ES2315709T3 - Procedimiento de produccion de hexametilenediamina y aminocapronitril a partir de adiponitrilo, conteniendo la hexametilenediamina menos de 200 ppm de tetrahidroazepina. - Google Patents
Procedimiento de produccion de hexametilenediamina y aminocapronitril a partir de adiponitrilo, conteniendo la hexametilenediamina menos de 200 ppm de tetrahidroazepina. Download PDFInfo
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Abstract
Un procedimiento para producir de manera conjunta HMD y ACN a partir de ADN, en el que la HMD contiene menos de 200 ppm de THA, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de: (1) poner en contacto ADN e hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación para producir un producto de reacción que comprende HMD, ACN, THA, y ADN sin reaccionar; (2) destilar el producto de reacción para proporcionar un destilado que comprende ACN, HMD y THA; (3) destilar el destilado que comprende ACN, HMD y THA para proporcionar un destilado que comprende HMD y THA; (4) poner en contacto el destilado que comprende HMD y THA con hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación, proporcionando con ello un producto de hidrogenación que comprende HMD y HMI, conteniendo dicho producto de hidrogenación menos de 200 ppm de THA; y (5) destilar el producto de hidrogenación para proporcionar un destilado final que comprende HMI y unos lechos inferiores que comprenden HMD que contiene menos de 200 ppm THA y sustancialmente sin HMI.
Description
Procedimiento de producción de
hexametilenediamina y aminocapronitril a partir de adiponitrilo,
conteniendo la hexametilenediamina menos de 200 ppm de
tetrahidroazepina.
Cuando se lleva a cabo la hidrogenación de
adiponitrilo (ADN) para producir el producto hidrogenado
completamente, hexametilenediamina (HMD), o el producto
parcialmente hidrogenado, epsilon-aminocapronitrilo
(ACN), se produce inevitablemente algunos subproductos incluyendo
ciertas iminas. Las iminas son problemáticas en el procesamiento
posterior de HMD y ACN a Nylon 6,6 y Nylon 6, respectivamente,
debido a que las iminas impartes un color indeseable a los nylons,
y las iminas pueden limitar el peso molecular que los polímeros de
nylon pueden alcanzar. (En general, se prefieren altos pesos
moleculares para el nylon). La imina común más problemática en la
hidrogenación del ADN es tetrahidroazepina (THA). Se puede usar un
cromatógrafo de gas para medir THA, o un polarógrafo para medir
todas las denominadas impurezas que se puedan reducir de manera
polarográfica (PRI) en la muestra medida, siendo THA el componente
principal de las PRI. La medición polarográfica en general sera de
algún modo mayor que la medición cromatográfica, debido a que un
polarógrafo mide las impurezas que se pueden reducir de manera
polarográfica distintas de THA.
De manera conceptual, se puede contemplar la
preparación de HMD permitiendo que las moléculas de ADN se muevan
lentamente a través de un reactor de hidrogenación con una lenta
velocidad espacial, proporcionando suficiente tiempo de
hidrogenación para que reaccione con ADN para convertir ambos grupos
nitrilos de ADN en los grupos amina. Por el contrario, si ADN se
deja que se mueva rápidamente a través del reactor de hidrogenación
a una velocidad especial mayor, acortando por lo tanto el tiempo
que el hidrógeno puede reaccionar con el ADN, el producto de
reacción bruto contendrá el producto hidrogenado completamente, ACN,
así como ADN sin reaccionar. Trabajando de esta manera, en general
denominada "hidrogenación parcial", se permitirá que un reactor
de hidrogenación se use para preparar intermedios para dos tipos de
nylons: ACN para el Nylon 6 y HMD para el Nylon 6,6. Se sabe que
cuando se realiza la hidrogenación parcial, los niveles de PRI
(principalmente THA) serán mayores que si realiza la hidrogenación
completa. Cuando el tiempo de reacción inherente aumenta en la
hidrogenación completa, el THA puede reaccionar con el hidrógeno
para convertir el doble enlace carbono - nitrógeno del THA en un
enlace sencillo carbono - nitrógeno, que lleva a la formación de un
producto llamado hexametileneimina (HMI), quizás de nombre confuso,
debido a que su estructura molecular no reúne una definición de una
imina, a saber la presencia de un doble enlace carbono -
nitrógeno.
