BR112014005251B1 - Processo para purificar uma corrente compreendendo 1,4-butanodiol - Google Patents

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Abstract

processo para purificar uma corrente compreendendo 1,4-butanodiol. um processo para a purificação de uma corrente que compreende 1,4- butanodiol, compreendendo as etapas de: (a) fornecimento de uma corrente de produto bruto que compreende 1,4-butanodiol e um ou mais de ?-butirolactona, 2-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano, 4-hidroxi-butil(4-hidroxibutirato), e 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano para uma primeira coluna de destilação; (b) a remoção de um dreno lateral que compreende 1,4-butanodiol, e componentes leves,que os referidos componentes de luz, incluindo, pelo menos,alguns dos produtos produzidos por reação da primeira coluna de destilação; (c) a passagem da corrente para uma zona de hidrogenação; (d) submeter a corrente a partir da etapa (c) para a hidrogenação na zona de hidrogenação na presença de um catalisador de hidrogenação, e recuperando a partir da zona de hidrogenação de uma corrente de produto de 1,4-butanodiol com um teor reduzido de 2-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano, e opcionalmente incluindo adicionalmente (4-hidroxibutil)-4-hidroxi-butirato formada por reação de ?butirolactona; (e) passagem da corrente de produto de 1,4- butanodiol a partir da etapa (d) a uma segunda coluna de destilação, operado de tal modo que (4-hyroxybutyl)-4-hidroxibutirato é removida como uma corrente de fundo e a remoção de uma corrente de 1,4-butanodiol como sobrecarga; e (f) passar a corrente de cabeça removida em (e) para uma terceira coluna de destilação e a recuperação de uma corrente purificada de 1,4-butanodiol.

Description

[0001] A presente invenção se refere a um processo para separar 1,4- butanodiol. Em particular, se refere a um processo para separar 1,4-butanodiol de uma corrente de produto a partir de um reator no qual um material de alimentação de hidrocarboneto compreendendo ácido maléico, anidrido maléico, maleato de mono- ou di-Ci a C4) alquila ou misturas dos mesmos é reagido com uma corrente rica em hidrogênio.
[0002] Embora várias rotas sintéticas para 1,4-butanodiol sejam conhecidas, um processo para a produção de 1,4-butanodiol utiliza anidrido maléico como um material de partida. Esse é esterificado com um alcanol, normalmente um alcanol Ci a C4, como metanol ou etanol, para fornecer o maleato de dialquila correspondente que é então submetido à hidrogenólise para fornecer 1,4-butanodiol e o alcanol. O alcanol pode ser reciclado para a reação de esterificação para produzir maleato de dialquila adicional. Os processos e planta para a produção de maleatos de dialquila a partir de anidrido maléico são descritos, por exemplo, em US4795824 e W090/08127 que são incorporados aqui a título de referência. A hidrogenólise de maleatos de dialquila para fornecer 1,4-butanodiol é discutida, por exemplo, em US4584419, US4751334 e W088/00937, cujas revelações são incorporadas aqui a título de referência.
[0003] A hidrogenólise do maleato de dialquila, como maleato de dimetila ou maleato de dietila, pode também levar à produção de quantidades dos coprodutos valiosos, y-butirolactona e tetraidrofurano. Uma vez que há um mercado pronto para esses subprodutos, sua coprodução com 1,4- butanodiol pode não ser desvantajosa. Entretanto, devem ser separados de 1,4- butanodiol. Esses coprodutos também podem estar presentes em correntes de produtos de outros processos utilizados para produzir 1,4-butanodiol.
[0004] A mistura de produto também conterá normalmente outros componentes. Por exemplo, conterá normalmente quantidades menores do succinato de dialquila correspondendo ao maleato de dialquila onde o diéster é utilizado como o material de partida, ácido succínico, onde ácido maléico é utilizado como o material de partida, etc. Além disso, o alcanol utilizado na esterificação estará presente juntamente com n-butanol, o alcoxi succinato de dialquila correspondente, água e outras impurezas como 2-(4-hidroxibutoxi)- tetraidrofurano.
[0005] Os vários componentes e produtos são normalmente separados e purificados por diversas etapas de destilação utilizando arranjos de destilação convencionais. Onde o processo se refere à produção de 1,4-butanodiol com tetraidrofurano e y-butirolactona a partir de uma alimentação compreendendo dialquil maleato, o tetraidrofurano é genericamente removido primeiramente como descrito, por exemplo, em US 5310954, que é incorporado aqui a título de referência.
[0006] Componentes mais leves tais como alcanóis e água são então removidos por destilação convencional. A mistura restante pode ser então adicionalmente destilada para recuperar o produto de 1,4-butanodiol e o y- butirolactona. Novamente, isso pode ser realizado por meio de destilação convencional que pode incluir arranjos de extração superior, inferior e lateral.
[0007] Outros arranjos, por exemplo, o uso de uma coluna de parede dividida, podem ser utilizados. Um exemplo do uso de uma coluna de parede dividida para essa separação pode ser encontrado em EP1280787 que é incorporado aqui a título de referência.
[0008] Como discutido acima, 2-(4-hidroxibutoxi)-tetraidrofurano é um subproduto da reação para formar 1,4-butanodiol. Esse é um contaminante maior de butanodiol e é difícil remover por destilação. Portanto, é genericamente removido por meio reativo como aqueles descritos, por exemplo, em US6137016 e EP17942109.
