ES2228621T3 - Procedimiento para la fabricacion de bisfenol a. - Google Patents

Abstract

El objeto de la invención es un procedimiento para la fabricación de p, p-bisfenol A (BPA) mediante reacción de acetona y fenol en presencia de resinas de poliestireno sulfonadas reticuladas (resinas intercambiadoras de iones), caracterizado porque, a continuación de la unidad de reacción, el BPA de la solución de reacción a) se separa mediante una cristalización primaria en forma de una cristalización en capa ejecutada de forma continua o discontinua, b) y, dado el caso, se separa mediante otra purificación por destilación o cristalización, c) y la corriente de reciclado separada del BPA enriquecida en productos secundarios se retroalimenta con inserción intermedia de una reacción de transposición y una destilación para la eliminación de agua, acetona y, dado el caso, fenol delante o detrás del reactor.

Description

Procedimiento para la fabricación de bisfenol A.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación eficiente de bisfenoles de alta pureza.

Los bisfenoles son materias primas importantes para la fabricación de polímeros como resinas epoxi o, especialmente, policarbonatos. Para este uso se presentan grandes requerimientos en cuanto a la pureza de los bisfenoles, de modo que para procedimientos de fabricación económicos a escala industrial es significativo junto a la consecución de mayores conversiones y selectividades en la reacción, especialmente las etapas de procesamiento.

Los bisfenoles se fabrican, según procedimientos principalmente conocidos, mediante la condensación de compuestos de carbonilo con alcoholes aromáticos en presencia de catalizadores ácidos. Un procedimiento para la fabricación técnicamente relevante de 2,2-bis-(4-hidroxifenil)propano (BPA) es la reacción de acetona y fenol en presencia de resinas de poliestireno sulfonadas reticuladas (resinas de intercambio de iones). A este respecto se ajusta una proporción de fenol / acetona de al menos 5:1. Para conseguir mayores selectividades se considera el uso de co-catalizadores que se disuelven de forma homogénea en los reactantes o se fijan mediante enlaces covalentes o iónicos a la resina intercambiadora de iones.

El objetivo es separar del BPA los productos secundarios generados en el procedimiento anterior para la fabricación de BPA mediante las medidas adecuadas y eliminar el exceso de fenol completamente del producto. Además, las tomas laterales generadas con estas medidas se deberían reutilizar por motivos económicos en el reciclado global.

Como solución de estos objetivos se describe en la bibliografía el aislamiento de cristales de aductos de BPA-fenol a partir de la solución de reacción mediante cristalización en suspensión con o sin destilación previa para la eliminación de agua, acetona y fenol (documentos EP-A-829464, EP-A-522700 y EP-A-671377). A este respecto se retroalimentan las aguas madre que contienen fenol generadas en la filtración de los cristales de aducto, dado el caso, tras inserción de una reacción de transposición, previa a la unidad de reacción, y se complementan con fenol y acetona frescos. Dado el caso, la cristalización en suspensión se puede llevar a cabo varias veces en serie para conseguir mayores purezas. Las desventajas de este procedimiento son la necesidad de usar equipos costosos para la cristalización y la separación sólido-líquido. Además, en la cristalización en suspensión se presenta como problema la acumulación de las superficies de los equipos usados con BPA o aductos de BPA-fenol, que hace indispensable un lavado regular de las superficies mediante fusión de los depósitos (documento EP-A-718267).

Para evitar esta problemática, en el documento EP-A-758637, se propusieron procedimientos que prescinden de una cristalización del aducto y, por lo tanto, de la generación de un efluente de aguas madre. A este respecto, se hace pasar el BPA por un procesamiento de la corriente de reacción en una cascada de etapas de purificación por destilación, con lo que la corriente de reacción se purifica sin generación de corrientes de retroalimentación de acetona, agua, fenol y productos secundarios. Son desventajas de este procedimiento la carga térmica del producto por las altas temperaturas en la destilación, los elevados costes de energía de la cascada de destilación y la gran pérdida en materias primas por prescindir de la transposición y retroalimentación.

