SOLUBLE

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un proceso para obtener un sulfonato de alquilbenceno lineal altamente soluble (LAS). Específicamente, comprende Ia adición, previa o posterior a Ia sulfonación del alquilbenceno lineal y/o neutralización del ácido alquilbenceno sulfónico, de una composición hidrotrópica. También se refiere a una composición hidrotrópica, a un sulfonato de alquilbenceno lineal altamente soluble, al uso de Ia composición hidrotrópica para hacer que dicho sulfonato de alquilbenceno lineal sea altamente soluble y a una composición limpiadora que comprende dicho sulfonato de alquilbenceno lineal. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los sulfonatos de alquilbenceno lineal son los agentes surfactantes aniónicos más comúnmente usados en composiciones limpiadoras debido a su excelente comportamiento general. Por esta razón, se consumen más de 3 millones de toneladas de LAS por año en el mundo. Los LAS ofrecen una sobresaliente relación costo/beneficio, Buena estabilidad durante largos periodos de tiempo y compatibilidad con amplio rango de componentes detergentes. Además, muestra un alto grado de sinergismo en combinación con algunos ingredientes frecuentemente utilizados en formulaciones limpiadoras.

Los LAS se producen por sulfonación del Alquilbenceno Lineal (LAB) y subsiguiente neutralización del correspondiente ácido sulfónico (HLAS). El alquilbenceno es sintetizado por alquilación de benceno con olefinas lineales. Los procesos tradicionales para Ia alquilación de compuestos aromáticos usan catalizadores tipo Friedel-Crafts, por ejemplo, ácido fluorhídrico, tricloruro de aluminio y similares. Estos procesos son bien conocidos y usados comercialmente, obteniéndose una alta conversión (>99% en peso) en LAB con sensibilidad relativamente baja al derivado 2-fenilo, menor del 30% en peso (P. R. Pujado,

Handbook of Petroleum Refining Process, Robert A. Meyers (Editor), 1986, p.1-23.)

Algunos desarrollos recientes que utilizan diversos tipos de de zeolitas, mordenitas y otros tipos de productos como catalizadores de Ia alquilación, describen Ia producción de LAB con un contenido de derivado 2-fenilo en el rango de 30% a 80% en peso (J. L. Berna Tejero, A. Moreno Danvilla USP n° 5,157,158, 1992; y J. L. G. De Almeida, M. Dufaux, Y. Ben Taarit y C. Naccache, Journal of the American OiI Chemist's Society, Vo. 71 , N°7, 675-694, 1994.).

Se reportan mezclas de LAB con contenido de isómeros externos (2+3 fenilo) mayor del 50% en peso que después de Ia sulfonación y neutralización proporcionan LAS con propiedades de actividad de superficie mejorada. Sin embargo, estos LAS exhiben una importante desventaja causada por su baja

solubilidad en condiciones de agua fría, y una alta viscosidad. En efecto, las mezclas de LAS que comprenden más de 50% en peso de isómeros externos (2+3 fenilo) tienden a formar geles altamente insoluoles con alta viscosidad que los hace de difícil manejo y procesamiento. Algunas solicitudes de patente anteriores han intentado mejorar Ia solubilización de los LAS usando diferentes aditivos. La solicitud de patente WO 0040551 describe el uso de un hidrótropo comercial seleccionado del grupo de un alquilbenceno, una olefina, un éster metílico o etílico de un ácido carboxílico, un alquil alcohol, precursores hidrotrópicos no sulfonatables y mezclas de los mismos, bien antes o después de Ia sulfonación. La patente US 6,133,217 describe métodos y composiciones para Ia solubilización de sulfonatos de alquilbenceno lineal en formulaciones detergentes mediante Ia adición de uno o más copolímeros de bloqueo de óxido de etileno/óxido de propileno.

No obstante, para LAS con concentraciones muy altas de derivados de 2- fenilo, ninguno de los hidrótropos conocidos parece ser suficientemente apropiado para solubilizarlo suficientemente y reducir su viscosidad. Además, Ia adición de precursores de hidrótropos o hidrótropos incrementa el costo final de las formulaciones con composiciones limpiadoras. De acuerdo con Io anterior, sería deseable encontrar un hidrótropo con mayor comportamiento para solubilizar y reducir Ia viscosidad de LAS con alto contenido de isómeros externos así como para mejorar Ia solubilidad y viscosidad de aquellos LAS con bajo contenido de isómeros externos. Sería preferible que tal hidrótropo perteneciera a Ia familia de los alquilbencenos y más preferible que pudiera ser obtenido en las instalaciones donde se producen los alquilbencenos lineales sin una significativa inversión de dinero.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Se ha encontrado ahora un proceso, según se describirá en detalle a continuación, que puede producir un sulfonato de alquilbenceno lineal altamente soluble con contenido controlado de derivado 2-fenilo. En vista de Io anterior, el primer aspecto esencial de Ia presente invención se refiere a un proceso para obtener un sulfonato de alquilbenceno lineal altamente soluble, en donde al menos

