ES2335813T3 - Procedimiento para la fabricacion de carbonato de diarilo. - Google Patents

Procedimiento para la fabricacion de carbonato de diarilo. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la fabricación de carbonato de diarilo y procesamiento de al menos una parte de la disolución que contiene cloruro alcalino resultante a este respecto en una electrólisis de cloruro alcalino subsiguiente, que comprende las siguientes etapas: a) fabricación de fosgeno mediante reacción de cloro con monóxido de carbono, b) reacción del fosgeno formado según la etapa a) con al menos un monofenol en presencia de una base y dado el caso un catalizador básico hasta un carbonato de diarilo y una disolución que contiene cloruro alcalino, c) separación y procesamiento del carbonato de diarilo formado en la etapa b), d) separación de la disolución que contiene el cloruro alcalino restante según la etapa c) de los restos de disolvente y dado el caso restos de catalizador, particularmente mediante arrastre de la disolución con vapor de agua, y tratamiento con adsorbentes, particularmente con carbón activado, e) oxidación electroquímica de al menos una parte de la disolución que contiene cloruro alcalino de d) con formación de cloro, lejía alcalina y dado el caso hidrógeno, caracterizado porque en la separación d) de la disolución antes del tratamiento con adsorbentes, se ajusta la disolución a un valor de pH menor o igual a 8 y f) se recircula al menos una parte del cloro fabricado según la etapa e) a la fabricación de fosgeno según la etapa a) y/o g) se recircula al menos una parte de la lejía alcalina fabricada según la etapa e) a la fabricación de carbonato de diarilo según la etapa b).

Description

Procedimiento para la fabricación de carbonato de diarulo.
La invención se refiere a un procedimiento combinado para la fabricación de carbonato de diarilo y electrólisis de aguas residuales de proceso que contienen cloruro de sodio. Particularmente, el procedimiento consiste en el aprovechamiento de disoluciones que contienen cloruro de sodio para el procedimiento de fabricación de carbonato de difenilo (procedimiento de DPC).
La fabricación de carbonatos de diarilo (carbonato de diarilo) se realiza habitualmente mediante un procedimiento continuo, mediante la fabricación de fosgeno y posterior reacción de monofenoles y fosgeno en un disolvente inerte en presencia de un catalizador de nitrógeno en la interfase.
1
La fabricación de carbonatos de diarilo, por ejemplo mediante el proceso de interfase, está descrito en principio en la bibliografía, véase por ejemplo en "Chemistry and Physics of Polycarbonates", "Polymer Reviews", H. Schnell, Vol. 9, John Wiley and Sons, Inc. (1964), pág. 50/51.
En el documento US-A-4.016.190, se describe un procedimiento de fabricación de carbonatos de diarilo que opera a temperaturas >65ºC. Se ajusta el valor de pH en este procedimiento en primer lugar bajo (pH 8 a 9) y a continuación alto (10 a 11).
Se describen optimizaciones del procedimiento mediante la mejora del mezclado y el cumplimiento de un perfil estrecho de temperatura y pH, así como también el aislamiento del producto, en los documentos EP1219589 A1, EP1216981 A2, EP1216982 A2 y EP784048 A1.
Sin embargo, en estos procedimientos conocidos, un alto valor de fenol residual en el agua residual de este proceso, que puede contaminar el ambiente y presentar al tratamiento de residuos un importante problema de agua residual, hace necesarias costosas operaciones de purificación. Así, el documento WO 03/070639 A1 describe una eliminación de impurezas orgánicas del agua residual mediante extracción con cloruro de metileno.
Habitualmente, la disolución que contiene cloruro de sodio se libera de disolventes y restos orgánicos que deben desecharse entonces.
Pero es también conocido que puede realizarse la purificación de las aguas residuales que contienen cloruro de sodio según los documentos EP 1200359 B1 (WO2000078682 A1) o US-A-6340736 mediante ozonólisis y ser entonces adecuadas para el empleo en electrólisis de cloruro de sodio. Es una desventaja de la ozonólisis que este procedimiento es muy costoso.
Según el documento EP 541114 A2, se evapora una corriente de agua residual que contiene cloruro de sodio hasta la eliminación completa del agua y se somete la sal restante con las impurezas orgánicas a un tratamiento térmico mediante el que los componentes orgánicos se descomponen. Se prefiere especialmente a este respecto el empleo de radiación infrarroja. Es una desventaja del procedimiento que el agua debe evaporarse completamente, de modo que el procedimiento no es económicamente practicable.
Según el documento WO 03/70639 A1, se purifica el agua residual de una producción de DPC mediante extracción y se suministra entonces a la electrólisis de cloruro de sodio. Mediante el procedimiento descrito, pueden recuperarse sin embargo sólo un máximo de un 26% del cloruro de sodio del agua residual de la producción de DPC, ya que a altas cantidades de empleo, el agua incorporada a la electrólisis con el agua residual llevaría al equilibrio el balance de agua de la electrólisis de cloruro de sodio.
Las disoluciones que contienen cloruro de sodio resultantes de la producción de DPC tienen típicamente un contenido de cloruro de sodio de 13 a 17% en peso. Por tanto, no puede recuperarse nunca el cloruro de sodio total presente en las disoluciones. A una concentración de cloruro de sodio de 17% en peso, en la electrólisis de cloruro de sodio estándar con una membrana de intercambio iónico comercial que muestra un transporte de agua de 3,5 mol de agua por mol de sodio, se consigue sólo el empleo de aprox. un 23% del cloruro de sodio de las disoluciones que contienen cloruro de sodio. Incluso con concentración hasta una disolución de cloruro de sodio saturada de aprox. 25% en peso, se conseguía sólo una proporción de reciclaje de un 38% del cloruro de sodio contenido en la disolución que contiene cloruro de sodio. No es conocido un reciclaje total de la disolución que contiene cloruro de sodio. Según el documento WO 01/38419, la disolución que contiene cloruro de sodio puede evaporarse mediante procedimientos térmicos de modo que pueda suministrarse una disolución de cloruro de sodio de alta concentración a la celda de electrólisis. La evaporación sin embargo consume mucha energía y es costosa.