[0009] Os inventores verificaram que misturas de alguns ou todos de 1,4- butanodiol, tetraidrofurano, y-butirolactona, alcanois e água são reativas nas condições nas quais destilações convencionais são realizadas. Sem desejar ser limitado por qualquer teoria, acredita-se que essa reatividade aumenta os problemas associados à separação dos componentes da mistura pelo meio de destilação descrito na técnica anterior. Portanto, é difícil obter o 1,4- butanodiol desejado em pureza elevada. A esse respeito, “pureza elevada” é genericamente considerada como sendo purezas na região de aproximadamente 99% em peso e acima, preferivelmente acima de 99,5% em peso e podem ser da ordem de aproximadamente 99,8% e acima.
[0010] Especificamente, em arranjos da técnica anterior, reações podem ocorrer tanto nas etapas de hidrogenação como nas etapas de destilação. Essas reações podem produzir uma gama de componentes pesados e leves. Os exemplos de componentes pesados formados incluem transésteres, como hidroxi butil metil succinato, e éteres pesados, por exemplo, bis(4-hidroxi) dibutil éter.
[0011] Além disso, de importância específica é a formação de 4-hidroxi butil (4-hidroxi butirato) de butanol e y-butirolactona. A formação de 4- hidroxi butil (4-hidroxi butirato) é uma reação de equilíbrio na qual 4-hidroxi butil (4-hidroxi butirato) pode reverter para 1,4-butanodiol e y-butirolactona em certas condições.
[0012] Os requerentes verificaram que nos arranjos de destilação da técnica anterior esses componentes pesados fracionam no fundo de colunas de parede dividida ou convencionais. Nas regiões de temperatura elevada e tempo de residência elevado do dreno e refervedor da coluna, componentes como 4-hidroxi butil (4-hidroxi butirato) reagem para reformar em componentes mais leves incluindo y-butirolactona.
[0013] O problema com arranjos de destilação convencionais é que os componentes leves, como y-butirolactona, que são o resultado da reação, por exemplo, no dreno, não podem ser removidos do topo de sistemas tendo arranjos de drenagem lateral convencionais. Isso é porque os componentes leves que são produzidos pela reação dos componentes pesados no dreno de coluna se deslocam de volta para cima da coluna e contaminam a drenagem lateral de produto com componentes leves e desse modo limitam a pureza do produto que pode ser removido na drenagem lateral. Isso não seria normalmente um problema em misturas não reativas onde a remoção completa de componentes leves seria normalmente esperada na seção de extração da coluna entre a alimentação de coluna e a drenagem de produto.
[0014] Um problema similar também é encontrado onde um arranjo de parede dividida, como aquele descrito em EP1280787, é utilizado para a destilação. Aqui a reação de componentes pesados no dreno da coluna produz componentes leves que se deslocarão até o lado de produto da parede dividida e contaminarão a drenagem lateral de produto com componentes leves. Novamente esse problema não ocorreria em misturas não reativas.
[0015] Será, portanto entendido que nos arranjos de destilação da técnica anterior não foi possível obter 1,4-butanodiol de pureza mais elevada devido à presença desses componentes leves. Os requerentes identificariam que é a natureza reativa da mistura que leva aos problemas mencionados na técnica anterior.
[0016] Na hidrogenação de ésteres, como aqueles descritos, por exemplo, em US4584419, US4751334 e W088/00937, 3-(4-hidroxibutoxi)- tetraidrofurano é formado como uma impureza. Será entendido que isso é diferente de 2-(4-hidroxibutoxi)-tetraidrofurano discutido acima e descrito em US6137016 e EP1794109. Os requerentes verificaram que 3-(4- hidroxibutoxi)-tetraidrofurano não reage com os catalisadores descritos em US6137016 e EP1794109 e é resiliente para remoção por outros métodos de reação. O 3-(4-hidroxibutoxi)-tetraidrofurano pode ser somente removido por destilação. Entretanto, o 3-(4-hidroxibutoxi)-tetraidrofurano é um fervedor próximo a 1,4-butanodiol tornando a separação difícil. Os inventores verificaram que a separação é particularmente problemática na presença de y- butirolactona.
[0017] Além disso, os inventores verificaram que no processo catalítico descrito em US6137016 o 1,4-butanodiol forma 4-hidroxibutil (4- hidroxibutirato) em uma taxa acelerada quando na presença de y-butirolactona desse modo exacerbando o problema. Em um mecanismo similar àquele descrito acima, esse 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) fracionará até o fundo do equipamento de destilação e reagirá no dreno para formar y-butirolactona. Essa y-butirolactona tornará mais difícil remover e 3-(4-hidroxibutoxi) tetrahidrofurano na coluna de destilação de 1,4-butanodiol final e consequentemente limitará adicionalmente a pureza de 1,4-butanodiol disponível por processos de separação convencionais.
[0018] Os inventores identificaram a natureza reativa da mistura e as reações que ocorrem no dreno, e a contaminação resultante de drenagem lateral de produto e arranjos de parede dividida com y-butirolactona e os problemas associados à presença de 3-(4-hidroxibutoxi)-tetraidrofurano na mistura de reação e o efeito da presença de y-butirolactona sobre a separação.
