MXPA00006916A - Procedimiento para hidrogenar acetona. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere a un procedimiento para hidrogenar acetona para obtener isopropanol, en donde se lleva a cabo una hidrogenacion de acetona con cuando menos dos pasos de procedimiento. Con el nuevo procedimiento se puede obtener isopropanol con elevadas selectividad y pureza.

Description

PROCEDIMIENTO PARA HIDROGENAR ACETONA La invención se refiere a un procedimiento para hidrogenar acetona para obtener isopropanol. Acetona es un producto a escala industrial y se puede obtener de manera dirigida, por ejemplo, a través de la oxidación de propeno o como producto de acoplamiento en la síntesis Hook de fenol. En la síntesis Hook de fenol, por una molécula de fenol se obtiene una molécula de acetona. Las posibilidades de sedimentación de fenol y acetona son muy diferentes; así, por ejemplo, en la síntesis de bisfenol A se consume fenol y acetona en una proporción de 2 a 1. Un posible producto secuencial de la acetona es el isopropanol, el cual presenta un espectro de aplicación claramente más amplio. Una porción considerable del isopropanol se procesa para obtener éteres, en especial éter diisopropílico y ter-butilisopropiléter. Por lo regular, la transformación de la acetona en isopropanol se efectúa por hidrogenación catalítica. Para la producción de éteres isopropanólicos se emplean por lo general procedimientos combinados de hidrogenación y eterificación. De esta manera, las Patentes Europeas EP 0 694 518, EP 0 665 207, EP 0 652 200 y EP 0 661 257 revelan procedimientos para la obtención de diversos éteres isopropílicos . En dichas solicitudes de patentes es común el siguiente curso de procedimientos: a) Hidrogenación catalítica de una fase líquida que contiene acetona. b) Eterificación del isopropanol obtenido de esta manera en sistemas catalíticos ácidos. Los pasos de procedimiento a) y b) se llevan a cabo directamente uno después del otro, es decir, sin procesar la mezcla de productos que resulta del paso a) . Además, la Patente Europea instruye sobre un proceso de un paso, en el cual a) y b) se llevan a cabo en un solo reactor con un catalizador combinado adecuado. Debido a la formación de productos secundarios (los procedimientos están orientados a la obtención de éter isopropílico) , es muy costoso un aislamiento del isopropanol después del paso de reacción a) . Para la obtención de isopropanol es más adecuado el procedimiento descrito en la Patente Europea EP 0 379 323. En él, la acetona se hidrogena catalíticamente a una temperatura de 20 a 200°C y presiones de 1 a 80 bar, empleándose forzosamente un reactor de lavado. Los reactores de lavado se utilizan para lograr una gran superficie de contacto entre el líquido y el gas. Por esta razón, deben presentar una superficie de lavado de grandes dimensiones. No se habla sobre la calidad del isopropanol, o bien, de la porción de productos secundarios obtenida. Para muchas aplicaciones, el isopropanol no puede contener productos secundarios como éter isopropílico o trazas de solvente de la hidrogenación. En especial las aplicaciones médicas o cosméticas o los productos secuenciales del isopropanol requieren un elevado grado de pureza. A escala industrial, los elevados grados de pureza sólo se pueden alcanzar mediante costosos pasos de purificación. Así, por ejemplo, en la obtención de isopropanol por acumulación de agua en propeno, los compuestos que contienen azufre pueden impedir su utilización en la industria cosmética o farmacéutica. La eliminación de estos componentes sólo es posible a través de un tratamiento ulterior del isopropanol con carbón activado, A1203 o metales tales como cobre o níquel. Por estas razones, el objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento para la hidrogenación eficiente de acetona para obtener isopropanol de gran pureza. Sorpresivamente se encontró que en un proceso de varios pasos, la acetona se puede hidrogenar para obtener isopropanol de gran pureza. El procedimiento de conformidad con la invención se puede emplear en la obtención a escala industrial (> 100 kt/a) de isopropanol a partir de acetona. La formación de productos secundarios se evita casi por completo, con lo cual se elimina el procesamiento costoso. Así, el objeto de la presente invención es un procedimiento para la hidrogenación de acetona para obtener isopropanol, en el cual se lleva a cabo una hidrogenación de fases líquidas con cuando menos dos pasos de procedimiento. En la hidrogenación de acetona pueden ocurrir las siguientes reacciones: (OIPE) (MIBK) (?1POL) Después de la condensación de aldol a) catalizada alcalinamente de acetona para obtener diacetonalcohol (DAA) , la disociación del agua produce 4-metil-3-penten-2-ona (óxido de mesitilo, MOX) . La hidrogenación del componente intermedio MOX, pasando por la 4-metil-2-pentanona (metilisobutilcetona, MIBK) , produce. 4-metil-2-pentanol (MPOL) . El DAA, sin embargo, también se puede hidrogenar directamente a hexilenglicol (HG) . El producto diana IPA puede seguir reaccionando bajo disociación de agua b) y dar como resultado el éter diisopropilico (DIPE) indeseado. Un catalizador adecuado debe reaccionar de manera lo más neutral posible, para no fatalizar la reacción secundaria no deseada del IPA, la condensación de aldol ni la subsiguiente disociación del agua. Algunas de las reacciones secundarias antes citadas ocurren bajo disociación del agua. Por ello, para evitar dichas reacciones, es decir, para incrementar la selectividad se puede pensar en una menor adición de agua. Esta adición de agua, indeseada para aplicaciones especiales del isopropanol, permanece en la mezcla de productos y, eventualmente, se debe retirar. - - _ _ En cambio, la presente invención permite la hidrogenación de acetona con una porción de agua muy reducida. Lo anterior resulta más sorprendente puesto que, en la literatura especializada citada, se requiere la adición de agua en el flujo de eductos para incrementar la selectividad, o bien, para reducir la formación de productos secundarios. Con el procedimiento de conformidad con la invención se puede hidrogenar a isopropanol acetona con un contenido de agua de menos o igual a 1.0, preferentemente de menos o igual a 0.5, muy especialmente preferido de 0.2% en peso. Los elevados rendimientos pretendidos en los procesos a escala industrial, se pueden lograr en el presente caso ya sea por reactores de circulación o en reactores en cascada conectados en serie. Mediante el procedimiento de varios pasos de conformidad con la invención, se puede hidrogenar acetona a isopropanol de elevado grado de pureza. Los pasos individuales del procedimiento, dispuestos en paralelo y/o en cascada, pueden realizarse como reactores de circulación o reactores tubulares. Las condiciones de reacción pueden variar dentro de amplios límites; la hidrogenación de fases líquidas se puede llevar a cabo a" una temperatura de 60 a 140, preferentemente de 70 "a 130aC, y a una presión de 20 a 50, preferentemente 25 a 35 bar. Las condiciones de temperatura y presión pueden variar en Xos diversos pasos del procedimiento. Por lo regular, se trabaja con un exceso de hidrógeno; la proporción molar del hidrógeno respecto a la acetona puede ser de 1.5 a 1 hasta l a l. En una modalidad especial del procedimiento de conformidad con la invención se utilizan dos pasos de procedimiento, estando realizado el reactor del ler paso de procedimiento como reactor de circulación y el reactor del 2 ° paso de procedimiento como reactor tubular. En la Figura 1 se muestra un esquema simplificado del curso "del procedimiento de conformidad con la invención, con algunos componentes opcionales. Mediante el preliminar reactor de circulación A con realimentación del producto, se logra una gran parte del rendimiento requerido. Este reactor trabaja a un elevado nivel de concentración y se puede operar con una reducida proporción de circulación. La descarga de la reacción del reactor de circulación se puede enfriar de manera intermedia (B) . La hidrogenación al producto final tiene lugar en un horno de cuba (C) sin realimentación del producto, operado como reactor tubular. Con a) se indican las líneas de alimentación y descarga de hidrógeno, con p) , la línea de producto. Ambos reactores (A y C en la Figura 1) están concebidos como reactores adiabáticos. La temperatura inicial del ler paso del procedimiento es convenientemente de 50 a 90 °C, la presión total de 10 a 30 bar. Si se tuviera una mayor actividad inicial del catalizador, se puede, ya sea, reducir la temperatura inicial o incrementar la proporción de circulación en el primer reactor, y de esta manera, ajustar la temperatura de salida deseada, la cual puede concordar con la temperatura de entrada del segundo reactor.

