y cantidades promotoras de renio, litio, cesio y azufre sobre alfa alumina en la producci6n de 6xido de etileno a partir de etileno y oxfgeno. Para hacer esto, una muestra de catalizador triturada se carg6 en un tubo reactor de acero inoxidable en forma de U. El tubo se sumergi6 en un baro de metal fundido (medio de calor) a 180 C y los extremos del tubo se conectaron a un sistema de flujo de gas. Se pas6 una mezcla de gas a traves del lecho del catalizador en una operaci6n �de paso unico�. Se ajustaron el peso del catalizador usado y el caudal de flujo de entrada de gas para proporcionar una velocidad espacio hora de gas de 3300 Nl/(l.h). La presi6n del gas de entrada fue de 1550 kPa absoluto.
Se ajust6 la composici6n de la mezcla de gas a 30 por ciento en volumen de etileno, 8 por ciento en volumen de oxfgeno, 1 por ciento en volumen de di6xido de carbono, 2,5 partes por mill6n en volumen (ppmv) de cloruro de etilo, y el resto nitr6geno .
La temperatura del lecho catalizador se elev6 a un ritmo de 10°C por hora a 225°C y luego se ajust6 la temperatura para lograr una conversi6n de oxfgeno de 40 por ciento en moles. La concentraci6n de cloruro de etilo en la mezcla de gas se ajust6 a 2,5 ppmv para obtener una selectividad 6ptima de formaci6n de 6xido de etileno. La actividad del catalizador se expresa como la temperatura a la que se logra la conversi6n de oxfgeno de 40 por ciento en moles (T40); la selectividad es la selectividad a la temperatura T40. Durante la experiencia, el catalizador se somete a degradaci6n, y para mantener una conversi6n de oxfgeno constante de 40 por ciento en moles, la temperatura se aument6 de manera gradual. En la T�BL� 1 se muestran los resultados.
En tres ensayos comparativos similares, la concentraci6n de di6xido de carbono en la mezcla de gas fue de 5 a 7 por ciento de volumen, en lugar de 1 por ciento de volumen. El resultado promedio de los tres ensayos comparativos tambien se proporciona en la T�BL� 1.
T�BL� 1
- Concentraci6n de C02 , %v
- 1 5-7
- Tiempo de experiencia, dfas
- 263 195
- T40, inicial, °C
- 248 261
- Tasa promedio de declinaci6n de actividad, °C/mes
- 2,1 2,9
- Selectividad inicial, %mol
- 86,0 85,1
- Tasa promedio de declinaci6n de selectividad, %mol/mes
- 0,7 1,1
- T40: temperatura a conversi6n de oxfgeno de 40 %mol
Los resultados de la T�BL� 1 muestran con claridad que una concentraci6n menor de di6xido de carbono en la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n mejora el comportamiento de un catalizador de selectividad elevada, respecto a la actividad, selectividad y duraci6n del catalizador.
E�EMPL0 2
Este ejemplo calculado presenta datos generados por un modelo del propietario para predecir el comportamiento de un catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada en condiciones de operaraci6n de una velocidad espacio hora de 4700 Nl/(l.h), una presi6n de 21,7 bar, y una capacidad de trabajo de 184 kg/(m3.h) para alimentar un reactor que contiene 25 por ciento en moles de etileno y 8 por ciento en moles de oxfgeno. El modelo se basa en la correlaci6n del comportamiento real del catalizador obtenida de numerosas fuentes tales como los datos de la actividad del microrreactor, los datos de la planta piloto y otras fuentes de datos del comportamiento del catalizador.
La FIG. 2 presenta la selectividad de un catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada como la funci6n de la edad del catalizador basada en la producci6n acumulativa de 6xido de etileno en kton/m3 para las concentraciones correspondientes de alimentaci6n del di6xido de carbono presentadas en la FIG. 4. Los graficos muestran que hay una fuerte relaci6n entre la duraci6n del catalizador y la concentraci6n de la alimentaci6n de di6xido de carbono. y entre la selectividad y la concentraci6n de la alimentaci6n del di6xido de carbono. Tal como se muestra en la FIG. 2, la tasa de cafda de la selectividad del catalizador, cuando se procesa una alimentaci6n que tiene una concentraci6n de di6xido de carbono menor que 1 por ciento en moles (curva marcada "I") es significativamente menor que la tasa de cafda de la selectividad del catalizador cuando se trata una alimentaci6n que tiene una concentraci6n mas convencional de di6xido de carbono mayor que 4 por ciento en moles (curva marcada "II"). Se observa tambien que
la selectividad inicial del catalizador de selectividad elevada es mayor en el caso en el que la alimentaci6n tiene una concentraci6n de di6xido de carbono menor que 1 por ciento en moles a diferencia de una concentraci6n de una alimentaci6n de di6xido de carbono mayor que 4 por ciento en moles. La alimentaci6n que tiene una concentraci6n de di6xido de carbono menor que 1 por ciento en moles se obtiene al cargar de manera sustancial toda la corriente
5 gaseosa superior como gas de alimentaci6n que contiene di6xido de carbono en el medio de sistema de eliminaci6n del di6xido de carbono para separar dicho gas de alimentaci6n que contiene di6xido de carbono.
Esta informaci6n demuestra los enormes beneficios de la selectividad y duraci6n de un catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada que se pueden obtener del procesado de la alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n que tiene una concentraci6n baja de di6xido de carbono. 0tros datos comparativos se refieren al uso de un catalizador
10 de actividad elevada que opera a mas de 4 por ciento en moles de concentraci6n de di6xido de carbono (curva marcada "III").
