ES2197578T3 - Purificacion y recuperacion mejoradas de acetonitrilo. - Google Patents
Purificacion y recuperacion mejoradas de acetonitrilo.Info
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Abstract
EL METODO DE LA PRESENTE INVENCION CONSISTE EN ALIMENTAR ACETONITRILO CRUDO QUE CONTENGA ACRILONITRILO COMO IMPUREZA Y AGUA EN UNA PORCION SUPERIOR DE UNA COLUMNA DE DESTILACION, DESTILAR EL ACETONITRILO CRUDO EN PRESENCIA DE AGUA DURANTE UN PERIODO DE TIEMPO SUFICIENTE PARA QUE SE VAPORICE SUSTANCIALMENTE TODA LA IMPUREZA DE ACRILONITRILO EN PRESENCIA DE AGUA, RETIRAR SUSTANCIALMENTE TODO EL ACRILONITRILO PRESENTE EN LA CORRIENTE DE LA PARTE DE ARRIBA QUE SALE DE LA CORRIENTE DE DESTILACION Y RECUPERAR EL ACETONITRILO CRUDO SIN IMPUREZA DE ACRILONITRILO SUSTANCIALMENTE DE LA PORCION INFERIOR DE LA COLUMNA DE DESTILACION. EN PARTICULAR EL METODO SE PUEDE LLEVAR A CABO PARA LA PRODUCCION DE ACETONITRILO DE GRADO HPLC (CORTE POR UV <190).
Description
Purificación y recuperación mejoradas de
acetonitrilo.
En la producción de acrilonitrilo mediante la
amoxidación catalítica de propileno con amoníaco y oxígeno, se
produce un co-producto de acetonitrilo en bruto. El
término ``acetonitrilo en bruto'' significa acetonitrilo líquido que
contiene cianuro de hidrógeno, agua y otras impurezas. Las otras
impurezas pueden incluir acrilonitrilo, acetaldehído, acetona,
metanol, acroleína, oxazol, crotononitrilo cis y trans,
metacrilonitrilo y alcohol alílico. Las proporciones relativas de
los componentes del acetonitrilo en bruto pueden variar a lo largo
de un amplio intervalo dependiendo de diversas condiciones. El
nivel de concentración de las impurezas orgánicas en el acetonitrilo
en bruto es habitualmente menor que 15% sin componente orgánico
simple encontrado en más de 2 a 4% en peso de concentración.
Habitualmente, el acetonitrilo en bruto obtenido a partir de una
planta de acrilonitrilo contiene entre 25 y 85% de acetonitrilo.
Típicamente, el acetonitrilo en bruto está compuesto sobre una base
en peso por 52% de acetonitrilo, 43,6% de agua, 2,5% de cianuro de
hidrógeno, 0,5% de acrilonitrilo y 1,3% de otras impurezas orgánicas
como las mencionadas previamente. Originalmente, durante la
fabricación de acrilonitrilo, el acetonitrilo en bruto producido se
eliminó mediante incineración. Sin embargo, en los últimos años
este material se ha recuperado y purificado y vendido para añadir
valor al procedimiento.
Hay dos tecnologías básicas para la purificación
de ``primera fase'' de co-producto de acetonitrilo
en bruto producido durante la fabricación de acrilonitrilo. Estos
procedimientos producen típicamente acetonitrilo de pureza
suficiente para usar como un disolvente a granel. La primera y más
común tecnología puesta en práctica es un procedimiento discontinuo.
En este procedimiento, se destila acetonitrilo en bruto para
retirar el grueso del HCN como un destilado de bajo punto de
ebullición. El material restante se deja reaccionar con una mezcla
de base fuerte, habitualmente una solución acuosa de hidróxido
sódico, y formaldehído y agua, o con una base fuerte y sulfato
ferroso, para retirar esencialmente todo el HCN restante. (Véanse
las Patentes de EE.UU. 4.328.075 y 3.201.541). El material libre de
HCN se destila a continuación para producir un azeótropo de
acetonitrilo/agua que contiene aproximadamente 25% de agua. El
azeótropo se suspende a continuación con cloruro cálcico anhidro
para retirar el grueso del agua en el azeótropo y producir una
mezcla de acetonitrilo/agua que contiene aproximadamente 3 a 5% de
agua. Esta mezcla se destila a continuación para producir producto
de acetonitrilo que tiene una pureza aceptable para muchos usos.
Típicamente, este material contiene varias partes por millón en
peso de acrilonitrilo u otras impurezas que absorben fuertemente en
el espectro UV.
