MX2014002807A - Proceso para purificar un chorro que comprende 1,4-butanodiol. - Google Patents

Proceso para purificar un chorro que comprende 1,4-butanodiol.

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Abstract

Un proceso para purificar un chorro que comprende 1,4-butanodiol que comprende los pasos de: (a) proveer un chorro de producto en bruto que comprende 1,4-butandiol y uno o más de y-butirolactona, 2-(4- hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano, 4-hidroxibutil(4-hidroxibut irato), y 3-(4- hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano a una primera columna de destilación; (b) eliminar una gaveta lateral que comprende 1,4-butanodiol, y componentes livianos, dichos componentes livianos incluyendo por lo menos algunos de esos producidos por medio de la reacción en la primera columna de destilación; (c) pasar el chorro a una zona de hidrogenación; (d) someter el chorro de la etapa (c) a hidrogenación en la zona de hidrogenación en presencia de un catalizador de hidrogenación, y recuperar de la zona de hidrogenación un producto 1,4- butanodiol en chorro que tiene un contenido reducido de 2-(4-hidroxibutoxi)-t etrahidrofurano, y en forma opcional adicionalmente incluyendo (4-hidroxibutil)-4-hidroxibutirato formado por medio de la reacción de y-butirolactona; (e) pasar el chorro de producto 1,4- butanodiol de la etapa (d) a una segunda columna de hidrogenación operada de manera tal que (4-hidroxibutil)-4-hidroxibutirato se elimina como un chorro inferior y eliminar un chorro de 1 ,4-butanodiol en forma superior; y (f) pasar el chorro superior eliminado en (e) hasta una tercera columna de destilación y recuperar un chorro de 1 ,4-butanodiol purificado.

Description

PROCESO PARA PURIFICAR UN CHORRO QUE COMPRENDE 1.4- BUTANODIOL MEMORIA DESCRIPTIVA La presente invención se refiere aun proceso para separar 1,4-butanodiol. En particular, se refiere aun proceso para separar 1 ,4-butanodiol de un chorro de producto de un reactor en el cual una materia prima de hidrocarburo que comprende ácido maleico, anhídrido maleico, maleato de mono- o di-(Ci hasta C ) alquilo o mezclas de los anteriores se hace reaccionar con un chorro con alto contenido de hidrógeno.
Mientras que se conocen varias vías de síntesis para obtener 1 ,4-butanodiol, un proceso para la producción del ,4-butanodiol usas anhídrido maleico como material de partida. Este se esterifica con un alcanol, usualmente un alcanol Ci hasta C4) tales como metanol o etanol, para producir el correspondiente maleato de dialquilo que luego se somete a hidrogenólisis para producir 1 ,4-butanodiol y el alcanol. El alcanol puede reciclarse en la reacción de esterificación para producir un maleato de dialquilo adicional. Los procesos y plantas para la producción de maleatos de dialquilo a partir de anhídrido maleico se describen en, por ejemplo, US4795824 y W090/08127 que se incorporan a este documento a modo de referencia. La hidogenólisis de los maleatos de dialquilo para producir 1 ,4-butanodiol se discute en, por ejemplo, US4584419, US4751334 y W088/00937 cuyas divulgaciones se incorporan a este documento a modo de referencia.
La hidogenólisis del maieato de dialquilo, tales como maleato de dimetilo o maleato de dietilo, también puede conducir ala producción de cantidades de los co-productos valiosos, ?-butirolactona y tetrahidrofurano. Dado que hay un mercado listo para estos sub-productos, su co-producción con 1 ,4-butanodiol puede no resultar desventajosa. Sin embargo, deben separarse del 1 ,4-butanodiol. Estos co-productos también pueden estar presentes en chorros de productos de otros procesos usados para producir 1 ,4-butanodiol.
La mezcla de productos normalmente contendrá también otros componentes. Por ejemplo, normalmente contendrá cantidades menores del succinato de dialquilo correspondientes al maleato de dialquilo donde el diéster se usa como el material de partida, ácido succinico, donde el ácido maleico se usa como el material de partida etc. Además, el alcanol usado en la esterificación estará presente junto con el n-butanol, el correspondiente alcoxisuccinato de dialquilo, agua y otras impurezas tales como 2-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano.
