ES2198910T3 - Procedimiento de preparacion de aminonitrilo y de diamina. - Google Patents

Procedimiento de preparacion de aminonitrilo y de diamina.

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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.
Ejemplo 1
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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