El segundo método para producir acetonitrilo
purificado de ``primera fase'' es un procedimiento de recuperación
continuo que implica (1) en primer lugar destilar acetonitrilo en
bruto en una zona de destilación a una presión de o por encima de 1
atmósfera para retirar el grueso del HCN, (2) hacer pasar este
azeótropo a través de un digestor en el que el HCN restante se
retira mediante el tratamiento con una solución acuosa de base y
formaldehído, (3) realizar una segunda destilación a una presión
menor que 1 atmósfera para separar el material en un producto de
cola que contiene agua y un segundo azeótropo de acetonitrilo/agua
con una concentración de acetonitrilo superior, y (4) una tercera
destilación a una presión por encima de la presión de la primera
destilación para producir acetonitrilo purificado como una corriente
lateral. Este procedimiento se describe en la Patente de EE.UU.
4.362.603 cedida al cesionario de la presente invención. El
acetonitrilo purificado mediante este método puede contener hasta
varias partes por millón en peso de acrilonitrilo, acetamida,
oxazol u otras impurezas que absorben UV.
Aunque estos dos procedimientos básicos para
formar acetonitrilo de calidad de disolvente a granel están
ampliamente aceptados, su uso para producir acetonitrilo para
aplicaciones cromatográficas no es aceptable debido a que el
acetonitrilo contiene una cantidad relativamente alta de impurezas
que absorben UV. Existe un mercado distinto para el acetonitrilo de
alto rendimiento (calidad para HPLC) esencialmente libre de
impurezas que absorben UV (separación UV de impurezas de <190
nm).
Las especificaciones para acetonitrilo de calidad
para HPLC hacen inaceptable al material producido mediante la
purificación de primera fase, requiriendo por lo tanto un
procesamiento adicional por parte de los productores de acetonitrilo
de calidad para HPLC. Los métodos comerciales tradicionales de
purificación de acetonitrilo para alcanzar este alto grado de
pureza utilizan procedimientos de varias etapas costosos que
implican, por ejemplo, oxidación con permanganato, tratamiento con
ácido, secado con pentóxido de fósforo y dos destilaciones.
Procedimientos más recientes descritos en las
Patentes de EE.UU. 5.292.919 y 5.426.208 describen el tratamiento de
acetonitrilo con ozono seguido por hacer pasar el acetonitrilo a
través de una serie de lechos adsorbentes de carbón vegetal o
carbono grafitizado, alúmina activada y/o tamices moleculares.
Varias otras patentes y artículos de la
literatura describen la purificación de acetonitrilo con resinas de
intercambio iónico ácidas para la retirada de impurezas del
acetonitrilo. La Patente Británica 1.223.915 describe el uso de una
serie de resinas de intercambio catiónico ácidas fuertes para la
reducción de la concentración de bases, amoníaco y
3,3'-iminodipropionitrilo, en acetonitrilo acuoso,
desde 500 ppm cada uno hasta 10 ppm y <50 ppm, respectivamente.
Este nivel de pureza todavía no es aceptable para acetonitrilo de
calidad para HPLC.
El procedimiento de la presente invención se
dirige a un procedimiento mejorado para retirar fácilmente
sustancialmente la totalidad de la impureza de acrilonitrilo
presente en acetonitrilo en bruto, en particular acetonitrilo en
bruto producido como un co-producto durante la
fabricación de acrilonitrilo. Además, el procedimiento de la
presente invención da como resultado la producción de una corriente
intermedia de acetonitrilo en bruto que simplifica el procedimiento
para producir acetonitrilo de calidad para HPLC dando como
resultado ahorros económicos sustanciales.
Un objetivo principal de la presente invención es
proporcionar un procedimiento mejorado para la retirada sustancial
de impureza de acrilonitrilo presente en acetonitrilo en bruto.
Un objetivo adicional de la presente invención es
proporcionar un procedimiento mejorado para la retirada sustancial
de impureza de acrilonitrilo presente en acetonitrilo en bruto
obtenido como un coproducto durante la fabricación de
acrilonitrilo.
Un objetivo adicional más de la presente
invención es proporcionar un procedimiento mejorado para la
producción de acetonitrilo de calidad para HPLC.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un procedimiento de eficacia de recuperación y
reciclado de productos mejorados para la producción de acetonitrilo
de calidad para disolvente.
Para alcanzar los objetivos precedentes de
acuerdo con el propósito de la presente invención, según se expresa
y se describe en la misma, el método de la presente invención
comprende alimentar acetonitrilo en bruto que contiene acrilonitrilo
como una impureza y agua, además del agua presente en el
acetonitrilo en bruto, a la porción superior de una columna de
destilación, destilar el acetonitrilo en bruto en presencia del agua
durante un tiempo suficiente para permitir que sustancialmente toda
la impureza de acrilonitrilo se transfiera a la fase de vapor en
presencia del agua añadida y, por lo tanto, se retire en una
corriente de cabeza que sale de la columna de destilación y
recuperar el acetonitrilo en bruto sustancialmente libre de
impureza de acrilonitrilo de la porción inferior de la columna de
destilación.