El reactor del ler paso del procedimiento se puede operar como reactor de circulación con una proporción de circulación de 6 a 10. La porción de acetona en el flujo de circulación se reduce en 8 a 20% en peso, mientras gue la porción de isopropilo se incrementa en la porción correspondiente. El proceso de hidrogenación es exotérmico, de modo que en o después del reactor de circulación se debe prever un enfriamiento. La hidrogenación de las fases líquidas del ler paso del procedimiento se puede llevar a cabo a una temperatura de 60 a 130 °C, preferentemente 80 a 120°C, y a una presión de 20 a 50, preferentemente 25 a 35 bar. El 2° paso del procedimiento, operado con características de reactor tubular, se puede llevar a cabo a una temperatura de 60 a 140 °C, preferentemente 70 a 130 °C, y a una presión de 20 a 50 bar. En los pasos del procedimiento se pueden utilizar los mismos catalizadores de hidrogenación. Se puede recurrir a catalizadores de hidrogenación comerciales, con Cu, Cr, Ru o Ni como componente activo en un material portador de A1203, Ti02 ó 2r02. En el procedimiento de conformidad con la invención se han acreditado los catalizadores que contienen níquel, por ejemplo, con alrededor de 10% en peso de níquel sobre un portador neutral. El material portador del catalizador debe ser en cualquier caso neutral. Los materiales portadores neutrales son, por ejemplo, a-Al203, Ti02, Zr02 o mullita. El procedimiento de conformidad con la invención proporciona isopropanol de elevado grado de pureza. La concentración total de los productos secundarios formados por la hidrogenación, tales como 4-metil-3-penten-2-ona, 4-metil-2-pentanol, diacetonalcohol, hexilenglicol y éter diisopropílico, puede ser de menos de 300, preferentemente menos de 200, muy especialmente preferido menos de 100 ppm. El concepto de reactor de varios pasos ofrece otras ventajas por su gran flexibilidad. La proporción de circulación, la presión y la temperatura se pueden ajustar en la reacción independientemente entre sí. Si se redujera la actividad del catalizador en un reactor, en el siguiente reactor, por ejemplo, se puede ajustar una temperatura correspondientemente elevada. En el dimensionamiento de los reactores se debe procurar una buena distribución de los líquidos y una gran superficie de intercambio de gases. Lo anterior se puede asegurar mediante un distribuidor de líquidos adecuado, como por ejemplo, anillos Raschig, red de alambre o mezcladora Sulzer, así como una carga de sección transversal suficientemente elevada, de cuando menos 30 m3/(m2.h) . Se pretende que el siguiente ejemplo ilustra más detalladamente la invención, pero sin limitar su campo de aplicación. Ejemplo : Se utilizó una instalación de ensayo conforme a la Figura 2. En los ensayos realizados de manera discontinua, el educto F se dispone en el recipiente separador A y se bombea en circulación. A continuación, el aparato se ajusta a las condiciones de reacción deseadas. Al inicio de la reacción, se enciende la circulación en el reactor R. Después de alrededor de 5 minutos, se han establecido valores constantes de temperatura y presión, y se toman las primeras muestras de producto. La alimentación y descarga de hidrógeno se llevó a cabo a través de las líneas G y H, respectivamente. Mediante el bombeo de circulación del producto, con una masa pesada adecuada del catalizador, se logran rendimientos diferenciales con un solo paso por la carga de catalizador. Asimismo, se garantiza una operación isotérmica, lo cual simplifica la evaluación cinética de los ensayos. A través de la toma de muestras en diversos momentos del ensayo, se puede registrar el desarrollo en el tiempo concentración-contacto. Estos ensayos concuerdan con el modelo de la técnica de reacción de una caldera con agitación, o bien, de un reactor tubular operado de manera discontinua. Se utilizó un catalizador que contiene níquel (10% en peso de níquel) sobre un portador neutral de a-Al203.