18% en peso de los isómeros corresponde al derivado 2-fenilo, que comprende las etapas de: i) obtener una mezcla de olefina/parafina a través de deshidrogenación catalítica de parafinas; ii) purificar las definas de Ia mezcla formada en Ia etapa i); iii) separar los compuestos no lineales de Ia mezcla obtenida en Ia etapa ii) por medio de un adsorbente selectivo;

iv) tratamiento de los compuestos no lineales extraídos en Ia etapa iii) para formar el precursor hidrotrópico; v) alquilación del benceno con Ia mezcla purificada olefina/parafina obtenida en Ia etapa iii); vi)purificar los alquilbencenos lineales crudos obtenidos en Ia etapa iv) vü) sulfonatar los alquilbencenos lineales obtenidos en Ia etapa vi); viii) neutralizar los ácidos alquilbenceno sulfónicos lineales obtenidos en Ia etapa vi);

Caracterizado porque dicho tratamiento de Ia etapa iv) comprende al menos uno de los procesos seleccionados del grupo consistente de fraccionamiento, hidrogenación y/o adsorción selectiva, añadiéndose dicho precursor hidrotrópico obtenido en Ia etapa iv) a Ia corriente de alquilbenceno lineal, y el precursor hidrotrópico, bien antes de las etapas de sulfonación y neutralización, siendo así sulfonados juntos, o bien siendo sulfonado y neutralizado el precursor hidrotrópico y subsiguientemente añadido al sulfonato de alquilbenceno lineal purificado obtenido tras Ia etapa viii).

En una modalidad preferida de acuerdo con Ia presente invención, dichas parafinas lineales de Ia etapa i) comprenden aléanos de cadena recta con 9 a 20 átomos de carbono, preferiblemente de 10 a 16 átomos de carbono y más preferiblemente de 10 a 14 átomos de carbono. Estas parafinas pueden ser deshidrogenadas y purificadas mediante cualquier proceso descrito en el estado de Ia técnica.

Los compuestos no lineales formados en Ia etapa de deshidrogenación son conocidos para los expertos en Ia técnica como subproductos indeseables presentes en el proceso de producción de LAB/LAS. Sin embargo, de acuerdo con Ia presente invención se ha encontrado ahora que pueden ser utilizados como excelentes precursores hidrotrópicos. Dichos compuestos no lineales se extraen utilizando adsorbentes selectivos, que operan como tamices moleculares, y subsecuentemente tratados para obtener Ia corriente de precursor hidrotrópico. Como se mencionó antes, este tratamiento incluye etapas como fraccionamiento, hidrogenación y/o adsorción selectiva.

En una modalidad preferida de acuerdo con Ia presente invención, Ia corriente de precursor hidrotrópico comprende: - de 2 a 20% en peso de compuestos aromáticos que tienen uno o más grupos alquilo que tienen en total 4 átomos de carbono;

- de 5 a 40% en peso de compuestos alquil aromáticos que tienen uno o más grupos alquilo que tienen en total 5 átomos de carbono;

- de 15 a 30% en peso de compuestos alquil aromáticos que tiene uno o más grupos alquilo que tiene en total 6 átomos de carbono;

- de 0,5 a 50% en peso de compuestos alquil aromáticos que tienen uno o más grupos alquilo que tienen en total 7 átomos de carbono;

- de 0,01 a 10% en peso de compuestos alquil aromáticos que tienen uno o más grupos alquilo que tienen en total 8 átomos de carbono; - de 0,5 a 10% en peso de compuestos alquil aromáticos que tienen uno o más grupos alquilo que tienen en total 9 átomos de carbono; y

- de 0,5 a 10% en peso de compuestos alquil aromáticos que tienen uno o más grupos alquilo que tienen en total 10 átomos de carbono.