[0019] Os inventores também verificaram que quando quantidades mais elevadas de coprodutos y-butirolactona e tetrahidrofurano são produzidas, então o nível de impurezas no 1,4-butanodiol aumenta tornando mais difícil produzir 1,4-butanodiol de pureza elevada. A presença de 4-hidroxibutil (4- hidroxibutirato) pode também aumentar nessas circunstâncias, aumentando o efeito da natureza reativa da mistura sobre a pureza de produto obtenível.
[0020] Tendo identificado esses problemas, há necessidade de fornecer um processo que permita que essas questões sejam tratadas em um produto de pureza elevada seja obtido. Em particular, é desejável fornecer um processo que permita que 1,4-butanodiol tendo uma pureza de pelo menos aproximadamente 99%, preferivelmente aproximadamente 99,5% em peso ou acima, mais preferivelmente em excesso de 99,8% e mesmo de 99,9% em peso seja obtido. Isso não tem sido possível até o presente. Os inventores identificaram agora que isso é devido à natureza reativa da mistura da qual 1,4-butanodiol deve ser destilado que, por sua vez é devido à presença de 3- (4-hidroxibutoxi)-tetraidrofurano e para o efeito da presença de y- butirolactona se presente na mistura de produto ou gerado na(s) reação(ões) ocorrendo no dreno da coluna de destilação. Portanto, é desejável tratar de um ou mais desses problemas que efetuam a pureza de 1,4-butanodiol obtenível. É particularmente desejável tratar todos esses problemas.
[0021] Os inventores verificaram que esses problemas podem ser tratados pela provisão de uma combinação nova de colunas de destilação e sistemas de reação.
[0022] É fornecido, portanto um processo para purificar uma corrente compreendendo 1,4-butanodiol que compreende as etapas de: (a) fornecer uma corrente de produto bruto que compreende 1,4- butanodiol e um ou mais de y-butirolactona, 2-(4-hidroxibutoxi)- tetraidrofurano, 4-hidroxibutil(4-hidroxibutirato) e 3-(4-hidroxibutoxi)- tetraidrofurano a uma primeira coluna de destilação; (b) remover uma drenagem lateral compreendendo 1,4-butanodiol e componentes leves, os componentes leves incluindo pelo menos alguns daqueles produzidos por reação na primeira coluna de destilação; (c) passar a corrente para uma zona de hidrogenação; (d) submeter a corrente da etapa c à hidrogenação na zona de hidrogenação na presença de um catalisador de hidrogenação, e recuperar da zona de hidrogenação um corrente de produto de 1,4-butanodiol tendo um teor reduzido de 2-(4-hidroxibutoxi)-tetraidrofurano, e opcionalmente adicionalmente incluindo (4-hidroxibutil)-4-hidroxi butirato formado por reação de y-butirolactona; (e) passar a corrente de produto de 1,4-butanodiol da etapa para uma segunda coluna de destilação operada de tal modo que (4-hidroxibutil)-4- hidroxi butirato seja removido como uma corrente inferior e removendo uma corrente de 1,4-butanodiol como topo; e (f) passar a corrente aérea removida em (e) para uma terceira coluna de destilação e recuperar uma corrente de 1,4-butanodiol purificado.
[0023] Pelo processo da presente invenção uma corrente de 1,4- butanodiol purificada é obtida. Em um processo preferido da presente invenção, purezas de pelo menos aproximadamente 99% em peso, preferivelmente pelo menos aproximadamente 99,5% em peso, mais preferivelmente pelo menos aproximadamente 99,8% em peso e mesmo 99,9% em peso, serão obtidas. Esses níveis de pureza não são genericamente obteníveis por arranjos de destilação convencionais ou aqueles envolvendo arranjos de coluna de parede dividida.
[0024] A remoção de y-butirolactona a partir da primeira coluna de destilação na drenagem lateral resulta na redução da formação de 4- hidroxibutil (4-hidroxibutirato) na zona de hidrogenação.
[0025] A destilação adicional para remover 4-hidroxi butil(4- hidroxibutirato) antes da coluna de destilação final oferece várias vantagens. Essas medidas reduzirão por sua vez a contaminação da coluna de destilação de 1,4-butanodiol final com y-butirolactona de y-butirolactona na alimentação para a coluna de destilação final ou por reação de 4-hidroxibutil(4- hidroxibutirato) no dreno da coluna de destilação final. Essas medidas também aperfeiçoarão a remoção de 3-(4-hidroxibutoxi)-tetraidrofurano a partir do produto 1,4-butanodiol.
[0026] A corrente de produto bruto alimentado para a primeira coluna de destilação pode ter qualquer composição apropriada e pode incluir outras impurezas. A quantidade de componentes diferentes na corrente pode variar. Em um arranjo a quantidade de teor de 2-(4-hidroxibutoxi)-tetraidrofurano pode ser até aproximadamente 1 % em peso ou mesmo mais elevada.
[0027] A drenagem lateral a partir da primeira coluna de destilação pode ser tirada em qualquer ponto apropriado. Em um arranjo, será tirada de um ponto acima do ponto no qual a alimentação é adicionada à coluna.
[0028] Em um arranjo preferido, a drenagem lateral da primeira coluna de destilação pode ser passada para uma coluna de destilação adicional antes de ser passada para a zona de hidrogenação. Nesse arranjo, o processo inclui adicionalmente a etapa de: (bl) passar a drenagem lateral para a zona de hidrogenação através de uma coluna de destilação adicional na qual pelo menos um pouco dos componentes leves são extraídos da corrente antes de passar para a zona de hidrogenação.
