ES2201539T3 - Procedimiento para la condensacion fraccionada de una mezcla caliente de gases que contiene acido acrilico o acido metacrilico, con una alta proporcion de componentes no condensanbles. - Google Patents
Procedimiento para la condensacion fraccionada de una mezcla caliente de gases que contiene acido acrilico o acido metacrilico, con una alta proporcion de componentes no condensanbles.Info
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Abstract
Procedimiento para la condensación fraccionada de una mezcla de gases, la cual, además de ácido acrílico o ácido metacrílico, contiene al menos otro componente condensable y además una alta proporción de uno o varios componentes no condensables, caracterizado porque se conduce la mezcla de gases a través de una columna con elementos insertados con poder separador, y se separan por condensación los componentes condensables mediante enfriamiento.
Description
Procedimiento para la condensación fraccionada de
una mezcla caliente de gases que contiene ácido acrílico o ácido
metacrílico, con una alta proporción de componentes no
condensables.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la condensación fraccionada de una mezcla
caliente de gases, la cual contiene al menos dos componentes
condensables y una alta proporción de componentes no
condensables.
Mezclas calientes de gases, las cuales, además de
componentes condensables, contienen una alta proporción de
componentes no condensables, se forman, por ejemplo, en la
preparación de ácido acrílico o ácido metacrílico mediante oxidación
en fase gaseosa, catalizada de forma heterogénea. Para ello, por
ejemplo se reacciona propeno con oxígeno molecular, sobre
catalizadores en estado de agregación sólido, a temperaturas de
entre 200 y 400ºC, en una o dos etapas, a través de acroleína
(compárese por ejemplo DE-A- 1 962 431,
DE-A-2 943 707,
DE-C-1 205 502,
EP-A-0 257 565,
EP-A-0 253 409,
DE-A-2 251 364,
EP-A-0 117 146,
GB-B-1 450 986 y
EP-A-0 293 224). Se emplean
catalizadores de tipo óxido de varios componentes, por ejemplo en
base a óxidos de los elementos molibdeno, bismuto y hierro (en la
etapa I), o molibdeno y vanadio (en la etapa II), respectivamente.
La mezcla caliente de reacción contiene, además del ácido acrílico
(condensable) o del ácido metacrílico (condensable) y componentes
condensables, una alta proporción de componentes no condensables,
como nitrógeno u oxígeno.
Para la separación de ácido acrílico son
conocidos numerosos procedimientos. Así, a partir de la publicación
DE-C-2 136 396 es conocido separar
el ácido acrílico a partir de los gases de reacción obtenidos en la
oxidación catalítica en fase gaseosa, mediante absorción a
contracorriente con una mezcla formada a partir de aproximadamente
75% en peso de difeniléter y aproximadamente 25% en peso de
difenilo. La publicación DE-A-2 449
780 describe el enfriamiento de la mezcla caliente de reacción
mediante evaporación parcial del disolvente en un condensador
director (dispositivo "quench") antes de la absorción a
contracorriente. Además de esta absorción del producto de reacción,
el cual contiene el ácido acrílico, en una mezcla de disolventes de
alto punto de ebullición, otros procedimientos contemplan una
condensación completa del ácido acrílico y del agua de reacción
formado posteriormente en la oxidación catalítica. Así, se forma
una disolución de ácido acrílico acuosa, la cual puede ser procesada
adicionalmente mediante destilación con un agente azeótropo
(compárese por ejemplo las publicaciones DE- C-2 429
291 y JP-A-1 124 766) o mediante un
procedimiento de extracción (compárese por ejemplo las
publicaciones DE-A-2 164 767 y
JP-A-5 81 40-039).
En la publicación EP-A-0 551 111 se
pone en contacto la mezcla que contiene el ácido acrílico,
preparada mediante oxidación en fase gaseosa, con agua, en una
columna de absorción, y la disolución acuosa obtenida es destilada
en presencia de un disolvente, el cual forma un azeótropo con
compuestos polares de bajo punto de ebullición, como agua o ácido
acético. Además, a partir de la publicación
DE-C-2 323 328 es conocida la
separación de ácido acrílico a partir de una lejía residual de la
esterificación de butanol - ácido acrílico, mediante extracción con
una mezcla especial de disolventes orgánicos. En los procedimientos
aquí descritos, es desventajoso que para la extracción o absorción
se emplee un disolvente orgánico, el cual debe ser separado de nuevo
en una etapa de procedimiento adicional, como una rectificación,
con alta carga térmica.