El contenido de derivado 2-fenilo antes mencionado, se define como el porcentaje en peso del derivado 2-fenilo en una mezcla de LAB o LAS y se calcula con Ia siguiente fórmula:

Derivado 2-fenilo [%] = (peso de derivado 2-fenilo) * 100 / (peso total de LAB o LAS)

De preferencia, en Ia presente invención se utilizan simultáneamente dos reactores de alquilación diferentes: El primero utiliza un catalizador de alquilación que produce un alquilbenceno lineal crudo con un contenido de derivado 2-fenilo del 20% en peso máximo, preferiblemente entre 15 y 20%. Los catalizadores que puede usarse es ya conocido en el estado de Ia técnica y comprende, por ejemplo, ácido fluorhídrico, tricloruro de aluminio, zeolita Y y similares. El diseño del reactor puede ser de un tanque reactor con agitación continua, un reactor de lecho fijo o un reactor de lecho fluidizado. Se prefiere el reactor de lecho fijo.

El Segundo reactor de alquilación usa un catalizador de alquilación que produce un alquilbenceno lineal crudo con un contenido de derivado 2-fenilo de al menos 20% en peso. Los catalizadores que pueden ser usados comprenden, entre otros, zeolitas, mordenitas y similares. El diseño del reactor podría ser el de un reactor de pasta, reactor de lecho fijo o reactor de lecho fluidizado. Para este tipo de proceso, se prefieren principalmente un catalizador sólido y reactores de lecho fijo. Se prefiere que el alquilbenceno lineal con contenido controlado de derivado

2-fenilo y el precursor hidrotrópico sean sulfonatados y subsecuentemente se neutralicen juntos. La composición de Ia mezcla, en base de peso, (alquilbenceno lineal con contenido controlado del derivado 2-fenilo y el precursor hidrotrópico) será 80:20, preferiblemente 85:15 y más preferiblemente entre 90:10 y 95:05 respectivamente.

Un Segundo aspecto de acuerdo con Ia presente invención se refiere a un precursor hidrotrópico caracterizado porque comprende:

- de 2 a 20% en peso de compuestos alquil aromáticos que tienen uno o más grupos alquilo que tienen en total 4 átomos de carbono;

- de 5 a 40% en peso de compuestos alquil aromáticos que tienen uno o más grupos alquilo que tienen en total 5 átomos de carbono;

- de 15 a 30% en peso de compuestos alquil aromáticos que tiene uno o más grupos alquilo que tiene en total 6 átomos de carbono; - de 0,5 a 50% en peso de compuestos alquil aromáticos que tienen uno o más grupos alquilo que tienen en total 7 átomos de carbono;

- de 0,01 a 10% en peso de compuestos alquil aromáticos que tienen uno o más grupos alquilo que tienen en total 8 átomos de carbono;

- de 0,5 a 10% en peso de compuestos alquil aromáticos que tienen uno o más grupos alquilo que tienen en total 9 átomos de carbono; y

- de 0,5 a 10% en peso de compuestos alquil aromáticos que tienen uno o más grupos alquilo que tienen en total 10 átomos de carbono.

Preferiblemente, dicho precursor hidrotrópico se obtiene mediante un procedimiento de deshidrogenación catalítica de parafinas.

Otro aspecto de acuerdo con Ia presente invención se refiere a una composición de un alquilbenceno lineal que comprende:

a) de 80 a 95% en peso de un alquilbenceno lineal, donde al menos el 18% en peso de sus isómeros es el derivado 2-fenilo y donde Ia cadena alquilo tiene entre 9 y 20 átomos de carbono, preferiblemente de 10 a 16 átomos de carbono y más preferiblemente de 10 a 14 átomos de carbono.

- b) de 5 a 20% en peso de dicho precursor hidrotrópico.

Adicionalmente, otro aspecto de acuerdo con Ia presente invención se refiere a un sulfonato de alquilbenceno altamente soluble, que comprende:

a) de 80 a 95% en peso de un sulfonato de alquilbenceno lineal, donde al menos el 18% en peso de sus isómeros es el derivado 2-fenilo y donde Ia cadena alquilo tiene entre 9 y 20 átomos de carbono, preferiblemente de 10 a 16 átomos de carbono y más preferiblemente de 10 a 14 átomos de carbono.;

b) de 5 a 20% en peso de una composición hidrotrópica que comprende: de 2 a 20% en peso de compuestos alquilaromáticos sulfonatados que tiene en total 4 átomos de carbono; de 5 a 40% en peso de compuestos alquilaromáticos sulfonatados que tiene en total 5 átomos de carbono;

de 15 a 30% en peso de compuestos alquilaromáticos sulfonatados que tiene en total 6 átomos de carbono; de 0,5 a 50% en peso de compuestos alquilaromáticos sulfonatados que tiene en total 7 átomos de carbono; - de 0,01 a 10% en peso de compuestos alquilaromáticos sulfonatados que tiene en total 8 átomos de carbono; de 0,5 a 10% en peso de compuestos alquilaromáticos sulfonatados que tiene en total 9 átomos de carbono; y de 0,5 a 10% en peso de compuestos alquilaromáticos sulfonatados que tiene en total 10 átomos de carbono.

