MX2014013923A - Procesos y catalizadores para convertir alcanos a alquenos. - Google Patents

Procesos y catalizadores para convertir alcanos a alquenos.

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Abstract

La presente invención se refiere en general, a catalizadores de óxido de metal encapsulados, regenerables que comprenden una matriz de cerámica y pueden ser usados catalizadores de metal para convertir alcanos a alquenos. El catalizador de óxido de metal encapsulado puede ser ajustado para producir una variedad de alquenos que incluyen etileno, butileno y propileno. Además, los catalizadores de óxido de metal encapsulados ventajosamente permiten la regeneración y recuperación de reactivos para procesos efectivos de costo y ambientalmente amigables.

Description

PROCESOS Y CATALIZADORES PARA CONVERTIR ALCANOS A ALQUENOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a métodos y catalizadores para producir alquenos a partir de alcanos. Más particularmente, la presente invención se refiere a catalizadores de óxido de metal encapsulados, regenerables y procesos rentables utilizando tales catalizadores para convertir alcanos a alcoholes después a alquenos.
ANTECDENTES DE LA INVENCIÓN Alcanos inferiores, tales como etileno, propileno, y butileno, son usados para una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, el etileno es uno de los compuestos orgánicos más producidos en el mundo, con la mayoría del etileno siendo usado para producir óxido de etileno, dicloruro de etileno y polietileno. Los alquenos inferiores pueden ser recuperados del petróleo por destilación fraccional, sin embargo, la demanda supera en exceso la recuperación por este método. Por lo tanto, la mayoría de los alquenos inferiores son producidos por procesos de craqueo costosos y de energía intensiva que son bien conocidos en la téenica. Por ejemplo, el etileno es comúnmente producido a aproximadamente 700- 950°C en la presencia de vapor seguido por rápido enfriamiento, de este modo "craqueando" hidrocarburos grandes en pequeños e introduciendo insaturación. El etileno puede entonces ser separado a partir de la mezcla de producto resultante por procesos de compresión y destilación repetida. Las desventajas comunes de los procesos de craqueo a vapor pueden incluir problemas ambientales, como la producción de CO2 y NOx, y su naturaleza de energía intensiva, lo cual resulta en un proceso de alto costo. Además, los métodos alternativos usados en lugar del craqueo a vapor, incluyen procesos catalíticos de lecho fluidizado, que tienen sus propias limitaciones y desventajas.
Se conocen otros métodos para producir alquenos, por ejemplo, deshidratación ácida de alcoholes. En general, la deshidratación ácida de alcoholes procede por reacción de haluros de alquilo e hidróxidos de metal. Tales métodos, sin embargo, hasta ahora no han sido comercialmente viables. Los obstáculos primarios para la escala comercial de estos métodos incluyen desgaste del catalizador y problemas de sobre halogenación, los cuales resultan en la necesidad de re-cristalización costosa.
Entre otras cosas, permanece una necesidad no atendida de un proceso para formar alcanos en procesos comercialmente viables, con una minimización o eliminación de subproductos indeseables que incluyen haluros superiores.
BREVE DESCRIPCIÓN DE XA INVENCIÓN La presente invención se refiere a métodos y catalizadores para producir alquenos a partir de alcanos. Más particularmente, la presente invención se refiere a catalizadores de óxido de metal encapsulados, regenerables y procesos rentables utilizando tales catalizadores para convertir alcanos a alcoholes y/o éteres a alquenos.
En una modalidad de la presente invención, un catalizador de óxido de metal encapsulado aquí presentado puede comprender una matriz de cerámica porosa y un óxido de metal encapsulado en esta, en donde el catalizador de óxido de metal encapsulado tiene una resistencia al aplastamiento de aproximadamente 703.07 kgf/cm2 (10,000 psi) o mayor.
En una modalidad de la presente invención, un catalizador de óxido de metal encapsulado aquí presentado puede comprender una matriz de cerámica porosa y un óxido de metal encapsulado en esta, en donde el catalizador de óxido de metal encapsulado tiene un volumen de vacío de aproximadamente 25% hasta aproximadamente 85%.
En aún otra modalidad de la presente invención, un método aquí presentado puede comprender producir una masa de una arcilla, una sal de metal, y agua; formando una pelotilla a partir de la masa; secar la pelotilla; calcinar la pelotilla para así formar un catalizador de óxido de metal encapsulado que comprende una matriz de cerámica porosa y un óxido de metal encapsulado en esta; y lavar el catalizador de óxido de metal encapsulado con un solvente iscible en agua.
En otra modalidad de la presente invención, un proceso aquí presentado puede comprender producir un alqueno a partir de un haluro de alquilo en la presencia de un catalizador de óxido de metal encapsulado, el catalizador de óxido de metal encapsulado comprende una matriz de cerámica porosa y un catalizador de metal encapsulado en esta de manera que en la producción del alqueno el catalizador de metal se convierte a partir de un óxido de metal a un haluro de metal; regenerar el catalizador de óxido de metal encapsulado convirtiendo el haluro de metal al óxido de metal en un gas rico en oxígeno para así producir un efluente que comprende un gas de halógeno; recuperar al menos 90% del gas de halógeno a partir del efluente; hacer reaccionar el gas de halógeno con un alcano para producir un segundo haluro de alquilo; y producir un segundo alqueno a partir del segundo haluro de alquilo.
Las características y ventajas de la presente invención serán fácilmente aparentes para aquellos expertos en la téenica después de una lectura de la descripción de las modalidades preferidas que siguen.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Las siguientes figuras están incluidas para ilustrar ciertos aspectos de la presente invención, y no deben ser vistas como modalidades exclusivas. La materia objeto descrita es capaz de modificaciones, alteraciones, combinaciones y equivalentes considerables en forma y función, como ocurrirá por aquellos expertos en la téenica que tienen el beneficio de esta descripción.
La Figura 1 es una ilustración de un catalizador de óxido de metal encapsulado de conformidad con algunas modalidades de la presente invención.
La Figura 2 es un diagrama esquemático de un ejemplo no limitante de un sistema de la presente invención para producir alquenos de conformidad con algunas modalidades de los procesos de la presente invención.
La Figura 3 es un diagrama esquemático de un ejemplo no limitante de un sistema de la presente invención para producir alquenos de conformidad con algunas modalidades de los procesos de la presente invención.
La Figura 4 es un diagrama esquemático de un ejemplo no limitante de un sistema de la presente invención para producir alquenos de conformidad con algunas modalidades de los procesos de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a métodos y catalizadores para producir alquenos a partir de aléanos. Más particularmente, la presente invención se refiere a catalizadores de óxido de metal encapsulados, regenerables y procesos rentables utilizando tales catalizadores para convertir alcanos a alcoholes y/o éteres a alquenos.