La FIG. 3 presenta la temperatura del refrigerante del reactor como una funci6n de la edad del catalizador usado en la reacci6n de epoxidaci6n para las correspondientes concentraciones de alimentaci6n de di6xido de carbono presentadas en la FIG. 4. La temperatura del refrigerante del reactor se aproxima a la temperatura de reacci6n. 15 Como demuestran los datos, el catalizador de epoxidaci6n del metodo inventivo que procesa una alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n que tiene una concentraci6n baja de di6xido de carbono menor que1 por ciento en moles (curva marcada "I") pierde su actividad a una tasa significativamente menor que el catalizador de epoxidaci6n del metodo convencional que procesa una una alimentaci6n del reactor de epoxidaci6n que tiene una concentraci6n de di6xido de carbono significativamente mas alta que la del metodo inventivo (curva marcada "II"). Estos datos
20 muestran que la estabilidad del catalizador de epoxidaci6n de selectividad elevada, en terminos de la tasa de cafda de la actividad del catalizador mejora significativamente con el metodo inventivo que incluye el procesadoo de una alimentaci6n de epoxidaci6n que tiene una concentraci6n de di6xido de carbono muy baja. 0tros datos comparativos se refieren al uso de un catalizador de actividad elevada que opera a mas de 4 por ciento en moles de concentraci6n de di6xido de carbono (curva marcada "III").
Claims (10)
- REIVINDICACIONES1. Un metodo para preparar 6xido de etileno, comprendiendo dicho metodo:cargar una alimentaci6n de reactor que comprende etileno, oxfgeno y una concentraci6n de di6xido de carbono en una zona de reacci6n de epoxidaci6n que contiene un catalizador de epoxidaci6n soportado basado en plata de selectividad elevada que comprende una cantidad promotora de renio y que opera en condiciones de reacci6n de epoxidaci6n, en donde dicha concentraci6n de di6xido de carbono esta en el intervalo de 0,1 a menor que 2 por ciento en moles de la alimentaci6n total del reactor;obtener de dicha zona de reacci6n de epoxidaci6n un efluente del reactor de epoxidaci6n,cargar al menos una porci6n de dicho efluente del reactor de epoxidaci6n en un medio absorbente de 6xido de etileno para separar dicha al menos una porci6n de dicho efluente del reactor de epoxidaci6n en una corriente gaseosa superior y una corriente de 6xido de etileno,dividir dicha corriente gaseosa superior en una corriente de porci6n dividida, si la hubiera, y en una corriente de porci6n remanente en donde dicha corriente de porci6n remanente es al menos 40por ciento a 100 por cien de dicha corriente gaseosa superior,cargar dicha corriente de porci6n remanente como gas de alimentaci6n que contiene di6xido de carbono en un medio de sistema de eliminaci6n de di6xido de carbono para separar dicho gas de alimentaci6n que contiene di6xido de carbono en una corriente de gas agotada de di6xido de carbono y en una corriente gaseosa de di6xido de carbono, ycombinar al menos una porci6n de dicha corriente de gas agotada de di6xido de carbono con oxfgeno y etileno para formar asf dicha alimentaci6n del reactor.
-
- 2.
- Un metodo segun la reivindicaci6n 1, en donde dicha etapa de combinaci6n incluye ademas combinar al menos una porci6n de dicha corriente de porci6n dividida con dicha al menos una porci6n de dicha corriente gaseosa agotada de di6xido de carbono, dicho oxfgeno y dicho etileno para formar asf dicha alimentaci6n del reactor.
-
- 3.
- Un metodo segun la reivindicaci6n 1 6 2, en donde dichas condiciones de reacci6n de epoxidaci6n incluyen una temperatura de zona de reacci6n de epoxidaci6n menor que 260°C.
-
- 4.
- Un metodo segun la reivindicaci6n 3, en donde dichas condiciones de reacci6n de epoxidaci6n incluyen una temperatura de zona de reacci6n de epoxidaci6n menor que 250°C, en particular en el intervalo de 180 a 250 °C, mas especialmente en el intervalo de 190 a 240°C.
-
- 5.
- Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde dicha concentraci6n de di6xido de carbono esta en el intervalo de 0,2 a menor que 1,25 por ciento en moles, de la alimentaci6n total del reactor.
-
- 6.
- Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde dicha corriente de porci6n remanente es al menos 40 por ciento a 100 por cien de dicha corriente gaseosa superior.
-
- 7.
- Un metodo segun la reivindicaci6n 6, en donde sustancialmente toda dicha corriente gaseosa superior se carga como gas de alimentaci6n que contiene di6xido de carbono al medio del sistema de eliminaci6n de di6xido de carbono para separar dicho gas de alimentaci6n que contiene de di6xido de carbono.
-
- 8.
- Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde dicho catalizador de epoxidaci6n soportado basado en plata de selectividad elevada comprende un material de soporte, una cantidad catalfticamente eficaz de plata, y una cantidad promotora de renio.
-
- 9.
- Un metodo segun la reivindicaci6n 8, en donde el material de soporte es una alfa alumina, la cantidad de plata esta en el intervalo de 1 a 40 por ciento en peso, y la cantidad de renio esta en el intervalo de 0,1 a 10 micromoles por gramo, basado en el peso total del catalizador.
-
- 10.
- Un metodo para obtener 1,2-etanodiol o 1,2-etanodiol eter que comprende:
- -
- obtener 6xido de etileno mediante un metodo de fabricaci6n de 6xido de etileno segun cualquiera de las reicvindicaciones 1-9, y
- -
- convertir el 6xido de etileno en 1,2-etanodiol o el 1,2-etanodiol eter.
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