[0029] Será entendido que onde uma coluna de destilação adicional está presente, resíduos leves adicionais podem ser formados na mesma devido à ocorrência de reações no dreno da mesma. Pelo menos uma porção desses será genericamente removida pelo processo de extração.
[0030] A primeira coluna de destilação e colunas de destilação adicionais, onde presentes, podem ser combinadas em um único recipiente. Isso pode ser obtido por qualquer meio apropriado. Em um arranjo, um defletor de separação dividirá o recipiente em duas colunas por pelo menos uma porção da extensão do recipiente. O defletor, onde presente estenderá até o fundo do recipiente e será genericamente selado ao mesmo. Nesse arranjo, a drenagem lateral a partir da primeira coluna de destilação, será obtida através de qualquer meio apropriado incluindo transbordo sobre o defletor. Em um arranjo alternativo uma drenagem pode ser tirada da primeira coluna, isto é, o primeiro lado da coluna e realimentada no outro lado do defletor.
[0031] Similarmente, as segunda e terceira colunas de destilação podem ser combinadas em um único recipiente. Isso pode ser obtido por qualquer meio apropriado. Em um arranjo, um defletor de separação dividirá o recipiente em duas colunas pelo menos por uma porção da extensão do recipiente. O defletor, onde presente estenderá até o fundo do recipiente e será genericamente selado ao mesmo. Nesse arranjo, a drenagem lateral a partir da primeira coluna de destilação, será obtida através de qualquer meio apropriado incluindo transbordo sobre o defletor. Em um arranjo alternativo uma drenagem pode ser tirada da primeira coluna, isto é, o primeiro lado da coluna e realimentada no outro lado do defletor. Uma purgação será genericamente tirada do fundo da primeira coluna de destilação para remover resíduos pesados.
[0032] Uma reciclagem a partir da segunda e/ou terceira coluna de destilação pode ser alimentada para a primeira coluna de destilação. Quando correntes de reciclagem estão presentes podem ser alimentadas diretamente para a primeira coluna de destilação ou podem ser misturadas com a corrente de alimentação bruta antes da adição à primeira coluna de destilação. Em um arranjo, pelo menos um pouco da corrente de reciclagem pode ser alimentada diretamente para a primeira coluna de destilação com o restante sendo adicionada a corrente de alimentação.
[0033] A reciclagem a partir da terceira coluna de destilação pode ser tirada de qualquer ponto apropriado. Em um arranjo, uma corrente de reciclagem pode ser tirada do fundo da terceira coluna de destilação. Uma segunda corrente de reciclagem pode ser tirada do topo da terceira coluna de destilação. Essas correntes de reciclagem podem ser combinadas antes de serem retornadas à primeira coluna de destilação e podem ser fornecidas separadamente e opcionalmente a partes diferentes da coluna de destilação.
[0034] Pelo menos um pouco dos componentes leves presentes na drenagem lateral tirada da primeira coluna de destilação será separado na coluna de destilação adicional, onde presente, e pode ser retornada à primeira coluna de destilação. Podem ser retornados a qualquer ponto apropriado e serão genericamente retornados a um ponto na primeira coluna de destilação onde a drenagem lateral é tirada.
[0035] A etapa de realizar hidrogenação na etapa c pode ser realizada por qualquer meio apropriado. Em um arranjo, pode ser realizada de acordo com o processo descrito em US6137016 que é incorporado aqui a título de referência. Em um arranjo, a hidrogenação é realizada na presença de aproximadamente 0,5% em peso até aproximadamente 15% em peso, com base no peso de 1,4-butanodiol para a zona de hidrogenação, de água.
[0036] Qualquer catalisador de hidrogenação apropriado pode ser utilizado. O catalisador de hidrogenação é preferivelmente um catalisador de hidrogenação contendo metal do Grupo VIII. Catalisadores contendo metal do grupo VIII apropriados contêm tipicamente de aproximadamente 0,1% em peso até aproximadamente 2% em peso de um metal ou metais do grupo VIII. Os exemplos de metais do grupo VIII incluem níquel, paládio, platina, ródio, irídio, rênio e similar, bem como misturas de dois ou mais dos mesmos. O metal ou metais do grupo VIII é ou são depositados em um suporte inerte, como grafite, alumina, sílica-alumina, sílica, zircônia, tória, uma terra diatomácea e similar. Um catalisador particularmente preferido é um catalisador de níquel. Esse pode conter, por exemplo, de aproximadamente 10% em peso até aproximadamente 60% em peso ou mais de níquel. Outro é um catalisador de paládio em carbono, preferivelmente contendo de aproximadamente 0,1% em peso até aproximadamente 4% em peso de paládio.
[0037] Embora a reação de hidrogenação possa ser conduzida na fase de vapor, é convenientemente realizada como uma reação de fase líquida, utilizando uma pasta do catalisador ou, mais preferivelmente, um leito fixo de catalisador. Ao operar com um leito fixo de catalisador as partículas de catalisador têm preferivelmente um tamanho de partícula na faixa de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 5 mm. As partículas podem ser de qualquer formato conveniente, como esferas, pelotas, anéis ou selas.