A partir del estado de la técnica anteriormente mencionado, es el objetivo de la invención proporcionar un procedimiento de fabricación de carbonato de diarilo que proporcione productos con alta pureza y buen rendimiento y simultáneamente que represente una reducción de la contaminación ambiental o del problema del agua residual en las plantas depuradoras de aguas residuales mediante una recirculación maximizada del cloruro de sodio de las disoluciones de agua residual de proceso que contienen cloruro de sodio que se obtienen de la producción de carbonato de diarilo.
Particularmente, debería considerarse en el reciclaje que la reacción de cloruro de sodio a cloro y lejía de sosa y dado el caso hidrógeno debería realizarse con un gasto mínimo de energía y por tanto igualmente con poco uso de recursos.
Se ha encontrado que en la fabricación continua de carbonatos de diarilo mediante reacción de monofenoles y fosgeno en un disolvente inerte en presencia de metal alcalino y catalizador amina en la interfase, pueden suministrarse directamente las disoluciones de agua residual que contienen cloruro de sodio resultantes sin purificación costosa después del ajuste del pH a un pH menor o igual a 8 y un sencillo tratamiento con carbón activado a una oxidación electroquímica del cloruro de sodio contenido hasta cloro, lejía de sosa y dado el caso hidrógeno, pudiendo recircularse el cloro para la fabricación del fosgeno.
Es objeto de la invención un procedimiento para la fabricación de carbonato de diarilo y el procesamiento de al menos una parte de la disolución que contiene cloruro alcalino resultante a este respecto en una electrólisis de cloruro alcalino subsiguiente, que comprende las siguientes etapas:
a) fabricación de fosgeno mediante reacción de cloro con monóxido de carbono,
b) reacción del fosgeno formado según la etapa a) con al menos un monofenol en presencia de una base que contiene metal alcalino, particularmente una base que contiene sodio, dado el caso un catalizador básico y dado el caso disolventes orgánicos, hasta un carbonato de diarilo y una disolución que contiene cloruro alcalino, particularmente que contiene cloruro de sodio,
c) separación y procesamiento del carbonato de diarilo formado en la etapa b),
d) separación de la disolución que contiene el cloruro alcalino restante según la etapa c) de los restos de disolvente y dado el caso restos de catalizador, particularmente mediante arrastre de la disolución con vapor de agua y tratamiento con adsorbentes, particularmente con carbón activado,
e) oxidación electroquímica de al menos una parte de la disolución que contiene cloruro alcalino de d) con formación de cloro, lejía alcalina y dado el caso hidrógeno,
caracterizado porque en la separación d) de la disolución antes del tratamiento con adsorbentes, se ajusta la disolución a un valor de pH menor o igual a 8 y
f) se recircula al menos una parte del cloro fabricado según la etapa e) a la fabricación de fosgeno según la etapa a) y/o
g) se recircula al menos una parte de la lejía alcalina fabricada según la etapa e) a la fabricación de carbonato de diarilo según la etapa b).
Preferiblemente, se utiliza la disolución que contiene cloruro alcalino del agua residual de reacción de la etapa b) o al menos combinada en parte con el agua de lavado del procesamiento c) del carbonato de diarilo.
Son monofenoles especialmente adecuados para empleo en el nuevo procedimiento fenoles de fórmula (I)
2
en la que
R es hidrógeno, halógeno o un resto alquilo C_{1}-C_{9} ramificado o no ramificado o un resto alcoxicarbonilo.
Se prefieren pues fenol, alquilfenoles como cresoles, p-terc-butilfenol, p-cumilfenol, p-n-octilfenol, p-iso-octilfenol, p-n-nonilfenol y p-isononilfenol, halofenoles como p-clorofenol, 2,4-diclorofenol, p-bromofenol y 2,4,6-tribromofenol o éster metílico del ácido salicílico. Se prefiere especialmente fenol.
El metal alcalino utilizado para la formación del fenolato puede ser una lejía alcalina con hidróxidos del grupo de: hidróxido de Na, K, Li, se prefiere lejía de sosa, y se utiliza preferiblemente en el nuevo procedimiento en forma de disolución al 10 a 55% en peso.
La reacción b) puede acelerarse mediante catalizadores como aminas terciarias, N-alquilpiperidinas o sales de onio. Se prefiere usar tributilamina, trietilamina y N-etilpiperidina.
El catalizador de amina utilizado puede ser de cadena abierta o cíclico, con especial preferencia es trietilamina y etilpiperidina. El catalizador se utiliza preferiblemente en el nuevo procedimiento en forma de disolución al 1 a 55% en peso.
Se entiende aquí por sales de onio los compuestos como NR_{4}X, en la que R puede ser un resto alquilo y/o arilo y/o un H y X es un anión.
El fosgeno puede utilizarse en la etapa b) del procedimiento en forma líquida, gaseosa o disuelta en un disolvente inerte.
Son disolventes orgánicos inertes utilizables preferiblemente en el nuevo procedimiento en la etapa b), por ejemplo, diclorometano, tolueno, los distintos dicloroetanos y compuestos de cloropropano, clorobenceno y clorotolueno. Preferiblemente se utiliza diclorometano.
El curso de reacción para la etapa b) se realiza preferiblemente de modo continuo y con especial preferencia en una corriente de injerto sin gran retromezcla. Esto puede ocurrir por tanto, por ejemplo, en reactores de tubo. El mezclado de las dos fases (fase acuosa y orgánica) puede realizarse mediante combinaciones de tubos empotrados, mezclador estático y/o, por ejemplo, bombas.
La reacción según la etapa b) se realiza con especial preferencia en dos etapas.
En la primera etapa del procedimiento preferido, se inicia la reacción mediante la combinación del reactante fosgeno, del disolvente inerte que sirve preferiblemente sólo como disolvente para el fosgeno y del monofenol, que preferiblemente está ya anteriormente disuelto en la lejía alcalina. El tiempo de residencia se encuentra típicamente en la primera etapa en el intervalo de 2 s a 300 s, con especial preferencia en el intervalo de 4 s a 200 s. El valor de pH de la primera etapa se ajusta preferiblemente mediante la relación de lejía de sosa/monofenol/fosgeno de modo que el valor de pH se encuentre en el intervalo de 11,0 a 12,0, preferiblemente de 11,2 a 11,8, con especial preferencia a 11,4 a 11,6. La temperatura de reacción de la primera etapa se mantiene mediante enfriamiento preferiblemente a <40ºC, con especial preferencia a < 35ºC.
