MXPA99002060A - Alquilacion de compuestos organicos aromaticos mediante uso de catalizador de zeolita beta - Google Patents

Abstract

Se describe un proceso para la alquilación de compuestos orgánicos aromáticos, que consiste de poner en contacto el compuesto orgánico aromático y una olefina de 2 a 20átomos de carbono, en un reactor de columna de destilación que contiene una zeolita beta preparada como una estructura de destilación catalítica, en una zona de reacción de destilación, para hacer reaccionar concurrentemente la olefina y el compuesto aromático en el lecho fijo y fraccionar el producto orgánico alquilado resultante de los materialessin reaccionar. La estructura de destilación catalítica proporciona los sitios catalíticos y los sitios de destilación.

Description

ALQUILACION DE COMPUESTOS ORGÁNICOS AROMÁTICOS MEDIANTE USO DE CATALIZADOR DE ZEOLITA BETA Antecedentes de la invención Campo de la invención La presente invención es concerniente con un proceso para la alquilación de compuestos orgánicos aromáticos. Más en particular, la invención es concerniente con un proceso para la alquilación y destilación concurrente de componentes de reacción (reactivos y productos) en un lecho catalítico en donde el catalizador también sirve como la estructura de destilación. Más en particular, la invención es concerniente con un proceso en donde se usa beta zeolita como la porción catalítica de la estructura de destilación catalítica.

Técnica relacionada El etilbenceno y el eumeno se han producido tradicionalmente mediante la reacción de benceno y la olefina respectiva, esto es etileno y propileno en presencia de un catalizador ácido. En algunos procesos conocidos, el catalizador es altamente corrosivo y tiene una vida relativamente corta, por ejemplo, A1C13, H3P04 sobre arcilla, BF3 sobre alúmina y otros requieren regeneración periódica, por ejemplo, tamices moleculares. La exotermicidad de la reacción y la tendencia a producir benceno polisustituido requieren bajas conversiones de benceno por paso con un reciclado de gran volumen en los procesos convencionales. Recientemente se ha desarrollado un nuevo método para llevar a cabo reacciones catalíticas en donde los componentes del sistema de reacción son separables concurrentemente mediante destilación, al utilizar las estructuras catalíticas como las estructuras de destilación. Tales sistemas se describen en varias patentes norteamericanas 4,215,011; 4,232,177; 4,242,530; 4,250,052; 4,302,356; y 4,307,254 cedidas en común con la presente. Brevemente, una estructura descrita en las mismas es una banda de tela con una pluralidad de recintos o cavidades espaciadas a lo largo de la banda, la cual es luego enrollada en una hélice alrededor de un material de separación tal como malla tejida de acero inoxidable. Luego, estas unidades son dispuestas en el reactor de la columna de destilación. Además, la patente norteamericana cedida en común No. 4,443,559 describe una variedad de estructuras catalíticas para este uso y es incorporada en la presente. Más recientemente, el método ha sido aplicado a la alquilación aromática como es perteneciente en común a las patentes norteamericanas Nos. 4,849,569; 5,019,669; 5,043,506; 5,055,627; 5,086,193; 5,176,883; 5,215,725; 5,243,115; y 5,321,181. Todas estas patentes describen específicamente el uso de A, X Y, L, erionita, tamices moleculares omega y mordenita como el catalizador en la estructura de destilación catalítica. Adicionalmente, la patente norteamericana No. 4,950,834 describe un reactor de columna de destilación que tiene dos lechos separados del catalizador de tamiz molecular que comprende uno de un tamiz molecular tipo omega y el otro de un tamiz molecular tipo "Y". Innes, en la patente norteamericana No. 4,891,458, reporta el uso de una zeolita tipo beta en la alquilación de compuestos orgánicos aromáticos en un lecho fijo que tienen una fase parcial, de preferencia totalmente líquida, que exhibe menos coquización y una vida más larga que otras zeolitas. En una operación de lecho fijo convencional, en donde no hay destilación que avance concurrentemente en la zona de reacción, se puede esperar que algunos catalizadores funcionen mucho mejor, debido a que no experimentan una coquizacion tan rápida como otros catalizadores. Este tipo de mejora se observa en la patente norteamericana No, 4,891,458 indicada anteriormente. Por ejemplo, en el Ejemplo 6 de aquella patente el LZY-82 muestra una disminución en la producción de etilbenceno en comparación con la zeolita beta, por un periodo no especificado en la corriente. La comparación que se proporciona posteriormente en la presente muestra que en el modo CD, el LZY-82 funciona de una manera superior, esto es, una pureza de EB (etil benceno) de más del 99 por ciento a 1400 horas, un periodo de más de 100 veces mayor que el sugerido por la patente. Lo que es inesperado es el desempeño casi al nivel de la beta zeolita a tres veces el número de horas en la corriente en comparación con el LZY-82 y casi ninguna impureza para este periodo.