[0038] Ao utilizar um leito fixo de catalisador o reator pode ser um reator de invólucro e tubo, que pode ser operado isotermicamente. Entretanto, é preferivelmente um reator adiabático. O uso de um reator adiabático é vantajoso uma vez que seu custo de capital é muito mais baixo do que aquele de um reator de invólucro e tubo e é genericamente muito mais fácil carregar com o catalisador escolhido.
[0039] A reação de hidrogenação pode ser realizada em quaisquer condições de reação apropriadas. Em um arranjo, a hidrogenação pode ser conduzida em uma temperatura elevada, por exemplo, de aproximadamente 30°C a aproximadamente 170°C. A temperatura de alimentação para a zona de hidrogenação pode ser de aproximadamente 50°C a aproximadamente 125°C. A hidrogenação pode ser realizada em uma pressão elevada. Pressões elevadas incluem aquelas, por exemplo, de aproximadamente 50 psia (aproximadamente 3,45 bar) a aproximadamente 2000 psia (aproximadamente 137,90 bar), preferivelmente de aproximadamente 150 psia (aproximadamente 10,34 bar) até aproximadamente 1000 psia (aproximadamente 68,95 bar).
[0040] A alimentação para a zona de hidrogenação pode ser fornecida em uma velocidade espacial horária de líquido de aproximadamente 0.1 h1 a aproximadamente 4.0 h1, preferivelmente de aproximadamente 0,5 h1 a aproximadamente 1,5 h1.
[0041] A alimentação para a zona de hidrogenação pode ser misturada com um diluente inerte antes da alimentação para a zona de hidrogenação. Em um arranjo, o diluente inerte pode ser uma reciclagem da saída a partir da zona de hidrogenação. Nesse arranjo, a razão de diluente inerte para alimentação nova situa-se preferivelmente na faixa de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1000:1.
[0042] As colunas de destilação podem ser operadas sob condições iguais ou diferentes. Em um arranjo, podem ser operadas em pressões de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 1 bar absoluto, preferivelmente de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,3 bar absoluto. Temperaturas apropriadas incluem aquelas de aproximadamente 100°C a aproximadamente 250°C, preferivelmente de aproximadamente 120°C a aproximadamente 220°C.
[0043] As colunas de destilação podem incluir bandejas ou gaxeta estruturada. Em um arranjo as colunas contêm aproximadamente 10 a aproximadamente 100 estágios teóricos, preferivelmente aproximadamente 15 a aproximadamente 80 estágios teóricos.
[0044] A presente invenção será descrita agora como exemplo com referência aos desenhos em anexo, nos quais:
[0045] A figura 1 é uma representação esquemática simplificada de um arranjo para o processo da presente invenção;
[0046] A figura 2 é uma representação esquemática simplificada de um segundo arranjo para o processo da presente invenção;
[0047] A figura 3 é uma representação esquemática simplificada de um terceiro arranjo para o processo da presente invenção;
[0048] A figura 4 é uma representação esquemática simplificada de um quarto arranjo para o processo da presente invenção;
[0049] A figura 5 é um gráfico mencionado no exemplo 1; e
[0050] A figura 6 é um gráfico mencionado no exemplo 2.
[0051] Será entendido que os desenhos são diagramáticos e que itens de equipamentos adicionais como tambores de refluxo, bombas, compressores, bombas a vácuo, sensores de temperatura, sensores de pressão, válvulas de descarga de pressão, válvulas de controle, controladores de corrente, controladores de nível, tanques de contenção, tanques de armazenagem e similares podem ser necessários em uma planta comercial. A provisão de tais itens de equipamento auxiliares não faz parte da presente invenção e está de acordo com prática de engenharia química convencional.
[0052] Como ilustrado na figura 1, uma corrente de alimentação é alimentada na linha 1. Em um arranjo essa corrente de alimentação compreenderá butanodiol, y-butirolactona, dialquil alcoxi succinatos, transésteres como 4-hidroxibutilmetil-succinato, éteres pesados como bis(4- hidroxijdibutiléter, 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato), 2-(4-hidroxibutoxi)- tetraidrofurano, 3-(4-hidroxibutoxi)-tetraidrofurano, outras impurezas menores e alcanóis residuais, tetrahidrofurano e água. Essa corrente é alimentada para a coluna de destilação A. Uma corrente de reciclagem 9 contendo componentes pesados de unidades à jusante também pode ser alimentada para a primeira coluna de destilação A. Essa corrente de reciclagem pode ser alimentada para a primeira coluna de destilação A no mesmo ponto que a corrente de alimentação 1 e/ou pode ser fornecida à coluna em um ponto diferente, que será genericamente mais baixo do que o ponto no qual a corrente 1 é alimentada para a primeira coluna de destilação A.
[0053] Os componentes pesados na alimentação 1 e corrente de reciclagem 9 concentrarão na seção Al da primeira coluna de destilação e são removidos na corrente de purgação 2. Os componentes pesados concentrando na seção Al incluirão 4-hidroxibutil(4-hidroxibutirato) que reagirão no dreno para reformar em 1,4-butanodiol, e y-butirolactona. A y-butirolactona, sendo mais leve, deslocará então de volta para cima da coluna.
[0054] A concentração de componentes pesados, incluindo 4-hidroxi butil(4-hidroxibutirato) reduzirá na seção A2 da coluna desse modo reduzindo o teor de componente pesado na drenagem lateral de produto 3. A corrente removida na drenagem lateral incluirá a y-butirolactona formada no dreno pela reação de 4-hidroxi butil (4-hidroxi butirato).