La presente invención proporciona, en algunas modalidades, procesos para la producción de alquenos en una escala industrial, al menos en parte, en una capacidad para regenerar el catalizador, una capacidad para capturar y reutilizar gases de halógeno, un costo reducido de materiales del sistema como un resultado de catalizadores de óxido de metal encapsulados mejorados, y requerimientos de energía reducidos de los procesos comparados con otros procesos de producción de alquenos.
La presente invención proporciona, en algunas modalidades, los catalizadores de óxido de metal encapsulados capaces de convertir alcanos a alcoholes y después los alcoholes a alquenos, en donde los catalizadores de óxido de metal encapsulados son al menos sustancialmente regenerados en el proceso.
Como se usa en la presente, el término "catalizador de óxido de metal encapsulado" se refiere a una matriz de cerámica porosa que tiene catalizadores de metal dispersados y sustancialmente inmovilizados en esta como se describe en la presente. Se debe notar que "encapsulado" no necesariamente se refiere a catalizadores de metal individuales siendo 100% forrados por la matriz de cerámica porosa. Como se describe en la presente, en algunas modalidades, los catalizadores de óxido de metal encapsulados de la presente invención comprenden al menos dos componentes catalíticos, por ejemplo, (1) catalizadores de metal para la conversión de haluros de alquilo a alcoholes y (2) la matriz de cerámica porosa para la conversión de alcoholes a alquenos.
Como se usa en la presente, el término "catalizador de metal" se refiere a un compuesto de metal del catalizador de óxido de metal encapsulado. Como se describe en la presente, el catalizador de metal es convertido entre el haluro de metal y forma óxido de metal. Se debe notar que la forma de óxido de metal del catalizador de metal incluye metales oxidados en formas químicas como M0X, M(0H)x, o cualquier híbrido de los mismos. Además, el compuesto de metal puede estar en más de una configuración, tal como, compuestos de metal individuales (por ejemplo, un Mg(0H)2 individual), agrupa ientos de 3-10 compuestos de metal, y/o partículas pequeñas de una pluralidad de compuestos de metal.
La Figura 1 proporciona una ilustración no limitante de un catalizador de óxido de metal encapsulado de conformidad con algunas modalidades de la presente invención. En general, los catalizadores de metal están dispuestos entre plaquetas de arcilla. Los poros de la matriz de cerámica y el espaciamiento entre las plaquetas de arcilla proporcionan el acceso de los reactivos gaseosos a los catalizadores de metal. Además, los catalizadores de metal pueden ser asociados con las plaquetas de arcilla a grados variantes, por ejemplo, completamente, sustancialmente, o parcialmente rodeados por plaquetas de arcilla.
En al menos algunas modalidades, se cree que la matriz de cerámica puede proporcionar ventajosamente (1) una estructura porosa que permite a los reactivos acceder a los catalizadores de metal, (2) una estructura robusta que proporciona capacidades de procesamiento únicas, y (3) una estructura complicada con métodos de producción directos que minimizan el costo de los catalizadores de óxido de metal encapsulados.
Los procesos de la presente invención para convertir alcanos a alquenos, en algunas modalidades, utilizan un gas de halógeno, por ejemplo, cloro y/o bromo, en una reacción química inicial y producir el mismo gas de halógeno en una reacción química subsecuente, de este modo proporcionando recapturación y reutilización del gas de halógeno. La reutilización del gas de halógeno puede reducir el costo total asociado con el gas de halógeno costoso, reducir la manipulación del trabajador de químicos halogenados, y minimizar el residuo halogenado.
Sin embargo, como una consecuencia de utilizar un gas de halógeno, los sistemas para la producción de alquenos a partir de alcanos a menudo requieren recipientes de reacción costosos debido a que los gases de halógeno a temperaturas elevadas reaccionarán con una pluralidad de metales. Por ejemplo, los reactores de tubo pueden necesitar ser formados de un material INCONEL® material (una superaleación a base de níquel austenítico-cromo, disponible de Special Metals Corporation), el cual es uno de los materiales más costosos y puede considerarse por una gran proporción del costo del sistema.
Sin embargo, como se describe en la presente una sinergia de ahorro de costos se ha encontrado a través de controlar las condiciones de reacción para tomar la ventaja de un tamaño de poro más pequeño no realizado previamente de los catalizadores de óxido de metal encapsulados. Es decir, controlando las condiciones de reacción y obstaculizando los catalizadores de metal de formar composiciones completamente hidratadas, los tamaños de poro de los catalizadores de óxido de metal encapsulados pueden ser ventajosamente reducidos, quizás por más de 5 veces. La reducción del tamaño de poro reduce proporcionalmente el volumen del catalizador de óxido de metal encapsulado, lo cual consecuentemente reduce el tamaño del reactor (y de este modo la cantidad de INCONEL® u otro material de reactor costoso). En algunas modalidades, los catalizadores de óxido de metal encapsulados de la presente invención pueden ser diseñados de manera que el tamaño del sistema puede ser reducido por al menos la mitad, de este modo traduciéndose a ahorros de costos significantes y comercialización y escala más fácil.
Se debe notar que cuando "aproximadamente" se proporcionar al comienzo de una lista numérica, "aproximadamente" modifica cada número de la lista numérica. Se debe notar que en algunos listados numéricos de intervalos, algunos limites inferiores listados pueden ser mayores que algunos limites superiores listados. Un experto en la téenica reconocerá que la subserie seleccionada requerirá la selección de un limite superior en exceso del limite inferior seleccionado.
I. Catalizadores de Óxido de Metal Encapsulados de la Presente Invención En general, se cree que convertir alcanos a alquenos de conformidad con al menos algunas modalidades de la presente invención procede mediante tres procesos químicos básicos: (1) halogenación y (2) formación de alcohol con formación inmediata (3) de alquenos. Ventajosamente, los catalizadores de óxido de metal encapsulados de la presente invención pueden ser regenerados por un cuarto proceso químico, es decir, (4) regeneración del catalizador y producción de gas de halógeno.
Por medio de ejemplo no limitante, las siguientes reacciones ilustran la conversión de metal a etileno utilizando bromo y un catalizador de metal a base de magnesio.
Bromación CH4(g) +Br2(g) CH3Br(g) + HBr(g) Formación de Alcohol CH3Br (g) + HBr (g) + Mg (OH) 2 MgBr2*H2O + CH30H (g) Formación de Alqueno 2 CH30H (g) C2H4 (g) + 2 H20 (g) Regeneración del catalizador y producción de gas de halógeno MgBr2*H20 + 1/2 02 (g) Mg (OH) 2 + Br2 (g) Como se discute previamente, los procesos utilizando estas etapas de reacción han sido hasta ahora comercialmente implacables debido a, entre otros, desgaste de los catalizadores usados en los procesos y gastos importantes. Sin embargo, se cree que al menos en algunas modalidades de la presente invención, los catalizadores de óxido de metal encapsulados proporcionados en la presente mitigan el desgaste del catalizador de metal durante la producción de alquenos a partir de alcanos.