La publicación
EP-A-0 751 110 describe un
procedimiento en dos etapas para la purificación de acroleína, la
cual está contenida en una corriente gaseosa de partida, además de
agua, ácidos y gases inertes. En la primera etapa, el gas de partida
es separado, en una columna refrigerada, en una corriente líquida y
una descarga en forma gaseosa, siendo accionada la columna
refrigerada en condiciones definidas. En la segunda etapa, la
descarga en forma gaseosa es condensada a una temperatura inferior
en 20ºC, con la obtención de una fracción líquida y una fracción en
forma gaseosa purificada.
El objeto de la presente invención se basaba en
proporcionar un procedimiento que separara una mezcla gaseosa,
formada en la oxidación catalítica en fase gaseosa a ácido
acrílico o ácido metacrílico, la cual presentara una alta proporción
de componentes no condensables, de tal forma, que se obtuviera
ácido acrílico o ácido metacrílico con una pureza lo más alta
posible, con la necesidad del menor número posible de etapas de
procedimiento.
La solución de este objeto parte de un
procedimiento para la condensación fraccionada de una mezcla de
gases, la cual, además de ácido acrílico o ácido metacrílico,
contiene además al menos un componente adicional condensable, y
además una alta proporción de uno o más componentes no condensables.
El procedimiento según la invención para la condensación fraccionada
está caracterizado, porque la mezcla gaseosa es conducida a través
de una columna con elementos insertados con poder separador, y los
componentes condensables son separados por condensación, mediante
enfriamiento.
Según la invención, también se proporciona un
procedimiento para la preparación de ácido acrílico o ácido
metacrílico. Éste parte de la oxidación en fase gaseosa catalítica
de alcanos, alquenos, alcanoles y/o alcanales, con 3 o 4 átomos de
carbono, y/o precursores de los mismos, con la formación de un
producto crudo, el cual, además de ácido acrílico o ácido
metacrílico, contiene al menos un producto secundario y/o al menos
un producto de partida no reaccionado. El procedimiento de
preparación según la invención está caracterizado porque el
producto crudo en forma gaseosa es procesado adicionalmente, según
el anterior procedimiento según la invención, para la condensación
fraccionada.
Según una forma de realización preferida, la
mezcla caliente de gases, que contiene el ácido acrílico o ácido
metacrílico, contiene una fracción de punto de ebullición alto, de
punto de ebullición intermedio y de punto de ebullición bajo, las
cuales, a su vez, contienen, cada una, uno o varios componentes,
como es el caso, por ejemplo, en la mezcla caliente de gases de
producto de reacción formada mediante oxidación catalítica en fase
gaseosa, en la preparación de ácido acrílico. Otras formas de
realización preferidas de la invención se derivan a partir de la
descripción subsiguiente y del ejemplo. Es descrito el empleo de
una columna con elementos insertados con poder separador para la
condensación fraccionada de mezclas calientes de gases, con una alta
proporción de componentes no condensables.
La única figura muestra, de forma esquemática,
una columna, la cual es empleada para la realización del
procedimiento según la presente invención.
Las columnas que se pueden emplear para el
procedimiento según la invención no están sometidas a ninguna
restricción especial. Básicamente, son adecuadas todas las columnas
con elementos insertados con poder separador. Como elementos
insertados de columna se consideran todos las los elementos
insertados, especialmente platos, empaquetaduras y/o cuerpos de
relleno. Entre los platos se prefieren platos de burbujas, fondos
perforados, plataformas de válvulas y/o platos
"dual-flow". La columna comprende al menos un
dispositivo de refrigeración. Para ello, son adecuados todos los
transmisores de calor o intercambiadores de calor, en los cuales el
calor liberado en la condensación es evacuado indirectamente
(externamente). Para ello pueden emplearse todos los aparatos
habituales, siendo preferidos intercambiadores de calor de haz de
tubos, intercambiadores de calor de placas y refrigeradores por
aire. Medios de refrigeración adecuados en un refrigerador por aire
son, correspondientemente, aire, y, en otros dispositivos de
refrigeración, líquidos refrigerantes, especialmente agua. Si
solamente hay provisto un dispositivo de refrigeración, entonces
éste es colocado en la cabeza de la columna, en el cual la fracción
de compuestos de bajo punto de ebullición es separada por
condensación. El experto puede determinar fácilmente, en dependencia
de la pureza deseada de las fracciones condensadas, y así de los
componentes, el número de dispositivos de refrigeración necesarios,
siendo determinada la pureza de los componentes condensados,
esencialmente mediante el poder separador instalado de la columna,
esto es, la altura de la columna y la energía suministrada mediante
la mezcla de gases a condensar. De forma conveniente, si existen
varios dispositivos de refrigeración, éstos son colocados en
diferentes secciones de la columna. Por ejemplo, con una mezcla
caliente de gases, la cual, además de la alta proporción de
