ES2198910T3 - Procedimiento de preparacion de aminonitrilo y de diamina. - Google Patents
Procedimiento de preparacion de aminonitrilo y de diamina.Info
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Abstract
Procedimiento de preparación de un aminonitrilo y una diamina mediante hidrogenación catalítica de un dinitrilo alifático que tiene de 3 a 12 átomos de carbono, eventualmente en presencia de un disolvente, que se caracteriza porque la mezcla final de reacción, de la cual el catalizador ha sido previamente separado, se acidifica mediante adición de una cantidad suficiente de un ácido mineral u orgánico, antes de extraer mediante destilación los productos de reacción y el dinitrilo no transformado.
Description
Procedimiento de preparación de aminonitrilo y de
diamina.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de preparación de un aminonitrilo y de una diamina
mediante hidrogenación catalítica de un dinitrilo.
Se refiere más particularmente a la preparación
de 6-aminocapronitrilo y de hexametilendiamina
mediante hidrogenación catalítica de adiponitrilo.
La transformación por hidrogenación catalítica de
un dinitrilo alifático, particularmente adiponitrilo, en un
aminonitrilo y una diamina, particularmente
6-aminocapronitrilo y hexametilendiamina, se puede
realizar, por ejemplo, según muestra la patente
WO-A-96/18603 en presencia de un
catalizador basado en níquel Raney o en cobalto Raney, que
comprende eventualmente uno o varios elementos iniciadores, y en
presencia de una base mineral fuerte, operando en un medio que
contiene además del dinitrilo, agua, la diamina y/o el
aminonitrilo.
Se puede hacer referencia igualmente a la patente
EP-A-O 737 100 que describe la
hidrogenación de un dinitrilo alifático, particularmente
adiponitrilo, en presencia de níquel o cobalto Raney dopado
químicamente con uno o varios elementos iniciadores, y en presencia
de una base fuerte, operando en un medio que contiene por lo menos
agua, y eventualmente un disolvente orgánico tal como un alcohol o
una amida.
La patente
WO-A-97/10052 describe la
hidrogenación de nitrilos, particularmente adiponitrilo, en
presencia de un catalizador basado en níquel o cobalto al menos
parcialmente en estado reducido, texturado con una fase que
comprende uno o varios metales dopantes en forma de óxidos, y en
presencia de una base fuerte, operando en un medio que contiene al
menos agua y eventualmente un disolvente orgánico tal como un
alcohol o una amida.
La patente WO 9811060 describe la hidrogenación
parcial de adiponitrilo en presencia de un catalizador, separándose
mediante destilación el
6-aminocapronitrilo y la hexametilendiamina
formados, y a continuación la fracción que contiene el adiponitrilo
no transformado se acidifica, se separa y se recicla.
En estos procedimientos de la técnica anterior,
se valora la mezcla final de reacción y se determina el posible
contenido de impurezas. Los mencionados contenidos de impurezas son
en general bajos, o nulos.
Sin embargo, es evidentemente necesario proceder
a la separación de los constituyentes de la mencionada mezcla de
reacción, esencialmente el agua, el eventual disolvente, los demás
componentes ligeros que pueden estar presentes, la diamina y el
aminonitrilo formados, así como el dinitrilo no transformado.
La solicitante ha observado que durante la
destilación de la mezcla de reacción, después de la separación del
catalizador por filtración, decantación, centrifugación o cualquier
otro modo, se forman cantidades importantes y prohibitivas de
productos secundarios que provienen particularmente de la
degradación del dinitrilo, particularmente de adiponitrilo. Sin que
esto sea limitativo, cuando el dinitrilo empleado es adiponitrilo,
el principal producto secundario es iminocianociclopentano (ICCP),
con otros productos secundarios más pesados.
La formación de productos secundarios presenta
muchos inconvenientes, y es por consiguiente necesario evitarla lo
más posible. En primer lugar esos productos secundarios provienen
esencialmente de la transformación del dinitrilo, particularmente
adiponitrilo, lo que ocasiona una pérdida que no se puede
desconsiderar en los procedimientos industriales. Por otra parte,
inducen coloraciones y/o tienen una influencia nefasta considerable
sobre el nivel de especificaciones que deben cumplir, por ejemplo,
tanto la hexametilendiamina para la preparación de la
poliamida-66 como el
6-aminocapronitrilo que conduce a la caprolactama,
ella misma materia base de la poliamida-6.
Además, esos productos secundarios son difíciles
de eliminar, lo que hace necesario procedimientos de purificación
complejos y costosos.