Una parte necesaria de un proceso de
hidrogenación parcial es la eliminación de PRI (principalmente THA)
del producto de hidrogenación de ADN bruto antes de la
polimerización. Se han descrito en la técnica diferentes
planteamientos para llevar a cabo esto, incluyendo diversas
destilaciones que pueden recuperar de manera separada ADN, ACN y
HMD sin reaccionar. Sin embargo, estas destilaciones tienden a dejar
PRI (principalmente THA) en la fracción de ACN que se produce de la
destilación. Algunos investigadores han propuesto hidrogenar el PRI
y la fracción de ACN (véase el documento de Estados Unidos
6.153.748), pero este planteamiento crea el potencial de
hidrogenación adicional de ACN a HMD, reduciendo de este modo la
producción de ACN deseable, y la necesidad de destilación adicional
para separar el ACN del HMD. Otros han sugerido la separación
mediante reducción electro-
química.
química.
El documento
WO-A-98/34900 describe un
procedimiento para separar, mediante destilación, toda o parte de
una imina a partir de una mezcla que contiene una imina y una
amina. Esto se logra mediante la adición de un compuesto a la
mezcla que es inerte en relación con la amina en condiciones de
destilación y tiene un punto de ebullición superior al de la amina
en condiciones de destilación.
El documento
WO-A-99/48872 describe un
procedimiento para separar, mediante destilación, toda o parte de un
derivado de azepina seleccionado entre hexiliderimina,
tetrahidroazepina, hexilhexahidroazepina y amino hexilhidroazepina
a partir de una mezcla que contiene el derivado de azepina y una
amina.
El documento
WO-A-99/34899 se refiere a la
hidrogenación de THA a HMI en la presencia de ACN y opcionalmente
en presencia de HMD.
Un procedimiento de hidrogenación parcial
comercialmente viable capaz de producir HMD que contiene bajos
niveles de THA, en general menos de 200 ppm, preferiblemente menos
de 100 ppm.
De acuerdo con lo anterior, la presente
invención se puede definir como un procedimiento para producir de
manera conjunta HMD y ACN a partir de ADN, en el que HMD contiene
menos de 200 ppm THA, comprendiendo dicho procedimiento las etapas
de:
- (1)
- poner en contacto ADN e hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación para producir un producto de reacción que comprende HMD, ACN, THA, y ADN sin reaccionar;
- (2)
- destilar el producto de reacción para proporcionar un destilado que comprende ACN, HMD y THA;
- (3)
- destilar el destilado que comprende ACN, HMD y THA para proporcionar un destilado que comprende HMD y THA;
- (4)
- poner en contacto el destilado que comprende HMD y THA con hidrógeno en la presencia de un catalizador de hidrogenación, proporcionando por lo tanto un pro producto de hidrogenación que comprende HMD y HMI, conteniendo dicho producto de hidrogenación menos de 200 ppm THA; y
- (5)
- destilar el producto de hidrogenación para proporcionar un destilado final que comprende HMI y unos lechos inferiores que comprenden HMD que contiene menos de 200 ppm THA y sustancialmente sin HMI.
El dibujo consta de una figura que muestra un
diagrama de bloques que ilustra el procedimiento de la
invención.
Con relación a la Figura 1, se muestra en forma
esquemática el aparato 10 para llevar a cabo de la presente
invención. Una corriente 12 que comprende ADN, ACN, HMD, y THA que
es el producto de una hidrogenación parcial de ADN se introduce en
una columna de destilación 14 que tiene una presión en la parte
superior menos de aproximadamente 100 torr (13,3 kPa). La columna
preferiblemente contiene un empaquetamiento estructurado.