componentes no condensables, contiene una fracción de punto de
ebullición alto, de punto de ebullición intermedio y de punto de
ebullición bajo, puede disponerse un dispositivo de refrigeración en
la sección inferior de la columna, para la separación por
condensación de la fracción de alto punto de ebullición, y un
dispositivo de refrigeración en la cabeza de la columna, para la
separación por condensación de la fracción de punto de ebullición
bajo. Las fracciones condensadas son evacuadas en las secciones
respectivas en la columna, a través de salidas laterales. En
dependencia del número de los componentes en la fracción de punto de
ebullición alto, de punto de ebullición intermedio y de punto de
ebullición bajo, pueden estar dispuestos, respectivamente, también
varias salidas laterales. Las fracciones evacuadas a través de las
salidas laterales, pueden entonces ser sometidas a varias etapas de
purificación adicionales, por ejemplo procedimientos de separación
por destilación o por extracción, o a una cristalización, según la
pureza deseada de los componentes. Según una forma de realización
preferida de la invención, se disponen una salida de compuestos de
alto punto de ebullición, una salida de compuestos de bajo punto de
ebullición, y 0, 1 o 2 salidas de compuestos de punto de ebullición
intermedio. La presión presente en la columna depende de la
cantidad de componentes no condensables, y asciende, de forma
preferida, a 0,5 hasta 5 bar de presión absoluta, especialmente de
0,8 hasta 3 bar de presión absoluta. Las condiciones de
funcionamiento exactas para la columna, como la regulación de
temperatura y presión, disposición y colocación del (de los)
dispositivo(s) de refrigeración, disposición de las salidas
laterales, para evacuar las fracciones deseadas, elección de la
altura de la columna y del diámetro de la columna, número y
distancia de los elementos insertados / platos con poder separador
en la columna o tipo de los elementos insertados de columna con
poder separador, pueden ser determinadas por el experto, en el marco
de experimentos habituales, en dependencia del objetivo de
separación.
Como mezclas de gases pueden emplearse todas las
mezclas calientes de gases, que, además de ácido acrílico o ácido
metacrílico, contienen al menos otro componente condensable y una
alta proporción de al menos un componente no condensable, y no
presentan una marcada formación de azeótropos. Esto es, los
azeótropos son adecuados entonces, cuando la composición de la
mezcla azeotrópica está muy desplazada hacia un lado. Según la
invención, el concepto "componente condensable" comprende todos
los componentes o compuestos, cuyo punto de ebullición no sea
inferior que -40ºC a presión normal (1 bar), de forma preferida no
inferior que -30ºC a presión normal (1 bar), especialmente no
inferior que -20ºC a presión normal (1 bar). De forma preferida, la
temperatura de la mezcla caliente de gases a condensar está entre
20 y 450ºC, especialmente entre 100 y 350ºC, y de forma preferida
entre 150 y 300ºC. La proporción de componente(s) está, de
forma preferida, entre 20 y 100% en peso, especialmente entre 50 y
95% en peso, de forma muy especialmente preferida entre 70 y 90%
en peso, respectivamente referido al 100% en peso de mezcla caliente
de gases. La mezcla de gases contiene, según una forma de
realización preferida de la invención, una fracción de alto punto
de ebullición, de punto de ebullición intermedio y de punto de
ebullición bajo, de las cuales cada una a su vez puede contener uno
o varios componentes, estando presente el ácido acrílico o ácido
metacrílico en la fracción de punto de ebullición intermedio. Los
conceptos fracciones de alto punto de ebullición y de bajo punto de
ebullición se refieren al producto deseado, el ácido acrílico o
metacrílico, y se refieren a las fracciones que tienen un punto de
ebullición o intervalo de ebullición, respectivamente, menor o
mayor, respectivamente, que la fracción de punto de ebullición
intermedio, desviándose éstos al menos en 5 hasta 10ºC del
intervalo/punto de ebullición de la fracción de punto de ebullición
intermedio.
Según una forma de realización preferida, la
mezcla caliente de gases es refrigerada, antes de la separación por
condensación, de forma directa o indirecta (externamente). Esto
puede tener lugar mediante una refrigeración indirecta, por ejemplo
refrigerador por gas, pero también mediante una refrigeración
directa con un adyuvante refrigerante de alto punto de ebullición,
por ejemplo hidrocarburos de alto punto de ebullición, o, de forma
preferida, con la fracción de alto punto de ebullición, condensada
a partir de la mezcla de gases. En el adyuvante, sin embargo, es
desventajoso que éste debe ser procesado de nuevo. En lo que
respecta al aparato, la refrigeración puede llevarse a cabo de
forma separada de la columna en un aparato propio, por ejemplo un
refrigerador de gas, un quench o una caldera flash, o de forma
integrada en el fondo de la columna (con o sin elementos insertados
en la columna). En la refrigeración, la mezcla caliente de gases es
enfriada a 50 hasta 300ºC, especialmente 70 hasta 200ºC,
respectivamente por debajo del punto de ebullición del componente
con punto de ebullición más alto.