Breve descripción de la invención Brevemente, la presente invención consiste de un proceso para la alquilación de compuestos orgánicos aromáticos a poner en contacto el compuesto orgánico aromático y una r olefina de 2 a 20 átomos de carbono en un reactor de columna de destilación que contiene una estructura de destilación catalítica de zeolita beta en una zona de reacción de destilación mediante lo cual se hace reaccionar catalíticamente el compuesto orgánico aromático y la olefina para producir un producto orgánico aromático alquilado y concurrentemente en el lecho fijo el fraccionamiento del producto orgánico alquilado resultante a partir de los materiales sin reaccionar. La estructura de destilación catalítica proporciona los sitios catalíticos y los sitios de destilación. El producto orgánico aromático alquilado es extraído del reactor de la columna de destilación en un punto por debajo del lecho fijo y el compuesto orgánico aromático sin reaccionar se puede elevar como una salida de vapor.

Más específicamente, el empaque catalítico de tamiz molecular de la beta zeolita es de tal naturaleza como para permitir el flujo de vapor a través del lecho y todavía proporcionar un área superficial suficiente para el contacto catalítico, como se describe en las patentes norteamericanas indicadas anteriormente Nos. 4,443,559, 4,215,011, y 4,302,356 las cuales son incorporadas en la presente en su totalidad. El empaque catalítico es arreglado de preferencia en la porción superior del reactor de la columna de destilación, ocupa más de preferencia aproximadamente un tercio hasta una mitad de la columna y se extiende sustancialmente al extremo superior de la misma.

Breve descripción del dibujo El dibujo es una representación esquemática de una modalidad preferida de una especie de la presente invención para producir etilbenceno.