En algunas modalidades, los catalizadores de óxido de metal encapsulados de la presente invención pueden ser producidos creando una mezcla seca de, al menos, (1) una o más sales de metal insolubles o ligeramente solubles, (2) uno o más materiales de arcilla, y (3) aditivos opcionales, donde cada componente sólido es preferiblemente un polvo fino. El agua se agrega lentamente a la mezcla seca para crear una masa que es solo bastante húmeda para formar pelotillas. Las pelotillas formadas a partir de la masa pueden entonces ser secadas, preferiblemente de manera natural, es decir, sin agregar calos. Las pelotillas secas pueden entonces ser calcinadas entre aproximadamente 600°C y aproximadamente 1000°C en una corriente de gas que contiene oxigeno, por ejemplo, aire u 0å en un gas portador inerte, para formar catalizadores de óxido de metal encapsulados.
Las sales de metal adecuadas para uso en conjunto con la formación de catalizadores de óxido de metal encapsulados pueden incluir, pero no se limitan a, una sal (hidratada o de otro modo) de un Ci-Cie que comprende al menos un carboxilato (por ejemplo, carbonato, lactato, citrato, estearato, y similares) y cualquier metal álcali, básico, o de transición, y muy preferiblemente, magnesio o zinc. Como se describe abajo, en general, la sal de metal puede ser elegida con base en el volumen molecular de la sal para asi crear un tamaño de poro deseado que contiene el óxido de metal después de la calcinación. En modalidades preferidas, el trihidrato carbonato de magnesio puede ser usado en la formación de catalizadores de óxido de metal encapsulados de la presente invención.
En algunas modalidades, las sales de metal pueden ser incluidas en la masa de manera que la concentración de metal (es decir, concentración de Mg o Zn) varia desde un limite inferior de aproximadamente 5%, 10%, o 25% en eso del material de arcilla seca hasta un limite superior de aproximadamente 50%, 40%, o 35% en peso del material de arcilla seca, y en donde la concentración de metal puede variar desde cualquier limite inferior hasta cualquier limite superior y abarcar cualquier subserie entre estos. Se debe notar que el término "material de arcilla seca" se refiere a un material de arcilla como se recibe con cualquier hidratación intrínseca.
Materiales de arcilla adecuados para uso en conjunto con la formación de catalizadores de óxido de metal encapsulados de la presente invención pueden incluir, pero no se limitan a, materiales pozalónicos, caolín, metacaolin, bentonita, bauxita, ilita, vermiculita, tierra Fuller, hectorita, saponita, espeiolita, esquisto, haloisita, piedra pómez, pumicita, montmorillonita, arcillas de clorita, ciertos filosilicatos, mica, o cualquier combinación de los mismos.
Aditivos adecuados para uso en conjunto con la formación de catalizadores de óxido de metal encapsulados de la presente invención pueden incluir, pero no se limitan a, agentes de activación, agentes de moldeo de poro, o cualquier combinación de los mismos.
Como se describe en más detalle abajo, agentes de activación adecuados son composiciones que catalizan la formación de alqueno. En general, los agentes de activación son usados en conjunto con materiales de arcilla que ellos mismos no son eficientes en la catalización de la formación de alqueno. Sin embargo, los agentes de activación pueden ser usado en conjunto con materiales de arcilla que catalizan eficientemente la formación de alqueno. Agentes de activación adecuados para uso en conjunto con la formación de catalizadores de óxido de metal encapsulados de la presente invención pueden incluir, pero no se limitan a, zeolitas de tipo-X en una forma de ácido, zeolitas tipo-Y, polvos de sílice, analcima, chabacita, clinoptilolita, heulandita, natrolita, filipsita, estilbita, o cualquier combinación de los mismos.
En algunas modalidades, los agentes de activación pueden ser incluidos en la masa en una cantidad que varía desde un límite inferior de aproximadamente 5%, 15%, 25%, o 50% en peso del material de arcilla seca hasta aproximadamente 100%, 80%, 75%, o 65% en peso del material de arcilla seca, y en donde la concentración del agente de activación puede variar desde cualquier límite inferior hasta cualquier límite superior y abarca cualquier subserie entre estos.
Como se usa en la presente, el término "agentes de moldeo de poro" se refiere a una molécula soluble en agua o compuesto usada como una plantilla para poros que no alojan catalizadores de metal que en general serán descompuestos con residuo mínimo durante el proceso de calcinación. Sin ser limitado por teoría, se cree que cuando se incorporan en la masa algunos de los agentes de moldeo de poro residirán entre las plaquetas de arcilla. Cuando se secan, los agentes de moldeo de poro restringen la distancia entre las plaquetas de arcilla. Durante la calcinación, los agentes de moldeo de poro se descomponen con residuo mínimo dejando un poro entre las plaquetas de arcilla de un tamaño deseado. Como se describe abajo, el tamaño de poro entre las plaquetas puede actuar para restringir el tamaño del alqueno producido, lo cual puede ventajosamente minimizar los suproductos de peso molecular superior que están presentes en otros métodos de producción de alquenos.
En general, los agentes de moldeo de poro son moléculas orgánicas pequeñas o compuestos con un tamaño y configuración similar al alqueno de interés. Sin ser limitado por teoría, se cree que los poros que no alojan catalizadores de metal pueden actuar como plantillas en la reacción de formación de alqueno en que los poros limitan el tamaño del alqueno formado. Agentes de moldeo de poro adecuados para uso en conjunto con la formación de catalizadores de óxido de metal encapsulados de la presente invención pueden incluir, pero no se limitan a, glicol, dietilenglicol, glicerina, oligómeros de etilenglicol, ácido malónico, ácido succínico, y similares, o cualquier combinación de los mismos.
En algunas modalidades, los agentes de moldeo de poro pueden ser incluidos en la masa en una cantidad que varía desde un límite inferior de aproximadamente 1%, 5%, 10%, o 20% en peso del material de arcilla seca hasta aproximadamente 50%, 40%, 30%, o 25% en peso del material de arcilla seca, y en donde la concentración del agente de moldeo de poro puede variar desde cualquier límite inferior hasta cualquier limite superior y abarca cualquier subserie i entre estos.
Agua, preferiblemente agua destilada o desionizada para mitigar la contaminación, pueden ser incluidas en la masa de manera que la masa puede ser trabajada con y formada en pelotillas. Muy preferiblemente, la cantidad de agua usada es una cantidad suficiente para formar la masa en una forma deseada como una pelotilla. Un experto en la téenica debe entender que la cantidad de agua puede depender, entre otras cosas, de los materiales de arcilla y el método para formar las pelotillas u otra forma. En algunas modalidades, puede ser incluida agua en la masa en una cantidad que varia desde un limite inferior de aproximadamente 10%, 15%, o 20% en peso del material de arcilla seca hasta aproximadamente 50%, 40%, o 30% en peso del material de arcilla seca, y en donde la concentración de agua puede variar desde cualquier limite inferior hasta cualquier limite superior y abarca cualquier subserie entre estos.