Una mezcla caliente de gases especialmente
adecuada es la mezcla de gases de reacción como la que se forma en
la oxidación en fase gaseosa catalítica de alcanos, alquenos,
alcanoles y/o alcanales, con 3 o 4 átomos de carbono, y/o
precursores de los mismos, a ácido acrílico o ácido metacrílico,
respectivamente, según procedimientos conocidos. De forma
especialmente preferida se emplea propeno, propano, acroleína,
terc.-butanol, isobuteno, isobutano, isobutiraldehído, metacroleína,
ácido isobutárico o metil-terc.-butiléter. Como
compuestos de partida, sin embargo, pueden emplearse también
aquellos, a partir de los cuales se forma el compuesto de partida
con 3 o 4 átomos de carbono per se, ya durante la oxidación en fase
gaseosa, como intermedio. Como ejemplo sean nombrados, para la
preparación del ácido metacrílico, el ácido isobutárico o el
metil-terc.-butiléter. Así, como producto crudo para
la condensación, de forma preferida, hay presente una mezcla de
gases de la oxidación catalítica en fase gaseosa de alcanos,
alquenos, alcanoles y/o alcanales, con 3 o 4 átomos de carbono, y/o
precursores de los mismos, a ácido acrílico o a ácido metacrílico.
Tanto el ácido acrílico como también el ácido metacrílico pueden
ser preparados directamente a partir de propano o isobutano,
respectivamente. En el empleo de propano como compuesto de partida,
éste puede también ser reaccionado, según procedimientos conocidos,
mediante oxideshidrogenación catalítica (por ejemplo según la
publicación US-A-5 510 558),
oxideshidrogenación homogénea (por ejemplo según la publicación
CN-A-1 105 352) o deshidrogenación
catalítica (por ejemplo según la publicación
EP-A-0 253 409), a una mezcla de
propeno/propano. Mezclas de propeno/propano adecuadas son también
propeno de refinería (70% de propeno y 30% de propano) o propeno de
craqueo (95% de propeno y 5% de propano). En el empleo de una
mezcla de propeno/propano para la preparación de ácido acrílico, el
propano actúa como un gas diluyente y/o como reactante. Al igual
que el propano, puede también actuar como reactante el isobutano, y
ambos pueden, por ejemplo según la publicación
EP-B-0 608 838, también ser
reaccionados directamente a ácido acrílico o ácido metacrílico,
respectivamente. En la preparación del ácido acrílico o ácido
metacrílico, respectivamente, en general los gases de partida son
diluidos con gases inertes como nitrógeno, CO_{2}, hidrocarburos
saturados con 1 hasta 6 átomos de carbono y/o vapor de agua, son
conducidos, en mezcla con oxígeno a temperaturas elevadas
(habitualmente 200 hasta 450ºC), así como, en caso dado, a presión
elevada, sobre catalizadores de mezcla de óxidos de metales de
transición (por ejemplo que contienen Mo, V, W y/o Fe), y son
transformadas por oxidación al ácido acrílico o ácido metacrílico,
respectivamente (compárese por ejemplo las publicaciones
DE-A-4 405 059,
EP-A-0 253 409,
EP-A-0 092 097 y
DE-A-4 431 949). Estas reacciones
son llevadas a cabo, por ejemplo, en una etapa o en varias etapas.
