MXPA00001292A - Purificación deóxido de propileno - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere:Elóxido de propileno obtenido por un proceso de epoxidación, el cual usa metanol como un solvente, puede ser tratado de manera efectiva para remover acetaldehído al someter el producto de reacción de epoxidación crudo a destilación fraccionada. El solvente de metanol es utilizado durante tal destilación para disminuir la volatilidad relativa de la impureza de acetaldehído, haciendo posible con ello obtener una fracción de fondo que contiene substancialmente todo el acetaldehído. El oxido de propileno purificado, que tiene una concentración de acetaldehído reducida, es removido como una corriente superior. El agua también puede ser separada de manera efectiva delóxido de propileno usando este procedimiento.

Description

PU RI FICACIÓN DE OXIDO DE PROPILENO CAMPO DE LA I NVENCIÓN Esta invención proporciona un método para recuperar óxido de propileno en forma purificada de una mezcla de reacción de epoxidación comprendida adicionalmente por metanol y cantidades contaminantes de impureza de acetaldehído. Tales mezclas pueden formarse al epoxidar propileno con peróxido de hidrógeno usando un silicalito de titanio como un catalizador y metanol como un solvente de reacción. Substancialmente todo el acetaldeh ído puede ser removido por fraccionamiento de la mezcla de reacción de epoxidación en una columna de destilación, en donde una concentración de metanol es mantenida en la columna de destilación lo suficiente para suprimir la volatilidad del acetaldehído, con e"l fin de minimizar la cantidad de acetaldehído presente en la corriente superior.

ANTECEDENTES DE LA I NVENCIÓN En años recientes, se ha propuesto la producción de óxido de propileno a partir de propileno, usando peróxido de hidrógeno como un oxidante y una zeolita conteniendo titanio, como una zeolita como un catalizador. El metanol es un solvente de reacción particularmente preferido para tales fines, ya que tiende a promover alta actividad y selectividad de catalizador. Los procesos de epoxidación de este tipo son descritos, por ejemplo, en las patentes estadounidenses nos. 5, 591 ,875, 4, 833, 260, 5, 621 , 1 22, 5,646, 31 4 y 4, 824, 976, E P Pub. No. 0732327, y Clerici et al . , J . Catalysis 129, 159-167 (1991 ) . Aunque tales procesos son capaces de proporcionar uña selectividad excepcionalmente alta para óxido de propileno, inevitablemente se forman cantidades menores de ciertos sub-productos, tales como acetaldeh ído. Ya que un óxido de propileno satisfactorio para fines comerciales debería contener menos de 1 00 ppm, y preferiblemente menos de 20 ppm de acetaldehído, es necesario el desarrollo de métodos para separar substancialmente todo el sub-producto de acetaldehído de tales mezclas de reacción. Además, los procesos de epoxidación de este tipo forman agua como un co-producto, siendo derivada el agua del oxidante de peróxido de hidrógeno. Dependiendo del método usado para generar el peróxido de hidrógeno a ser usado en la reacción de epoxidación , también puede estar presente agua en la alimentación al reactor. Aunque los procesos de epoxidación catalizados por zeolitas conteniendo titanio son remarcablemente tolerantes al agua, será necesario para la mayoría de los fines comerciales, obtener óxido de propileno en forma substancialmente anhidra. En consecuencia, se necesita un método eficiente para remover agua del óxido de propileno producido por tal proceso de epoxidación. Los métodos de destilación para preparar óxido de propileno se describen en US 371 5284 y EP 06751 1 9A.