Por medio de un ejemplo no limitante, los catalizadores de óxido de metal encapsulados pueden ser formados a partir de una masa que comprende bentonita (100 partes en peso), tri-hidrato carbonato de magnesio (33 partes calculadas en peso de magnesio), y agua (18 partes en peso). Por medio de otro ejemplo no limitante, los catalizadores de óxido de metal encapsulados descritos en la presente pueden ser formados de una masa que comprende caolín (100 partes en peso), zeolita tipo-X (25 partes en peso), tri-hidrato carbonato de magnesio (27 partes en peso de magnesio), y agua (22 partes en peso).
Sin ser ligado a cualquier teoría particular en este tiempo, se cree que las pelotillas del material de arcilla son coordinadas por los iones de metal de la sal de meta, lo cual puede ayudar en la formación del poro en el cual reside el catalizador de metal. La composición química de la arcilla y el volumen de los contraiones en la sal inorgánica puede, al menos en parte, considerarse para el tamaño del poro en la matriz de cerámica final, del catalizador de óxido de metal encapsulado. Un poro apropiadamente dimensionado para contener el catalizador de metal puede ser importante para mantener la integridad de la matriz de cerámica debido a que como el catalizador de metal en este cambia la composición química, por ejemplo, entre el haluro y la forma de óxido, el tamaño del catalizador de metal puede cambiar. Por consiguiente, una matriz de cerámica con un tamaño de poro también pequeño puede fisurarse cuando el catalizador de metal se expande, y una matriz de cerámica con un tamaño de poro también grande puede tener una resistencia física reducida y un volumen innecesariamente grande, lo cual incrementa el tamaño del sistema y consecuentemente la cantidad de los materiales reactores costosos (por ejemplo, INCONEL®) que proporcionan compatibilidad química con los gases de halógeno calentados durante algunas de las reacciones.
Por medio de ejemplo no limitante, si el citrato de magnesio, que tiene un volumen molar de aproximadamente 460 centímetros cúbicos por mole, se usa como la sal de metal, los poros dejados en los catalizadores de óxido de metal encapsulados formados a partir de la mezcla podrían ser suficientes para acomodar el tamaño máximo del hexahidrato cloruro de magnesio, el cual es de 130 centímetros cúbicos por mole.
En algunas modalidades, las condiciones de cada una de las reacciones pueden ser controladas, como se describe abajo, para prevenir la completa hidratación del catalizador de metal en varios puntos en la reacción, de este modo permitiendo tamaños de poro más pequeños, y más compactos y catalizadores robustos de óxido de metal encapsulados. Por medio de ejemplo no limitante, si el tri-hidrato carbonato de magnesio, que tiene un volumen molar de aproximadamente 74, se usa como la sal de metal, los poros dejados en los catalizadores de óxido de metal encapsulados formados a partir de la mezcla podrían no ser suficientes para acomodar el tamaño máximo del hidrato cloruro de magnesio, el cual es de 130 centímetros cúbicos por mole para el hexa-hidrato de MgCl2*6H20. Por consiguiente, las condiciones de reacción pueden ser controladas para prevenir la formación de un catalizador de metal de cloruro de magnesio completamente hidratado (o bromuro).
Las pelotillas pueden ser elaboradas esféricas o en cualquier otra forma, por téenicas manuales o mecánicas, conocidas en el arte. Por medio de ejemplo no limitante, las pelotillas pueden ser en general cilindricas y tienen un diámetro de aproximadamente 4 mm y una longitud de aproximadamente 6 mm. Por medio de otro ejemplo no limitante, las pelotillas pueden tener una forma sustancialmente esférica a ovular con la dimensión de diámetro más grande que varía desde aproximadamente 2 mm hasta aproximadamente 10 mm. Un experto en la técnica, con el beneficio de esta descripción debe entender la pluralidad de formas y tamaños que pueden ser formados con una masa que comprende materiales de arcilla. Por ejemplo, láminas, cintas o hebras pueden ser formadas si se desea.
Después del secado, las pelotillas pueden ser calcinadas en un ambiente rico en oxígeno para formar los catalizadores de óxido de metal encapsulados. Debido a que las pelotillas pueden todavía contener una cantidad apreciable de agua, en general, la temperatura durante la calcinación puede ser elevada ventajosamente lentamente, y opcionalmente tener mesetas intermedias o temperaturas de retención, debido a que el agua que se elimina rápidamente de las pelotillas puede ocasionar que las paredes de los poros (tanto con y sin catalizador de metal) se fisuren, lo cual reduce la integridad estructural e incrementa el desgaste.
En algunas modalidades, los catalizadores de óxido de metal encapsulados pueden comprender una pluralidad de poros que contienen catalizadores de metal que tienen un diámetro promedio que varia desde un limite inferior de aproximadamente 5 nm, 10 nm, 25 nm, o 50 nm hasta un limite superior de aproximadamente 300 nm, 250 nm, 200 nm, o 100 nm, y en donde el diámetro promedio puede variar desde cualquier limite inferior hasta cualquier limite superior y abarca cualquier subserie entre estos. Por medio de ejemplo no limitante, los catalizadores de óxido de metal encapsulados pueden comprender una pluralidad de poros que contienen catalizadores de metal que tienen un diámetro promedio de aproximadamente 10 nm hasta aproximadamente 100 nm.
En algunas modalidades, los catalizadores de óxido de metal encapsulados pueden comprender una pluralidad de poros entre plaquetas de arcilla que tienen un diámetro promedio que varia desde un limite inferior de aproximadamente 2 nm, 5 nm, o 10 nm hasta un límite superior de aproximadamente 50 n , 40 nm, o 30 nm, y en donde el diámetro promedio puede variar desde cualquier límite inferior hasta cualquier límite superior y abarca cualquier subserie entre estos.
En algunas modalidades, los catalizadores de óxido de metal encapsulados pueden tener un volumen de vacío que varía desde un límite inferior de aproximadamente 25%, 35%, o 50% hasta un límite superior de aproximadamente 85%, 75%, o 60%, y en donde el volumen de vacío puede variar desde cualquier límite inferior hasta cualquier límite superior y abarca cualquier subserie entre estos.
En algunas modalidades después de la calcinación, los catalizadores de óxido de metal encapsulados pueden ser lavados con un solvente orgánico miscible en agua, por ejemplo, acetona, alcohol (por ejemplo, metanol, etanol, o propanol), o similares. Lavar con un solvente orgánico miscible en agua puede incrementar ventajosamente la resistencia al aplastamiento de los catalizadores de óxido de metal encapsulados.
Por medio de un ejemplo no limitante, los catalizadores de óxido de metal encapsulados formados a partir de una masa que comprende bentonita, carbonato de magnesio, y agua pueden ser lavados con agua y metanol después de la calcinación.