En la segunda etapa del procedimiento preferido, se completa la reacción hasta carbonato de diarilo. El tiempo de residencia asciende en el proceso preferido a 1 minuto a 2 horas, preferiblemente a 2 minutos a 2 horas, con muy especial preferencia a 3 minutos a 30 minutos. En la segunda etapa del procedimiento preferido, se regula mediante el control permanente del valor de pH (se mide en procedimiento continuo preferiblemente en línea según procedimientos básicamente conocidos) y el correspondiente ajuste del valor de pH mediante la adición de la lejía alcalina. La cantidad de lejía alcalina suministrada se ajusta particularmente de modo que el valor de pH de la mezcla de reacción en la segunda etapa de procedimiento se encuentre en el intervalo de 7,5 a 10,5, preferiblemente de 8 a 9,5, con especial preferencia de 8,2 a 9,3. La temperatura de reacción de la segunda etapa se mantiene mediante enfriamiento preferiblemente a <50ºC, con especial preferencia a <40ºC, con muy especial preferencia a <35ºC.
Los parámetros o ilustraciones indicados en general o indicados en intervalos preferidos en esta solicitud pueden sin embargo combinarse también entre sí de cualquier modo, así pues entre los intervalos respectivos e intervalos preferidos.
En el procedimiento preferido, se utiliza en la etapa b) fosgeno con relación al monofenol en relación molar de 1:2 a 1:2,2. El disolvente se añade con mezclado de modo que el carbonato de diarilo esté presente después de la reacción en una disolución del 5 al 60%, preferiblemente del 20 al 45%.
La concentración de catalizador asciende preferiblemente a 0,0001 mol a 0,1 mol, referida al monofenol utilizado.
Después de la reacción b), se lava en la etapa c) preferiblemente la fase orgánica que contiene el carbonato de diarilo habitualmente con un líquido acuoso y después de cada proceso de lavado se separa lo más posible de la fase acuosa. El lavado se realiza preferiblemente con agua desionizada. La disolución de carbonato de diarilo es habitualmente turbia después del lavado y la separación del líquido de lavado. Como líquido de lavado se utilizan líquidos acuosos para la separación del catalizador, por ejemplo, un ácido mineral diluido como HCl o H_{3}PO_{4}, y para la purificación restante agua totalmente desionizada. La concentración de HCl o H_{3}PO_{4} en el líquido de lavado puede ascender, por ejemplo, a 0,5 a 1,0% en peso. La fase orgánica se lava, por ejemplo y preferiblemente, dos veces.
Como dispositivos separadores de fases para la separación del líquido de lavado de la fase orgánica pueden usarse recipientes de separación, separadores de fases, centrífugas o coalescedores básicamente conocidos o también combinaciones de estos equipos.
Se obtienen así sorprendentemente, sin consideración del disolvente todavía por separar, altos grados de pureza del carbonato de diarilo >99,85%.
En una forma de realización preferida del procedimiento según la invención, se recirculan los líquidos de lavado separados en la etapa c), dado el caso después de la separación de restos de catalizador y/o restos de disolventes orgánicos, a la reacción b) del procedimiento según la invención.
A este respecto, la separación y procesamiento del carbonato de diarilo formado en la etapa b) comprende según la etapa c) preferiblemente al menos las siguientes etapas:
aa) separación de la fase orgánica que contiene carbonato de diarilo y la disolución de agua residual de reacción que contiene cloruro alcalino acuosa
bb) lavado al menos una vez, preferiblemente al menos dos veces, con especial preferencia dos veces, de la fase orgánica que contiene carbonato de diarilo obtenida en la etapa aa) y separación del líquido de lavado respectivo.
Dado el caso, puede ser necesario separar al menos a uno de los líquidos de lavado obtenidos según la etapa c) bb) de restos de catalizador y, dado el caso restos de disolvente orgánico, mediante el ajuste del valor de pH al menos a 9, preferiblemente al menos a 10, con especial preferencia a 10 a 11, mediante la adición de al menos un compuesto básico, y someter a una extracción posterior con al menos un disolvente orgánico inerte o preferiblemente a un arrastre posterior de la disolución con vapor de agua. Como compuestos básicos para el ajuste del valor de pH son adecuados, por ejemplo, hidróxidos o carbonatos alcalinos o alcalinotérreos. Los compuestos básicos pueden utilizarse en forma sólida o en forma de sus disoluciones acuosas. Preferiblemente, se usan lejías alcalinas, con especial preferencia lejía de sosa.
Preferiblemente, se usa al menos una parte del(de los) líquido(s) de lavado de la etapa c) bb) como sustituto parcial del agua para la fabricación de lejía de sosa para la etapa b), particularmente para el ajuste de la concentración de la lejía de sosa para la etapa b). En una forma de realización preferida del procedimiento según la invención, se usa al menos una parte del (de los) líquidos de lavado de la etapa c) bb) para la dilución de las lejías alcalinas fabricadas según la etapa e), antes de recircular éstas a la fabricación de carbonato de diarilo según la etapa b). La forma de realización preferida del procedimiento según la invención, en la que los líquidos de lavado separados en la etapa c) se recirculan de nuevo al procedimiento según la invención, ofrece la ventaja adicional de una menor emisión de agua residual.
Después de la síntesis del carbonato de diarilo, se separa el carbonato de diarilo en forma de su disolución en el disolvente orgánico usado en la síntesis, por ejemplo cloruro de metileno.
Para la obtención del carbonato de diarilo de alta pureza, se evapora el disolvente. La evaporación puede realizarse en varias etapas de evaporación. Por ejemplo, se realiza ésta mediante una o varias columnas de destilación acopladas consecutivamente en las que se separa el disolvente del carbonato de diarilo.