La hidrogenación parcial se puede llevar a cabo
en la presencia de un disolvente de amoníaco. Si se usa tal
disolvente, el disolvente se puede retirar del producto de
hidrogenación parcial antes de introducir tal producto en la
columna de destilación 14. La retirada del disolvente de amoníaco se
puede llevar a cabo usando una depuración (no mostrada), en cuyo
caso el amoníaco se retirará por la parte superior y los lechos del
fondo se alimentarán a la columna de destilación 14.
La columna de destilación 14 produce unos lechos
del fondo 16 que comprenden ADN, y un destilado que comprende ACN,
HMD, y THA.
El destilado 18 se introduce en una segunda
columna de destilación 20 que tiene una presión en la parte superior
menor que aproximadamente 400 torr (53,2 kPa), preferiblemente
menor que aproximadamente 300 torr (39,9 kPa), lo más
preferiblemente menor que aproximadamente 200 torr (26,6 kPa). La
columna preferiblemente contiene un empaquetamiento de estructura.
La columna de destilación 20 produce unos lechos del fondo 22 que
comprenden ACN y un destilado 24 que comprende THA y HMD.
El destilado 24 se introduce, conjuntamente con
hidrógeno 26 en un reactor de hidrogenación 28 en el que un
catalizador de hidrogenación (no mostrado) está presente. El THA e
hidrógeno reaccionará en el reactor 28 para convertir la THA en
HMI.
El producto de reacción 30 del reactor 28 se
introduce en una tercera columna de destilación 32 con presión en
la parte superior atmosférica para producir un destilado 34 que
comprende HMI y unos lechos inferiores 36 que comprenden HMD.
El catalizador de hidrogenación pueden estar
basados en elementos del grupo de transición de la tabla periódica,
tales como Ni, Co, Rh, Pd, y Pt. También se pueden emplear
catalizadores de hierro. Sin embargo, el rutenio, no funciona muy
bien. Los catalizadores preferidos son níquel Raney y cobalto Raney.
Los elementos promotores añadidos al catalizador pueden mejorar el
comportamiento. Los ejemplos de tales promotores adecuados son
litio, sodio, potasio, magnesio, calcio, titanio, molibdeno, cromo,
hierro, paladio, platino, cobre, aluminio, y silicio. Existe una
diversidad de formas conocidas en la técnica para preparar los
catalizadores, y muchos catalizadores están comercialmente
disponibles. Los catalizadores pueden estar sobre un material de
soporte tales como carbono, alúmina o silicio, o se pueden
proporcionar sin un material de soporte, por ejemplo en la forma de
los catalizadores denominados catalizadores de tipo Raney u óxidos
de metal reducidos que son nominalmente todos metálicos en
contenido.
La reacción de hidrogenación se puede llevar a
cabo a diferentes temperaturas entre 50 y 180 grados C. La elección
de temperatura depende del catalizador. Se obtuvieron muy Buenos
resultados entre 80 y 90 grados C con catalizadores de níquel de
tipo Raney. La reacción de hidrogenación se puede llevar a cabo a
presiones diferentes entre 250 psig (1,825 MPa) y 5000 psig (34,5
MPa), aunque se economiza a favor del uso de presiones reducidas
tales como entre 400 y 1000 psig (2,86 MPa y 7,0 MPa). La reacción
se puede llevar a cabo sin un disolvente. Son posibles diversas
configuraciones del reactor, e incluyen un reactor de tanque agitado
de lote y un reactor de lecho empaquetado.
El siguiente ejemplo se diferencia de la
realización de la invención mostrado en el dibujo, en el que no se
usaron dos columnas de destilación para producir la mezcla de HMD y
THA que se sometió a la hidrogenación para producir una mezcla de
la HMD y HMI con un bajo contenido en THA. En este ejemplo se usó
una sola columna de destilación (después de una columna de
depuración de amoníaco) para producir un destilado que contenía la
mezcla de HMD y THA, y se retiró un producto de extracción
secundario que contenía principalmente una mezcla rica en ACN de
ACN y HMD. El ACN y HMD en esta mezcla última se puede separar
mediante destilación simple para recuperar un material de ACN
sustancialmente puro.