Descripción detallada de la invención La ubicación exacta de la alimentación de olefina, dependerá de las alimentaciones particulares y del producto deseado. En una modalidad, la alimentación de olefina a la reacción se realiza de preferencia por debajo del lecho catalítico para permitir mediante esto el mezclado de los reactivos antes del contacto con el lecho catalítico. En otra modalidad, la alimentación de olefina a la reacción se realiza de preferencia al lecho catalítico, para permitir mediante esto un contacto inmediato de este reactivo con el compuesto orgánico aromático que se encuentra en el catalizador, para hacer reaccionar mediante esto a los dos tanto como sea posible y reducir o eliminar la olefina que sale del reactor como salida de vapor o fondo, tal como entre el fondo del lecho fijo y la sección de un cuarto superior de la misma, de preferencia enmedio de la mitad del lecho. Por ejemplo, en el caso de la alquilación de benceno (punto de ebullición 80°C) con propileno, la alimentación de olefina se puede situar debajo del lecho, mientras que para la alquilación del benceno con deceno (punto de ebullición 170°C) el deceno es de preferencia alimentado a la mitad superior del lecho. La alimentación del compuesto orgánico aromático puede ser agregada en cualquier punto en el reactor, sin embargo, de preferencia es agregada al lecho fijo o al reflujo como una reposición. También, con el fin de obtener una alta selectividad hacia la monosustitución (que es un aspecto preferido de la presente invención) , hay un gran exceso del compuesto orgánico aromático con respecto a la olefina en el reactor, en el rango de 2 a 100 moles de compuestos orgánicos aromáticos por mol de olefina, esto es, la relación de alimentación molar neta del compuesto orgánico aromático a olefina puede ser cercana a 1:1, aunque el sistema se pone en operación para mantener un exceso molar sustancial del compuesto orgánico aromático a la olefina en la zona de reacción. El producto alquilado es el material con punto de ebullición más alto y es separado en la porción inferior de la columna, usualmente como fondos. El compuesto orgánico aromático puede ser el segundo o tercer componente de punto de ebullición más alto (en los que se incluyen los compuestos inertes) como se indica anteriormente, sin embargo, al proceder con un gran exceso del compuesto orgánico aromático se hace reaccionar la mayor porción de la olefina; para reducir mediante esto los problemas de separación y recuperación. El éxito de la destilación catalítica radica en un entendimiento de . los principios asociados con la destilación. En primer lugar, debido a que la reacción se presenta concurrentemente con la destilación, el producto de reacción inicial es separado de la zona de reacción tan pronto como es formado. La separación del producto de "alquilación minimiza la polisustitución, la descomposición del producto de alquilación y/u oligomerización de la olefina. En segundo lugar, debido a que el compuesto orgánico aromático se encuentra en ebullición, la temperatura de la reacción es controlada (o está determinada) por el punto de ebullición de aquel componente a la presión del sistema. El calor de la reacción simplemente crea más ebullición, pero ningún incremento en la temperatura. En tercer lugar, la reacción tiene una fuerza directriz incrementada debido a que los productos de reacción han sido separados y no pueden contribuir a una reacción inversa (Principio de Le Chatelier) . Como resultado, se puede obtener un gran control sobre la velocidad de reacción y la distribución de los productos mediante la regulación de la presión del sistema. También, el ajuste del gasto o caudal (tiempo de residencial = 1/velocidad espacial por hora de líquido) proporciona un control adicional de la distribución del producto y el grado de la conversión de olefina. La temperatura en el reactor es determinada por el punto de ebullición de la mezcla líquida presente a cualquier presión dada. La temperatura en las porciones inferiores de la columna reflejará la constitución del material en aquella parte de la columna, que será mayor que la salida de vapor; esto es, a presión constante un cambio en la temperatura del sistema indica un cambio en la composición en la columna. Para cambiar la temperatura, se hace cambiar la presión. El control de la temperatura en la zona de reacción es así determinado por la presión; al incrementar la presión, la temperatura en el sistema es incrementada y viceversa. También se puede apreciar que en la destilación catalítica, como en cualquier destilación, hay una fase líquida (reflujo interno) y una fase de vapor. Así, los reactivos se encuentran parcialmente en fase líquida, lo que permite una concentración más densa de moléculas para la reacción, mientras que el fraccionamiento concurrente separa el producto y los materiales sin reaccionar, para proporcionar los beneficios de un sistema de fase líquida (y un sistema de fase vapor) en tanto que se evita la desventaja de tener a todos los componentes del sistema de reacción continuamente en contacto con el catalizador, lo que limitaría la conversión al equilibrio de los componentes del sistema de reacción. Las olefinas pueden ser olefinas de 2 a 20 átomos de carbono, de preferencia olefinas de 2 a 12 átomos de carbono, en las que se incluyen las formas normales y ramificadas de las mismas. Por ejemplo, las olefinas apropiadas son etileno, propileno, butileno, isobutileno, 1-penteno, 1-hexeno, 2-hexeno, 2, 3-dimetil-l-penteno, 1-octeno, diisobutileno, 1-noneno y 1-deceno, dodeceno y los semejantes. Las definas pueden contener sustituyentes que no interfieren con la alquilación. En una modalidad preferida, la olefina es una olefina de 2 a 4 átomos de carbono. En algunas reacciones de acuerdo con la presente invención, la olefina será un material de un punto de ebullición más alto que el compuesto orgánico aromático, por ejemplo, olefinas de 8 