Esta etapa o etapas de purificación c) pueden efectuarse de modo continuo de modo que la temperatura del producto inferior en la destilación ascienda a 150 a 310ºC, preferiblemente a 160 a 230ºC. La presión empleada para la práctica de esta destilación asciende a este respecto particularmente a 0,1 bis 100 kPa, preferiblemente a 0,5 a 10 kPa.
Los carbonatos de diarilo así purificados se caracterizan por su pureza especialmente alta (CG> 99,95%) y un comportamiento de transesterificación extremadamente bueno, de modo que a partir de ellos puede fabricarse a continuación un policarbonato de excelente calidad.
El uso de carbonatos de diarilo para la fabricación de oligo/policarbonatos aromáticos según el procedimiento de transesterificación en estado fundido es conocido en la bibliografía y se describe, por ejemplo en la "Encyclopedia of Polymer Science", Vol. 10 (1969), "Chemistry and Physics of Polycarbonates", Polymer Reviews, H. Schnell, Vol. 9, John Wiley and Sons, Inc. (1964) o el documento US-A-5.340.905.
La disolución de agua residual de reacción que contiene cloruro alcalino acuoso restante según la etapa c) se libera ventajosamente de impurezas orgánicas fácilmente volátiles como, por ejemplo, restos del disolvente orgánico usado en la síntesis, y dado el caso catalizador, por ejemplo mediante destilación o arrastre con vapor de agua. Queda entonces un agua residual con un alto contenido de cloruro de sodio disuelto (10-20% en peso) y carbonatos de sodio disueltos (0,3-1,5% en peso). Los carbonatos se generan a este respecto, por ejemplo, mediante la hidrólisis de fosgeno como reacción secundaria de la fabricación de carbonato de diarilo. Además, el agua residual está contaminada con compuestos orgánicos, por ejemplo, con fenoles (por ejemplo, fenol no sustituido, alquilfenoles).
El tratamiento del agua residual prepurificada con adsorbentes se realiza entonces preferiblemente con carbón activado.
Según una realización preferida, se lleva a cabo la reducción del valor de pH en la etapa de proceso d) con ácido clorhídrico o cloruro de hidrógeno. El empleo básicamente concebible, pero indeseado en el presente procedimiento, de ácido sulfúrico económico conduciría a que con la reducción de pH se generara sulfato de sodio, que en la electrólisis posterior enriquecería la circulación de anolito. Ya que, por ejemplo, las membranas de intercambio iónico según los datos del fabricante sólo podrían operar hasta determinada concentración de sulfato de sodio en el anolito, tendría que desecharse más anolito que con el empleo de ácido clorhídrico o cloruro de hidrógeno, cuyo producto de reacción es el cloruro de sodio deseado.
El procedimiento de electrólisis de cloruro alcalino se describe con detalle a continuación. La descripción siguiente se considera, por ejemplo, con relación a la electrólisis de cloruro de sodio, ya que en el procedimiento como se indica anteriormente puede emplearse básicamente cualquier cloruro alcalino (particularmente LiCl, NaCl, KCl), pero el uso de cloruro de sodio o lejía de sosa en las etapas previas es la realización preferida del procedimiento.
Habitualmente, se utilizan, por ejemplo para la electrólisis de disoluciones que contienen cloruro de sodio, procedimientos de electrólisis de membrana (véase para ello Peter Schmittinger, "CHLORINE", Wiley-VCH Verlag, 2000). En este momento, se utiliza una celda de electrólisis en dos partes, que está compuesta por un espacio anódico con un ánodo y un espacio catódico con un cátodo. El espacio anódico y catódico están separados por una membrana de intercambio iónico. En el espacio anódico, se introduce una disolución que contiene cloruro de sodio con una concentración de cloruro de sodio habitualmente de más de 300 g/l. En el ánodo, se oxida el ión cloruro a cloro, que con la disolución que contiene cloruro de sodio empobrecida (aprox. 200 g/l) se conduce fuera de la célula. Los iones de sodio migran bajo la influencia del campo eléctrico a través de la membrana de intercambio iónico al espacio catódico. En esta migración, cada mol de sodio lleva consigo, según la membrana, entre 3,5 y 4,5 mol de agua. Esto conduce a que el anolito se empobrezca en agua. En contraposición con el anolito, en el lado catódico se consume agua mediante la electrólisis de agua hasta iones hidroxilo e hidrógeno. El agua que llega con los iones sodio al catolito basta para mantener la concentración de lejía de sosa a la salida al 31-32% en peso, esto a una concentración de entrada del 30% y una densidad de corriente de 4 kA/m^{2}. En el espacio catódico, se reduce electroquímicamente el agua, generándose iones hidroxilo e hidrógeno.
Como alternativa, puede utilizarse también como cátodo un electrodo de difusión gaseosa en el que reaccionan oxígeno con electrones hasta iones hidroxilo, no generándose hidrógeno. Con los iones sodio llegados al espacio catódico a través de la membrana de intercambio iónico, los iones hidroxilo forman lejía de sosa. A la cámara catódica, se suministra habitualmente una lejía de sosa con una concentración del 30% en peso y sale una lejía de sosa con una concentración del 31-32% en peso. El objetivo es alcanzar una concentración lo más alta posible de lejía de sosa, ya que habitualmente la lejía de sosa se almacena o transporta en forma de lejía al 50% en peso. Sin embargo, las membranas comerciales hoy en día no son estables frente a una lejía con una concentración mayor del 32% en peso, de modo que la lejía de sosa debe concentrarse mediante evaporación térmica.
En caso de electrólisis de cloruro de sodio, se incorpora al anolito agua adicional mediante esta disolución que contiene cloruro de sodio, pero sólo se proporciona agua al catolito a través de la membrana. Si se incorpora más agua mediante la disolución que contiene cloruro de sodio de lo que puede transportarse al catolito, se empobrece el anolito en cloruro de sodio y la electrólisis no puede hacerse funcionar continuamente. A concentraciones de cloruro de sodio muy bajas, se iniciaría la reacción secundaria de formación de oxígeno.
Para suministrar las cantidades máximas de disoluciones que contienen cloruro de sodio económicamente a la electrólisis de cloruro de sodio, puede ser beneficioso elevar el transporte de agua a través de la membrana. Esto puede realizarse mediante la elección de membranas adecuadas, como se describen en el documento US-A-4025405. El efecto de un transporte de agua elevado es que puede evitarse la adición de agua habitual si no para el mantenimiento de la concentración de lejía.