Los varios componentes y productos normalmente se separan y se purifican por un número de etapas de destilación usando disposiciones de destilación convencionales. Donde el proceso se refiere ala producción de 1 ,4-butanodiolcon tetrahidrofurano y ?-butirolactona a partir de una materia prima que comprende maleato de dialquilo, el tetrahidrofurano en general se elimina como se describió por primera vez en, por ejemplo, US 5310954, que se incorpora en este documento a modo de referencia.
Los componentes más livianos tales como alcanoles y agua se eliminan a continuación por destilación convencional. La mezcla restante puede destilarse a continuación en forma adicional para recuperar el producto 1 ,4-butanodiol y la ?-butirolactona. Nuevamente, esto puede llevarse a cabo por medios de destilación convencional que pueden incluir disposiciones de extracción superior, inferior y lateral.
Otras disposiciones, por ejemplo el uso de una columna de pared dividida, pueden usarse. Un ejemplo del uso de una columna de pared dividida para esta separación pueden encontrarse en la patente EP1280787 que se incorpora en este documento a modo de referencia.
Como se discutió con anterioridad, 2-(4-hidroxibutox¡)-tetrahidrofurano es un sub-producto de la reacción para formar 1 ,4-butanodiol. Este es un contaminante mayor del butanodiol y es difícil de eliminar por destilación. Por lo tanto, en general se retira por medios reactivos tales como aquellos que se describen en, por ejemplo, US6137016 y EP1794109.
Los inventores han encontrado que las mezclas de algunos o la totalidad de 1 ,4-butanodiol, tetrahidrofurano, ?-butirolactona, alcanoles y agua son reactivos en las condiciones en las cuales se llevan a cabo las destilaciones convencionales. Sin desear limitarse a cualquier teoría, se considera que esta reactividad aumenta los problemas asociados con la separación de los componentes de la mezcla por los medios de destilación descritos en el arte previo. Por lo tanto, es difícil obtener el 1 ,4-butanodiol deseado en alta pureza. En conexión con esto, "alta pureza" en general se considera que son impurezas en la región de alrededor de 99% en peso en adelante, con preferencia por encima de 99.5% en peso y puede ser en el orden de alrededor de 99.8% en peso en adelante.
En forma específica, en disposiciones del arte previo, las reacciones pueden ocurrir tanto en las etapas de hidrogenación y en las etapas de destilación. Estas reacciones pueden producir un rango de componentes pesados y livianos. Algunos ejemplos de componentes pesados formados incluyen transésteres, tales como succinato de hidroxibutilmetilo, y éteres pesados, por ejemplo bis(4-hidroxi)dibutil éter.
Además, de particular importancia es la formación de 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) a partir de butanodiol y ?-butirolactona. La formación de 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) es una reacción de equilibrio en la cual el 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) puede revertirse a 1 ,4-butanodiol y ?-butirolactona en determinadas condiciones.
Hemos encontrado que en las disposiciones de destilación del arte previo estos componentes pesados se fraccionan en la parte inferior de columnas de pared convencionales o divididas. En las regiones de alta temperatura y altos tiempos de residencia del re-hervidor de columna y sumidero, los componentes tales como 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) reaccionan para reformarse en componentes más livianos incluyendo v-butirolactona.
El problema con las disposiciones de destilación convencionales es que los componentes livianos tales como ?-butirolactona, que son el resultado de la reacción en, por ejemplo, el sumidero, no pueden eliminarse por encima de sistemas que tienen disposiciones de extracción lateral convencionales. Esto se debe a que los componentes livianos que se producen por la reacción de los componentes pesados en el sumidero de la columna recorren el camino nuevamente de la columna y contaminan la extracción lateral de producto con componentes livianos y de este modo limitan la pureza del producto que puede retirarse en la extracción lateral. Este normalmente no sería un problema en las mezclas no reactivas donde la eliminación completa de componentes livianos normalmente se esperaría en la sección de corte de la columna entre la alimentación de la columna y la gaveta de producto.
Un problema similar también se encuentra donde una disposición de pared dividida, tales como la que se describe en la EP1280787, se usa para la destilación. Aquí la reacción de componentes pesados en el sumidero de la columna produce componentes livianos que viajarán al lado del producto de la pared dividida y contaminan la gaveta lateral del producto con componentes livianos. Nuevamente este problema no ocurriría en las mezclas no reactivas.
Por lo tanto se entendería que en las disposiciones de destilación del arte previo no ha sido posible obtener el 1 ,4-butanodiol de pureza más alta debido ala presencia de estos componentes livianos. Los Solicitantes han identificado que esta es la naturaleza reactiva de la mezcla que conduce a los problemas observados en el arte anterior.