La presente invención tiene por objeto poner
remedio a estos importantes inconvenientes, reduciendo lo más
posible la formación de tales productos secundarios en el
transcurso de la destilación de los constituyentes de la mezcla de
reacción procedentes de la hidrogenación catalítica de dinitrilos,
particularmente de dinitrilos alifáticos.
Consiste en un procedimiento de preparación de un
aminonitrilo y de una diamina por hidrogenación catalítica de un
dinitrilo alifático que tiene de 3 a 12 átomos de carbono,
eventualmente en presencia en un disolvente, que se caracteriza
porque la mezcla de reacción final, de la cual el catalizador ha
sido previamente separado, se acidifica mediante la adición de una
cantidad suficiente de un ácido mineral u orgánico antes de ser
sometida a una operación de destilación de los productos de
reacción y del dinitrilo no transformado.
Entre los dinitrilos, se pueden citar
particularmente adiponitrilo, metilglutaronitrilo,
etilsuccinonitrilo, dimetilsuccinonitrilo, malononitrilo,
succinonitrilo, glutaronitrilo y dodecanodinitrilo. Se pueden
emplear mezclas de varios dinitrilos, particularmente mezclas que
comprenden adiponitrilo, metilglutaronitrilo y etilsuccinonitrilo,
que provienen de la síntesis de adiponitrilo a partir de
butadieno.
Por comodidad, el procedimiento de la invención
se referirá generalmente en lo sucesivo al adiponitrilo y a sus
productos de hidrogenación, el
6-aminocapronitrilo y la hexametilendiamina, pero se
aplica igualmente a los otros dinitrilos.
El procedimiento de la invención se aplica más
particularmente a las mezclas que provienen de la hidrogenación de
dinitrilos catalizada por al menos un metal del grupo VIII de la
Tabla Periódica de los Elementos, tal como la publicada en el
"Handbook of Chemistry and Physics, 51^{st} Edition
(1970-1971)" por The Chemical Rubber
Company.
Más particularmente, la hidrogenación del
adiponitrilo se efectúa de manera conocida. Los catalizadores
utilizados comprenden lo más frecuentemente al menos un metal
elegido entre níquel, cobalto, hierro, rodio y rutenio. Esos metales
pueden estar asociados a uno o varios elementos iniciadores. Como
elementos iniciadores, se pueden citar por ejemplo molibdeno,
tungsteno, titanio, cromo, hierro, níquel, cobalto, cobre, plata,
oro, zinc, cadmio, plomo, estaño, paladio, platino, osmio, renio,
iridio, antimonio, bismuto y metales de las tierras raras.
El catalizador puede estar o no depositado sobre
un soporte. Se puede utilizar como soporte alúmina, sílice, dióxido
de titanio, dióxido de circonio, óxido de magnesio y carbones
activos.
Entre los catalizadores no soportados, se
prefiere níquel Raney y cobalto Raney, acompañados eventualmente de
uno o varios elementos iniciadores. Entre los iniciadores más
particularmente adaptados a níquel Raney o a cobalto Raney se pueden
citar titanio, molibdeno, tungsteno, cromo, hierro, zinc, cobre,
plata y oro.
Se pueden también utilizar catalizadores basados
en níquel o cobalto al menos en parte en estado reducido, texturados
con una fase que comprende uno o varios metales dopantes
(iniciadores) en forma de óxidos, tales como los descritos en la
patente WO-A-97/10052.
Para la hidrogenación de adiponitrilo en
presencia de níquel Raney o cobalto Raney, se puede hacer
referencia, por ejemplo, a las patentes
WO-A-96/18603,
EP-A-0 737 100,
EP-A-0 737 101 o
EP-A-0 737 181.
La hidrogenación de adiponitrilo, y más
particularmente cuando se opera en presencia de níquel Raney, de
cobalto Raney, de rodio o de rutenio, se lleva a cabo
preferentemente en presencia de un compuesto básico, tal como un
hidróxido de un metal alcalino o alcalinotérreo.
La reacción de hidrogenación se lleva a cabo
generalmente en presencia de un disolvente tal como el agua. Se
puede operar además en presencia de un disolvente orgánico, tal
como un alcohol o una amida, o un disolvente mineral, tal como
amoniaco líquido. El medio de reacción puede también comprender
desde el principio de la reacción cantidades variables de productos
de la mencionada reacción que actúen como disolventes.
El disolvente se separa del medio de reacción,
preferiblemente después de la neutralización de la base presente en
el medio, particularmente cuando ésta es una base mineral.