BREVE DESCRI PCIÓN DE LA I NVENCIÓN Los métodos de la técnica anterior para separar acetaldehído de óxido de propileno, los cuales fueron desarrollados principalmente en conexión con procesos de epoxidación basados en hidroperóxido orgánico, en donde se usa ya sea etilbenceno o alcohol t-butílico como solvente de reacción, generalmente han cargado el óxido de propileno crudo, después de remover substancialmente todo el propileno sin reaccionar, a una columna de destilación y óxido de propileno removido y todos los materiales de ebullición menores, incluyendo acetaldehído, como un producto superior. Un fraccionamiento subsecuente del producto superior en una segunda columna de destilación es empleada entonces para separar acetaldehído como un producto superior de una fracción del fondo conteniendo el óxido de propileno. Hemos encontrado ahora que puede usarse la cantidad substancial de metanol presente como un solvente de reacción en un producto de epoxidación crudo de un proceso de peróxido de hidrógeno/silicalito de titanio para aventajar en el logro de la separación deseada de acetaldeh ído de óxido de propileno. La presencia de metanol a altas concentraciones reduce substancialmente la volatilidad de acetaldehído relativa a óxido de propileno. Así, en lugar de tomar acetaldehído superior como en esquemas de purificación convencionales, la presente invención opera al mantener una concentración de metanol en la fase líquida dentro de la columna de destilación suficientemente grande, con el fin de suprimir la volatilidad de acetaldehído y forzar a todo o substancialmente a todo el acetaldehído hacia una corriente del fondo. El óxido de propileno purificado conteniendo un nivel reducido de acetaldehído es tomado de la parte superior. La corriente superior también tendrá un contenido de agua substancialmente menor como se compara con aquél del producto de reacción de epoxidación crudo.

La presente invención proporciona un método para purificar óxido de propileno producido en un proceso de epoxidación , en donde se usa metanol como un solvente, que comprende los pasos de (a) alimentar un producto de reacción de epoxidación crudo comprendido por óxido de propileno, metanol y acetaldehído a un fraccionador; (b) someter el producto de reacción de epoxidación crudo a destilación fraccionada dentro del fraccionador; (c) retirar una corriente superior comprendida por óxido de propileno y metanol, y que tiene un nivel reducido de acetaldehído como se compara con el producto de reacción de epoxidación crudo del fraccionador; y (d) retirar una corriente del fondo comprendida por metanol y acetaldehído del fraccionador. Dicha destilación fraccionada se realiza bajo condiciones tales que la concentración de metanol dentro del fraccionador es mantenida a un nivel suficientemente alto, con el fin de prevenir substancialmente que esté presente acetaldehído en el punto en el cual la corriente superior es retirada del fraccionador. De manera más específica, la presente invención proporciona un método para purificar un producto de reacción de epoxidación crudo comprendido por 2 a 10 porciento en peso de óxido de propileno, 60 a 85 porciento de metanol, 1 0 a 25 porciento de agua y 0.01 a 0.1 porciento en peso de acetaldehído, que comprende los pasos de (a) alimentar el producto de reacción de epoxidación crudo a un fraccionador que tiene de 20 a 60 etapas de contacto vapor-líquido teóricas; (b) someter el producto de reacción de epoxidación crudo a destilación fraccionada dentro del fraccionador a una presión superior de 103.4 a 344.7 kPa, una temperatura de fondo de 80°C a 1 1 0°C, y una proporción de reflujo:destilado de 1 0: 1 a 30: 1 ; (c) retirar una corriente superior comprendida por óxido de propileno y al menos 2 porciento en peso de metanol del fraccionador; y (d) retirar una primera corriente de fondo comprendida por metanol, agua y al menos 99% del acetaldehído presente en el producto de reacción de epoxidación crudo del fraccionador.