El documento EP-A-785181 describe el procesamiento de la solución de reacción, prescindiendo igualmente de una cristalización del aducto, mediante una combinación de destilación a presión reducida para la eliminación de acetona, agua, fenol y, dado el caso, componentes secundarios y, a continuación, cristalización en estado fundido. También en esta forma de proceder se han de agregar, por prescindir de una retroalimentación de las corrientes de productos secundarios que contienen BPA generadas en la purificación, las pérdidas en materias primas.

El procedimiento de acuerdo con la invención para el procesamiento de BPA de alta pureza evita las desventajas anteriormente descritas, de modo que la cristalización del aducto se lleva a cabo a partir de la corriente de reacción en forma de una cristalización en capa.

El objeto de la invención es un procedimiento para la fabricación de 2,2-bis-(4-hidroxifenil)propano (BPA) mediante reacción de acetona y fenol en presencia de resinas de poliestireno sulfonadas reticuladas (resinas intercambiadoras de iones), caracterizado porque a continuación de la unidad de reacción, el BPA de la solución de reacción

a)

se separa mediante una cristalización primaria en forma de una cristalización en capa ejecutada de forma continua o discontinua,

b)

y se purifica mediante destilación o cristalización,

c)

y la corriente de reciclado separada del BPA enriquecida en productos secundarios de la cristalización en capa se retroalimenta con la inserción de una reacción de transposición y una destilación para la eliminación de agua, acetona y, dado el caso, fenol delante o detrás del reactor.

Mediante este procedimiento se puede prescindir del uso de una cristalización en suspensión y del uso de filtros y/o centrífugas para la separación mecánica sólido-líquido.

El procedimiento de acuerdo con la invención se explica más detalladamente en el esquema de procedimiento de la figura 1.

(1) representa una unidad de reacción, en la que se alimentan fenol, acetona y, dado el caso, productos secundarios retroalimentados en la corriente de aguas madres de la preparación de BPA, con una proporción de fenol / acetona de al menos 5:1, preferiblemente de al menos 10:1 a temperaturas de 40 a 110ºC, preferiblemente de 45 a 70ºC, a un sistema catalizador intercambiador de iones, compuesto por un poliestireno reticulado sulfonado.

El sistema catalizador intercambiador de iones está modificado con un compuesto mercapto unido covalente o iónicamente o se dosifica un compuesto mercapto adecuado homogéneamente a la solución de reacción y se recircula.

La unidad de reacción es, por ejemplo y preferiblemente, un lecho fijo o un lecho fluidizado, que es cruzado hacia abajo o hacia arriba, o una columna del tipo de una destilación reactiva.

La corriente de reacción que sale de la unidad de reacción (1) (solución de reacción) contiene fenol y acetona que no han reaccionado, junto con agua, BPA y los componentes secundarios generados de forma típica en la reacción, como o,p-BPA, indano, cromano y productos de reacción altamente condensados con tres o más núcleos aromáticos.

Esta corriente de reacción se alimenta a una unidad de cristalización (2), en la que la cristalización tiene lugar como cristalización en capa en superficies enfriadas en un equipo de cristalización en estado fundido ejecutada de forma continua o discontinua a temperaturas de 30 a 110ºC, preferiblemente de 35 a 80ºC. La cristalización puede llevarse a cabo de forma estática o en forma de una cristalización molecular por gravedad.

Tras la finalización del crecimiento de los cristales se aíslan los cristales formados mediante vaciado de las aguas madre líquidas. Dado el caso, se lleva a cabo a continuación otra purificación de los cristales, por ejemplo y preferiblemente, mediante transcurso de un gradiente de temperatura por condensación de vapores. Finalmente se licuan los cristales mediante aumento de la temperatura por encima del punto de fusión y se vacía en un recipiente almacenador para su posterior procesamiento. La mezcla obtenida aquí contiene p,p-BPA (50-70%), fenol (30-50%) y componentes secundarios (0,1-10%).