En algunas modalidades, después de la calcinación, los catalizadores de óxido de metal encapsulados pueden tener una resistencia al aplastamiento de aproximadamente 703.07 kgf/cm2 (10,000 psi) o más, más preferiblemente aproximadamente 1757.27 kgf/cm2 (25,000 psi) o más o más, y muy preferiblemente aproximadamente 4218.42 kgf/cm2 (60,000 psi) o más.
. Procesos de la Presente Invención Como se muestra anteriormente, los procesos para convertir alcanos a alquenos y regeneración del catalizador de conformidad con al menos algunas modalidades de la presente invención involucran los procesos de (1) halogenación, (2) formación de alcohol con formación inmediata (3) de alquenos, y (4) regeneración del catalizador y producción de gas de halógeno.
La halogenación involucra hacer reaccionar un alcano y un gas de halógeno para formar un haluro de alquilo. En algunas modalidades, los haluros de alquilo pueden ser proporcionados en lugar de ser producidos directamente en los sistemas y/o procesos de la presente invención. Por medio de ejemplo no limitante, el bromuro de metilo puede ser producido en una primera ubicación y después transportado a un sistema de la presente invención para reacción adicional.
Los aleanos adecuados para uso en conjunto con la presente invención pueden incluir, pero no se limitan a, cualquiera de los aléanos o mezclas de los mismos con al menos un alcano que tienen uno o más átomos de carbono, por ejemplo, metano, etano, propano, butano, pentano, hexano, y asi uno, o cualquier combinación de los mismos. En modalidades preferidas, el alcano puede ser sustancialmente metano.
Los gases de halógeno para uso en conjunto con la presente invención pueden incluir, pero no se limitan a, flúor, cloro, bromo, yodo, o cualquier combinación de los mismos. En modalidades preferidas, el gas de halógeno puede ser bromo.
La halogenación de un alcano puede ser realizada por un número de reacciones, que incluyen reacciones catalizadas, conocidas en la téenica. En algunas modalidades, la halogenación de alcano puede involucrar el uso de luz ultavioleta y/o calor para catalizar la reacción. En algunas modalidades, cuando la temperatura se usa como un catalizador para la reacción de halogenación, la temperatura puede variar desde 100°C y 500°C, más preferiblemente desde 150°C hasta 400°C, y muy preferiblemente desde 250°C hasta 350°C.
En algunas modalidades, la relación de mole de alcano a gas de halógeno puede variar desde aproximadamente 10:1 hasta aproximadamente 1:1, o más preferiblemente aproximadamente 5:1 hasta aproximadamente 1:1.
Después de la producción de un haluro de alquilo, o en algunas modalidades proporcionar un haluro de alquilo, el haluro de alquilo puede ser llevado en contacto con catalizadores de óxido de metal encapsulados de la presente invención (de conformidad con cualquiera de las modalidades descritas en la presente) a una temperatura elevada para asi proporcionar un alcohol que es entonces convertido a un alqueno. Es decir, el haluro de alquilo puede reaccionar con el catalizador de metal en su forma de óxido de metal para proporcionar un alcohol y un haluro de metal, y el alcohol puede entonces reaccionar con la matriz de cerámica y/o agentes de activación para formar el alqueno. El tiempo de vida del alcohol puede ser muy corto, por ejemplo, casi conversión inmediata al alqueno.
En algunas modalidades, la temperatura para la formación de alcohol y formación de alqueno es preferiblemente entre aproximadamente 350°C y aproximadamente 400°C, pero temperaturas tan bajas como aproximadamente 100°C y tan altas como aproximadamente 425°C pueden ser utilizadas.
En algunas modalidades, las condiciones para la formación de alcohol con inmediata formación de alqueno pueden ser ajustadas de manera que el catalizador de metal del catalizador de óxido de metal encapsulado se convierte a un haluro de metal con mínima agua de hidratación para así prevenir la fisuración de la matriz de cerámica porosa. Por ejemplo, cuando se emplean catalizadores de óxido de metal encapsulados que tienen tamaños de poro más pequeños, por ejemplo, volumen molar de menos de aproximadamente 200, el agua en exceso de hidratación en el haluro de metal ocasiona que el haluro de metal crezca más allá del volumen molar de 200, de este modo excediendo el tamaño del poro y causando que las paredes del catalizador de óxido de metal encapsulado se fisuren. Cuando la fisuración de la matriz de cerámica porosa es bastante extensiva, los catalizadores de óxido de metal encapsulados pueden desmoronarse y caer aparte, lo cual en algunos procesos y aparatos puede conducir a obturación y desgaste del catalizador de óxido de metal encapsulado.
Los alquenos que pueden ser producidos a partir de este proceso pueden incluir, pero no se limitan a, etileno, propeno, buteno, penteno, hexeno, y similares, o cualquier combinación de los mismos. En algunas modalidades, el producto alqueno puede ser una mezcla de alquenos.
En algunas modalidades, los poros entre plaquetas de arcilla pueden ser ventajosamente dimensionados para dirigir la reacción de alcohol a alqueno para producir predominantemente un alqueno deseado. Por medio de ejemplo no limitante, el uso de un agente de moldeo de poro de glicerina en la formación de catalizadores de óxido de metal encapsulados puede permitir formar poros entre las plaquetas de arcilla que son diensionadas apropiadamente para formar preferencialmente productos de butileno en la reacción de alqueno.
Un experto en la téenica con el beneficio de esta descripción debe entender que un alqueno particular producido dependerá, entre otros, del gas alcano alimentado, el catalizador de metal de los catalizadores de óxido de metal encapsulados, la estructura de la matriz de cerámica de los catalizadores de óxido de metal encapsulados (por ejemplo, los varios tamaños de poro, volumen de vacío, área de superficie, etc.), la presencia de aditivos tales como agentes de moldeo de poro en la manufacturación de catalizadores de óxido de metal encapsulados, la composición de la matriz de cerámica (o agentes de activación) de los catalizadores de óxido de metal encapsulados, y la temperatura de reacción.
Después que el catalizador de metal está en la forma de un haluro de metal, el catalizador de óxido de metal encapsulado puede ser tratado dentro del gas rico en oxígeno a una temperatura elevada para regenerar la forma de haluro de metal del catalizador de metal nuevamente a una forma de óxido de metal. Los gases ricos en oxigeno adecuados pueden incluir, pero no se limitan a, aire, oxigeno en un gas portador inerte, o cualquier combinación de los mismos. Las temperaturas adecuadas para recuperación del catalizador de metal pueden variar desde aproximadamente 300°C hasta aproximadamente 800°C, más preferiblemente aproximadamente 350°C hasta aproximadamente 475°C, y muy preferiblemente aproximadamente 375°C hasta aproximadamente 425°C.