Procedimientos especialmente adecuados para la preparación de ácido
metacrílico son aquellos que parten de metacroleína, especialmente
cuando la metacroleína es preparada mediante oxidación catalítica
en fase gaseosa de terc.-butanol, isobutano o isobuteno, o mediante
reacción de formaldehído con propionaldehído, según las
publicaciones EP-B-0 092 097 y
EP-B-0 058 927. La mezcla de gases
de reacción formada contiene, además del ácido deseado, componentes
secundarios, como acroleína o metacroleína no reaccionada,
respectivamente, y/o propeno o isobuteno, respectivamente, vapor
de agua, monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno,
oxígeno, ácido acético, ácido propiónico, formaldehído, otros
aldehídos y anhídrido del ácido maleico. Habitualmente la mezcla de
gases de reacción contiene, respectivamente referido a la mezcla de
gases de reacción total, de 1 a 30% en peso de ácido acrílico o
ácido metacrílico, respectivamente, de 0,05 hasta 1% en peso de
propeno o isobuteno, respectivamente, y de 0,05 a 1% en peso de
acroleína o metacroleína, respectivamente, de 0,05 hasta 10% en
peso de oxígeno, de 0,05 hasta 2% en peso de ácido acético, de 0,01
hasta 2% en peso de ácido propiónico, de 0,05 hasta 1% en peso de
formaldehído, de 0,05 hasta 2% en peso de aldehídos, de 0,01 hasta
0,5% en peso de anhídrido de ácido maleico y de 20 hasta 98 %, de
forma preferida de 50 hasta 90% en peso, de gases inertes
diluyentes. Como gases inertes diluyentes están contenidos,
especialmente, hidrocarburos saturados con 1 hasta 6 átomos de
carbono, como de 0 hasta 90% en peso de metano y/o propano, además
de 1 hasta 30% en peso de vapor de agua, de 0,05 hasta 15% en peso
de óxidos de carbono y de 0 hasta 90% en peso de nitrógeno,
respectivamente referido al 100% en peso de gas diluyente. Así, una
mezcla de gases tal contiene, además del componente objetivo ácido
acrílico o ácido metacrílico, respectivamente, el cual condensa como
fracción de punto de ebullición intermedio, otros compuestos en el
intervalo de compuestos de alto punto de ebullición y de bajo punto
de ebullición. De forma adecuada, la condensación fraccionada es
llevada a cabo de tal forma, que en la columna estén provistos dos
dispositivos refrigerantes, uno en la sección inferior de la
columna, para la separación por condensación de los componentes de
alto punto de ebullición, y uno en la sección superior de la
columna, para la separación por condensación de la fracción de bajo
punto de ebullición.
De forma ventajosa, el procedimiento se lleva a
cabo en presencia de una fracción de alto punto de ebullición, una
fracción de punto de ebullición intermedio, una fracción de bajo
punto de ebullición y compuesto(s) condensable(s), de
la forma representada en la figura, y como es descrito a
continuación, pudiendo subdividirse la columna en diferentes
secciones, en las que son resueltos objetivos técnicos diferentes.
Las referencias numéricas en la figura denominan aquí las
diferentes secciones en la columna (I.a hasta I.f) o diferentes
secciones/aparatos de la columna (I.a), alimentaciones y
evacuaciones (1 - 11), así como circuitos de refrigeración II y
III, respectivamente.
En la sección de fondo I.a, la mezcla caliente de
gases es alimentada y enfriada. Esto puede llevarse a cabo mediante
refrigeración indirecta, por ejemplo mediante intercambiadores de
calor, o enfriamiento directo con la fracción de alto punto de
ebullición, condensada en la siguiente sección de la columna, como
medio refrigerante. El enfriamiento puede llevarse a cabo también,
en lugar de en la sección de fondo de la columna, de forma análoga,
en un aparato separado I.a, como se muestra en la figura. En este
caso, la mezcla caliente de gases a condensar de la conducción 1 es
enfriada en un quench o en un quench preconectado, respectivamente,
y es conducida a través de la conducción 2 a la sección de fondo
I.a de la columna. A través de la conducción 3, el medio
refrigerante (fracción condensada de alto punto de ebullición) es
reconducida, para el enfriamiento de la mezcla caliente de gases,
al quench o al quench preconectado, respectivamente. Si el
enfriamiento se lleva a cabo con un adyuvante de alto punto de
ebullición o con la fracción de alto punto de ebullición de la
sección I.b, respectivamente, una parte de la corriente,
habitualmente menor que el 1% en peso referido al 100% del
condensado, puede ser purgada del procedimiento.
En la sección de la columna I.b el calor de
condensación es evacuado de forma externa, a través del circuito
refrigerante II, mediante un intercambiador de calor, por ejemplo
con agua como medio refrigerante, evacuando de la columna la
fracción de punto de ebullición alto, condensada a través de la
conducción 4, enfriando la misma y recirculando a la columna una
parte de la fracción de punto de ebullición alto condensada,
enfriada, a través de la conducción 5, mientras que la otra parte,
habitualmente menos del 1% en peso referido al 100% en peso de
condensado en la salida lateral, es evacuada a través de la
conducción 6. La fracción de alto punto de ebullición condensada,
enfriada, es conducida en contracorriente con respecto al gas que
sube. En dependencia del objetivo de separación, también existe la
posibilidad de unir constructivamente las secciones I.a y I.b de la
columna, esto es, el enfriamiento del gas de reacción y la
condensación de una fracción de alto punto de ebullición, (no está
mostrado), de forma que los procesos nombrados sean llevados a cabo
de forma simultánea. También existe la posibilidad de proveer, en
lugar del circuito de refrigeración externo II, una refrigeración
directa (no está mostrado), en la cual un adyuvante de alto punto
de ebullición es inyectado para el enfriamiento, el cual a su vez
es conducido en círculo o es procesado adicionalmente de forma
externa.