En una modalidad preferida del procedimiento de
la presente invención, el agua se alimenta a la columna de
destilación por encima del punto en el que el acetonitrilo en bruto
entra en la columna de destilación.
En una modalidad preferida adicional del
procedimiento de la presente invención, la torre de destilación está
equipada con bandejas y el agua se alimenta a la columna de
destilación en un punto por encima de la bandeja más alta presente
en la columna.
En una modalidad preferida adicional del
procedimiento de la presente invención, la torre de destilación está
equipada con relleno.
En una modalidad preferida adicional más del
procedimiento de la presente invención, la temperatura de
destilación de la parte superior de la columna de extremos ligeros
está entre aproximadamente 60ºC y 71ºC (de 140ºF a 160ºF)
(preferiblemente de 62ºC a 68ºC (de 144ºF a 155ºF), siendo
especialmente preferible de 64ºC a 67ºC (de 148ºF a 152ºF)) a una
presión de aproximadamente 1,2 kPa (18 psia).
El procedimiento de la presente invención permite
producir acetonitrilo recuperado de la corriente lateral de la
columna de destilación de extremos ligeros que tiene niveles de
impureza de acrilonitrilo sustancialmente reducidos en comparación
con acetonitrilo de la corriente lateral de una columna de
destilación de extremos ligeros previamente recuperado. Por
ejemplo, durante la práctica del procedimiento de la presente
invención, el nivel de impureza de acrilonitrilo del acetonitrilo
de corriente lateral recuperado se reduce desde aproximadamente 240
ppm hasta aproximadamente 40 ppm, lo que representa una reducción de
aproximadamente 600% desde la cantidad de impureza de acrilonitrilo
presente en el producto en bruto de la corriente lateral de una
columna de extremos ligeros típica. Mientras se pone en práctica el
procedimiento de la presente invención, el contenido de
acrilonitrilo en el producto de acrilonitrilo de calidad para
disolvente obtenido a partir de la corriente lateral de la columna
de productos se disminuye desde un intervalo de aproximadamente 1 a
3 ppm hasta un valor por debajo del límite de detección de 100
ppb.
También se ha descubierto que la práctica del
procedimiento de la presente invención da como resultado una ventaja
económica sustancial cuando se pone en práctica junto con el
procedimiento subsiguiente para producir acetonitrilo de calidad
para HPLC. Puesto que la práctica de la presente invención da como
resultado la producción de un producto de acetonitrilo de calidad
para disolvente que no contiene acrilonitrilo detectable en
comparación con el acetonitrilo de calidad para disolvente típico
obtenido a partir de procedimientos de destilación del proceso
anterior, se ha encontrado que han de añadirse sustancialmente
menos sosa cáustica (por ejemplo de 60% a 70%) y casi no ha de
añadirse formaldehído durante el tratamiento aguas abajo del
acetonitrilo de calidad para disolvente para producir acetonitrilo
de calidad para HPLC. De hecho, en comparación con los tratamientos
cáusticos de HPLC requeridos en los procedimientos previos, la
disminución en la utilización de sosa cáustica es casi de 80% a 85%,
dando como resultado una simplificación del funcionamiento del
digestor, menos problemas de funcionamiento relacionados con la
polimerización y ahorros de coste sustanciales en el procedimiento
de purificación global.
Los detalles del procedimiento de producción
preferido para la fabricación de acetonitrilo de calidad para HPLC
se han indicado con detalle en EE.UU. en tramitación junto con la
presente Número de Serie 08/632.382, presentada el 4/10/96, cedida
al cesionario de la presente solicitud.
De acuerdo con otro propósito de la presente
invención según se representa y se describe aquí, el método de la
presente invención comprende (1) alimentar acetonitrilo en bruto
que contiene acrilonitrilo como una impureza y agua además del agua
presente en el acetonitrilo en bruto a la porción superior de una
primera columna de destilación unida a un primer circuito de
reflujo de cabeza a una primera presión de al menos 101 kPa (1
atmósfera) y destilar el acetonitrilo en bruto en presencia del agua
durante un tiempo suficiente para permitir que sustancialmente toda
la impureza de acrilonitrilo se vaporice en presencia de agua y se
retire junto con impureza de HCN presente en el acetonitrilo en
bruto en una corriente de cabeza que sale de la primera columna de
destilación produciendo un primer azeótropo de acetonitrilo/agua
sustancialmente libre de impureza de acrilonitrilo y un primer
producto de cola que contiene agua, (2) destilar el primer azeótropo
en una segunda columna de destilación unida a un segundo circuito
de reflujo de cabeza a una segunda presión menor que 1 atmósfera
para separar el primer azeótropo en un segundo producto de cola que
contiene agua y un segundo azeótropo de acetonitrilo/agua que
contiene una concentración de acetonitrilo mayor que el primer
azeótropo, (3) destilar el segundo azeótropo de acetonitrilo/agua
en una tercera columna de destilación unida a un tercer circuito de
reflujo de cabeza a una tercera presión por encima de 1 atmósfera
para producir un tercer azeótropo de acetonitrilo/agua que contiene
sustancialmente todo el agua del segundo azeótropo, un tercer
producto de cola que comprende acetonitrilo y compuestos orgánicos
pesados y una corriente lateral que comprende acetonitrilo altamente
puro, y (4) hacer pasar la corriente lateral de acetonitrilo
altamente puro a través de una resina de intercambio iónico ácida
para purificar adicionalmente dicho acetonitrilo altamente puro
produciendo acetonitrilo de calidad para HPLC, en donde las
relaciones de reflujo en las Etapas 1, 2 y 3 se mantienen por
encima de 2,7 a 1, por encima de 2,2 a 1 y por encima de 3,0 a 1,
respectivamente.