En la hidrogenación de ésteres, tales como aquellos que se describen en, por ejemplo, US4584419, US4751334 y W088/00937, 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano se forma como impureza. Se entenderá que esto es diferente del 2-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano discutido con anterioridad y descrito en US6137016 y EP1794109. Hemos encontrado que el 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano no reacciona con los catalizadores que se describen en US6137016 y EP1794109 y es resistente a la eliminación por otros métodos de reacción. El 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano sólo puede eliminarse por destilación. Sin embargo, el 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano es un hervidor cercano a 1 ,4-butanodiol lo que hace difícil la separación. Los inventores han encontrado que la separación es particularmente problemática en presencia de ?-butirolactona.
Además, los inventores han encontrado que en el proceso catalítico descrito en la US6137016 el 1 ,4-butanodiol forma 4-hídroxibutil(4-hidroxibutirato) a una velocidad acelerada cuando está en presencia de ?-butirolactona de este modo exacerbando el problema. En un mecanismo similar al que se describió con anterioridad, este 4-hidroxibutil(4-hidroxibutirato) se fraccionará hasta la parte inferior del equipo de destilación y reaccionará en el sumidero para formar la ?-butirolactona. Esta ?-butirolactona contaminará la gaveta lateral en disposiciones de procesos de destilación convencionales o con pared dividida como se describió con anterioridad. Además, la presencia de esta ?-butirolactona adicional hará que sea más difícil eliminar el 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano en la columna de destilación final de 1 ,4-butanodiol y por consiguiente limitar en forma adicional la pureza del 1 ,4-butanodiol disponible por procesos de separación convencionales.
Los inventores han identificado la naturaleza reactiva de la mezcla y las reacciones que ocurren en el sumidero, y la contaminación resultante de la gaveta lateral de producto y disposiciones de pared dividida con ?-butirolactona y los temas asociados con la presencia de 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano en la mezcla de reacción y el efecto de la presencia de ?-butirolactona en la separación.
Los inventores también han encontrado que cuando se producen cantidades más altas de co-productos de ?-butirolactona y tetrahidrofurano entonces el nivel de impurezas en el 1 ,4-butanodiol aumenta haciendo que resulte más difícil producir 1 ,4-butanodiol de alta pureza. La presencia de 4-hidroxibutil(4-hidroxibutirato) también puede aumentar en estas circunstancias, aumentando el efecto de la naturaleza reactiva de la mezcla en la pureza que puede lograrse en el producto.
Al haber identificado estos problemas, no hay necesidad de proveer un proceso que permita que estos asuntos se aborden y pueda lograrse un producto de alta pureza. En particular, se desea proveer un proceso que permita que el 1 ,4-butanodiol tenga una pureza de por lo menos alrededor de 99% en peso, con preferencia alrededor de 99.5% en peso o más, con mayor preferencia en exceso de 99.8% en peso y incluso de 99.9% en peso que se obtendrá. Esto no ha sido posible hasta ahora. Los inventores ahora han identificado que esto se debe ala naturaleza reactiva de la mezcla de la cual se debe destilar el 1 ,4-butanodiol, lo que a su vez se debe ala presencia de 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano y al efecto de la presencia de ?-butirolactona ya sea si está presente en la mezcla de productos o se genera en la(s) reacción(s) que ocurren en el sumidero de la columna de destilación. Por lo tanto se desea abordar uno o más de estos asuntos que logran la pureza del 1 ,4-butanodiol que puede obtenerse. Se desea particularmente abordar todos estos asuntos.
Los inventores han encontrado que estos problemas pueden abordarse por la provisión de una novedosa combinación de las columnas de destilación y sistemas de reacciones.