Esta mezcla se alimenta a una unidad para la eliminación del fenol (3), en la que el fenol se elimina según procedimientos conocidos principalmente, por ejemplo y preferiblemente, mediante destilación o desorción, hasta un contenido < 0,5%, preferiblemente < 0,1%.

Dado el caso, se purifica el p,p-BPA así obtenido a continuación en una segunda unidad de purificación (4), por ejemplo y preferiblemente mediante destilación de una o varias etapas u otra cristalización en capa hasta una pureza de al menos el 99,5%, preferiblemente al menos 99,85%.

La corriente de aguas madre obtenida en la unidad de cristalización (2) se conduce preferiblemente a un reactor de transposición (5), que está relleno de intercambiador de iones ácido y opera a temperaturas de 50 a 110ºC, preferiblemente de 60 a 80ºC. Con esto se efectúa la transposición de una parte de los productos secundarios contenidos en la corriente de retroalimentación (o,p-BPA, condensados superiores) en p,p-BPA y así aumenta el rendimiento del producto.

Al reactor de transposición (5) se dosifica, dado el caso, fenol y/o acetona en caso necesario.

La corriente de sustancia obtenida a la salida del reactor de transposición (5) se alimenta a un procesamiento por destilación de múltiples etapas, en el que se separan en una unidad de destilación (6) agua y acetona y, de forma opcional, en una unidad de destilación (7), el fenol.

El fenol obtenido aquí se retroalimenta a la unidad de reacción (1) y se usa para la fabricación de BPA.

La corriente de caldera enriquecida en BPA e isómeros de la unidad de destilación (7) se conduce a la corriente previa delante de la unidad de cristalización (2).

En una variante de procedimiento alternativa se prescinde de la separación del fenol en la unidad de destilación (7) y la corriente de aguas madre se retroalimenta directamente, tras la separación de agua y acetona, en la unidad de destilación (6), a la unidad de reacción (1). Dado el caso, se puede retirar una parte de la corriente de aguas madre del reciclado.

En el esquema de procedimiento de la figura 1 representan además

(8)	una conducción de retroalimentación de fenol
(9) a (11)	conducciones de corrientes de reacción
(12)	una unidad de recogida del producto
(13) y (13')	una conducción de corriente de producto secundario

(14) a (19)	conducciones de corriente de aguas madre
(20)	una unidad de recogida
(21)	una conducción de retroalimentación de fenol
(22)	una unidad de alimentación para fenol y acetona

Mediante el procedimiento de acuerdo con la invención se obtiene BPA cualitativamente de alto valor, de forma económica con minimización de corrientes de retroalimentación, aporte energético y pérdida de sustancias. En la fabricación se puede prescindir del uso de filtros rotativos y centrífugas para la separación de cristales de aductos en la cristalización en suspensión de BPA. Por lo tanto se evita el funcionamiento de equipos de reciclado técnicamente costosos, de mantenimiento intensivo y aumenta la disponibilidad del dispositivo. El BPA fabricado de esta forma es especialmente adecuado para el uso como materia prima para polímeros como policarbonatos o resinas epoxi sobre la base de su alta pureza y buen índice de color.

Los siguientes ejemplos sirven para la explicación de la invención. La invención no se encuentra limitada por los ejemplos. Los siguientes datos en porcentaje significan porcentajes en peso.