[0055] Em um arranjo, a drenagem lateral 3 é tirada a partir de cima da corrente de alimentação 1. Pelo menos um pouco dos componentes leves da corrente de alimentação também estará presente na corrente removida pela drenagem lateral 3. Essa corrente é passada para a coluna de destilação adicional B onde são pelo menos parcialmente removidas e retornadas à coluna de destilação A através da corrente 4.
[0056] A refluxo para a coluna de destilação adicional B é fornecida por um condensador parcial H3. Por essa combinação de colunas de destilação, os componentes leve e pesado na alimentação e os componentes leves produzidos por reação no dreno da primeira coluna de destilação A são removidos e, portanto a corrente 6 removida do fundo da coluna de destilação adicional B tem um teor reduzido desses componentes.
[0057] Em um arranjo alternativo a drenagem lateral pode ser tirada em um ponto abaixo do ponto de entrada da corrente de alimentação 1. Essa drenagem lateral inferior é ilustrada na figura 1 como linha 3a. Essa corrente é então parcialmente condensada no condensador H3, sem ser passada através de coluna de destilação adicional B. isso reduzirá o teor de componente leve da corrente 6a, porém somente parcialmente reduzirá o teor de componente pesado da corrente 6a. O fato de se a coluna de destilação adicional B está presente ou não os componentes leves restantes, incluindo y-butirolactona dialquil alcoxi succinato, e alcanois residuais, tetraidrofurano e água são concentrados na seção A3 da coluna de destilação A e removidas na corrente de topo 5.
[0058] A corrente 6 ou 6a conterá a maior parte do 2-(4-hidroxibutoxi)- tetraidrofurano) e 3-(4 hidroxibutoxi)-tetraidrofurano a partir da corrente de alimentação 1. O 2-(4 hidroxibutoxi)-tetraidrofurano é removido na zona de hidrogenação C como descrito em US 6137016. y-butirolactona residual na corrente 6 ou 6a reagirá com 4-hidroxi butil (4-hidroxi butirato) na zona de hidrogenação C. Entretanto, o teor de y-butirolactona da corrente 6 e consequentemente a quantidade de 4-hidroxi butil (4-hidroxi butirato) feita na zona de hidrogenação (c) será consideravelmente menor onde a coluna de destilação adicional B está presente para reduzir o teor de resíduos leves da corrente 6 sem levar em conta a reação de componentes pesados com componentes leves no dreno da coluna de destilação A.
[0059] O produto 7 a partir da zona de hidrogenação C é alimentado para a segunda coluna de destilação D. O 4-hidroxi butil (4-hidroxi butirato) residual formado na zona de hidrogenação C é concentrado na seção Dl da coluna de destilação D, e purgado do fundo da coluna através da corrente 8. Outras impurezas que podem estar presentes também serão concentradas na seção Dl. A corrente 8 pode ser reciclada para a primeira coluna de destilação A através da corrente 9 para recuperar adicionalmente 1,4-butanodiol e reagir adicionalmente o 4-hidroxi butil (4-hidroxi butirato) para reduzir a perda de material pesado. O refluxo para a segunda coluna de destilação D é fornecido pelo condensador parcial H5. Os componentes pesados, incluindo 4- hidroxibutil (4-hidroxibutirato) são removidos na seção D2 da coluna D. isso reduz significativamente a quantidade de 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) sendo alimentado para a terceira coluna de destilação E na corrente 10. A vantagem disso é que haverá menos 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) no dreno da terceira coluna de destilação E para reagir com y-butirolactona, e consequentemente isso reduzirá o teor de y-butirolactona na terceira coluna de destilação E. Isso auxiliará na separação de 3-(4 hidroxi butoxi)- tetraidrofurano na terceira coluna de destilação E, que de outro modo seria difícil separar na presença de quantidades significativas de y-butirolactona.
[0060] O 3-(4 hidroxi butoxi)-tetraidrofurano, qualquer y-butirolactona residual e outros componentes leves residuais são removidos na seção El da terceira coluna de destilação E. Os componentes leves são concentrados na seção E2 da terceira coluna de destilação E e removidos no topo da corrente 11. A corrente de topo 11 pode ser reciclado através do corrente 12 para a primeira coluna de destilação A ou através de colunas de separação à montante da primeira coluna de destilação A para recuperar 1,4-butanodiol e y-butirolactona na corrente 12. Uma corrente de purgação 13 pode ser utilizada para remover as impurezas leves incluindo 3-(4-hidroxi butoxi)- tetraidrofurano dessa reciclagem. O produto 1,4-butanodiol é removido como uma corrente inferior 14 ou preferivelmente como uma corrente lateral próximo a, ou no fundo da terceira coluna de destilação E.