a 20 átomos de carbono. En tales instancias cualquier olefina sin reaccionar aparecerá en el producto de alquilación del fondo, aunque se puede usar una extracción secundaria o lateral para reducir tal material en el producto a un nivel insignificante. Sin embargo, al poner en operación la reacción con una cantidad bastante menor de la cantidad estequiométrica de la olefina en la zona de reacción, como se describe, mantendrá normalmente la olefina. El nivel en el fondo disminuye o se elimina completamente. En aquellas instancias en donde la olefina es de un punto de ebullición menor que el compuesto orgánico aromático, por ejemplo, de 2 a 7 átomos de carbono, el compuesto aromático se encuentra presente en un gran exceso molar en la zona de reacción. En aquellas instancias, la cabeza o salida de vapor puede ser condensada para reciclar una gran porción del compuesto orgánico aromático y la olefina y los componentes inertes se pueden separar para su separación o uso adicional. Similarmente, los componentes inertes tales como el alcano de la(s) olefina (s) particular (es) , el (los) cual (es) es (son) frecuentemente encontrado (s) en las corrientes de olefina será(n) un contaminante posible, dependiendo de su punto de ebullición ya sea en los fondos o la cabeza o salida de vapor. Los compuestos orgánicos aromáticos son de preferencia aquellos que tienen un punto de ebullición de 250°C o menor bajo las condiciones de presión del reactor de la columna de destilación. Los compuestos orgánicos aromáticos incluyen hidrocarburos de uno o más anillos y 6 a 20 átomos de carbono que pueden contener sustituyentes que no interfieren con la alquilación, en los que se incluyen halógenos (Cl, Br, F e I), OH y alquilo, cicioalquilo, aralquilo y radicales alcarilo de 1 a 10 átomos de carbono. Los compuestos orgánicos aromáticos apropiados incluyen benceno, xileno, tolueno, fenol, cresol, etilbenceno, dietilbenceno, naftaleno, indeno, bromuro de fenilo, l-bromo-2-cloro-benceno, l-bromo-4-ciclohexilbenceno, 2-bromo-l, 4-dihidroxibenceno, 1 (bromometil) naftaleno, 1,2-dihidronaftaleno y los semejantes, un grupo preferido de compuestos para uso en el proceso presente es benceno, xileno, tolueno, fenol y cresol. La relación molar del compuesto orgánico aromático a olefina puede estar en el rango de 2 a 100:1, de preferencia 2 a 50:1 y de manera más deseable de aproximadamente 2 a 10:1. Mientras mayor es el exceso del compuesto orgánico aromático, más se mejora la selectividad al producto monosustituido. La alquilación es forzada a la consumación, puesto que el fraccionamiento simultáneo y concurrente y la separación del producto de alquilación del reactor de la columna de destilación no permite que los productos contribuyan a la reacción inversa (principio de Le Chatelier) . Sin embargo, los excesos molares muy grandes de compuestos orgánicos aromáticos requieren una relación de reflujo muy alta y una baja productividad unitaria. De aquí, la relación correcta del compuesto orgánico aromático a olefina debe ser determinada para cada combinación de reactivos también como el contenido de olefina aceptable ya sea en la cabeza o salida de vapor o el producto de alquilación (como se describe anteriormente) . En una modalidad particular que es de importancia comercial actual se hace reaccionar etileno o propileno con benceno de acuerdo con la presente invención para formar etilbenceno o eumeno respectivamente. En ambas de estas reacciones, la olefina es el componente más volátil y es deseable hacerla reaccionar en lugar de que sea transportada a la cabeza o salida de vapor. La presencia de etileno, propileno u otra olefina de punto de ebullición menor en la torre, con benceno, dará como resultado una disminución en la temperatura pequeña pero detectable en la torre, en donde tales olefinas de punto de ebullición más bajo están presentes como entidades y sin reaccionar. A medida que el etileno, propileno u otra olefina de bajo punto de ebullición se hace reaccionar con benceno, el efecto de disminución se reduce y además, la reacción que es exotérmica también disminuye el efecto. La magnitud de la disminución de la temperatura inmediatamente por encima de la alimentación de olefina es una medida de la concentración de etileno u otra olefina de bajo punto de ebullición en el sistema, esto es, mientras mayor es la concentración de la olefina de más bajo punto de ebullición, mayor es la disminución de la temperatura en donde el benceno y la defina están juntos inicialmente y todavía sin reaccionar. Para cualquier sistema particular, la concentración de la olefina para proporcionar una disminución de la temperatura dada puede ser determinada y graficada. Así, al mantener una temperatura específica en el punto de máxima disminución de temperatura mediante el ajuste de la alimentación de olefina, se puede mantener una relación dada de olefina a benceno de una manera simple y rápida. Más significativamente, el mantenimiento de la disminución de la temperatura a una temperatura dada puede asegurar que sustancialmente toda la olefina se hará reaccionar antes del final del lecho catalítico y la salida de la cabeza (o salida de vapor) , si se ha determinado que la concentración de la olefina correspondiente produce tal efecto. Este mismo sistema de control puede ser empleado con respecto a cualquier combinación de olefina de punto de ebullición más bajo y compuesto orgánico aromático de punto de ebullición más alto. La longitud del lecho catalítico, particularmente aquella porción en donde los reactivos están en contacto y en donde se presenta la mayor parte de la reacción, depende de los reactivos, la ubicación de la alimentación de olefina y los productos sin reaccionar aceptables. La olefina en las corrientes que salen de la torre. Se requerirá algún grado de pruebas de desarrollo para cada conjunto de reactivos y parámetros de pureza de la corriente, al seguir las descripciones de la presente.