Por lo tanto se provee un proceso para purificar un chorro que comprende 1 ,4-butanodiol que comprende los pasos de: (a) proveer un chorro de producto en bruto que comprende 1 ,4-butandiol y uno o más de ?-bufirolactona, 2-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano, 4-hidroxibutil(4-hidroxibutirato), y 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano a una primera columna de destilación; (b) eliminar una gaveta lateral que comprende 1 ,4-butanodiol, y componentes livianos, dichos componentes livianos incluyen por lo menos algunos de esos producidos por medio de la reacción en la primera columna de destilación; (c) pasar el chorro a una zona de hidrogenación; (d) someter el chorro de la etapa (c) a hidrogenación en la zona de hidrogenación en presencia de un catalizador de hidrogenación, y recuperar de la zona de hidrogenación un chorro de producto 1 ,4-butanodiol que tiene un contenido reducido de 2-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano, y en forma opcional adícionalmente incluyendo (4-hidroxibutil)-4-hidroxibutirato formado por medio de la reacción de ?-butirolactona; (e) pasar el chorro de producto 1 ,4-butanodiol de la etapa (d) a una segunda columna de hidrogenación operada de manera tal que el (4-hidroxibutil)-4-hidroxibutirato se elimina como un chorro inferior y eliminar un chorro de 1 ,4-butanodiol como anteriormente; y (f) pasar el chorro superior eliminado en (e) hasta una tercera columna de destilación y recuperar un chorro de 1 ,4-butanodiol purificado.
Por el proceso de la presente invención se obtiene un chorro de 1 ,4-butanodiol purificado. En un proceso preferido de la presente invención, se lograrán purezas de por lo menos alrededor de 99% en peso, con preferencia por lo menos alrededor de 99.5% en peso, con mayor preferencia por lo menos alrededor de 99.8% en peso y incluso de 99.9% en peso. Estos niveles de pureza no se obtienen en general por disposiciones de destilación convencionales o aquellas que incluyen disposiciones de columna de pared dividida.
La eliminación de ?-butirolactona de la primera columna de destilación en la gaveta lateral produce la reducción de la formación de 4-hidroxibutil(4-hidroxibutirato) en la zona de hidrogenación.
La destilación adicional para eliminar el 4-hidroxibutil(4-hidroxibutirato)antes de la columna de destilación final ofrece varias ventajas. Estas medidas a su vez reducirán la contaminación de la columna de destilación final de 1 ,4-butanodiol con ?-butirolactona ya sea de ?-butirolactona en la alimentación ala columna de destilación final o por medio de la reacción de 4-hidroxibutil(4-hidroxibutirato) en el sumidero de la columna de destilación final. Estas medidas también mejorarán la eliminación de 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano del producto 1 ,4-butanodiol.
La alimentación de materia prima del producto en bruto hasta la primera columna de destilación puede tener una composición apropiada y puede incluir otras impurezas. La cantidad de diferentes componentes en el chorro puede variar. En una disposición la cantidad de contenido de 2-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano puede ser hasta alrededor de 1% en peso o incluso mayor.
La gaveta lateral de la primera columna de destilación puede tomarse en cualquier punto apropiado. En una disposición, se tomará por encima del punto en el cual se agrega la materia prima a la columna.
En una disposición preferida, la gaveta lateral de la primera columna de destilación puede pasarse ala columna de destilación adicional antes de pasarse a la zona de hidrogenación. En esta disposición, el proceso adicionalmente incluye la etapa de: (b1) pasar la gaveta lateral a la zona de hidrogenación a través de a la columna de destilación adicional en la cual por lo menos algunos de los componentes livianos del chorro se extrae antes de pasarse a la zona de hidrogenación.
Se entenderá que donde una la columna de destilación adicional está presente, pueden formarse elementos livianos adicionales debido a las reacciones que ocurren en su sumidero. Por lo menos una porción de estas en general se eliminará por procesos de separación.
La primera y la columna de destilación adicional, donde está presente, puede combinarse en un recipiente individual. Esto puede lograrse por cualquier medio apropiado. En una disposición, un separador dividirá el recipiente en dos columnas para por lo menos una porción de la longitud del recipiente. El separador, donde está presente, se extenderá hasta la parte inferior del recipiente y en general se sellará a éste. En esta disposición, la gaveta lateral de la primera columna de destilación, se logrará a través de cualquier medio apropiado incluyendo el flujo excesivo sobre el separador. En una disposición alternativa puede tomarse una gaveta de la primera columna, es decir el primer lado de la columna y alimentarse nuevamente en el otro lado del separador.
En forma similar, la segunda y tercera columnas de destilación puede combinarse en un solo recipiente. Esto puede lograrse por cualquier medio apropiado. En una disposición, un separador dividirá el recipiente en dos columnas durante por lo menos una porción de la longitud del recipiente. El separador, donde está presente, se extenderá hasta la parte inferior del recipiente y en general se sellará a éste. En esta disposición, la gaveta lateral de la primera columna de destilación, se logrará a través de cualquier medio apropiado incluyendo el flujo excesivo sobre el separador. En una disposición alternativa puede tomarse una gaveta de la primera columna, es decir, el primer lado de la columna y se vuelve a colocaren el otro lado del separador. En general se realizará una purga desde la parte inferior de la primera columna de destilación para eliminar elementos pesados.