Un aspecto adicional de acuerdo con Ia presente invención se refiere a composiciones limpiadoras apropiadas para preparaciones para lavado de vajillas, limpiadores para superficies duras, productos líquidos para lavado, productos en polvo para lavado, preparaciones limpiadoras en forma de pasta, geles y barras para lavado, que comprenden a) un sulfonato de alquilbenceno lineal soluble surfactante de acuerdo con Ia reivindicación 10 en concentraciones entre 1% en peso y 99% en peso, b) entre 99% en peso y 1% en peso de otros ingredientes detergentes comúnmente utilizados seleccionados del grupo formado por derivados de alcoholes grasos, co-surfactantes, estructuradores, solventes, aditivos y mezclas de los mismos.

Otro aspecto de acuerdo con Ia presente invención se refiere al uso de dicho precursor hidrotrópico, después de su sulfonación y neutralización, para mejorar Ia solubilización de los sulfonatos de alquilbenceno lineales. La solubilidad del LAS en agua a alta concentración puede ser estimada mediante el "punto de nube enfriado". El punto de nube enfriado (CCP) es Ia temperatura correspondiente a Ia turbidez permanente cuando se hace disminuir Ia temperatura. Este parámetro es aplicable a surfactantes aniónicos y formulaciones y es una variable importante para tener en cuenta en el desarrollo de formulaciones detergentes. Debe ser tan bajo como sea posible para evitar Ia turbidez de un producto terminado debido a cambios de temperatura.

La Figura 1 representa un esquema no limitante para Ia práctica de esta invención.

La corriente 15 es Ia alimentación de parafina a Ia unidad de deshidrogenación y comprende Ia mezcla de Ia corriente de parafinas frescas 10 y de las parafinas no convertidas recicladas vía Ia corriente 180 desde Ia unidad de purificación del alquilbenceno crudo 350. La unidad de deshidrogenación 300 convierte parcialmente Ia alimentación de parafinas en una mezcla de mono- olefinas principalmente. La unidad de purificación de olefinas 310 es alimentada con el efluente de Ia unidad de deshidrogenación vía Ia corriente 20 incrementando el rendimiento de

mono-olefinas después de convertir algunos de los subproductos generados en Ia unidad de deshidrogenación. La comente 30 se procesa en Ia unidad 320, Ia cual contiene un adsorbente selectivo para remover los compuestos no lineales producidos en el proceso. Se bombea benceno fresco en el proceso vía Ia corriente 50, y se mezcla con benceno sin reaccionar reciclado (corriente 170) proveniente de Ia unidad de purificación de alquilbenceno crudo 350. La mezcla de estas dos corrientes de alimentación de benceno (corriente 55) se mezcla con el efluente (corriente 40) de Ia unidad de adsorción selectiva 320 para formar Ia corriente 60 que alimenta las unidades de alquilación.

La corriente 60 es dividida en dos corrientes idéntica, 60a y 60b, que alimentan dos reactores de alquilación diferentes 330 y 340 respectivamente; el reactor de alquilación 330 usa un catalizador que produce un alquilbenceno lineal crudo (corriente 70) con un contenido máximo del derivado 2-fenilo del 20%, mientras que el reactor de 340 usa un catalizador que produce un alquilbenceno lineal crudo (corriente 80) con un contenido del derivado 2-fenilo de al menos el 20%. Las corrientes 70 y 80 se mezclan en diferentes proporciones para obtener un alquilbenceno lineal crudo (corriente 90) con un contenido controlado del derivado 2-fenilo. La corriente 90 es alimentada a Ia unidad de purificación de alquilbenceno crudo 350 donde el benceno sin reaccionar, las parafinas y los subproductos más pesados que el alquilbenceno lineal son destilados para obtener un alquilbenceno lineal (corriente 100) de alta pureza.

Los compuestos no lineales extraídos en Ia unidad 320 a Ia unidad de tratamiento específica 370 a través de Ia comente 140. Esta unidad comprende etapas tales como fraccionamiento, hidrogenación y/o tratamiento de adsorción selectiva para obtener el precursor hidrotrópico (corriente 150).