La presente reacción de alquilación se puede llevar a cabo a una presión subatmosférica a sobreatmosférica, por ejemplo de 0.20 a 40 atmósferas. La temperatura variará dependiendo de los reactivos y el producto. Además, la temperatura a lo largo de la columna será como en cualquier columna de destilación, la temperatura más alta estará en el fondo y la temperatura a lo largo de la columna será el punto de ebullición de las composiciones en aquel punto en la columna bajo las condiciones de presión particulares. Además, el calor de reacción exotérmico no cambia la temperatura en la columna, sino que solamente provoca más ebullición. Sin embargo, las temperaturas dentro de la columna con las consideraciones anteriores en mente, estarán en general en el rango de 50°C a 500°C, de preferencia 70°C a 500°C y más de preferencia en el rango de aproximadamente 80°C a 300°C a presiones de 0.5 a 20 atmósferas. En una modalidad preferida, el reactor se pone en operación con un nivel de líquido en el reactor. El término " ivel de líquido" se usa en la presente para describir una densidad incrementada del material en la zona de destilación de reacción con respecto a aquella de una destilación pura como se distingue a una fase líquida continua. El sistema de fases, tal como está presente en la zona de destilación de reacción es físicamente una espuma. Este es el resultado del vapor que viaja hacia arriba a través del líquido retenido en la zona. Otra manera de visualizar esto es que en la destilación normal hay un vapor con líquido (reflujo interno) que gotea hacia abajo a través del vapor y contrae el catalizador mientras que en el presente sistema "inundado" el vapor viaja hacia arriba a través de una fase líquida para crear la neblina o espuma. De aquí, en esencia, todavía se obtienen los beneficios de la destilación, esto es, separación de los varios componentes mediante la destilación mientras que el volumen de líquido incrementado en contacto con el catalizador mejora la reacción de síntesis. La zeolita beta es un alumino-silicato cristalino sintético conocido descrito originalmente en la patente norteamericana No. 3,308,069, que se incorpora en la presente por referencia para los detalles de esta zeolita, sus propiedades y preparación. En particular, la zeolita beta es identificada por su patrón o configuración de difracción de rayos X característico que se resume en la tabla 4 de la patente norteamericana No. 3,308,069 a la que se hace referencia anteriormente. Esta configuración, en términos de valores d significativos (7Angstroms, radiación: K doblete alfa de cobre, espectrómetro de contador Geiger) es reproducida en la tabla I a continuación.