DESCRIPCIÓN DEL DIBUJO El dibujo acompañante (Figura 1 ) ilustra en forma esquemática una modalidad particular de la invención .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Un producto de reacción de epoxidación crudo, de la cual se ha removido substancialmente propileno sin reaccionar por destilación anterior, tal como una destilación instantánea u otra operación de destilación convencional, es alimentado a través de la línea 2 a una zona intermedia del primer fraccionador 1 . Dependiendo de las condiciones de epoxidación empleadas , el producto de reacción de epoxidación crudo generalmente tiene una composición comprendida por los siguientes componentes, en porciento en peso: óxido de propileno 2-10 metanol 60-85 acetaldehído 0.01 -0.1 agua 10-25 sub-productos de anillo abierto de 0.1 -1 óxido de propileno (por ejemplo, propilen glicol) propileno y/o propano 0.01 -0.1 El primer fraccionador 1 puede comprender una columna o torre de destilación convencional teniendo una capacidad apropiada para manejar el volumen deseado de producto de reacción de epoxidación crudo dentro de un periodo dado y que tiene un número suficiente de placas teóricas para lograr la separación necesaria de metanol y acetaldehído del óxido de propileno. El uso de una columna de placas es particularmente ventajoso. Por razones económicas, el fraccionador normalmente debería comprender una torre o columna de destilación simple, aunque no se excluye el uso de torres o colum nas múltiples para lograr el mismo resultado. El fraccionador 1 es operado a condiciones tales que una primera corriente superior por óxido de propileno y una menor cantidad de metanol puede ser removida a través de línea 3 y substancialmente todo el acetaldeh ído (de preferencia, al menos 99% , más preferiblemente, al menos 99.9%) es removido en una primera corriente de fondo a través de la línea 4. Es esencial que tales condiciones puedan ser seleccionadas para proporcionar una concentración de metanol dentro del primer fraccionador 1 , el cual es efectivo para hacer al acetaldehído menos volátil que el óxido de propileno. Debe tomarse suficiente metanol en la parte superior del primer fraccionador, de manera que exista una zona por encima de la charola de alimentación donde ambas concentraciones de metanol y óxido de propileno sean suficientemente altas para acetaldehído para que sea más pesado (es decir, menos volátil) que ambos metanol y óxido de propileno. Esto evitará que el acetaldehído alcance la parte superior del primer fraccionador 1 y permite, bajo condiciones óptimas, que esencialmente todo el acetaldehído en la alimentación al primer fraccionador sea recuperado en la corriente del fondo. Normalmente, el proceso es operado con el fin de tener al menos 2 (más preferiblemente, al menos 4) porciento en peso de metanol en la corriente superior. Para minimizar el grado de procesamiento corriente abajo adicional, el cual es usado, el primer fraccionador 1 es operado preferiblemente a una presión superior de aproximadamente 103.4 a 344.7 kPa y a una temperatura de fondo de aproximadamente 80°C hasta aproximadamente 1 10°C. Es particularmente ventajoso operar el primer fraccionador 1 , de manera que la zona superior del mismo esté a una presión de aproximadamente 172.4 a 275.8 kPa y la zona inferior del mismo esté a una temperatura de aproximadamente 93°C a 1 04°C. El primer fraccionador 1 generalmente contiene desde 20 hasta 60 (más preferiblemente, 30 a 50) etapas conteniendo vapor-líquido teóricas. Una proporción adecuada de reflujo : destilado es importante para lograr óptimos resultados; esta proporción de reflujo debería variar, de preferencia, entre 10: 1 y 30. 1 (más preferiblemente, 15: 1 a 25: 1 ). Puede suministrarse el calor al fraccionador por medio de un rehervidor. La primera corriente del fondo normalmente contendrá cantidades substanciales de metanol y agua, además del acetaldehído, junto con otros sub-productos menores, tales como propilen glicol, los cuales tienen volatilidades bajo las condiciones de destilación menores que el óxido de propileno. Una ventaja adicional de proceso de esta invención es que es capaz de producir óxido de propileno, el cual está substancialmente libre de agua, como la corriente del fondo normalmente contendrá casi toda (por ejemplo, al menos 99%) del agua originalmente presente en el producto de reacción de epoxidación crudo. La corriente del fondo puede ser purificada por medios convencionales, tales como destilación fraccionada o extractiva, para recuperar el metanol para reusarse como el solvente en el proceso de epoxidación . Donde cantidades significativas de propileno permanecen en la primera corriente superior, la cual normalmente también contendrá aproximadamente 90 a 98 porciento en peso de óxido de propileno, 2 a 6 porciento en peso de metanol, 0 a 2 porciento en peso de propileno, y menos de 20 ppm (más preferiblemente, menos de 5 ppm) de acetaldehído, puede utilizarse un segundo fraccionador para remover dicho propileno residual . La primera corriente superior puede ser cargada de esta manera a una zona intermedia de un segundo fraccionador 5 a través de la línea 3. El fraccionador 5, el cual es operado de manera que el propileno sea retirado como una segunda corriente superior de una zona superior a través de la línea 6. El óxido de propileno, el cual está esencialmente libre de propileno, es retirado como una segunda fracción de fondo desde una zona inferior de un segundo fraccionador 5 a través de la línea 7. El segundo fraccionador 5 es operado ventajosamente a una presión de zona superior desde aproximadamente 965.3 a 2068.4 kPa y a una temperatura de zona inferior desde aproximadamente 115°C hasta aproximadamente 150°C. La operación particularmente preferida involucró una presión de aproximadamente 1103.2 a 1516.8 kPa en la zona superior del mismo y una temperatura de aproximadamente 120°C a 140°C en la zona inferior de la misma. Desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 15 (más preferiblemente, 5 a 10) etapas de contacto vapor-líquido teóricas están presentes, de preferencia, en el segundo fraccionador. La proporción de reflujo a destilado es adecuada desde 10:1 hasta 50:1, siendo 20:1 hasta 40:1 el rango preferido. Puede lograrse una purificación adicional del óxido de propileno presente en la segunda corriente de fondo, si se desea, al sometar dicha corriente a destilación extractiva. La destilación extractiva de fracciones de óxido de propileno impuras es bien conocida en la técnica, y se describe, por ejemplo, con extensos detalles en las siguientes patentes estadounidenses: 3,337,425, 3,338,800, 3,464,897, 3.578,568, 3,843,488, 4,140,588, 4,971,661, 5,000,825, 5,006,206, 5,116,465, 5,116,466, 5,116,467. 5,129,996, 5,133,839, 5,139,622, 5,145,561, 5,145,563, 5,154,803. 5,154,804, 5,160,587, 5,340,446, 5,453,160, 5,464,505 y 5,620,568.