El ácido que se adiciona a la mezcla de reacción
después de la separación del catalizador puede ser cualquier ácido
mineral, tal como, por ejemplo, ácido sulfúrico, ácido fosfórico,
ácido fosforoso, ácido clorhídrico, ácido nítrico, u orgánico, tal
como, por ejemplo, los ácidos carboxílicos alifáticos,
cicloalifáticos, aromáticos, mono- o polifuncionales o los
ácidos sulfónicos alifáticos, cicloalifáticos o aromáticos. Como
ejemplos no limitativos de ácidos orgánicos se pueden citar ácido
acético, ácido propiónico, ácido valérico, ácido hexanóico, ácido
adípico, ácido tereftálico, ácido glutárico, ácido succínico, ácido
metilglutárico, ácido etilsuccínico, ácido paratoluensulfónico,
ácido metanosulfónico, ácido fluorometanosulfónico. Se pueden
utilizar también resinas ácidas, particularmente resinas con grupos
sulfónicos.
La cantidad de ácido empleada debe ser
generalmente tal que corresponda al menos a la estequiometría de los
compuestos básicos minerales presentes en la mezcla de reacción
resultante de la hidrogenación del dinitrilo, más particularmente de
adiponitrilo. Generalmente, se añade de 0,0005% a 2% en peso de
ácido con respecto al peso de la mezcla de reacción y
preferentemente de 0,001% a 1% en peso por peso.
Cuando el ácido utilizado es una resina ácida, la
relación ponderal no tiene apenas significado. Se puede bien pasar
la mezcla de reacción a tratar sobre la resina mencionada, o bien,
introducir la resina en la mezcla antes de su destilación.
Después de la adición de ácido, la mezcla de
reacción se destila con el fin de separar el disolvente y los demás
compuestos ligeros que puede contener, la hexametilendiamina y el
6-aminocapronitrilo formados, así como el
adiponitrilo no transformado que contiene y que puede ser reciclado
en una nueva hidrogenación. La destilación de la hexametilendiamina
y del 6-aminocapronitrilo se puede efectuar
sucesivamente en dos columnas, o efectuarse globalmente en una
primera fase con el fin de calentar menos tiempo el adiponitrilo no
transformado. En la segunda variante, la hexametilendiamina y el
6-aminocapronitrilo se separan a continuación uno
del otro por destilación. El adiponitrilo se puede reciclar
directamente en una operación de hidrogenación o ser previamente
destilado para eliminar los productos pesados que puede contener,
particularmente las sales formadas por el ácido añadido. El
6-aminocapronitrilo puede ser hidrolizado en fase
líquida o en fase gaseosa para formar la caprolactama. Esta
hidrólisis se efectúa según las técnicas conocidas, en presencia o
no de un catalizador y, eventualmente, después de una purificación
complementaria del 6-aminocapronitrilo. La
caprolactama conduce mediante polimerización a la
poliamida-6. La hexametilendiamina puede servir más
particularmente para preparar la poliamida-66
mediante reacción con el ácido adípico.
Cuando se han separado los compuestos ligeros, la
destilación se efectúa generalmente bajo presión inferior a la
presión atmosférica.
La cantidad de productos secundarios formados en
el transcurso de la destilación se disminuye considerablemente si se
compara con una destilación efectuada sin previa adición de ácido,
o con una adición de ácido efectuada después de la separación del
6-aminocapronitrilo y de la hexametilendiamina.
Los siguientes ejemplos ilustran la
invención.
Se realiza una hidrogenación continua de
adiponitrilo a 50ºC, bajo 20 bar de hidrógeno, en presencia de 15%
en peso con respecto a la mezcla de reacción de níquel Raney (que
comprende 1,8% en peso de Cr con respecto al Ni) y de potasa, en una
cantidad de aproximadamente 0,42% en peso con respecto a la mezcla
de reacción.
La mezcla de reacción tiene la siguiente
composición ponderal: 27% de hexametilendiamina (HMD), 38% de
6-aminocapronitrilo (ACN), 25% de adiponitrilo
(AdN), y 9% de agua y contiene además 0,0080% de potasa.
Mediante valoración por cromatografía en fase
gaseosa no se detecta la presencia de iminocianociclopentano
(ICCP).
Se añaden 63 mg de ácido ortofosfórico
(aproximadamente 1 mol por mol de potasa) a 450 g de esta
mezcla.
A continuación se destila el agua bajo presión
atmosférica en 1 h.
A continuación se destila bajo presión reducida
el conjunto HMD/ACN en 2 h hasta alcanzar una temperatura en el
destilador de 185ºC.
Entonces se valora el ICCP en una muestra de
residuo de destilación (AdN): se encuentra 0,003% del ICCP.