Un producto de la reacción de regeneración es gas de halógeno (un reactivo costoso en la reacción de halogenación), el cual es preferiblemente recubierto para reutilización con alcano fresco. Debido a que el gas de halógeno es solamente una porción del efluente después de la reacción de regeneración del catalizador, las etapas de procesamiento adicional pueden ser usadas para extraer el gas de halógeno a partir de la mezcla de gases. Las etapas de procesamiento adecuadas para extraer y purificar el gas de halógeno pueden incluir, pero no se limitan a, condensación, decapado, compresión, desecación (para secar una mezcla de gas), destilación y otros procesos adecuados.
En algunas modalidades, el gas de halógeno producido durante la regeneración del catalizador puede ser recuperado condensando una porción sustancial del gas de halógeno a partir del efluente de la reacción de regeneración del catalizador seguida por métodos en seco (es decir, métodos libres de agua) para extraer el gas de halógeno restante. Los métodos en seco pueden mitigar ventajosamente la contaminación del agua del gas de halógeno, el cual puede estar presente en métodos separadores. Debido a que las varias reacciones descritas en la presente son preferiblemente realizadas con gases sustancialmente secos, la contaminación del agua puede requerir etapas de purificación adicional que incluyen pasar los gases sobre desecantes.
En algunas modalidades, un proceso de la presente invención puede recielar preferiblemente al menos aproximadamente 90% del gas de halógeno, más preferiblemente al menos aproximadamente 94%, o muy preferiblemente al menos aproximadamente 99%.
III. Sistemas para Realizar Procesos de la Presente Invención Con referencia ahora a la Figura 2, los procesos de la presente invención pueden, en algunas modalidades, ser realizados con el ejemplo no limitante de flujo de materiales y equipo esquemáticamente ilustrado. En general, un sistema con catalizadores de óxido de metal encapsulados (de conformidad con cualquiera de las modalidades descritas en la presente) alojados en el reactor 212 pueden ser asociados con dos bucles que corren alternativamente. Un bucle puede ser un "Bucle de Formación de Alqueno" 200 en donde las reacciones en el reactor 212 son formación de alcohol, formación de alqueno, y el catalizador de metal se convierte de óxido de metal a haluro de metal. El segundo bucle puede ser una "Regeneración del Catalizador y Bucle de Recuperación de Gas de Halógeno" 202 en donde los catalizadores de metal se convierten del haluro de metal a óxido de metal y se produce el gas de halógeno.
Como se muestra en la Figura 2, los gases de alcano y alqueno son introducidos en el reactor de halogenación 210 para formar un haluro de alquilo, el cual entonces fluye al reactor 212, por ejemplo, un reactor tubular, un reactor de pantalla Johnson, un reactor de lecho fluidizado, o similares. Se debe notar que el gas de deshidratación y el gas rico en oxigeno son cerrados a partir del reactor 212 cuando el haluro de alquilo está siendo introducido en el reactor 212. El efluente de reacción a partir del reactor 212, es decir, una mezcla de gas que comprende alcano, subproductos, y gases sin reaccionar, es entonces dirigida hacia el purificador 220 con la válvula 230. El purificador 220 puede comprender una pluralidad de aparatos para lograr la purificación del alqueno, por ejemplo, desmetanizadores, condensadores, desecadores, compresores, destiladores, equipo de proceso de difusión, y similares. Después del purificador 220, el alqueno puede ser recolectado y el metano puede ser recirculado al reactor de halogenación 201.
Para regenerar los catalizadores de metal de los catalizadores de óxido de metal encapsulados de la presente invención, el gas rico en oxigeno puede ser introducido en el reactor 212. En general, el gas de deshidratación y el gas de haluro de alquilo son cerrados del reactor 212 cuando el gas rico en oxigeno está siendo introducido en el reactor 212. El efluente de regeneración a partir del reactor 212, el cual comprende una mezcla de gas que incluye gas de halógeno y gas rico en oxigeno sin reaccionar, es entonces dirigido hacia los condensadores 222 y 224 con la válvula 230. Los condensadores 222 y 224 pueden estar a dos temperaturas, por ejemplo, 27°C y -1°C. Después del segundo condensador 224, el halógeno liquido condensado puede ser dirigido hacia el tanque de halógeno 214. El gas no condensado a partir del segundo condensador 224 puede ser dirigido al baño de agua 216. La mezcla de agua/gas puede entonces ser dirigida a separadores 218 con un flujo contracorriente de gas alcano para separar gas de halógeno adicional. El agua puede ser recielada, y la mezcla de alcano más gas de halógeno puede pasar sobre el desecante 226 para eliminar el vapor de agua indicador antes de ser recirculado al reactor de halogenación 210 para otro ciclo en el Bucle de Formación de Alqueno 200.
Como el agua es un subproducto de las varias reacciones, los catalizadores de óxido de metal encapsulados pueden necesitar ser deshidratados entre la corrida de los dos bucles de reacción. Por consiguiente, el sistema puede incluir un gas de deshidratación. En algunas modalidades, el gas de deshidratación puede ser el alcano, el cual después de pasar sobre un desecante (no mostrado) puede ser recirculado en el sistema para halogenación.
Para operación continua, puede haber preferiblemente una pluralidad de reactores que contienen los catalizadores de óxido de metal encapsulados de la presente invención de manera que cada reactor puede estar independientemente en diferentes etapas del proceso, por ejemplo, un reactor que participa en una Formación de Bucle de Alqueno y un segundo reactor que participa en una Regeneración del Catalizador y Bucle de Recuperación de Gas de Halógeno.
En algunas modalidades, un sistema para producir alquenos a partir de alcanos de conformidad con un proceso de la presente invención puede ser diseñado para la producción de varios alquenos. Por ejemplo, después de la halogenación del alcano (o alternativamente, forma un gas de alimentación de haluro de alquilo proporcionado), un sistema puede tener múltiples trayectorias de flujo a través del cual procede.
Cada trayectoria de flujo puede tener un reactor con opcionalmente diferentes catalizadores de óxido de metal encapsulados. Si se usa simultáneamente en un sistema único, este puede permitir la flexibilidad en el sistema para producir diferentes productos de alqueno.
Con referencia a la Figura 3, otro ejemplo no limitante de un sistema de la presente invención para producir alquenos, se alimenta metano a través de la linea 304 a los separadores 305, separando el haluro a partir de la solución de haluro que desciende de los separadores 306 a través de la linea 307. El metano con el vapor de haluro a partir de los separadores 306 es conducido a un recipiente de saturación 309 a través de la linea 308 donde el equilibrio del haluro requerido es agregado a través de la linea 310. La mezcla resultante de metano y haluro es alimentada a través de la linea 311 al reactor 301 donde el equilibrio del haluro requerido es agregado a través de la linea 30. La mezcla resultante de metano y haluro es alimentada a través de la linea 311 al reactor 310 donde el haluro de metilo e hidro-haluro de ácido son producidos. El haluro de metilo y el hidro-haluro de ácido son conducidos a través de la linea 312 a partir del reactor 301 al fondo del reactor 302 donde cubren una contracorriente de magnesio base. El haluro de metilo, hidro-haluro de ácido y magnesio base reaccionan para formar un gas de producto que contiene metanol, di-metiléter, y etileno, los cuales son agotados del reactor 302 a través de la línea 313. El haluro de metal formado en el reactor 302 puede ser conducido por gravedad o por vacío al reactor inferior 303 a través de la línea 314 donde cubre un flujo contracorriente de oxígeno o aire formando haluro, el cual junto con el exceso de oxígeno o aire se dejan a través de la linea 315 a un enfriador 316 donde el haluro condensado se conduce a través de la línea 310 al recipiente de saturación 309.