Según el documento US-A-3.773.634, puede hacerse funcionar entonces la electrólisis con un alto transporte de agua a través de la membrana cuando se utiliza una concentración de lejía del 31 al 43% en peso y una concentración de cloruro de sodio de 120 a 250 g/l.
Es una desventaja de ambos procedimientos los bajos rendimientos de corriente de estos procedimientos.
Según el procedimiento preferido, la separación d) del agua residual de reacción que contiene cloruro de sodio se realiza después de la separación de fases y de la separación del disolvente, y dado el caso el catalizador usado, mediante arrastre con vapor de agua y, después de ajuste del pH, mediante un tratamiento con carbón activado.
Después de ello, puede suministrarse el agua residual que contiene cloruro alcalino directamente a la electrólisis e).
Frente al estado de la técnica (documento WO 03/70639), en el que puede utilizarse en la electrólisis de NaCl como máximo un 26% del cloruro de sodio presente en el agua residual de la producción de DPC, pueden recuperarse mediante el procedimiento según la invención más de un 26% del cloruro de sodio del agua residual.
Es otra variante de procedimiento preferida que al agua residual que contiene cloruro alcalino se le extraiga agua mediante un procedimiento de concentración. Por tanto, se prefiere un procedimiento caracterizado porque la disolución que contiene cloruro alcalino de d) se concentra antes de la electrólisis e) mediante un procedimiento de destilación con membrana u ósmosis inversa.
A este respecto, pueden utilizarse, por ejemplo, la ósmosis inversa o con especial preferencia la destilación con membrana o contactores de membrana (véase MELIN; RAUTENBACH, procedimiento de membrana; SPRINGER, BERLIN, 2003). Mediante la combinación de la operación según la invención de las celdas de electrólisis y el procedimiento de concentración, puede recuperarse teóricamente hasta el 100% del cloruro de sodio del agua residual.
El nuevo procedimiento puede llevarse a cabo también con una electrólisis de cloruro alcalino en la que no se produce hidrógeno en el cátodo, sino que el cátodo se sustituye con un electrodo de difusión gaseosa en el que el oxígeno se reduce a iones hidroxilo.
Cuando, por ejemplo, en una instalación integrada no es necesario hidrógeno para reacciones químicas, puede evitarse el subproducto hidrógeno. Es una ventaja el ahorro de energía en la electrólisis que se recupera mediante el menor voltaje de electrólisis con el empleo de un electrodo de difusión gaseosa.
La disolución que contiene cloruro de sodio que llega de la producción de DPC presenta habitualmente un contenido de cloruro de sodio de hasta un 17% en peso, a menos que se trate del agua residual de reacción. Si se combina el agua residual de reacción con el agua de lavado, asciende así la concentración de NaCl por ejemplo a aprox. un 13% en peso. Si se proporciona exclusivamente la electrólisis de cloro y lejía de sosa para la producción de DPC, puede utilizarse así el agua residual que contiene cloruro de sodio sólo en menor medida en la electrólisis. Así, pueden utilizarse en las membranas de intercambio iónico habituales y en los parámetros operativos estándar de electrólisis de cloruro de sodio sólo como máximo un 26% del cloruro de sodio de un agua residual de DPC que contiene cloruro de sodio al 17% en peso. Los parámetros operativos estándar de la electrólisis de NaCl son una concentración de salmuera en el proceso de 200 a 240 g/l y una concentración de NaOH del 31-32% en peso. Por tanto, no es posible un reciclaje completo del cloruro de sodio resultante. No es económica hoy en día una concentración mediante evaporación térmica del agua, ya que el cloruro de sodio se pone a disposición como producto muy económico.
Con el procedimiento según la invención, pueden reciclarse claramente más de un 26% del cloruro de sodio de las aguas residuales resultantes, a una concentración del 17% en peso, a menos que la electrólisis de cloruro de sodio procure exclusivamente el cloro y la lejía de sosa para la producción de DPC. Habitualmente, las electrólisis de cloruro de sodio se hacen funcionar en instalaciones químicas integradas con varios consumidores de cloro, de modo que no está disponible en todos los consumidores una disolución que contiene cloruro de sodio para reciclaje. La proporción de cloruro de sodio reutilizable del agua residual aumenta cuando la electrólisis de cloruro de sodio no debe procurar exclusivamente la lejía de sosa y el cloro para la producción de carbonato de diarilo.
Es otra variante preferida del nuevo procedimiento que el agua residual de la fabricación de carbonato de diarilo se concentre mediante cloruro alcalino sólido y se suministre a la electrólisis de cloruro alcalino. De este modo, podrían reciclarse más de un 50% del cloruro alcalino del agua residual de DPC.
Esto supone sin embargo que el cloro y la lejía alcalina no se utilizan exclusivamente para la producción de carbonato de diarilo.
Se prefiere especialmente utilizar en o suministrar a la electrólisis e) un agua residual que contenga cloruro alcalino cuyo pH ascienda a menos de 7. El ajuste del valor de pH se realiza preferiblemente con ácido clorhídrico, pero puede realizarse también con cloruro de hidrógeno en forma gaseosa.
Según otro procedimiento preferido, la electrólisis de NaCl opera de modo que la disolución de NaCl que llega de la celda presenta una concentración de NaCl de menos de 200 g/l. Paralelamente a ello, la concentración de lejía saliente de la celda puede ascender a menos del 30% en peso.
El transporte de agua a través de la membrana no depende de los parámetros operativos, sino del tipo de membrana utilizado. Según el procedimiento según la invención, se utilizan preferiblemente aquellas membranas de intercambio iónico que posibilitan en las condiciones según la invención de concentración de cloruro de sodio y lejía un transporte de agua a través de la membrana de más de 4,5 mol de agua por mol de sodio.