El término ``relación de reflujo'', según se usa
previamente, se define como sigue: para la primera columna (columna
de extremos ligeros), la relación de reflujo se define como la
relación de caudal de reflujo de cabeza dividido por la velocidad de
alimentación desde la zona de la columna hasta el digestor. Para la
segunda destilación (columna de secado), la relación de reflujo se
define como la relación de caudal de reflujo de cabeza a la
velocidad de extracción superior hasta la columna de productos. Para
la tercera columna de destilación (columna de productos), la
relación de reflujo se define como la relación del caudal de
reflujo de cabeza a la velocidad del flujo de la corriente lateral
de producto de acetonitrilo.
En una modalidad preferida de la presente
invención, la relación de reflujo de la columna de extremos ligeros
es preferiblemente mayor que 4,4 a 1, la relación de reflujo de la
columna de secado es preferiblemente mayor que 4,5 a 1 y la relación
de reflujo de la columna de productos es preferiblemente mayor que
8,0 a 1. Se prefiere especialmente una relación de reflujo de la
columna de extremos ligeros de más de 5,2 a 1, una relación de
reflujo de la columna de secado de más de 5,0 a 1 y una relación de
reflujo de la columna de productos de más de 10,9 a 1.
Las resinas de intercambio iónico ácidas se usan
en su forma H^{+}. La regeneración de lechos de resina puede
llevarse a cabo haciendo pasar soluciones de ácido sulfúrico o
ácido clorhídrico sobre los lechos de resina mediante cualquier
procedimiento convencional conocido en la técnica. Después de la
regeneración, el lecho de resina se lava con varios volúmenes de
lecho de acetonitrilo para secar el lecho y retirar impurezas.
La etapa de tratamiento de la resina puede
llevarse a cabo de cualquier modo conocido en la técnica. La etapa
de tratamiento de la resina puede llevarse a cabo preferiblemente
como un procedimiento en lecho fijo continuo, aunque la operación
en modo de suspensión en reactores de depósito (opcionalmente)
agitado, por ejemplo, está dentro del alcance de esta invención.
Los lechos adsorbentes pueden hacerse funcionar de un modo continuo
a temperatura ambiente o a temperatura elevada o reducida, según se
requiera, y con flujo ascendente o descendente, prefiriéndose
temperaturas de 15 a 35ºC. Un caudal que varía de aproximadamente
0,1 a 300 volúmenes de lecho por hora está dentro del alcance del
procedimiento de la presente invención, aunque también es
satisfactorio trabajar fuera de este intervalo. Preferiblemente, los
caudales están en el intervalo de 0,2 a 50 volúmenes de lecho por
hora, lo más preferiblemente de 0,5 a 35 volúmenes de lecho por
hora.
Finalmente, una destilación final del
acetonitrilo de calidad para HPLC es opcional y puede llevarse a
cabo mediante métodos convencionales conocidos en la técnica.
Preferiblemente, medios de destilación son la destilación en un
equipo de vidrio o acero inoxidable, aunque otros materiales de
construcción inertes al acetonitrilo y libres de contaminantes
están dentro del alcance de la invención. La fraccionación puede
efectuarse con columnas de Oldershaw, o columnas rellenas con
cuentas, hélices, bandejas, virutas, ``sillas de montar'' u otro
material de relleno convencional conocido en la técnica.
Resinas de intercambio iónico adecuadas útiles en
la práctica de la presente invención incluyen el tipo de ácido
fuerte que incorpora grupos funcionales ácido sulfónico, en forma
de gel o en forma macrorreticular o macroporosa. Ejemplos incluyen,
pero no se restringen a, Amberlyst 15, Amberlyst XN 1010, Dowex 50,
Amberlite IRP-69, Amberlite IR-118,
y sus equivalentes. También son aceptables pero menos preferidas las
llamadas resinas de ácido débil que incorporan grupos funcionales
ácido carboxílico, en forma de gel o en forma macrorreticular o
macroporosa. Ejemplos de esta clase de resina incluyen, pero no se
restringen a, Amberlite IRP-64 e
IRC-50S. Se prefieren particularmente las resinas
de ácido fuerte diseñadas especialmente para aplicaciones no
acuosas, tales como Amberlyst 15.