La línea 317 conduce el exceso de oxígeno o aire a los separadores 306 donde cubre un flujo contracorriente del solvente. En los separadores 306 el haluro es separado de los gases. Los gases entonces dejan los separadores 306 a través de la línea 318 para escapar a la atmósfera. El solvente cargado con haluro fluye descendentemente a través de la línea 307 a los separadores 305. El solvente gastado es conducido a través de la línea 319 a una bomba, el cual bombea solvente a los separadores 306 a través de la línea 321. El oxígeno o aire es alimentado en el reactor 303 a través de la línea 322. El magnesio base producido en el reactor 303 es dejado en el cyector 323 a través de la línea 342, el cual es alimentado con aire a través de la línea 325 y transporta el magnesio base a través de la línea 326 a la ciclona 327, el cual vacía el magnesio básico a través de la línea 328 al reactor 302 y aire agotado a la atmósfera a través de la línea 328A. El vapor a través de la línea 329 en la línea 314 previene a los gases del reactor 302 de pasar en el reactor 303. El vapor a través de la línea 330 previene a los gases de la ciclona 327 pasar en el reactor 302.
Los catalizadores de óxido de metal encapsulados de la presente invención para uso en conjunto con un sistema como se muestra en la Figura 3 pueden tener una resistencia superior al aplastamiento y ser sustancialmente esféricos.
Para facilitar un mejor entendimiento de la presente invención, se proporcionan los siguientes ejemplos de modalidades preferidas o representativas. En ninguna forma se deben leer los siguientes ejemplos para limitar, o para definir, el alcance de la presente invención.
Ejemplos Ejemplo 1. Catalizadores de óxido de magnesio encapsulados altamente porosos de una modalidad de la presente invención son elaborados como sigue: 50 partes en peso de polvo fino de estearato de magnesio Mg(C18H35O2)2 son mezclados completamente con 50 partes en peso de polvo fino de bentonita y se agrega bastante agua para formar una mezcla pastosa, la cual es entonces amasada hasta que está suave. La mezcla es entonces peletizada y secada en aire a temperaturas ambiente típicas. Una vez secadas las pelotillas son calcinadas a una temperatura mínima de 600°C hasta formar óxido de magnesio encapsulado en una matriz de arcilla de cerámica altamente porosa, el cual es un ejemplo de un catalizador de óxido de metal encapsulado de conformidad con al menos una modalidad de la presente invención.
El óxido de magnesio encapsulado altamente poroso puede ser elaborado como sigue: 50 partes en peso de polvo fino de citrato de magnesio, Mg(C6Hs07)2 - 14H2O, son bien mezcladas con 50 partes en peso de polvo fino de caolín, 1 parte en peso de zeolita tipo-X triturada en la forma de ácido y 50 partes en peso de agua se agregan para formar una masa, la cual es entonces amasada hasta que está suave, y después peletizada y secada. Una vez secadas las pelotillas son calcinadas en al menos aproximadamente 600°C hasta formar el óxido de magnesio encapsulado en una matriz de arcilla dura o porcelana. Las proporciones de citrato de magnesio a arcilla pueden variar. A superior la proporción de arcilla, más endurece la pelotilla, pero a inferior capacidad para producción de haluro o alcohol, y de este modo, para producción de alqueno. Las pelotillas pueden ser elaboradas esféricas o en cualquier otra forma, manual o en máquina, conocidas en la téenica. Otros tipos de arcillas y aglutinados porosos inorgánicos, se conocen en la técnica, pueden ser usados como el material encapsulante en las modalidades de la presente invención.
Ejemplo 2. Se produce una masa produciendo primero una mezcla seca bien mezclada de 75 g de polvo de bentonita y 125 g de polvo de tri-hidrato de carbonato de magnesio. Ambos polvos se produjeron forzando los materiales a través de un tamiz fino. Después, 94.1 g de agua destilada se agregaron lentamente mientras se mezcla. La masa entonces se presionó a mano entre dos láminas de plástico y se cortó en pelotillas que tienen un tamaño de aproximadamente un cubo de 6 mm x 6 m x 6 mm. Las pelotillas se dejaron secar de manera natural, es decir, no se agregó calor, durante la noche.
Las pelotillas secas son entonces calentadas en aire en un horno con el siguiente perfil de temperatura para producir catalizadores de óxido de metal encapsulados. (1) Elevar a 250°C durante 40 minutos; (2) elevar a 400°C durante 90 minutos; (3) elevar a 600°C durante 40 minutos; (4) mantener a 600°C por 30 minutos; y (5) permitir enfriar nuevamente lentamente a temperatura ambiente.
Los catalizadores de óxido de metal encapsulados entonces se hicieron reaccionar con bromuro de metilo en el reactor ilustrado en la Figura 4. Brevemente, los catalizadores de óxido de metal encapsulados se colocaron en una columna de cuarzo que tiene un calentador dispuesto alrededor de este. Se fluye bromuro de metilo desde el fondo de la columna de cuarzo. El efluente en la parte superior de la columna se pasó a través de un condensador. A diferentes temperaturas de reacción, las muestras del efluente se tomaron antes y después del condensador ("BC" y "AC", respectivamente) y se analizaron mediante cromatografía de gas, Tabla 1.
Tabla 1 Ej&aplo 3. Se produce una masa produciendo primero una mezcla seca bien mezclada de 274.6 g de polvo de caolín y 119.38 g de polvo de tri-hidrato de carbonato de magnesio. Ambos polvos se produjeron forzando los materiales a través de un tamiz fino. Después 300 mL de agua destilada se agregaron lentamente mientras se mezcla. La masa entonces se presionó a mano entre dos láminas de plástico y se cortó en pelotillas que tienen un tamaño de aproximadamente un cubo de 6 mm x 6 m x 6 m. Las pelotillas se dejaron secar de manera natural, es decir, no se agregó calor, por once dias. Las pelotillas secas entonces se calcinaron en aire en un horno a 1000°C con un tiempo de elevación de aproximadamente 5 horas.
Los catalizadores de óxido de metal encapsulados fueron entonces reaccionados con bromuro de metilo en el reactor ilustrado en la Figura 4. El producto predominante fue butileno como se determina por cromatografía de gas.