La densidad de corriente se calcula a este respecto a partir de la superficie de membrana y asciende particularmente a 2 a 6 kA/m^{2}. Con especial preferencia, se utilizan ánodos de gran superficie. Se entiende por ánodos de gran superficie aquellos en que la superficie física es claramente mayor que la superficie proyectada. Son ánodos de gran superficie, por ejemplo, electrodos configurados de tipo espuma o fieltro. De esta manera, se ofrece una superficie de electrodo anódico muy grande y se reduce en gran medida la densidad de corriente local. La superficie del ánodo se elige preferiblemente de modo que la densidad de corriente local respecto a la superficie física del electrodo ascienda a menos de 3 kA/m^{2}. Cuando mayor sea la superficie y menor la densidad de corriente local, menor puede elegirse la concentración de cloruro de sodio en la salmuera y mayor es la proporción de cloruro de sodio del agua residual que puede reciclarse.
El valor de pH del agua residual que contiene cloruro alcalino antes de la electrólisis e) debería ascender preferiblemente a 7, con especial preferencia a 0,5 a 6.
La electrólisis de cloruro alcalino debería hacerse funcionar de modo que la concentración de cloruro alcalino de la disolución de cloruro alcalino llegada a la celda ascienda a entre 100 y 280 g/l de cloruro de sodio y/o que la concentración de lejía alcalina que llegue a la celda ascienda a 13 a 33% en peso.
Se prefieren especialmente concentraciones que posibiliten la operación de la celda a bajos voltajes. Para ello, la concentración de la disolución de cloruro alcalino llegada a la celda debería ascender preferiblemente a entre 110 y 220 g/l de cloruro alcalino y/o la concentración de la lejía de sosa llegada a la celda a 20 a 30% en peso.
Las membranas de intercambio iónico utilizadas en la electrólisis deberían presentar preferiblemente un transporte de agua por mol de sodio de más de 4,0 mol de H_{2}O/mol de sodio, con especial preferencia de 5,5 a 6,5 mol de H_{2}O/mol de sodio.
El procedimiento opera preferiblemente de modo que la electrólisis e) opere a una temperatura de 70 a 100ºC, preferiblemente a 80 a 95ºC.
La electrólisis opera a una presión absoluta de 100 bis 140 kPa, preferiblemente a una presión de 110 a 120 kPa.
Las relaciones de presión entre espacio anódico y catódico se eligen particularmente de modo que la presión en el espacio catódico sea mayor que la presión en el espacio anódico.
La presión diferencial entre espacio catódico y anódico debería ascender en un procedimiento especialmente preferido a 2 a 15 kPa, preferiblemente a 3 a 10 kPa.
A concentraciones bajas de cloruro alcalino, pueden utilizarse también recubrimientos anódicos especiales. Particularmente, el recubrimiento del ánodo puede contener, además de óxido de rutenio, otros componentes de metales nobles de los grupos secundarios VIIb y VIIIb del Sistema Periódico de los Elementos. Por ejemplo, el recubrimiento anódico puede doparse con compuestos de paladio. Igualmente, son utilizables recubrimientos basados en diamantes.
Los siguientes ejemplos ilustrarán la presente invención sin limitarla sin embargo.
Ejemplos
Los ejemplos representarán el procedimiento según la invención basándose en el agua residual que contiene cloruro de sodio resultante de la fabricación de carbonato de difenilo.
Ejemplo 1
Adición de agua residual de reacción que contiene cloruro de sodio a la electrólisis de cloruro de sodio - Adición de una disolución de cloruro de sodio al 17% de la fabricación de DPC
Se combina continuamente en un reactor de tubo enfriado vertical una mezcla de 145,2 kg/h de lejía de sosa al 14,5% en peso y 48,3 kg/h de fenol con una disolución de 86,2 kg/h de cloruro de metileno y 27,5 kg/h de fosgeno (al 8% en moles de exceso respecto al fenol). Se enfría esta mezcla de reacción a una temperatura de 33ºC y se mide un valor de pH de 11,5 después de un tiempo de residencia medio de 15 segundos. Se dosifican a esta mezcla de reacción entonces en la segunda etapa del procedimiento 5,4 kg/h de NaOH al 50%, de modo que el valor de pH de la segunda etapa de reacción ascienda a 8,5 después de un tiempo de residencia adicional de 5 minutos. En la reacción operada continuamente, se amortiguan las oscilaciones de dosificación presentes mediante las respectivas adaptaciones de las dosificaciones de NaOH. En la segunda etapa del procedimiento, se mezcla permanentemente la mezcla de reacción mediante transporte por un tubo dotado de estrechamientos. La temperatura de reacción se ajusta a 30ºC mediante enfriamiento después de la nueva adición de NaOH. Después de separar la fase orgánica de la acuosa (agua residual de reacción), se lava la disolución de DPC con ácido clorhídrico al 0,6% y agua. Después de eliminar el disolvente, se obtiene carbonato de difenilo al 99,9%. El agua residual de reacción no se combina aquí con las fases de lavado y se libera mediante arrastre con vapor de agua de restos de disolvente y catalizador. Después de neutralizar con ácido clorhídrico y tratar con carbón activado, el agua residual de reacción contiene un 17% de NaCl y < 2 ppm de fenol
Puede suministrarse sin purificación adicional a la celda de electrólisis de cloruro de sodio.
La electrólisis se lleva a cabo, por ejemplo, en una celda de electrólisis de laboratorio con una superficie anódica de 0,01 m^{2}. La densidad de corriente ascendía a 4 kA/m^{2}, la temperatura a la salida del lado catódico a 88ºC, la temperatura a la salida del lado anódico a 89ºC. Se utilizó una celda de electrólisis con recubrimiento anódico y catódico estándar de la compañía DENORA, Alemania. Se utilizó una membrana de intercambio iónico de la compañía DuPont Nafion 982 WX. El voltaje de electrólisis ascendía a 3,02 V. A través de la cámara anódica, se recirculó una disolución que contenía cloruro de sodio con una corriente másica de 0,98 kg/h. La concentración de la disolución suministrada a la cámara anódica ascendía al 25% en peso de NaCl. Pudo extraerse de la cámara anódica una disolución de NaCl al 20% en peso. Se añadieron a la disolución de NaCl extraída de la cámara anódica 0,121 kg/h de agua residual de reacción al 17% en peso de la fabricación de carbonato de difenilo y 0,0653 kg/h de cloruro de sodio sólido. Se realimentó a continuación la disolución a la cámara anódica. El transporte de agua a través de la membrana ascendía a 3,5 mol de agua por mol de sodio.