[0061] Um arranjo alternativo das segunda e terceira colunas de destilação D e E é ilustrado na figura 2. O esquema é igual àquele da figura 1 até a zona de hidrogenação C. A corrente de produto 7 a partir da zona de hidrogenação C é alimentado para a segunda coluna de destilação D. O 4- hidroxi butil (4-hidroxi butirato) residual formado na zona de hidrogenação C é concentrado na seção Dl da segunda coluna de destilação D, e purgado a partir do fundo da coluna através do corrente 8. Outras impurezas que podem estar presentes também serão concentradas na seção Dl. O Refluxo para a coluna D é fornecido por um condensador H5. Os componentes pesados, incluindo 4-hidroxi butil (4-hidroxibutirato) são removidos na seção D2 da segunda coluna de destilação D. uma drenagem lateral 13 é tirada da segunda coluna de destilação D acima da corrente de alimentação 7 e alimentada para a terceira coluna de destilação E. O 3-(4-hidroxi butoxi)-tetraidrofurano, qualquer y-butirolactona residual e outros componentes leves residuais são removidos na seção El da terceira coluna de destilação E. O refluxo para a terceira coluna de destilação E é fornecido por um condensador parcial H7 e os componentes leves removidos são alimentados para a segunda coluna de destilação D através do corrente 14. Os componentes leves são concentrados na seção D3 da segunda coluna de destilação D e removidos do topo no corrente 10. O produto 1,4-butanodiol 15 é removido como um corrente inferior ou preferivelmente como um corrente lateral próximo a, ou no fundo da terceira coluna de destilação E.
[0062] Arranjos alternativos das colunas de destilação A, B, D e E podem ser utilizados. Um arranjo alternativo é ilustrado na figura 3. Nesse arranjo as cargas dos condensadores Hl e H3 podem ser combinadas, e condensadores H5 e H7 podem ser combinados, economizando no número de itens de equipamento instalados. Isso é aplicável a ambos os esquemas ilustrados nas figuras 1 e 2.
[0063] Um arranjo alternativo adicional de colunas de destilação A, B, D e E pode ser utilizado e é ilustrado na figura 4. Nesse arranjo as operações de primeira coluna de destilação e colunas de destilação adicionais A e B são combinadas em um único recipiente pelo uso de um defletor de separação vedado 20 que estende totalmente até o fundo do recipiente. O recipiente único exigirá dois refervedores, H2 e H4. Similarmente, a segunda coluna de destilação D e terceira coluna de destilação E podem ser combinadas em um recipiente único pelo uso de um defletor de separação, vedado 21 que estende totalmente até o fundo do recipiente. O único recipiente tem dois refervedores H6 e H8. Em termos de separação os esquemas nas figuras 3 e 4 são equivalentes e consequentemente a descrição e números de linha para a figura 3 é igual para a figura 4. Os dois esquemas obterão a remoção das impurezas leves e pesadas na corrente de alimentação 1 em combinação com os componentes leves produzidos como um produto de reação nos drenos de colunas de destilação A e C, para produzir 1,4-butanodiol de pureza elevada.
[0064] A presente invenção será discutida agora com referência aos seguintes exemplos. Exemplo 1
[0065] Uma corrente de fluido produzida pela hidrogenação de maleato de dimetil contendo aproximadamente 15% em peso de y-butirolactona e 4% em peso de 4-hidroxibutil (4-hidroxi butirato) é alimentado para uma coluna de destilação com uma drenagem lateral abaixo do ponto de alimentação. O gráfico exposto na figura 4 ilustra o teor de y-butirolactona obtenível na drenagem lateral, quando o 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) reagente no dreno da coluna para produzir 1,4-butanodiol e y-butirolactona. Há um limite inferior abaixo do qual é difícil reduzir essa composição. Esse limite é dependente da composição de 1,4-butanodiol e y-butirolactona produzido na hidrogenação.
[0066] Como comparação, o gráfico da figura 5 também ilustra o 4- hidroxibutil (4-hidroxibutirato) na drenagem lateral se o 4-hidroxibutil (4- hidroxibutirato) não reagiu no dreno da coluna. Nesse caso, onde efeitos de destilação individualmente determinariam a composição, o teor de y- butirolactona é quase zero.
[0067] Também como comparação, o gráfico da figura 5 ilustra a composição de y-butirolactona obtenível no produto da drenagem lateral a partir da coluna A é levado acima da alimentação e alimentado para uma segunda coluna B. Nesse caso, a y-butirolactona é substancialmente reduzida. Exemplo 2
[0068] Uma corrente de fluido a partir da zona de hidrogenação C contendo aproximadamente 1 - 1,5% em peso de y-butirolactona e 1 - 1,5% em peso de 4-hidroxi butil (4-hidroxibutirato) é alimentada para uma coluna de destilação com uma drenagem lateral abaixo do ponto de alimentação. A corrente também contém outras impurezas leves e pesadas e um teor reduzido de 2-(4-hidroxibutoxi)-tetraidrofurano como resultado da reação na zona de hidrogenação C. O gráfico da figura 6 ilustra o teor de y-butirolactona obtenível na drenagem lateral, quando o 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) reage no dreno da coluna para produzir 1,4-butanodiol e y-butirolactona e a pureza de produto obtenível.