ADN se hidrogenó parcialmente en la presencia de
un catalizador de hidrogenación para producir un producto de
reacción que contiene 1000 ppm de THA, 39,3% HMD, 24,2% ACN y 24,4%
de ADN sin reaccionar. El producto de reacción se alimentó después
a una columna de depuración stripper para retirar el amoníaco
disuelto. La columna de depuración contenía 10 pies (3 metros) de
empaquetamiento Koch/Glitch BX directamente por encima los puntos
de ebullición y bandejas 25 Oldershaw por encima del empaquetamiento
BX. Existía un condensador en la parte superior de la columna por
encima de las bandejas Oldershaw. Los lechos de la parte inferior de
la columna de depuración contenía el producto de reacción.
Los lechos de la parte inferior de la columna de
depuración se alimentaron a la base de una columna de destilación
configurada de manera análoga a la columna de depuración. La presión
de la parte superior de la columna se mantuvo a 50 torr (6,65 kPa),
y la temperatura de los lechos inferiores era 204 grados C. Una
mezcla de 84% de ACN y 15% de HMD se retiró en forma de un producto
de extracción secundario entre el empaquetamiento de BX y las
secciones de Oldershaw. Los lechos de la parte inferior tenían un
93,5% de ADN con 4,5% de ACN y aproximadamente 0,65% de productos
de alto punto de ebullición. El destilado contenía 98% de HMD, 1150
ppm de THA, 0,15% de ACN, y 1,15% de HMI (análisis de porcentaje de
área de cromatograma de gas). Este destilado se usó en las
siguientes reacciones de hidrogenación.
Se analizó el destilado mediante cromatografía
de gas usando un procedimiento calibrado, y se mostró que contenía
0,73% de HMI (procedimiento analítico diferente del descrito
anteriormente) y 1300 ppm de THA. Este destilado (50 g) se cargo en
un recipiente de presión de 100 cc con 2 g de suspensión Raney ® Ni
2400 (W.R. Grace Co.). El reactor se purgó con nitrógeno, se ensayó
para evaluar las fugas, y después se cargo con hidrógeno hasta
aproximadamente 621 kPa (90 psig) de presión y se calentó hasta 90
grados C, momento en el que la presión se incrementó hasta 3447 kPa
(500 psig).
Después de 180 minutos, se retiró una muestra
del reactor y se analizó mediante cromatografía de gas. La muestra
contenía 0,86% de HMI, 84 ppm de THA.
Después la muestra se introdujo en una columna
de destilación convencional que funciona a presión para retirar la
HMI en forma de destilado y para retirar HMD en forma de lechos
inferiores con bajo contenido de THA.
Claims (2)
1. Un procedimiento para producir de manera
conjunta HMD y ACN a partir de ADN, en el que la HMD contiene menos
de 200 ppm de THA, comprendiendo dicho procedimiento las etapas
de:
- (1)
- poner en contacto ADN e hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación para producir un producto de reacción que comprende HMD, ACN, THA, y ADN sin reaccionar;
- (2)
- destilar el producto de reacción para proporcionar un destilado que comprende ACN, HMD y THA;
- (3)
- destilar el destilado que comprende ACN, HMD y THA para proporcionar un destilado que comprende HMD y THA;
- (4)
- poner en contacto el destilado que comprende HMD y THA con hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación, proporcionando con ello un producto de hidrogenación que comprende HMD y HMI, conteniendo dicho producto de hidrogenación menos de 200 ppm de THA; y
- (5)
- destilar el producto de hidrogenación para proporcionar un destilado final que comprende HMI y unos lechos inferiores que comprenden HMD que contiene menos de 200 ppm THA y sustancialmente sin HMI.
2. El procedimiento de la reivindicación 1 en el
que el catalizador de hidrogenación de la etapa (4) es níquel Raney
o cobalto Raney.
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