En la sección de la columna I.c, entre la sección
de la columna I.b (circuito de refrigeración II) y I.d (salida
lateral), se lleva a cabo, hacia el circuito de refrigeración II,
un enriquecimiento por destilación y separación por condensación de
la fracción de alto punto de ebullición a partir de la corriente
gaseosa conducida hacia arriba en contracorriente.
A través de la salida lateral 7 en la sección de
la columna I.d. los componentes finales deseados, como ácido
acrílico o ácido metacrílico, respectivamente, son evacuados. En el
caso extremo de una condensación en una sola etapa, en la sección de
la salida lateral 7 se separa por condensación la fracción de punto
de ebullición intermedio a partir de la mezcla de gases conducida
hacia arriba.
En la sección de la columna I.e, entre la sección
de la columna I.d (salida lateral 7) y I.f (circuito de
refrigeración II) se lleva a cabo el enriquecimiento por
destilación de la fracción de punto de ebullición intermedio a
partir de la corriente de gases conducida hacia arriba en la mezcla
de gases, siendo enriquecida la fracción de punto de ebullición
intermedio hacia la salida lateral (sección I.d). También existe la
posibilidad de juntar constructivamente las secciones I.d y I.e de
la columna en una sola sección (no está mostrado). De forma
adecuada, en este caso en la sección I.d de la columna se inserta
un plato de retención, para evacuar el líquido de la columna.
En la sección de la columna I.f del circuito de
refrigeración III externo se lleva a cabo la condensación de la
fracción de bajo punto de ebullición a partir de la corriente
gaseosa conducida hacia arriba en contracorriente. De forma análoga
al circuito de refrigeración II, el calor de condensación es
evacuado de forma externa a través del circuito de refrigeración
III, mediante un intercambiador de calor, con por ejemplo agua como
medio refrigerante, descargando la fracción de punto de ebullición
bajo a través de la conducción 8, enfriándola y reconduciendo a la
columna una parte de la fracción de punto de ebullición bajo
enfriada, condensada, a través de la conducción 9, mientras que la
otra parte es descargada a través de la conducción 10. Los gases no
condensados son descargados de la cabeza de la columna, a través de
la conducción 11, pudiendo, en caso dado, ser sobrecalentada la
corriente gaseosa, para evitar una condensación adicional en el
tubo de vapores.
La columna mostrada de forma esquemática en la
figura es especialmente adecuada para la condensación fraccionada de
una mezcla de gases de reacción arriba nombrado, como la que se
forma en la oxidación catalítica en fase gaseosa a ácido acrílico o
ácido metacrílico, respectivamente. En este caso, para evitar una
polimerización, de forma ventajosa se adiciona, en uno o varios
puntos de la columna, fácilmente localizables por el experto en la
materia, un estabilizante, especialmente fenotiazina u otro
estabilizante descrito en la publicación
EP-A-0 765 856. De la columna se
retira, a través de la salida lateral 7, el producto objetivo, el
ácido acrílico o ácido metacrílico, respectivamente, en una alta
pureza, de más del 95%, especialmente más del 97% en peso,
respectivamente referido al condensado descargado por la salida
lateral. Los componentes no condensables, los cuales, de forma
preferida, son nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono,
oxígeno, metano, propano y propeno, son descargados en la cabeza de
la columna a través de la conducción 11. La fracción de punto de
ebullición alto, separada por condensación en la sección I.b, la
cual contiene, de forma predominante, anhídrido del ácido maleico,
ácido benzoico, estabilizantes como fenotiazina u otros
estabilizantes descritos en la publicación
EP-A-0 765 856, ácido acrílico
monómero y oligómero, es descargada a través de la conducción 6,
mientras que la fracción de punto de ebullición bajo, separada por
condensación, la cual contiene de forma predominante agua, ácido
acético y formaldehído, es descargada a través de la conducción
10.
En oposición a los procedimientos hasta el
momento para la separación de ácido acrílico, los cuales requieren
el empleo de un agente de absorción o de extracción, es posible,
según la invención, una separación del ácido acrílico o del ácido
metacrílico, respectivamente, en una alta pureza, porque se
introducen los gases de reacción calientes de la oxidación
catalítica en fase gaseosa desde abajo en una columna de absorción,
y se dejan subir por sí mismos, sin conducir un agente de absorción
externo en contracorriente. Los gases que suben se enfrían, los
componentes condensables condensan, y forman casi un "agente de
absorción interno" que baja. Así, el procedimiento según la
invención posibilita la separación del ácido acrílico o del ácido
metacrílico, respectivamente, en una pureza alta, sin agente de
absorción o de extracción externo. Además, el procedimiento
posibilita un aprovechamiento óptimo de la energía calorífica, que
está contenida en los gases de reacción de la oxidación catalítica
en fase gaseosa. Además, los componentes no condensables, retirados
a través de la cabeza, pueden ser reconducidos, como gas diluyente
o de circulación, a la etapa para la preparación del ácido acrílico
o ácido metacrílico, respectivamente.