Ejemplos Ejemplo 1

Se pone en funcionamiento un aparato experimental que trabaja en continuo según la figura 1 con separación de fenol (7). A este respecto, se regulan en equilibrio las siguientes condiciones y concentraciones en las etapas de procedimiento concretas:

Unidad de reacción (1): rellenado con resina de poliestireno sulfonada humedecida con fenol (Lewatit SC 104, Bayer AG, modificada con cisteamina al 5%), temperatura de entrada: 65ºC, caudal de paso: 0,2 l de solución de reacción / l de catalizador * h

Concentración a la entrada: fenol al 96%, acetona al 4,0%

Concentración a la salida: fenol al 84,5%, acetona al 0,25%, agua al 1,45%, p,p-BPA al 12,8%, componentes secundarios al 1,0%.

Cristalización en capa (2): funcionamiento como cristalización en capa estática con los siguientes pasos individuales: cristalización (63ºC a 36ºC), vaciado de las aguas madre, condensación de vapores (36ºC a 61ºC), fusión del producto (61ºC a 110ºC).

Concentración a la entrada: fenol al 70,2%, acetona al 0,2%, agua al 1,4%, p,p-BPA al 21,2%, componentes secundarios al 7,0%.

Concentración a la salida, corriente de producto: fenol al 42,2%, acetona < 0,1%, agua < 0,1%, p,p-BPA al 56,4%, componentes secundarios al 1,4%.

Concentración a la salida, corriente de aguas madre: fenol al 85,0%, acetona al 0,3%, agua al 2,2%, p,p-BPA al 2,5%, componentes secundarios al 10,0%.

Eliminación del fenol (3): funcionamiento como unidad de desorción de una etapa con nitrógeno, temperatura de caldera de 190ºC.

Concentración a la entrada: fenol al 42,2%, p,p-BPA al 56,4%, componentes secundarios al 1,4%.

Concentración a la salida: fenol < 0,1%, p,p-BPA al 97,6%, componentes secundarios al 2,4%.

Purificación final (4): funcionamiento como cristalización en capa estática con los siguientes pasos individuales: cristalización, vaciado de las aguas madre, condensación de vapores, fusión del producto.

Concentración a la entrada: fenol < 0,1%, p,p-BPA al 97,6%, componentes secundarios al 2,4%.

Concentración a la salida: p,p-BPA al 99,84%, componentes secundarios al 0,16%.

Reacción de transposición (5): rellenado con resina de poliestireno sulfonada humedecida con fenol (Lewatit SC 104, Bayer AG, modificada con cisteamina al 5%), temperatura de entrada: 80ºC, caudal de paso: 0,2 l de solución de reacción / l de catalizador * h

Eliminación de agua/acetona (6): columna empaquetada que funciona a 150 mbar, temperatura de caldera 140ºC, separación de agua y acetona en la corriente de producto hasta < 0,1%.

Separación del fenol (7): columna empaquetada que funciona a 100 mbar, temperatura de cabezas 120ºC, la corriente de fenol retroalimentada a la unidad de reacción muestra una pureza del 99,9%.

La cantidad en BPA-resina evacuada del reactor previamente a la unidad de cristalización alcanzó el 8% de la cantidad retroalimentada.

Claims (3)

1. El objeto de la invención es un procedimiento para la fabricación de p,p-bisfenol A (BPA) mediante reacción de acetona y fenol en presencia de resinas de poliestireno sulfonadas reticuladas (resinas intercambiadoras de iones), caracterizado porque, a continuación de la unidad de reacción, el BPA de la solución de reacción

a)

se separa mediante una cristalización primaria en forma de una cristalización en capa ejecutada de forma continua o discontinua,

b)

y, dado el caso, se separa mediante otra purificación por destilación o cristalización,

c)

y la corriente de reciclado separada del BPA enriquecida en productos secundarios se retroalimenta con inserción intermedia de una reacción de transposición y una destilación para la eliminación de agua, acetona y, dado el caso, fenol delante o detrás del reactor.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la resina de poliestireno sulfonada reticulada usada para la fabricación está modificada con un compuesto mercapto unido covalente o iónicamente.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el compuesto mercapto unido iónicamente es la 2-mercaptoetilamina (cisteamina).