Se recirculó por el lado catódico una lejía de sosa con una corriente másica de 1,107 kg/h. La concentración de lejía de sosa alimentada al lado catódico ascendió a 30% en peso de NaOH, la lejía de sosa extraída del lado catódico tenía una concentración del 32% de NaOH. Se extrajeron 0,188 kg/h de la lejía al 31,9% de la corriente volumétrica, se incrementó el resto con 0,0664 kg/h de agua y se volvió a recuperar al elemento catódico.
Un 23,3% del cloruro de sodio que reaccionó proceda del agua residual de reacción de DPC.
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Ejemplo 2
Adición de agua residual de reacción que contiene cloruro de sodio a la electrólisis de cloruro de sodio con electrodo de difusión gaseosa - Adición de una disolución de cloruro de sodio al 17% en peso (agua residual de reacción) de la fabricación de DPC
El agua residual correspondía a la calidad según el ejemplo 1. Ya que para la fabricación de DPC no es necesario hidrógeno, puede evitarse la formación de hidrógeno en la electrólisis. Por tanto, la electrólisis operó con electrodos de difusión gaseosa. La densidad de corriente ascendió a 4 kA/m^{2}, la temperatura a la salida del lado catódico a 88ºC, la temperatura a la salida del lado aniónico a 89ºC. Se utilizó una celda electrolítica con recubrimiento anódico estándar de la compañía DENORA, Alemania. Se utilizó una membrana de intercambio iónico de la compañía DuPont, Nafion 982 WX. El voltaje de electrólisis ascendió a 2,11 V. La concentración de cloruro de sodio de la disolución extraída de la cámara anódica ascendió al 17% en peso de NaCl. Se añadieron a la disolución de NaCl extraída de la cámara anódica 0,166 kg/h de agua residual de reacción al 17% en peso y 0,0553 kg/h de cloruro de sodio sólido. Se realimentó la disolución a continuación a la cámara anódica. El transporte de agua a través de la membrana ascendió a 4,9 mol de agua por mol de sodio.
Se recirculó por el lado catódico una lejía de sosa con una corriente másica de 0,848 kg/h. La concentración de la lejía de sosa alimentada al lado catódico ascendió al 30% en peso de NaOH, la concentración de lejía de sosa extraída del lado catódico tenía una concentración del 32% en peso de NaOH. Se extrajeron 0,192 kg/h de la lejía al 31,2% de la corriente volumétrica, se incrementó el resto con 0,033 kg/h de agua y se recirculó al elemento catódico.
La proporción de cloruro de sodio que reaccionó del agua residual de reacción de DPC ascendió al 32,4%.
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Ejemplo 3
Adición de agua residual de reacción que contiene cloruro de sodio a electrólisis de cloruro de sodio con electrodos de difusión gaseosa - Adición de una disolución de cloruro de sodio al 17% en peso (agua residual de reacción) de la fabricación de DPC
El agua residual correspondía a la calidad según el ejemplo 1. Ya que para la fabricación de DPC no es necesario hidrógeno, puede evitarse la formación de hidrógeno en la electrólisis. Por tanto, la electrólisis operó con electrodos de difusión gaseosa. La densidad de corriente ascendió a 4 kA/m^{2}, la temperatura a la salida del lado catódico a 88ºC, la temperatura a la salida del lado aniónico a 89ºC. Se utilizó una celda electrolítica con recubrimiento anódico estándar de la compañía DENORA, Alemania. Se utilizó una membrana de intercambio iónico de la compañía DuPont, Nafion 2030. El voltaje de electrólisis ascendió a 1,96 V. La concentración de cloruro de sodio de la disolución extraída de la cámara anódica ascendió al 15% en peso de NaCl. Se añadieron a la disolución de NaCl extraída de la cámara anódica 0,178 kg/h de agua residual de reacción al 17% en peso y 0,0553 kg/h de cloruro de sodio sólido. Se realimentó la disolución a continuación a la cámara anódica. El transporte de agua a través de la membrana ascendió a 5,26 mol de agua por mol de sodio.
Se recirculó por el lado catódico una lejía de sosa con una corriente másica de 0,295 kg/h. La concentración de la lejía de sosa alimentada al lado catódico ascendió al 30% en peso de NaOH, la concentración de lejía de sosa extraída del lado catódico tenía una concentración del 32% en peso de NaOH. Se extrajeron 0,188 kg/h de la lejía al 32% de la corriente volumétrica, se incrementó el resto con 0,0184 kg/h de agua y se recirculó al elemento catódico.
La proporción de cloruro de sodio que reaccionó del agua residual de reacción de DPC ascendió al 34,4%.
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Ejemplo 4
Recirculación de las fases de lavado del procesamiento de DPC a la fabricación de DPC - Adición de un fase de agua residual del lavado ácido a la fabricación de DPC
Se realizó la práctica como en el ejemplo 1, con la diferencia que después de separar la fase orgánica de la acuosa (agua residual de reacción), se lavó la disolución de DPC con ácido clorhídrico al 0,6% en peso (lavado ácido) y a continuación otra vez con agua (lavado neutro).
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Se ajustó a pH 10 la fase de lavado ácido del procesamiento de DPC con NaOH y a continuación se liberó de restos de disolvente y catalizador mediante extracción con cloruro de metileno o mediante arrastre con vapor de agua. Después de la separación de fases, se obtuvo una fase acuosa con 1,5% en peso de NaCl que podía reutilizarse como sustituto parcial del agua para la preparación de una disolución de NaOH al 14,5% en peso para la fabricación de DPC.
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Ejemplo 5
Recirculación de fases acuosas del procedimiento de DPC a la fabricación de DPC - Adición de una fase de lavado neutra a la fabricación de DPC
Se realizó la práctica como en el ejemplo 4.
Podía reutilizarse la fase de lavado neutra del procesamiento de DPC sin tratamiento adicional como sustituto parcial del agua para la preparación de una disolución de NaOH al 14,5% para la fabricación de DPC.