El procedimiento según la invención posibilita,
en sólo una etapa de procedimiento, no solamente una separación de
la mezcla caliente de gases en una parte condensable y una parte no
condensable, sino simultáneamente una separación de la parte
condensable en fracciones que hierven a diferentes puntos de
ebullición o intervalos de ebullición, respectivamente, y una alta
pureza de los diferentes componentes. Como dicho anteriormente, los
componentes condensables forman casi un "agente de absorción
interno" que baja, por lo que el procedimiento según la invención
se puede considerar, de forma simplificada, como una combinación
ventajosa de rectificación y de absorción. Es especialmente
sorprendente, que esta alta pureza de los componentes es posible
sin el empleo de un adyuvante. De forma óptima, el procedimiento
según la invención aprovecha la energía calorífica de mezclas de
gases a partir de reacciones, en las cuales se forman mezclas
calientes de gases. Con respecto a los procedimientos habituales de
destilación, rectificación y condensación, el procedimiento según la
invención se diferencia en que se trabaja con una alta proporción
de componentes no condensables. Habitualmente, en los
procedimientos habituales arriba nombrados la proporción de
componentes no condensables asciende a menos del 5%. Así, el
procedimiento según la invención posibilita una separación
especialmente económica de una mezcla de gases calientes, con una
alta proporción de componentes no condensables, en sus componentes
condensables, en una sola etapa de procedimiento. Es especialmente
ventajoso, que los componentes deseados pueden ser obtenidos en una
alta pureza.
La invención es explicada en base al siguiente
ejemplo, el cual representa una forma de realización preferida de
la invención.
A partir de una oxidación catalítica en fase
gaseosa a ácido acrílico, se obtuvo una mezcla según la siguiente
composición (tabla 1), con una temperatura de 270ºC:
| Componente | Concentración, % en peso |
| Agua | 4,4 |
| Formaldehído | 0,2 |
| Ácido acético | 0,4 |
| Ácido acrílico | 10,1 |
| Anhídrido de ácido maleico | 0,07 |
| Ácido benzoico | 0,02 |
| Acroleína | 0,1 |
| Anhídrido de ácido ftálico | 0,01 |
| Ácido propiónico | 0,002 |
| Ácido maleico | 0,0 |
| Acrilato de alilo | 0,001 |
| Benzaldehído | 0,001 |
| Furfural | 0,001 |
| Fenotiazina | 0,0 |
| Nitrógeno | Resto (76,545) |
| Oxígeno | 3,6 |
| Óxido de carbono | 0,75 |
| Dióxido de carbono | 2,6 |
| Propeno | 0,5 |
| Propano | 0,7 |
La mezcla (3040 g/h) fue introducida desde abajo
en una columna, la cual, de forma esquemática, está conformada
esencialmente como la columna mostrada en la figura. Se empleó una
columna con platos de burbujas. La columna medía 2,6 m de alto y
tenía un diámetro de 8 cm. El número de platos era de 27. La
temperatura en el fondo de la columna era de 120ºC. El calor de
condensación fue evacuado a través de un transferidor de calor en
los platos 1 y 27. En la cabeza de la columna se adicionó, de forma
continua, fenotiazina como estabilizante.
Del fondo de la columna se descargó una fracción
de punto de ebullición alto, según la composición mostrada en la
tabla 2, con 1 g/h a 120ºC:
| Componente | Concentración, % en peso |
| Agua | 0,6 |
| Formaldehído | 0,002 |
| Ácido acético | 0,403 |
| Ácido acrílico | 40 |
| Anhídrido de ácido maleico | 0,9 |
| Ácido benzoico | 9,0 |
| Acroleína | 0,006 |
| Anhídrido de ácido ftálico | 3,6 |
| Ácido propiónico | 0,008 |
| Ácido maleico | 0 |
| Acrilato de alilo | 0,002 |
| Benzaldehído | 0,006 |
| Furfural | 0,009 |
| Fenotiazina | Resto (45,464) |
| Nitrógeno | 0 |
| Oxígeno | 0 |
| Óxido de carbono | 0 |
| Dióxido de carbono | 0 |
| Propeno | 0 |
| Propano | 0 |
En el plato 3 se descargó de la columna, a través
de una salida lateral, la siguiente fracción de punto de ebullición
intermedio (tabla 3), con 350 g/h a 93ºC:
| Componente | Concentración, % en peso |
| Agua | 1,1 |
| Formaldehído | 0,004 |
| Ácido acético | 1,0 |
| Ácido acrílico | Resto (96,914) |
| Anhídrido de ácido maleico | 0,6 |
| Ácido benzoico | 0,2 |
| Componente | Concentración, % en peso |
| Acroleína | 0,008 |
| Anhídrido de ácido ftálico | 0,1 |
| Ácido propiónico | 0,02 |
| Ácido maleico | 0 |
| Acrilato de alilo | 0,01 |
