ES2197578T3 - Purificacion y recuperacion mejoradas de acetonitrilo. - Google Patents

Purificacion y recuperacion mejoradas de acetonitrilo.

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ES2197578T3
ES2197578T3 ES99300757T ES99300757T ES2197578T3 ES 2197578 T3 ES2197578 T3 ES 2197578T3 ES 99300757 T ES99300757 T ES 99300757T ES 99300757 T ES99300757 T ES 99300757T ES 2197578 T3 ES2197578 T3 ES 2197578T3
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Sanjay Purushottam Godbole
Richard Lee Wappelhorst
Paul Alan Jacobson
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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.
Antecedentes de la invención Campo de la invención
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.
Sumario de la invención
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.
Breve descripción del dibujo
La figura es un diagrama de flujo de la práctica del procedimiento de la presente invención.
Descripción detallada de la 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.
Ejemplo 1
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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