Dependiendo de las condiciones de operación del proceso de esta invención, Ia corriente 150 podría ser dirigida a Ia corriente 150a o 150b, de manera que Ia corriente de alquilbenceno lineal de alta pureza 100 y Ia corriente del precursor hidrotrópico 150a se mezclen formando Ia corriente 110 y sean sulfonatadas/neutralizadas juntas en Ia unidad 360 o sulfonatadas/neutralizadas separadamente: (Ia corriente 100 en Ia unidad 360 y Ia corriente 150b en Ia unidad 380). Luego se mezclan formando Ia corriente 130 que comprende un sulfonato de alquilbenceno lineal altamente soluble con un contenido controlado del derivado 2- fenilo.

La invención se describe adicionalmente, solo para propósitos ilustrativos, a través de los siguientes ejemplos, los cuales nunca deben ser considerados como limitantes del alcance de Ia presente invención.

EJEMPLOS

Se llevaron a cabo varios experimentos con el fin de medir el punto de nube enfriado y Ia viscosidad de las diferentes mezclas de LAS con contenido de diferentes composiciones hidrotrópicas, incluyendo Ia especificada en Ia presente invención. A Io largo de los siguientes experimentos se presentan resultados representativos.

Tabla 1.- LAB composición detallada

La composición del precursor hidrotrópico obtenido a partir del tratamiento especial se describe en Ia tabla siguiente:

Tabla 2. -Composición promedio del precursor hidrotrópico

Se llevaron a cabo varias sulfonaciones con Ia mezcla de LAB y precursor hidrotrópico de LAB usando SO3 diluido en aire seco como agente sulfonante. Las condiciones promedio de sulfonación utilizadas fueron:

Tabla 3.- Condiciones de sulfonación

Los ácidos sulfónicos de Ia mezcla LAB y precursor hidrotrópico de LAB fueron neutralizados con soda cáustica al 10% en peso para obtener Ia correspondiente composición final LAS y LAS/hidrotrópico (sal de sodio), con un contenido de material activo del alrededor del 50% en peso. Usando esta solución, se prepararon diferentes soluciones limpiadoras para evaluar el efecto del precursor hidrótropo así como de otros hidrótropos industriales sobre las propiedades fisicoquímicas tales como solubilidad y viscosidad.

EJEMPLO 1 :

Un LAB (tipo A) -fue sulfonatado/neutralizado como se describió anteriormente. También se sulfonató/neutralizó una mezcla (90:10) de LAB tipo A y el precursor hidrótropo. Los resultados de Ia prueba de solubilidad, expresados como punto de nube, se presentan en Ia Tabla 4. Tabla 4.- Punto de nube de LAS tipo A

(*) Turbio a temperatura ambiente

EJEMPLO 2:

Los resultados de Ia prueba de viscosidad sobre las mismas muestras del ejemplo 1 se muestran en Ia Tabla 5. Tabla 5.- Viscosidad del LAS tipo A a 25 ⁰ C

EJEMPLO 3:

Un LAB (tipo B) fue sulfonatado/neutralizado como se describió anteriormente. Una mezcla (90:10) de LAB fue sulfonatada/neutralizada como se describió anteriormente. También se sulfonató/neutralizó una mezcla (90:10) de LAB tipo B y precursor hidrótropo. Los resultados de Ia prueba de solubilidad, expresados como punto de nube, se presentan en Ia Tabla 6.

Tabla 6.- Punto de nube de LAS tipo B

(*)Turbio a temperature ambiente

EJEMPLO 4:

Los resultados de Ia prueba de viscosidad de las mismas muestras del ejemplo 3 se muestran en Ia Tabla 7. Tabla 7.- Viscosidad de LAS tipo B a 25 ⁰ C

(+) Comportamiento pseudoplástico

EJEMPLO 5:

Un LAB (tipo C) fue sulfonatado/neutralizado como se describió anteriormente. Una mezcla (90:10) de LAB tipo C también fue sulfonatada/neutralizada como se describió anteriormente. Los resultados de Ia prueba de solubilidad, expresados como punto de nube, se presentan en Ia Tabla 8. Tabla 8.- Punto de nube de LAS tipo C

EJEMPLO 6:

Los resultados de Ia prueba de viscosidad sobre las mismas mezclas del ejemplo 5 se muestran en Ia Tabla 9. Tabla 9.- Viscosidad de LAS tipo C

(+) Comportamiento pseudoplástico

EJEMPLO 7: Tabla 10.- Punto de nube de LAS tipo D

EJEMPLO 8: Tabla 11.- Viscosidad de LAS tipo D a 25 ⁰ C