| Benzaldehído | 0,004 |
| Furfural | 0,01 |
| Fenotiazina | 0,03 |
| Nitrógeno | 0 |
| Oxígeno | 0 |
| Óxido de carbono | 0 |
| Dióxido de carbono | 0 |
| Propeno | 0 |
| Propano | 0 |
En el plato 27 se descargó la siguiente fracción
de punto de ebullición bajo (tabla 4), con 90 g/h a 34ºC:
| Componente | Concentración, % en peso |
| Agua | Resto (87,69) |
| Formaldehído | 0,08 |
| Ácido acético | 8,2 |
| Ácido acrílico | 4,0 |
| Anhídrido de ácido maleico | 0 |
| Ácido benzoico | 0 |
| Acroleína | 0,03 |
| Anhídrido de ácido ftálico | 0 |
| Ácido propiónico | 0 |
| Ácido maleico | 0 |
| Acrilato de alilo | 0 |
| Benzaldehído | 0 |
| Componente | Concentración, % en peso |
| Furfural | 0 |
| Fenotiazina | 0 |
| Nitrógeno | 0 |
| Oxígeno | 0 |
| Óxido de carbono | 0 |
| Dióxido de carbono | 0 |
| Propeno | 0 |
| Propano | 0 |
Los componentes no condensables (gas de desecho)
fueron evacuados por la cabeza. Su composición era, con 2630 g/h y
25ºC, como sigue:
| Componente | Concentración, % en peso |
| Agua | 2,0 |
| Formaldehído | 0,2 |
| Ácido acético | 0,09 |
| Ácido acrílico | 0,03 |
| Anhídrido de ácido maleico | 0 |
| Ácido benzoico | 0 |
| Acroleína | 0,1 |
| Anhídrido de ácido ftálico | 0 |
| Ácido propiónico | 0 |
| Ácido maleico | 0 |
| Acrilato de alilo | 0 |
| Benzaldehído | 0 |
| Furfural | 0 |
| Fenotiazina | 0 |
| Nitrógeno | Resto (88,18) |
| Oxígeno | 4,1 |
| Óxido de carbono | 0,9 |
| Componente | Concentración, % en peso |
| Dióxido de carbono | 3,0 |
| Propeno | 0,6 |
| Propano | 0,8 |
Tal y como puede observarse a partir de la
comparación de la columna 3 con el resto de tablas, mediante el
empleo de una columna para la condensación, se obtiene ácido
acrílico de alta pureza, así como una buena separación de los
componentes restantes.
Claims (10)
1. Procedimiento para la condensación fraccionada
de una mezcla de gases, la cual, además de ácido acrílico o ácido
metacrílico, contiene al menos otro componente condensable y además
una alta proporción de uno o varios componentes no condensables,
caracterizado porque se conduce la mezcla de gases a través
de una columna con elementos insertados con poder separador, y se
separan por condensación los componentes condensables mediante
enfriamiento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la mezcla de gases está presente como
producto crudo de la oxidación en fase gaseosa catalítica de
alcanos, alquenos, alcanoles y/o alcanales con 3 ó 4 átomos de
carbono, y/o sus precursores, a ácido acrílico o ácido
metacrílico.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la mezcla caliente de gases es enfriada
antes de la separación por condensación.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se condensa
una mezcla caliente de gases con una fracción de punto de ebullición
alto, una de punto de ebullición intermedio y una de punto de
ebullición bajo.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque cada fracción de punto de ebullición
alto, de punto de ebullición intermedio y de punto de ebullición
bajo contiene uno o varios componentes.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se condensa una
mezcla caliente de gases con entre 20 y 100% en peso de componentes
no condensables con respecto al 100% en peso de la mezcla de
gases.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se condensa una
mezcla caliente de gases con una temperatura de entre 100 y
350ºC.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se emplea una
columna con uno o varios dispositivos de enfriamiento.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque como elementos
insertados en la columna con poder separador se emplean
empaquetaduras, cuerpos de relleno y/o fondos.
10. Procedimiento para la preparación de ácido
acrílico o ácido metacrílico mediante oxidación en fase gaseosa
catalítica de alcanos, alquenos, alcanoles y/o alcanales con 3 ó 4
átomos de carbono, y/o sus precursores, mediante la formación de un
producto crudo, el cual, además de ácido acrílico o ácido
metacrílico, contiene al menos un producto secundario y/o al menos
un producto de partida no reaccionado, caracterizado porque
el producto crudo en forma gaseosa es condensado según el
procedimiento de la reivindicación 1.
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