[0069] Como comparação o gráfico também ilustra a composição de y- butirolactona e pureza de produto obtenível se a drenagem lateral da coluna D for tirada de cima da alimentação e alimentada para uma segunda coluna E. Isso ilustra que pureza substancialmente mais elevada pode ser obtida com esse arranjo. Exemplo 3
[0070] Uma corrente de fluido contendo 0,14% em peso de 3-(4 hidroxibutoxi)-tetraidrofurano, 0,25% em peso de y-butirolactona e o restante 1,4 butanol e outras impurezas, foi aquecido até o ponto de ebulição da mistura. A mistura foi então deixada parcialmente vaporizar em um recipiente de vidro em uma pressão a vácuo de 175 mbar. O vapor dessa vaporização foi condensado em um condensador de vidro e o líquido resultante coletado e analisado. O líquido de vaporização foi também coletado e analisado. A análise foi por cromatografia de gás. O vapor dessa vaporização continha 0,18% de 3-(4-hidroxi butoxi)-tetraidrofurano, e 97,12% em peso de 1,4- butanodiol. O líquido continha 0,13% em peso de 3-(4-hidroxibutoxi)- tetraidrofurano e 92,52 % em peso de 1,4-butanodiol. A volatilidade de 3-(4- hidroxi butoxi)-tetraidrofurano em relação a 1,4-butanodiol nessa mistura era de 1,32.
[0071] Uma segunda corrente similar de fluido contendo 0,11 % em peso de 3-(4-hidroxibutoxi)-tetraidrofurano, 15% em peso de y-butirolactona e o restante 1,4 butanodiol e outras impurezas, foi vaporizado em um modo similar. O vapor dessa vaporização continha 0,076% em peso de 3-(4-hidroxi butoxi)-tetraidrofurano e 52,6% em peso de 1,4 butanodiol. O líquido continha 0,096% de 3-(4-hidroxi butoxi)-tetraidrofurano e 77,98% em peso de 1,4 butanodiol. A volatilidade de 3-(4-hidroxi butoxi)-tetraidrofurano em relação a 1,4 butanodiol nessa mistura foi de 1,17.
[0072] A volatilidade mais elevada de 3-(4 hidroxi butoxi)- tetraidrofurano em relação a 1,4-butanodiol na concentração mais baixa de y- butirolactona ilustra que a separação de 3-(4-hidroxi butoxi)-tetraidrofurano de 1,4 butanodiol é mais fácil em concentração mais baixa de y-butirolactona na alimentação.

Claims (14)

1. Processo para purificar uma corrente compreendendo 1,4- butanodiol caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a) suprir uma corrente de produto bruto (1) compreendendo 1,4-butanodiol e um ou mais de y-butirolactona, 2-(4-hidroxibutoxi)- tetrahidrofurano, 4-hidroxibutila(4-hidroxibutirato), e 3-(4-hidroxibutoxi)- tetrahidrofurano para uma primeira coluna de destilação (A); b) remover uma drenagem lateral (3), compreendendo 1,4- butanodiol, e componentes leves, os referidos componentes leves incluindo, pelo menos, alguns dos produtos produzidos por reação na primeira coluna de destilação (A); c) passar a corrente para uma zona hidrogenação (C); d) submeter a corrente a partir da etapa (c) para hidrogenação na zona de hidrogenação (C) na presença de um catalisador de hidrogenação, e recuperar a partir da zona de hidrogenação (C) uma corrente de produto 1,4- butanodiol (7) comum teor reduzido de 2-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano, e opcionalmente incluindo adicionalmente (4-hidroxibutila)-4-hidroxibutirato formada por reação de uma y-butirolactona; e) passar a corrente de produto de 1,4-butanodiol (7) a partir da etapa (d) a uma segunda coluna de destilação (D), operada de tal modo que (4-hidroxibutila)-4-hidroxibutirato seja removida como uma corrente de fundo (8) e remover uma corrente de 1,4 -butanodiol como corrente de topo (10); e f) passar a corrente de topo (10) removida em (e) para uma terceira coluna de destilação (E) e a recuperação de uma corrente purificada de 1,4 - butanodiol (14).
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a drenagem lateral (3) a partir da primeira coluna de destilação é feita a partir de um ponto acima do ponto em que a alimentação (1) é adicionado à coluna.
3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que o processo inclui adicionalmente a etapa de: (b 1) passar a drenagem lateral (3) para a zona de hidrogenação (C) através de uma outra coluna de destilação (B) na qual pelo menos alguns dos componentes leves são removidos da corrente antes de ser passada para a zona de hidrogenação (C).
4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a primeira (A) e as demais (B) colunas de destilação são combinadas em um único vaso.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o vaso inclui uma chicana de separação (20).
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a segunda (D) e terceira (E) coluna de destilação são combinadas em um único vaso.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o vaso inclui uma chicana de separação (21).
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que uma reciclagem (9) da segunda (D) e/ou terceira (E) coluna de destilação é alimentada para a primeira coluna de destilação (A).
9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a hidrogenação é realizada a uma temperatura entre 30°C a 170°C, de preferência entre 50°C a 125°C.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a hidrogenação é realizada a uma pressão entre 50 psia (3,45 bar) até 2000 psi (137,90 bar), de preferência entre 150 psia (10,34 bar) a 1000 psia (68,95 bar).
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a alimentação para a zona de hidrogenação (C) é fornecida a uma velocidade espacial horária de líquido entre 0,1 h1 a 4,0 h1, de preferência entre 0,5 h1 a 1,5 h1.
12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que as colunas de destilação (A, B, D, E) são operadas a pressões entre 0,1 a 1 bar absoluto, de preferência entre 0,1 a 0,3 bar absoluto.
13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que as colunas de destilação (A, B, D, E) são operadas a temperaturas entre 100°C e 250°C, de preferência entre 120°C a 220°C.
14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que as colunas de destilação (A, B, D, E) contêm de 10 a 100 estágios teóricos, de preferência de 15 a 80 estágios teóricos.
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