La figura es un diagrama de flujo de la práctica
del procedimiento de la presente invención.
De acuerdo con el procedimiento de la presente
invención, acetonitrilo en bruto que contiene acrilonitrilo como
una impureza y agua se alimentan a la porción superior de una
columna de destilación. El acetonitrilo en bruto se destila a
continuación en presencia de agua durante un tiempo suficiente para
permitir que sustancialmente toda la impureza de acrilonitrilo
presente en el acetonitrilo en bruto se vaporice en presencia del
agua y se retire en una corriente de cabeza que sale de la columna
de destilación. El acetonitrilo en bruto sustancialmente libre de
impureza de acrilonitrilo se recupera de la porción inferior de la
columna de la destilación, preferiblemente como una corriente
lateral.
En otro aspecto de la práctica de la presente
invención, el acetonitrilo en bruto sustancialmente libre de
impureza de acrilonitrilo se procesa adicionalmente para recuperar
acetonitrilo altamente puro. Por acetonitrilo ``altamente puro'' se
entiende acetonitrilo de calidad para cromatografía líquida de alta
resolución (HPLC), acetonitrilo de pureza extremadamente alta y que
está suficientemente libre de impurezas que absorben UV (muy por
debajo de 0,1 a 0,3 ppm máximo) que tiene una separación de
absorbancia UV de <190 nm. El acetonitrilo en bruto que se
procesa de acuerdo con la presente invención es cualquier mezcla de
acetonitrilo/agua que contenga al menos 15% de agua. Así, el
procedimiento de la invención es aplicable en el procesamiento de
diversos azeótropos de agua/acetonitrilo. La invención, sin
embargo, encuentra amplia aplicación en el procesamiento de las
corrientes de acetonitrilo en bruto producidas mediante la
amoxidación de propileno con oxígeno y amoníaco para formar
acrilonitrilo. Según se indica previamente, tales corrientes de
acetonitrilo en bruto contienen normalmente aproximadamente 52% de
acetonitrilo, 43,6% de agua, 0,5% de acrilonitrilo, 2,5% de HCN y
1,3% de otras impurezas secundarias tales como oxazol, alcohol
alílico, acetona y propionitrilo.
El acetonitrilo en bruto recuperado de una planta
de acrilonitrilo y que tiene la composición previa puede procesarse
convenientemente mediante la presente invención. Se hará referencia
ahora con detalle de acuerdo con el esquema de flujo del
procedimiento ilustrado en la figura al procedimiento de la presente
invención según se aplica a la fabricación de acetonitrilo de
calidad para HPLC.
De acuerdo con este sistema, acetonitrilo en
bruto a través del conducto 14 de entrada y agua a través del
conducto 12 de entrada, u opcionalmente a través del conducto 13,
se alimentan a la columna 16 de extremos ligeros en la que el
acetonitrilo en bruto que contiene acrilonitrilo como una impureza
se destila a una temperatura de entre aproximadamente 60ºC y 71ºC
(de 140ºF a 160ºF) (preferiblemente de 62ºC a 68ºC (de 144ºF a
155ºF), prefiriéndose especialmente de 64ºC a 67ºC (de 148ºF a
152ºF)) a una presión de aproximadamente 1,2 kPa (18 psia) durante
un tiempo suficiente para permitir que una cantidad sustancial de la
impureza de acrilonitrilo se vaporice mediante destilación
extractiva y se retire de la columna a través del conducto 18. Las
impurezas ligeras en el acrilonitrilo en bruto, a saber HCN, oxazol
y acetona, también se retiran de la columna 16 de extremos ligeros
como un vapor extraído a través del conducto 18 y se condensan
junto con el acrilonitrilo y se someten a reflujo de nuevo hacia la
región superior de la columna 16 a través del conducto 17 de
reflujo. Preferiblemente, la relación de reflujo, según se define
previamente, es mayor que 2,7:1. Las cabezas no recuperadas se
retiran a través del conducto 18 y se transportan hacia lavadores
de ventilación (no mostrados) o cualquier otro medio convencional
para el tratamiento de residuos. Se recupera agua del fondo de la
columna 16 de extremos ligeros y se descarga a través del conducto
20 hacia el tratamiento de residuos con reciclado parcial a través
del hervidor 21. Un primer azeótropo de acetonitrilo/agua que
contiene aproximadamente 70% de acetonitrilo, 30% de agua, 500 ppm
de HCN, acrilonitrilo en el intervalo de 40 ppm a 60 ppm y
cantidades muy pequeñas de compuestos orgánicos pesados se recupera
a través del conducto 22 como una extracción lateral de vapor
condensada en el condensador 23 y transportada a través del conducto
25 al digestor 24.