Tabla I Valores d de reflexión en la zeolita beta 11.4 ± 0.2 7.4 ± 0.2 6.7 ± 0.2 4.25 ± 0.1 3.97 ± 0.1 3.0 ± 0.1 2.3 ± 0.1 En la patente norteamericana 3,308,069, la zeolita beta se describe en sus formas tal como es sintetizada como sigue: [XNa (1.0 ± 0.1 - X)TEA]A102 . Y Si02 . W H20 en donde X es menor de 1, de preferencia menor de 0.75, TEA representa el ion tetraetilamonio, Y es mayor de 5 y menor de 100 y es de hasta aproximadamente 4, dependiendo de la condición de deshidratación y del catión de metal presente. La patente también enseña que el sodio puede ser reemplazado por otro ion metálico mediante técnicas de intercambio iónico. ' Las publicaciones subsecuentes tales como las solicitudes de patente europea Nos. 95,304; 159,846; 159,847 y 164,939 han ampliado la definición de la zeolita beta para incluir materiales preparados al utilizar agentes de templado diferentes al hidróxido de tetraetilamonio y materiales que tienen relaciones atómicas de Si/Al mayores de 100. También, las zeolitas descritas en las solicitudes de patente europea Nos 55,046 ("Nu 2") y 64,328 y la solicitud de patente británica No. 2,024,790 ("Boralite B") tienen estructuras y patrones de difracción de rayos X muy similares a aquellos de la zeolita beta y se incluyen en el alcance del término zeolita beta como se usa en la presente. Las formas de zeolita beta que son más útiles en la presente invención son aluminosilicatos cristalinos que tienen la fórmula empírica: (X/n)M . (1.0 ± 0.1 - X)Q . A102 . Y Si02 . W H20 en donde X es menor de 1, de preferencia menor de 0.75, Y es mayor de 5 y menor de 100, es de hasta aproximadamente 4, M es un ion metálico, n es la valencia de M y Q es un ion de hidrógeno, un ion de amonio o un catión orgánico o una mezcla de los mismos. Y es de preferencia mayor de 5 y menor de aproximadamente 50. Así, la relación atómica de silicio a aluminio en la fórmula anterior es mayor de 5:1 y menor de 100:1 y de preferencia mayor de 5:1 y menor de aproximadamente 50:1. También se contempla que otros elementos, tales como bario, boro y hierro, pueden ser sustituidos por aluminio en la fórmula anterior. Similarmente, elementos tales como germanio y fósforos pueden ser sustituidos variablemente por silicio.