Resultados del ensayo: Reactor de circulación del ler paso del procedimiento Temperatura de entrada 70 °C Temperatura de salida 115 °C Proporción de circulación 1:8 Carga de sección transversal: 220 m/h % en peso de entrada % en peso de salida Acetona 22.2 12.5 Isopropanol 77.8 ~ "87.5 Reactor de circulación del 2 ° paso del procedimiento Temperatura de entrada 70 °C Temperatura de salida 126°C Carga de sección transversal: 38 m/h % en peso de entrada % en peso de salida Acetona 12.5 0.54 Isopropanol 87.5 99.45 Productos secundarios < 100 ppm Los productos secundarios son: metilisobutilcetona, 4-metil-2-pentanol, hexilenglicol y otras sustancias indeterminadas de alto punto de ebullición.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para la hidrogenación de acetona para obtener isopropanol, caracterizado porque se lleva a cabo una hidrogenación de fases líquidas de la acetona con cuando menos dos pasos de procedimiento.

2. Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la hidrogenación de las fases líquidas se lleva a cabo a una temperatura de 60 a 140°C y a una presión de 20 a 50 bar.

3. Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la concentración total de los productos secundarios formados con la hidrogenación no excede las 300 ppm.

4. Un procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se hidrogena acetona con un contenido de agua de menos de 1.0% en peso.

5. Un procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones l a 4, caracterizado porque para la hidrogenación de las fases líquidas se utiliza un catalizador que contiene níquel sobre un portador neutral.

6. Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque se utiliza un catalizador que contiene níquel sobre un portador de a-Al03.