Una composición de digestor de HCN que comprende
una solución acuosa de hidróxido sódico y formaldehído se añade a
través del conducto 26 al digestor 24 de modo que se destruya
cualquier HCN y acrilonitrilo restantes en el primer azeótropo.
Según se menciona previamente, la cantidad de aditivos de sosa
cáustica y formaldehído requerida se reduce sustancialmente en la
práctica del procedimiento de la invención y, de hecho, en la
práctica óptima del procedimiento de la presente invención se prevé
que puede incluso eliminarse el uso de formaldehído.
La mezcla de acetonitrilo libre de
HCN-acrilonitrilo/compuestos orgánicos pesados y
agua que sale del digestor 24 se carga a través del conducto 30 a la
columna 32 de secado y el material no recuperado se retira del
digestor 24 como cabezas a través del conducto 27 y se combina en
el conducto 28 para el transporte al lavador de ventilación y el
tratamiento de residuos. Además, una corriente que comprende
acetonitrilo que contiene una pequeña cantidad de impurezas pesadas
también se carga a la columna 32 de secado a través del conducto 34
desde la columna 42 de productos. En la columna 32 de secado, la
mezcla de acetonitrilo/compuestos orgánicos pesados y agua se
destila a una presión por debajo de una atmósfera, por ejemplo 0,23
kPa (3,4 psi), y los compuestos orgánicos pesados se descargan para
el tratamiento de residuos a través del conducto 36 con algún
reciclado de nuevo al hervidor 39 hacia el fondo de la columna 32, y
una extracción gaseosa superior que comprende un segundo azeótropo
de acetonitrilo/agua, conteniendo el segundo azeótropo
aproximadamente 10% de agua, se retira de la columna 32 a través del
conducto 38. Al menos parte de este segundo azeótropo se condensa a
través del condensador 40 y se somete a reflujo de nuevo en la
columna 32 a través del conducto 37 de reflujo. La relación de
reflujo en esta etapa, según se define previamente, es mayor que
2,2:1.
El segundo azeótropo de acetonitrilo/agua se
carga a través del conducto 38 al condensador 40 donde se condensa,
se hace pasar a través del conducto 43 a través del intercambiador
44 de calor donde se calienta y a continuación se carga a través
del conducto 45 hacia la columna 42 de productos. En la columna 42
de productos, el segundo azeótropo de acetonitrilo/agua se destila
a alta presión, por ejemplo 3,3 kPa (50 psia). Un producto de cola
que comprende acetonitrilo que contiene impurezas pesadas se extrae
del fondo de la columna 42 de producto hacia el hervidor 46 para el
reciclado parcial a la columna 42 a través del conducto 41 y la
columna 32 de secado a través del conducto 34. Un tercer azeótropo
de acetonitrilo/agua se extrae de la parte superior de la columna
42 de productos a través del conducto 28 y se condensa y se recicla
como reflujo de nuevo a la parte superior de la columna 42 de
productos a través del conducto 47 de reflujo. Los vapores no
condensados continúan a través del conducto 28 hacia el condensador
23 del azeótropo donde se mezclan con el primer azeótropo.
Alternativamente, estos vapores no condensados pueden retornarse a
la columna 16 de extremos ligeros a través de los conductos 29 y
14. Preferiblemente, la relación de reflujo es, según se define
previamente, de más de 3,0:1 para esta etapa del procedimiento. En
una modalidad alternativa de la presente invención, algún líquido
procedente de la corriente 28 de cabeza de la columna de productos
puede reciclarse hacia la columna 32 de secado a través del conducto
48 o al digestor 24 a través del conducto 41. Debido a que la
columna 42 de productos se hace funcionar a alta presión, todo el
agua en el segundo azeótropo de acetonitrilo/agua cargada a la
columna 42 de productos se recupera en la corriente de cabeza de la
columna 42 de productos, es decir, el tercer azeótropo de
acetonitrilo/agua, dejando acetonitrilo de alta pureza en la
columna de productos. Este acetonitrilo de alta pureza (99,8% en
peso de acetonitrilo) se extrae de la columna 42 como una corriente
lateral a través del conducto 50 (esta corriente puede ser un vapor
o un líquido, preferiblemente un vapor) y, después de enfriar en el
cambiador 51 de calor, se descarga a través del conducto 52 hacia
el lecho 54 de tratamiento con resina donde se trata para producir
acetonitrilo de calidad para HPLC que se recupera a través del
conducto 56 en el depósito 58 de producto.
La temperatura para la destilación en la columna
32 de secado fluctúa entre aproximadamente 24ºC y 32ºC (de 75ºF a
90ºF), preferiblemente entre 20ºC y 31ºC (de 78ºF a 88ºF). La
temperatura de destilación típica en la columna de productos está
entre aproximadamente 121ºC y 127ºC (de 250ºF a 260ºF),
preferiblemente de 124ºC a 126ºC (de 255ºF a 258ºF).