Los cationes orgánicos apropiados son aquellos cationes que son derivados en solución acuosa de bromuro o hidróxido de tetraetilamonio, cloruro de dibencil-1, 4-diazabiciclo [2.2.2] octano, cloruro de dimetil dibencil amonio, dibromuro o dihidróxido de 1, 4- (1-azonio biciclo [2.2.2] octano) butano y los semejantes. Estos cationes orgánicos son conocidos en la técnica y se describen, por ejemplo, en las solicitudes de patente europea Nos. 159,846 y 15,9847 y la patente norteamericana No. 4,508,837. El catión orgánico preferido es el ion de tetraetilamonio. M es normalmente un ion de sodio de la síntesis original, pero también puede ser un ion metálico agregado mediante técnicas de intercambio iónico. Los iones de metal apropiados incluyen aquellos de los grupos IA, ILA, IIIA de la tabla periódica de los elementos o un metal de transición. Ejemplos de tales iones incluyen iones de litio, potasio, calcio, magnesio, bario, lantano, cerio, níquel, paladio y los semejantes. Para una alta actividad catalítica, la zeolita beta debe estar predominantemente en su forma de ion hidrógeno. En general, la zeolita es convertida a su forma de hidrógeno mediante intercambio de amonio seguida por calcinación. Si la zeolita es sintetizada con una relación suficientemente alta de catión de organonitrógeno a ion sodio, la calcinación sola puede ser suficiente. Es preferible que, después de la calcinación, una mayor parte de los sitios catiónicos estén ocupados por iones hidrógenos y/o iones de tierras raras. Es especialmente preferible que por lo menos el 80% de los sitios catiónicos estén ocupados por iones hidrógeno y/o iones de tierras raras. En forma de polvo puro la beta zeolita forma un lecho demasiado compacto y no funcionará adecuadamente en una destilación, puesto que hay una caída de presión muy grande a través del lecho y se impide el flujo libre del reflujo interno y el vapor ascendente. La zeolita beta en forma de estructuras de destilación convencionales, tales como anillos, sillas de montar y los semejantes, se puede usar en la presente invención. La zeolita beta en partículas puede ser empleada al encerrar las partículas en un recipiente poroso tal como tela, malla de alambre o malla polimérica. El material utilizado para elaborar el recipiente debe ser inerte a los reactivos y condiciones en el sistema de reacción. La tela puede ser cualquier material que cumpla con este requerimiento tal como algodón, fibra de vidrio, poliéster, nylon y los semejantes. El alambre de la malla puede ser de aluminio, acero, acero inoxidable y los semejantes. La malla polimérica puede ser de nylon, Teflon o los semejantes. La malla o hilos por centímetro (pulgada) del material usado para realizar el recipiente es de tal manera que el catalizador es retenido en el mismo y no pasará a través de los orificios en aire caliente. Se pueden usar partículas de aproximadamente 0.15 mm de tamaño o polvos y partículas de hasta aproximadamente 0.635 cm (1/4 de pulgada) de diámetro en los recipientes . El recipiente empleado para retener las partículas catalíticas puede tener cualquier configuración, tales como las cavidades descritas en las patentes cedidas en común anteriores o el recipiente puede ser un solo cilindro, esfera, rosquilla, cubo, tubo o los semejantes. Cada recipiente que contiene un material catalítico sólido comprende un componente catalítico. Cada componente catalítico es asociado íntimamente con un componente de separación que consiste de por lo menos 70% en volumen de espacio abierto hasta aproximadamente 95% en volumen de espacio abierto. Este componente puede ser rígido o resiliente o una combinación de los mismos. La combinación de componente catalítico y componente de separación forman la estructura de destilación catalítica. El volumen total de espacio abierto para la estructura de destilación catalítica debe ser de por lo menos 10% en volumen y de preferencia por lo menos 20% en volumen hasta aproximadamente 65% en volumen. Así, de manera deseable, el componente o material de separación debe comprender aproximadamente 30% en volumen de la estructura de destilación catalítica, de preferencia aproximadamente 30% en volumen a 70% en volumen. Los materiales resilientes son preferidos. Uno de tales materiales apropiados es alambre de acero inoxidable tejido por puntos de malla abierta, conocido en general como alambre separador de niebla o dese pañador o un aluminio expandido. Otros componentes resilientes pueden ser filamentos poliméricos tejidos por puntos de malla abierta, similares de nylon, Teflon y los semejantes. Otros 5 materiales tales como un material alveolar de estructura altamente abierta, por ejemplo, espuma de poliuretano reticulada (rígida o resiliente) pueden ser formados en el lugar o aplicarse alrededor del componente catalítico. En el caso de los componentes catalíticos más grandes tales como de pastillas de aproximadamente 0.635 cm (1/4 de pulgada) a 1.27 cm (1/2 pulgada), esferas, pildoras y los semejantes, cada uno de tales componentes más grandes puede ser asociado íntimamente de manera individual con, o rodeado por, el componente de separación como se describe anteriormente, no es esencial que el componente de separación cubra completamente el componente catalítico. Solamente es necesario que el componente de separación íntimamente asociado con el componente catalítico actúe para separar los varios componentes catalíticos entre sí, como se describe anteriormente. Así, el componente de separación proporciona en efecto una matriz de espacio sustancialmente abierto en la cual los componentes catalíticos están distribuidos de manera desordenada o aleatoria, pero sustancialmente de manera uniforme. Una estructura de destilación catalítica preferida, para uso en la presente, comprende la colocación de las partículas de zeolita beta extruidas en una pluralidad de bolsillos o recintos en una banda de tela, la cual es sostenida en el reactor de la columna de destilación mediante un alambre de acero inoxidable tejido de malla abierta, mediante trenzado de los dos conjuntamente en una forma helicoidal. Esto permite los flujos requeridos e impide las pérdidas de catalizador, la tela puede ser un material que es inerte en la reacción. Son útiles el algodón o el lino; pero la tela de fibra de vidrio o tela de "Teflon" son preferidas. En los siguientes ejemplos, el empaque catalítico consiste de bolsas o sacos en forma de una banda de tela de fibra de vidrio de aproximadamente 15.2 cm (seis pulgadas) de ancho con bolsillos estrechos de aproximadamente 1.9 cm (3/4 de pulgada) de ancho cosidos transversalmente a la banda. Los bolsillos están espaciados por aproximadamente 0.635 cm (1/4 de pulgada) . Estos bolsillos se llenan con las partículas catalíticas para formar recipientes aproximadamente cilindricos y los extremos abiertos son luego cerrados mediante costura para confinar las partículas. Luego, esta banda es trenzada en una forma helicoidal para equiparse al interior de la columna. Trenzada con la banda también se 2 encuentra una tira de un alambre de acero inoxidable tejido por puntos de malla abierta, que sirve para separar los bolsillos de tela llenos con tamiz molecular y para proporcionar un paso para el flujo de vapor. La malla de alambre proporciona el soporte para el catalizador (banda) y proporciona algún grado de paso de vapor a través de las partículas catalíticas, que de otra manera forman un lecho muy compacto que tiene una alta caída de presión. Así, El líquido que fluye hacia abajo se encuentra en contacto íntimo con los vapores ascendentes en la columna. En operaciones a escala comercial, se contempla que el empaque catalítico se integraría de capas alternantes de bandas de tela rellenas con tamiz molecular similares a las descritas anteriormente y un material de separación que podría ser de cualquier sustancia conveniente apropiada, tal como una malla de alambre corrugada o tela de alambre o una malla de alambre tejida por puntos. Las capas serían arregladas vertical u horizontalmente. Por simplicidad de fabricación y para una mejor distribución de los pasajes de flujo de vapor, se prefiere una orientación vertical. La altura de una sección de este empaque debe ser de cualquier dimensión conveniente, de unos pocos centímetros a varios metros. Por facilidad de montaje e instalación, el empaque se realizaría en secciones de la forma y tamaño deseados, cada sección sujetada conjuntamente con bandas circunferenciales de alambres de amarre dependiendo de su tamaño y forma. Un montaje completo en una columna consistiría de varias secciones, arregladas en capas, posiblemente con la orientación de las bandas rellenas de catalizador giradas a ángulos rectos en capas sucesivas, para mejorar la distribución de flujo de líquido y vapor. El dibujo ilustra una especie de la presente invención, esto es, la producción de etilbenceno mediante la alquilación de benceno con etileno y una modalidad preferida de aquella especie. Con referencia al dibujo, el reactor de la columna de destilación está dividido en tres secciones. El empaque catalítico (estructuras de destilación catalítica) 12 es posicionado en la sección media. Las estructuras de destilación catalítica contienen ya sea zeolita beta de PQ Corp., o una zeolita LZY-82 de UOP como comparación, depositada en los bolsillos o recintos de las bandas de fibra de vidrio y formadas en una hélice con malla de acero inoxidable como se describe anteriormente. El reactor 10 es una columna piloto de 7.6 cm (tres pulgadas) de diámetro de 21 m (70 pies) de alto con 9 m (30 pies) del empaque catalítico en la porción media. La porción inferior de la columna es de una configuración de columna de destilación convencional (equivalente a 25 platos) . El benceno es agregado convenientemente como reposición vía 14 al acumulador de reflujo, el benceno también puede ser agregado a través de una línea separada (no mostrada) . El etileno es alimentado a la columna vía el punto 8 a aproximadamente el punto medio del empaque 13 catalítico o debajo del lecho catalítico (no mostrado) para un mejor mezclado. El etileno también puede ser alimentado en varios puntos para reducir la concentración en cualquier sitio en la zona catalítica, para reducir así la oligomerización como una reacción secundaria. La reacción es exotérmica e iniciada por el contacto de los dos reactivos en el empaque catalítico. El etil benceno y el dietil benceno son los productos de reacción principales. Ambos de estos productos son de punto de ebullición más alto que el benceno y el etileno y son recuperados vía el punto 18 como un producto de los fondos. La alimentación de etileno es ajustada de tal manera que hay un exceso molar de benceno en el reactor, de tal manera que la cabeza o salida de vapor 20 consiste principalmente de benceno, el etileno se ha hecho reaccionar casi totalmente. Además del benceno y algo de etileno, otros componentes ligeros se desprenden de la cabeza o salida de vapor. La cabeza o salida de vapor se hace pasar al condensador 22 que se pone en operación para condensar sustancialmente todo el benceno que pasa vía 24 al acumulador 16 y de aquí, mediante reflujo vía 26 a la columna 10. El benceno utilizado en la reacción y que se pierde con los componentes ligeros (que salen del condensador 22 vía 28) se repone mediante alimentación de benceno nuevo 14.