Con el fin de similar una operación continua
durante la cual el residuo de destilación tiene un tiempo de
permanencia más importante, el mencionado residuo de destilación se
mantiene aún durante 2 h a 185ºC.
Se efectúa una valoración del ICCP en un residuo
de destilación tratado de esta manera: se encuentra entonces 0,010%
del ICCP.
Ensayo comparativo
1
Este ensayo comparativo se efectúa sobre 450 g de
la mezcla preparada por hidrogenación del AdN obtenida en la primera
parte del ejemplo 1.
A continuación se destila el agua bajo presión
atmosférica en 1 h.
A continuación se destila bajo presión reducida
el conjunto HMD/ACN en 2 h hasta alcanzar una temperatura de 185ºC
en el destilador.
Entonces se valora el ICCP en una muestra del
residuo de destilación (AdN): se encuentra 12% de ICCP y se observa
que un 23% del AdN presente en la mezcla inicial ha desaparecido:
transformación en ICCP por una parte y, por otra parte, en
productos pesados (punto de ebullición superior al del AdN).
Así pues, en ausencia de tratamiento con ácido
antes de la destilación de los constituyentes de la mezcla se
observa la formación de mucho más ICCP que en el marco de la
invención, y además, la aparición de cantidades muy importantes de
productos pesados que no se pueden valorar, en detrimento del AdN
presente en la mezcla de origen.
Se vuelve a añadir al residuo de destilación
predecente 63 mg de ácido ortofosfórico (misma cantidad que en el
ejemplo 1).
Entonces, se destila en AdN bajo presión reducida
durante 1 h.
La cantidad de ICCP y de compuestos pesados que
quedan en el destilador es sensiblemente la misma que la valorada
antes de la adición del ácido fosfórico.
Claims (12)
1. Procedimiento de preparación de un
aminonitrilo y una diamina mediante hidrogenación catalítica de un
dinitrilo alifático que tiene de 3 a 12 átomos de carbono,
eventualmente en presencia de un disolvente, que se
caracteriza porque la mezcla final de reacción, de la cual
el catalizador ha sido previamente separado, se acidifica mediante
adición de una cantidad suficiente de un ácido mineral u orgánico,
antes de extraer mediante destilación los productos de reacción y
el dinitrilo no transformado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se aplica a mezclas que provienen de la
hidrogenación de dinitrilos catalizada por al menos un metal del
grupo VIII de la Tabla Periódica de los Elementos.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque se aplica a
mezclas de reacción que provienen de la preparación de
6-aminocapronitrilo y de hexametilendiamina
mediante hidrogenación catalítica de adiponitrilo.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la
hidrogenación se efectúa en presencia de catalizadores que
comprenden al menos un metal elegido entre níquel, cobalto, hierro,
rodio y rutenio, eventualmente asociado a uno o varios elementos
iniciadores.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque los elementos iniciadores se eligen
entre molibdeno, tungsteno, titanio, cromo, hierro, níquel,
cobalto, cobre, plata, oro, zinc, cadmio, plomo, estaño, paladio,
platino, osmio, renio, iridio, antimonio, bismuto y metales de las
tierras raras.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el catalizador
está depositado sobre un soporte elegido entre alúmina, sílice,
dióxido de titanio, dióxido de circonio, óxido de magnesio y
carbones activos.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el catalizador
se elige entre níquel Raney y cobalto Raney, acompañados
eventualmente de uno o varios elementos iniciadores, tales como
titanio, molibdeno, cromo, hierro, tungsteno, zinc, cobre, plata y
oro.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el catalizador
se elige entre los catalizadores basados en níquel o en cobalto al
menos en parte en estado reducido, texturado con una fase que
comprende uno o varios metales iniciadores en forma de óxidos.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el ácido
adicionado a la mezcla de reacción después de separar el catalizador
es un ácido mineral, tal como ácido sulfúrico, ácido fosfórico,
ácido fosforoso, ácido clorhídrico, ácido nítrico, u orgánico, tal
como los ácidos carboxílicos alifáticos, cicloalifáticos,
aromáticos mono- o polifuncionales, o los ácidos sulfónicos
alifáticos, cicloalifáticos o aromáticos, o una resina ácida,
preferentemente con grupos sulfónicos.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la cantidad de
ácido empleada es tal que corresponde al menos a la estequiométría
respecto a los compuestos básicos minerales presentes en la mezcla
de reacción que proviene de la hidrogenación del dinitrilo.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la cantidad de
ácido empleada representa de 0,0005% a 2% en peso de ácido respecto
al peso de la mezcla de reacción y preferentemente de 0,001% a 1% en
peso por peso.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
disolvente puede separarse del medio de reacción antes o después de
la adición del ácido.
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