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Ejemplo 6
Recirculación de fases acuosas del procesamiento de DPC a la fabricación de DPC - Adición de las fases de agua residual combinadas de los lavados ácido y neutro a la fabricación de DPC
Se realizó la práctica como en el ejemplo 4. Se combinaron las fases de lavado ácido y neutro del procesamiento de DPC, se ajustó a pH 10 con NaOH y a continuación se liberó de restos de disolvente y catalizador mediante extracción con cloruro de metileno o mediante arrastre con vapor de agua. Después de la separación de fases, se obtuvo una fase acuosa con aprox. 1% en peso de NaCl que podía reutilizarse como sustituto parcial del agua para la preparación de una disolución de NaOH al 14,5% para la fabricación de DPC.

Claims (19)

1. Procedimiento para la fabricación de carbonato de diarilo y procesamiento de al menos una parte de la disolución que contiene cloruro alcalino resultante a este respecto en una electrólisis de cloruro alcalino subsiguiente, que comprende las siguientes etapas:
a) fabricación de fosgeno mediante reacción de cloro con monóxido de carbono,
b) reacción del fosgeno formado según la etapa a) con al menos un monofenol en presencia de una base y dado el caso un catalizador básico hasta un carbonato de diarilo y una disolución que contiene cloruro alcalino,
c) separación y procesamiento del carbonato de diarilo formado en la etapa b),
d) separación de la disolución que contiene el cloruro alcalino restante según la etapa c) de los restos de disolvente y dado el caso restos de catalizador, particularmente mediante arrastre de la disolución con vapor de agua, y tratamiento con adsorbentes, particularmente con carbón activado,
e) oxidación electroquímica de al menos una parte de la disolución que contiene cloruro alcalino de d) con formación de cloro, lejía alcalina y dado el caso hidrógeno,
caracterizado porque en la separación d) de la disolución antes del tratamiento con adsorbentes, se ajusta la disolución a un valor de pH menor o igual a 8 y
f) se recircula al menos una parte del cloro fabricado según la etapa e) a la fabricación de fosgeno según la etapa a) y/o
g) se recircula al menos una parte de la lejía alcalina fabricada según la etapa e) a la fabricación de carbonato de diarilo según la etapa b).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se realiza la oxidación electroquímica de al menos una parte de la disolución que contiene cloruro alcalino de d) hasta cloro y lejía de sosa empleando electrodos de difusión gaseosa como cátodo.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se añade al menos una parte de la disolución que contiene cloruro alcalino purificada de d) a la circulación de salmuera de una electrólisis de membrana para la fabricación de cloro, lejía de sosa y dado el caso hidrógeno.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se añade a la disolución que contiene cloruro alcalino en la electrólisis e) cloruro alcalino adicional para elevar la concentración de cloruro alcalino.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se ajusta a un valor de pH menor de 7 la disolución que contiene cloruro alcalino en la purificación de d), particularmente empleando ácido clorhídrico o cloruro de hidrógeno.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la concentración de cloruro alcalino de la disolución de cloruro alcalino que llega a la electrólisis asciende a 100 a 280 g/l, preferiblemente a 110 a 220 g/l y/o porque la concentración de lejía de sosa que se obtiene de la electrólisis asciende a 13 a 33% en peso, preferiblemente a 20 a 32% en peso.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se utilizan membranas de intercambio iónico en la electrólisis e) cuyo transporte de agua por mol de sodio es mayor de 4 mol de H_{2}O/mol de sodio.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque se utilizan preferiblemente membranas de intercambio iónico en la electrólisis e) cuyo transporte de agua por mol de sodio asciende a 5,5 a 6,5 mol de H_{2}O/mol de sodio.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la electrólisis se hace funcionar a una densidad de corriente de 2 a 6 kA/m^{2}, siendo la superficie tomada como base para el cálculo de la densidad de corriente la superficie de membrana.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la electrólisis e) se hace funcionar a una temperatura de 70 a 100ºC, preferiblemente a 80 a 95ºC.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la electrólisis se hace funcionar a una presión absoluta de 100 a 140 kPa, preferiblemente de 110 a 130 kPa.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la electrólisis e) se hace funcionar con una presión diferencial entre espacio catódico y anódico de 2 a 15 kPa, preferiblemente de 3 a 10 kPa.
13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la electrólisis se hace funcionar con un ánodo que contiene como recubrimiento, además de óxido de rutenio, también otros compuestos metálicos nobles de los grupos secundarios VIIb y VIIIb y/o del grupo principal IVa del Sistema Periódico de los Elementos.
14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque en la electrólisis e) se utilizan en las celdas ánodos con superficies mayores que la superficie de las membranas.
15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque la disolución que contiene cloruro alcalino de d) se concentra antes de la electrólisis e) mediante un procedimiento de membrana.
16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque se utilizan como monofenol en la etapa b) fenol, alquilfenoles, particularmente cresoles, p-terc-butilfenol, p-cumilfenol, p-n-octilfenol, p-isooctilfenol, p-n-nonilfenil y p-isononilfenol, halofenoles, particularmente p-clorofenol, 2,4-diclorofenol, p-bromofenol y 2,4,6-tribromofenol, con especial preferencia fenol.
17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque se utiliza la disolución que contiene cloruro alcalino del agua residual de reacción de b) o combinada al menos en parte con agua de lavado del procesamiento c) del carbonato de diarilo.
18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque se utilizan en la reacción b) los fenoles de fórmula (I)
3
en la que R es hidrógeno, halógeno o un resto alquilo C_{1}-C_{9} ramificado o no ramificado o un resto alcoxicarbonilo.
19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque la etapa c) comprende al menos las siguientes etapas:
aa) separación de la fase orgánica que contiene carbonato de diarilo y la disolución de agua residual de reacción que contiene cloruro de alcalino acuosa
bb) lavado al menos una vez de la fase orgánica que contiene carbonato de diarilo obtenido en la etapa aa),
y en el que se usa al menos una parte de la fase (las fases) de lavado de c) bb), dado el caso después de la separación de restos de catalizador y dado el caso restos de disolvente orgánico, como sustituto parcial del agua para la fabricación de la lejía de sosa para la etapa b).
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