Por ejemplo, la segunda corriente de fondo (o, de manera alternativa, la primera corriente superior, particularmente donde la primera corriente superior contiene poco o nada de propileno sin reaccionar) es alimentada a través de la línea 7 a una zona intermedia de la columna de destilación extractiva 8, en donde está en contacto a contracorriente con un solvente de extracción, tal como, un hidrocarburo (por ejemplo, octano), compuesto orgánico polar pesado (por ejemplo, propilen glicol) , o otra substancia conocida en la técnica por ser útil para tal fin. El óxido de propileno de alta pureza es removido de una zona superior de la columna 8 a través de la l ínea .9, mientras que el solvente de extracción que contiene impurezas relativamente menos volátiles, tales como, agua, metanol y similares, son removidas como una corriente de extracto de una zona inferior de la columna 8 a través de la línea 10. La corriente de extracto es alimentada a una zona intermedia del separador 1 1 , el cual es operado de manera que los componentes que tienen puntos de ebullición por encima del óxido de propileno sean removidos en la parte superior vía la línea 1 2. El solvente de extracción es removido vía la línea 1 3 como una corriente de fondo para reciclar a una zona superior de la columna de destilación extractiva 8 vía la línea 14. Puede adicionarse solvente extractivo de complemento a la línea 14 desde la línea 15.

EJ EMPLO En una primera columna de destilación conteniendo 40 etapas teórica s (incluyendo rehervidor), un producto de reacción de epoxidación crudo, a partir del cual es removido enormemente propíleno sin reacciona r, es introducido en la etapa 1 6 de la parte superior de la columna. Se usa un condensador total de manera que el producto destilado es retirado como un líquido. La alimentación de la columna es como sigue: Componente % en peso Oxido de propileno 7.2 Agua 16.9 Metanol 74.8 Acetaldehído 0.04 Propileno & propano 0.06 Productos de anillo abierto 0.95 Otros componentes pesados 0.05 La primera columna de destilación es operada a una proporción molar (reflujo a destilado) de 1 9.4. La presión en el condensador de columna se ajusta a 206.8 kPa y la columna es operada con una caída de presión de 1 .4 kPa por charola, resultando en una presión inferior de aproximadamene 262 kPa. La temperatura del fondo (rehervidor) es 98°C y la temperatura de la parte superior (condensador) es 51 °C. Bajo estas condiciones, se recupera 99.93% del acetaldeh ído en la alimentación a la columna en la corriente inferior y se recupera 99.7% del óxido de propileno en la parte superior. Las composiciones de estas dos corrientes de producto son como sigue: Componente % en peso de destilado % en peso del fondo Oxido de propileno 94.8 0.023 Agua 0.0006 1 8.2 Metanol 4.4 80.5 Acetaldeh ído 0.00035 0.044 Propileno & propano 0.8 0 Productos de anillo 0 1 .03 abierto Otros componentes 0.2 pesados

Claims (9)