Por lo tanto, la presente invención está bien adaptada para lograr los fines y ventajas mencionados así como también aquellos que son inherentes a esta. Las modalidades particulares descritas anteriormente son solamente ilustrativas, ya que la presente invención puede ser modificada y practicada en diferentes pero equivalentes maneras aparentes para aquellos expertos en la téenica que tienen el beneficio de las enseñanzas de la presente. Además, ninguna de las limitaciones está propuesta para los detalles de construcción o diseño mostrados en la presente, distintos de cómo se describen en las reivindicaciones siguientes. Por lo tanto es evidente que las modalidades ilustrativas particulares descritas anteriormente pueden ser alteradas, combinadas, modificadas y todas de tales variaciones están consideradas dentro del alcance y espíritu de la presente invención. La invención ilustrativamente descrita en la presente de manera adecuada puede ser practicada en la ausencia de cualquier elemento que no está específicamente descrito en la presente y/o cualquier elemento opcional descrito en la presente. Mientras las composiciones y métodos son descritos en término de "que comprende, "que contiene", o "que incluye" varios componentes o etapas, las composiciones y métodos también pueden "consistir esencialmente de" o "consisten de" los varios componentes y etapas. Todos los números e intervalos descritos anteriormente pueden variar por alguna cantidad. Siempre que un intervalo número con un límite inferior y un límite superior se describa, cualquier número y cualquier intervalo que cae dentro del intervalo están específicamente descritos. En particular, cualquier intervalo de valores (de la forma, "desde aproximadamente a hasta aproximadamente b, " o, equivalentemente, "desde aproximadamente a hasta b", o, equivalentemente, "desde aproximadamente a-b") descrito en la presente se entiende por exponer cualquier número e intervalo abarcado dentro del intervalo más amplio de valores. También, los términos en las reivindicaciones tienen su significado ordinario, plano, a menos que explícitamente y claramente se defina por la patente. Sin embargo, los artículos indefinidos "un" o "uno", como se usan en las reivindicaciones, están definidos en la presente por significar uno o más de uno del elemento que introducen. Si existe cualquier conflicto en el empleo de una palabra o término en esta especificación y uno o más documentos de patente u otros que pueden ser incorporados en la presente por referencia, las definiciones que son consistentes con esta especificación, deben ser adoptadas.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como novedad, y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES
1. Un método caracterizado porque comprende: producir una masa que comprende una arcilla, una sal orgánica de metal, y agua; formando una pluralidad de pelotillas a partir de la masa; secar la pelotillas; calcinar la pelotillas para asi formar una pluralidad de catalizadores de óxido de metal encapsulados que comprenden una matriz de cerámica porosa y catalizador de metal dispersado en esta; y lavar los catalizadores de óxido de metal encapsulados con un solvente orgánico miscible en agua.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la arcilla comprende al menos una seleccionada a partir del grupo que consiste de un material pozolánico, caolín, metacaolín, bentonita, bauxita, ilita, vermiculita, tierra Fuller, hectorita, saponita, espeiolita, esquisto, haloisita, piedra pómez, pumicita, montmonillonita, una arcilla de clorita, un filosilicato, mica, y cualquier combinación de los mismos.
3. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la sal orgánica de metal comprende una sal de (1) un Ci-Cie que comprende al menos un carboxilato y (2) un metal álcali, básico o de transición.
4. El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el metal de transición es magnesio o zinc.
5. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la sal orgánica de metal está presente en una cantidad de aproximadamente 5% hasta aproximadamente 50% de un metal de la sal orgánica de metal en peso de la arcilla.
6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la masa además comprende al menos una seleccionada a partir del grupo que consiste de un agente de activación, un agente de moldeo de poro, y cualquier combinación de los mismos.
7. El método de conformidad con la reivindicación 6, en donde el agente de moldeo de poro comprende al menos uno seleccionado a partir del grupo que consiste de glicol, dietilenglicol, glicerina, oligómeros de etilenglicol, ácido malónico, ácido succínico, y similares, o cualquier combinación de los mismos.
8. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el agente de moldeo de poro está presente en una cantidad de aproximadamente 1% hasta aproximadamente 50% en peso de la arcilla.
9. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la calcinación involucra calentamiento a una temperatura de aproximadamente 600°C hasta aproximadamente 1000°C en una corriente de gas que contiene oxigeno.
10. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el solvente orgánico miscible en agua comprende al menos uno seleccionado a partir del grupo que consiste de acetona, un alcohol, y cualquier combinación de los mismos.
11. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los catalizadores de óxido de metal encapsulados comprenden una pluralidad de poros que contienen los catalizadores de metal que tienen un diámetro promedio de aproximadamente 5 nm hasta aproximadamente 300 nm.
12. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los catalizadores de óxido de metal encapsulados comprenden una pluralidad de poros entre plaquetas de arcilla que tienen un diámetro promedio de aproximadamente 2 nm hasta aproximadamente 50 nm.
13. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los catalizadores de óxido de metal encapsulados tienen un volumen de vacio de aproximadamente 25% hasta aproximadamente 85%.
14. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los catalizadores de óxido de metal encapsulados tienen una resistencia al aplastamiento de aproximadamente 703.07 kgf/cm2 (10,000 psi) o mayor.
15. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los catalizadores de óxido de metal encapsulados tienen una resistencia al aplastamiento de aproximadamente 4218.42 kgf/cm2 (60,000 psi) o mayor.
16. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la arcilla comprende bentonita y la sal orgánica de metal comprenden tri-hidrato carbonato de magnesio.
17. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la arcilla comprende bentonita, en donde la sal orgánica de metal comprende carbonato de magnesio, y en donde el solvente orgánico miscible en agua comprende metanol.
18. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la arcilla comprende caolín y la sal orgánica de metal comprende tri-hidrato carbonato de magnesio, y en donde la masa además comprende un agente de activación que comprende una zeolita tipo-X.
19. Un catalizador de óxido de metal encapsulado caracterizado porque comprende: una matriz de cerámica porosa; y catalizadores de metal dispersados a través de la matriz de cerámica porosa, en donde el catalizador de óxido de metal encapsulado tiene una resistencia al aplastamiento de al menos aproximadamente 703.07 kgf/cm2 (10,000 psi) o mayor.
20. Un proceso caracterizado porque comprende: pasar un haluro de alquilo sobre un catalizador de óxido de metal encapsulado a una temperatura de aproximadamente 100°C hasta aproximadamente 425°C para así producir un efluente que comprende un alqueno, en donde el catalizador de óxido de metal encapsulado comprende una matriz de cerámica porosa y catalizadores de metal dispersados a través de la matriz de cerámica porosa, y en donde el catalizador de óxido de metal encapsulado tiene una resistencia al aplastamiento de al menos aproximadamente 703.07 kgf/cm2 (10,000 psi) o mayor.
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