En una modalidad preferida del procedimiento de
la presente invención, puede establecerse el siguiente esquema de
control (no ilustrado). La temperatura de las colas de la columna
de extremos ligeros se controla acoplando en serie su control al
control del flujo de alimentación. El objetivo del control de la
temperatura de las colas de la columna de extremos ligeros se fija
mediante una ecuación que lo refiere a la presión de las colas de
la columna. El flujo de la corriente del hervidor controla la
presión extraída lateralmente. El flujo de vapor de la corriente
lateral al condensador azeotrópico se usa para controlar el nivel
en el digestor. El flujo de agua de la torre de enfriamiento al
condensador se usa para controlar la temperatura de la corriente de
cabeza. A continuación, el objetivo de la temperatura de la
corriente de cabeza se varía para mantener el perfil de temperatura
de la columna de extremos ligeros para asegurar una composición
constante en la sección superior de esta columna. El nivel de las
colas de extremos ligeros se controla mediante el flujo de purga de
las colas. Tal esquema de control, junto con la adición de agua o
disolvente, asegura una composición más estable de las tres
corrientes que abandonan la columna de extremos ligeros.
Una vez que el nivel de líquido se ha establecido
en el receptor del condensador del azeótropo, puede iniciarse la
alimentación al digestor. La velocidad de adición de sosa cáustica
se controla para asegurar que entre muy poco acrilonitrilo en la
alimentación a la columna de secado. La adición de sosa cáustica
refleja el acrilonitrilo inferior que avanza con la adición de agua
o disolvente. La alimentación a la columna de secado es el flujo
fijado manualmente basado en las velocidades de producción deseadas.
Todas las otras velocidades de alimentación a la columna se
determinan finalmente mediante la alimentación fijada de la columna
de secado. La caída de presión en la columna de secado se controla
variando el flujo de vapor de agua al hervidor. El flujo de reflujo
controla el nivel en el tambor de reflujo. El nivel de las colas se
controla con la purga de las colas de la columna de secado. La
temperatura de las colas de la columna de secado se controla con el
flujo de alimentación a la columna de productos. Exactamente como en
la columna de extremos ligeros, este esquema de control asegura una
composición más estable de las dos corrientes que abandonan la
columna de secado. Conectar en serie la caída de presión de la
columna de secado con el flujo de vapor de agua mantiene la carga
constante según se describe para la columna de extremos
ligeros.
El nivel de las colas de la columna de productos
se controla ajustando el flujo de la corriente lateral de la
columna de productos. El flujo de las colas de la columna de
productos es un flujo fijado manualmente. La corriente del hervidor
también es la alimentación fijada. El flujo de reflujo controla la
temperatura de las bandejas en la columna de productos. El
reciclado de vapor también se fija. El reciclado líquido de la
columna de productos dividido entre la columna de extremos ligeros y
la columna de secado está dirigido por la cantidad de oxazol
presente en el reciclado.
Se ha descubierto además que cambiar la
proporción de reciclado líquido de la columna de productos que va a
la columna de extremos ligeros desde 30% hasta 10% presenta una
ventaja económica sustancial para el procedimiento de recuperación
de acetonitrilo. Esto significa que la cantidad de reciclado de la
columna de productos que va sólo a la columna de secado se
incrementa desde 70% hasta 90%. Con la planificación del
procedimiento así como los datos de la planta, se ha demostrado la
eficacia de recuperación y la capacidad de procesamiento
incrementadas.
Los siguientes Ejemplos indicados a continuación
son ilustrativos de la práctica de la presente invención.
Con una alimentación a la columna de extremos
ligeros de aproximadamente 12 gpm, la corriente lateral de la
columna de extremos ligeros mostraba una concentración de
acrilonitrilo típica en la composición de vapor de la corriente
lateral de la columna de extremos ligeros de aproximadamente 240
ppm. A la media hora de añadir el agua disolvente sobre la bandeja
superior sin alterar o hacer ningún cambio en los puntos fijados de
la columna de extremos ligeros; la concentración de acrilonitrilo en
el vapor extraído lateralmente de la columna de extremos ligeros
caía hasta aproximadamente 40 ppm. Esto daba una razón para alterar
el consumo de sosa cáustica en el digestor desde aproximadamente 305
cm (120 pulgadas) de sosa cáustica/cambio hasta aproximadamente 76
cm (30 pulgadas) de sosa cáustica por cambio. Incluso con tal
reducción drástica en el consumo de sosa cáustica, el contenido de
acrilonitrilo de la corriente lateral de la columna de productos ha
disminuido desde aproximadamente 3 ppm hasta por debajo del límite
detectable de 100 partes por billón.