Los fondos contienen una mezcla de etil benceno y dietil benceno que pasan vía 18 al separador 30, que consiste de una columna de destilación convencional que se pone en operación para fraccionar el etilbenceno y el dietilbenceno. El etilbenceno es recuperado como cabeza 32 y el dietilbenceno es recuperado como el producto de fondos. En esta modalidad preferida, el dietilbenceno es devuelto vía 34 a la porción inferior del empaque catalítico 12 en la columna 10, aunque podría ser recuperado como tal. Sin embargo, en esta modalidad preferida, es deseable maximizar la producción de etil benceno. Hay un equilibrio entre el benceno y el dietil benceno en el catalizador como: Benceno + Dietilbenceno <— > Etilbenceno En la porción inferior del empaque catalítico hay un gran volumen de benceno junto con los productos de reacción y el dietil benceno reciclado, de aquí, la reacción reversible favorece la producción de etil benceno, que es separado de manera continua de la zona catalítica. Los ítems convencionales como válvulas, re-hervidores, corrientes de desplazamiento, etc., no son mostrados, pero serían accesorios obvios para aquellos experimentados en la técnica de instalación de tal equipo.

Ejemplos Una comparación de las alimentaciones, condiciones y resultados, que utilizan las dos zeo.litas diferentes en columnas de etil benceno se presentan en la tabla II-IV a continuación: Tabla II Alimentaciones Ejemplo 1 - invención 2 - comparación Corrida 1005 1016 Tiempo de corrida, horas 700-4200 0-1,400 Alimentación de benceno, ~7.2 (16) ~ 7.2 (16) Kg/h (libras/hora) Pureza de benceno, % 99.8-99.95 99.97-99.99 Ligeros, ppm 500-1000 100-200 Tolueno, ppm 100-110 35-70 Alimentación de etileno Velocidad de alimenta- 2.7 (6) 2.7 (6) ción, Kg/h (libras/hora) Pureza de etileno, % 99.0-99.4 99.4-99.94 Etano, % 0.2-0.3 0.05-0.6 Propano, % 0.6 ninguno Propileno, % ninguno ninguno Tabla III Condiciones Ejemplo 1 - invención 2 - comparación Corrida 1005 1016 Tiempo de corrida, horas 700-4200 0-1,400 Diámetro de torre, cm 7.6 (3) 7.6 (3) (pulgadas) Altura de catalizador, cm 76 (30) 76 (30) (pulgadas) Peso de Catalizador, Kg 10.2 (22.5) 11 (24) (libras) Tipo de catalizador Beta LZY-82 Designación de catalizador PQ Corp. 1/16" UOP Tiempo de corrida, horas 700-4200 0-1,400 Reflujo medio, pb/hora 130 130 Presión de la columna, 12.3 (175) 11.2 (160) Kg/cm (manométricos) (psig) Temperatura del lecho de la 202 (395) 193 (380) columna, °C (°F) Selectividad: EB/polialquilado 9-11/1 4-5/1 Tabla IV Resultados Ejemplo 1 - invención 2 - co par Corrida 1005 1016 Tiempo de corrida, horas 700-4200 0-1,400 Pureza de producto EB, % 99.90-99.99 99.8-99.88 Ligeros, wppm 100-700 500 Tolueno, wppm 100 400-600 Xileno, wppm 0 40-120 Etiltolueno, wppm 0 20-50 Cumeno, wppm 30 300-500 n-propilbenceno no medido 20-100 Cuando las impurezas de la alimentación de benceno se toman en cuenta, el único producto secundario sustancial elaborado por la zeolita beta es el cumeno. /Ambos catalizadores exhiben una larga vida como resultado del modo de operación de destilación catalítica.

Claims (20)

1. Reivindicaciones 1. Un proceso para la alquilación de compuestos orgánicos aromáticos, caracterizado porque comprende: (a) concurrentemente (i) poner en contacto un exceso de un compuesto orgánico aromático y una olefina de 2 a 20 átomos de carbono en un reactor de columna de destilación que contiene un lecho fijo de una estructura de destilación catalítica de zeolita beta en una zona de reacción de destilación, para hacer reaccionar mediante esto catalíticamente el compuesto orgánico aromático y la olefina para formar un producto de alquilación; y (ii) fraccionar el producto de alquilación resultante y el compuesto aromático orgánico sin reaccionar y la olefina en el lecho fijo, (b) extraer el producto de alquilación del reactor de columna de destilación en un punto debajo del lecho fijo; (c) extraer una pequeña corriente del compuesto aromático sin reaccionar como una cabeza o salida de vapor; y (d) condensar la cabeza o salida de vapor de compuesto aromático y hacer regresar sustancialmente a toda la cabeza de compuesto aromático como reflujo.
2. 2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque de 2 a 100 moles del compuesto orgánico aromático por mol de olefina están presentes.
3. 3. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque de 2 a 50 moles del compuesto orgánico aromático por mol de olefina están presentes.
4. 4. El proceso de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque de 2 a 10 moles del compuesto orgánico aromático por mol de olefina están presentes.
5. 5. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el compuesto orgánico aromático tiene de 6 a 20 átomos de carbono.
6. 6. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el compuesto orgánico aromático tiene un punto de ebullición de 250°C o menor bajo las condiciones de presión en el reactor de columna de destilación.
7. 7. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la presión en el reactor de columna de destilación se encuentra en el rango de 0.25 a 40 atmósferas.
8. 8. El proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la temperatura está en el rango de 80°C a 500°C.
9. 9. El proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la presión está en el rango de 0.5 a 20 atmósferas.
10. 10. El proceso de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la temperatura está en el rango de 80°C a 300°C.
11. 11. El proceso de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la olefina es una olefina de 2 a 7 átomos de carbono.
12. 12. El proceso de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la olefina es una olefina de 8 a 20 átomos de carbono.
13. 13. El proceso de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el compuesto orgánico aromático es benceno, xileno, tolueno, fenol o cresol.
14. 14. El proceso de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porqµe el compuesto orgánico aromático es benceno.
15. 15. El proceso de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el compuesto orgánico aromático es fenol.
16. 16. El proceso de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la olefina es una olefina de 2 a 4 átomos de carbono.
17. 17. El proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la olefina es etileno.
18. 18. El proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la olefina es propileno.
19. 19. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la olefina es alimentada al reactor de columna de destilación en un punto dentro del lecho fijo.
20. 20. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la olefina tiene un punto de ebullición menor que el punto de ebullición del compuesto orgánico aromático, hay una disminución de temperatura en el reactor de columna de destilación, en un punto por encima del punto en el cual la olefina es alimentada a la misma, mediante la mezcla del compuesto orgánico aromático y olefina, mediante lo cual se mantiene una relación molar seleccionada del compuesto aromático orgánico a olefina, mediante el ajuste de los moles de olefina alimentados, para mantener la temperatura de la disminución de la temperatura en un punto predeterminado.