REIVI NDICACIONES

1 . Un método para purificar un producto de reacción de epoxidación crudo comprendido por 2 a 1 0 porciento en peso de óxido de propileno, 60 a 85 porciento en de metanol, 1 0 a 25 porciento de agua y 0.01 a 0.1 porciento en peso de acetaldehído, que comprende los pasos de (a) alimentar el producto de reacción de epoxidación crudo a un fraccionador que tiene de 20 a 60 etapas de contacto vapor-líquido teóricas; (b) someter el producto de reacción de epoxidación crudo a destilación fraccionada dentro del fraccionador a una presión superior de

103.4 a 344.7 kPa) , una temperatura de fondo de 80°C a 1 1 0°C, y una proporción de reflujo:destilado de 10: 1 a 30: 1 ; (c) retirar una corriente superior comprendida por óxido de propileno y al menos 2 porciento en peso de metanol del fraccionador; y (d) retirar una primera corriente de fondo comprendida por metanol, agua y al menos 99% del acetaldehído presente en el producto de reacción de epoxidación crudo del fraccionador. 2. El método de la reivindicación 1 , en donde dicho proceso de epoxidación util iza una zeolita que contiene titanio como un catalizador.

3. El método de la reivindicación 1 , en donde dicho proceso de epoxidación utiliza peróxido de hidrógeno como un oxidante.

4. El método de la reivindicación 1 , en donde la concentración de metanol en el producto de reacción de epoxidación crudo es 60 a 80 porciento en peso

5. El método de la reivindicación 1 , en donde el producto de reacción de epoxidación crudo inicialmente contiene propileno y el producto de reacción de epoxidación crudo antes del paso (a) , es sometido a una destilación inicial en donde se remueve una porción substancial del propileno.

6. El método de la reivindicación 1 , en donde el producto de epoxidación crudo y la corriente de fondo están comprendidos adicionalmente por agua.

7. El método de la reivindicación 1 , en donde la corriente superior es alimentada a un segundo fraccionador, en donde la corriente superior es sometida a destilación, de manera que una segunda corriente superior comprendida por propileno y una segunda corriente de fondo comprendida por óxido de propileno y substancialmente libre de propileno son retiradas por separado del segundo fraccionador.

8. El método de la reivindicación 7, en donde la segunda corriente de fondo es alimentada a una columna de destilación extractiva, en donde la segunda corriente de fondo es sometida a destilación extractiva con un solvente de extracción, de manera que una tercera corriente superior consistiendo esencialmente de óxido de propileno y una tercera corriente de fondo comprendida por el solvente de extracción e impurezas presentes en la segunda corriente de fondo, sean retiradas por separado de la colum na de destilación extractiva.

9. El método de la reivindicación 8 , en donde el solvente de extracción es seleccionado del g rupo que consiste de propilen glicol y octano. 1 0. U n método para purificar óxido de propileno producido en un proceso de epoxidación , en donde se usa metanol como un solvente, se usa peróxido de hidrógeno como un oxidante, y se usa una zeol ita conteniendo titanio como u n catalizador, comprendiendo los pasos de (a) alimentar un producto de reacción de epoxidación crudo comprendido por 2 a 1 0 porciento en peso de óxido de propileno, 60 a 85 porciento en peso de metanol, 10 a 25 porciento en peso de agua y 0.01 a 0.1 porciento en peso de acetaldehído, a un primer fraccionador que tiene desde 20 hasta 60 etapas de contacto vapor-líquido teóricas; (b) someter el producto de reacción de epoxidación crudo a destilación fraccionada dentro del fraccionador a una presión superior de 103.4 a 344.7 kPa, una temperatura de fondo de 80°C a 1 10°C, y una proporción de reflujo:destilado de 1 0: 1 a 30: 1 ; (c) retirar una corriente de fondo comprendida por metanol, agua y al menos 99% del acetaldeh ído presente en el producto de reacción de epoxidación crudo del fraccionador. 1 1 . El método de la reivindicación 10, en donde la presión superior es 172.4 a 275.8 kPa, la temperatura de fondo es desde 93°C hasta 104°C, y la proporción de reflujo:destilado es desde 15: 1 a 25: 1 . 12. El método de la reivindicación 1 1 , en donde la corriente superior está comprendida por al menos 4 porciento en peso de metanol . 13. El método de la reivindicación 1 2, en donde la corriente de fondo contiene al menos 99% del agua presente originalmente en el producto de reacción de epoxidación crudo.