En una operación de una unidad de purificación de
acetonitrilo típica, una columna de productos de acetonitrilo se
hace funcionar con un flujo de reflujo de la cabeza líquida de la
columna de productos de
\hbox{6 gpm}. En lugar de reciclar aproximadamente
\hbox{1,8 gpm}de nuevo a la columna de extremos ligeros, si se reciclan sólo 0,6 gpm, la columna de extremos ligeros no tiene que reprocesar los 1,2 gpm, que era aproximadamente 10% de la alimentación a la columna de extremos ligeros de 12 gpm en el Ejemplo 1 apuntado previamente. Esto descarga la columna de extremos ligeros en aproximadamente 10% e incrementa la eficacia de recuperación y reduce el consumo de energía en el procedimiento global.
Claims (11)
1. Un procedimiento para el tratamiento de
acetonitrilo en bruto que contiene acrilonitrilo como una impureza,
que comprende alimentar acetonitrilo en bruto que contiene
acrilonitrilo como una impureza y agua además del agua presente en
el acetonitrilo en bruto a la porción superior de una columna de
destilación, destilar el acetonitrilo en bruto en presencia del
agua durante un tiempo suficiente para permitir que sustancialmente
toda la impureza de acrilonitrilo se vaporice en presencia del agua
añadida y se retire en una corriente de cabeza que sale de la
columna de destilación, y recuperar el acetonitrilo en bruto
sustancialmente libre de impureza de acrilonitrilo de la porción
inferior de la columna de destilación.
2. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el agua se alimenta a la columna de
destilación por encima del punto en el que el acetonitrilo en bruto
entra en la columna de destilación.
3. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, en el que la torre de destilación está
equipada con bandejas y el agua se alimenta a la columna de
destilación en un punto por encima de la bandeja más alta presente
en la columna.
4. El procedimiento de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, en el que la temperatura de destilación
está entre por encima de 60ºC hasta 71ºC (140ºF a 160ºF).
5. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, para la fabricación de acetonitrilo de calidad
para HPLC, que comprende (1) alimentar agua y acetonitrilo en bruto
que contiene acrilonitrilo como una impureza a la porción superior
de una primera columna de destilación unida a un primer circuito de
reflujo de cabeza a una primera presión de al menos
\hbox{101 kPa}(1 atmósfera) y destilar el acetonitrilo en bruto en presencia del agua durante un tiempo suficiente para permitir que sustancialmente toda la impureza de acrilonitrilo sea absorbida por el agua y se retire junto con impureza de HCN presente en el acetonitrilo en bruto en una corriente de cabeza que sale de la primera columna de destilación produciendo un primer azeótropo de acetonitrilo/agua sustancialmente libre de impureza de acrilonitrilo y un primer producto de cola que contiene agua, (2) destilar el primer azeótropo en una segunda columna de destilación unida a un segundo circuito de reflujo de cabeza a una segunda presión menor que 1 atmósfera para separar el primer azeótropo en un segundo producto de cola que contiene agua y un segundo azeótropo de acetonitrilo/agua que contiene una concentración de acetonitrilo mayor que el primer azeótropo, (3) destilar el segundo azeótropo de acetonitrilo/agua en una tercera columna de destilación unida a un tercer circuito de reflujo de cabeza a una tercera presión por encima de 1 atmósfera para producir un tercer azeótropo de acetonitrilo/agua que contiene sustancialmente toda el agua del segundo azeótropo, un tercer producto de cola que comprende acetonitrilo y compuestos orgánicos pesados y una corriente lateral que comprende acetonitrilo altamente puro, y (4) hacer pasar la corriente lateral de acetonitrilo altamente puro a través de una resina de intercambio iónico ácida para purificar adicionalmente dicho acetonitrilo altamente puro produciendo acetonitrilo de calidad para HPLC, en donde las relaciones de reflujo en las Etapas 1, 2 y 3 se mantienen por encima de 2,7 a 1, por encima de 2,2 a 1 y por encima de 3,0 a 1, respectivamente.
6. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que la relación de reflujo en la etapa 1
está entre aproximadamente 4,4 y 1.
7. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5 ó 6, en el que la relación de reflujo en la etapa
2 está entre aproximadamente 4,5 y 1.
8. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 5 a 7, en el que el reflujo en la etapa 3
se mantiene entre aproximadamente 8,0 y 1.
9. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 5 a 8, en el que la resina de intercambio
iónico ácida se selecciona para incluir un ácido fuerte que
incorpora grupos funcionales ácido sulfúrico.
10. El procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en el que la resina de
intercambio iónico ácida se selecciona para incluir resina de ácido
débil que incorpora grupos funcionales ácido carboxílico.
11. El procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, que comprende destilar
el acetonitrilo purificado recuperado de la resina de intercambio
iónico ácida.
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