Un reciclado de la segunda y/o tercera columna de destilación puede alimentarse hasta la primera columna de destilación. Donde los chorros de reciclado están presentes puede alimentarse directamente hasta la primera columna de destilación o puede mezclarse con el chorro de materia prima en bruto antes de la incorporación hasta la primera columna de destilación. En una disposición, por lo menos algo del chorro de reciclado puede alimentarse directamente hasta la primera columna de destilación donde el resto se agrega al chorro de materia prima.
El reciclado de la tercera columna de destilación puede tomarse desde cualquier punto apropiado. En una disposición, un chorro de reciclado puede tomarse desde la parte inferior de la tercera columna de destilación. Un segundo chorro de reciclado puede tomarse desde la parte superior de la tercera columna de destilación. Estos chorros de reciclado pueden combinarse antes de volver a la primera columna de destilación y pueden proveerse por separado y en forma opcional a diferentes partes de la columna de destilación.
Por lo menos algunos de los componentes livianos presentes en la gaveta lateral tomados de la primera columna de destilación se separarán en la columna de destilación adicional, donde está presente, y puede volverse hasta la primera columna de destilación. Pueden volverse a cualquier punto apropiado y generalmente se devolverán hasta un punto en la primera columna de destilación donde se toma la gaveta lateral.
La etapa de llevar a cabo la hidrogenación en la etapa (c) puede llevarse a cabo por cualquier medio apropiado. En una disposición, puede llevarse a cabo de acuerdo con el proceso descrito en US6137016 que se incorpora en este documento a modo de referencia. En una disposición, la hidrogenación se lleva a cabo en presencia de desde alrededor de 0.5% en peso hasta alrededor de 15 % en peso, basado en el peso de 1 ,4-butanodiol a la zona de hidrogenación, de agua.
Puede usarse cualquier catalizador de hidrogenación apropiado. El catalizador de hidrogenación es con preferencia un catalizador de hidrogenación que contiene metales del Grupo VIII. Los catalizadores que contienen metales del Grupo VIII apropiados normalmente contienen desde alrededor de 0.1% en peso up hasta alrededor de 2 % en peso de un metal o metales del Grupo VIII. Algunos ejemplos de metales del grupo VIII incluyen níquel, paladio, platino, rodio, iridio, renio y similares, así como también las mezclas de dos o más de los anteriores. El metal o los metales del Grupo VIII se deposita o se depositan en un soporte inerte, tales como grafito, alúmina, sílice-alúmina, sílice, zirconio, torio, una tierra diatomácea, y similares. Un catalizador particularmente preferido es un catalizador de níquel. Este puede contener, por ejemplo, desde alrededor de 10 % en peso hasta alrededor de 60 % en peso o más de níquel. Otro es un catalizador de paladio sobre carbón, que con preferencia contiene desde alrededor de 0.1% en peso hasta alrededor de 4 % en peso de paladio.
Aunque la reacción de hidrogenación puede conducirse en la fase de vapor, en forma conveniente se lleva a cabo como reacción de fase líquida, usando o bien una emulsión del catalizador, o, con mayor preferencia, un lecho fijo de catalizador. Cuando se opera con un lecho fijo de catalizador, las partículas de catalizador con preferencia tienen un tamaño de partículas en el rango de desde alrededor de 0.5 mm hasta alrededor de 5 mm. Las partículas pueden ser de cualquier forma conveniente, tales como esferas, escamas, anillos o sillas de montar.
Cuando se usa un lecho fijo de catalizador el reactor puede ser un reactor de cubierta y tubo, que puede operarse en forma isotérmica. Sin embargo, es con preferencia un reactor diabético. El uso de un reactor adiabático es ventajoso ya que su costo de capital es mucho menor que un reactor de cubierta y tubo y generalmente es mucho más fácil de cargar con el catalizador elegido.
La reacción de hidrogenación puede llevarse a cabo en cualquier condición de reacción apropiada. En una disposición, la hidrogenación puede conducirse a una temperatura elevada de, por ejemplo, desde alrededor de 30°C hasta alrededor de70°C. La temperatura de alimentación a la zona de hidrogenación puede ser desde alrededor de 50°C hasta alrededor de 125°C. La hidrogenación puede llevarse a cabo a una presión elevada. Las presiones apropiadas incluyen aquellas de, por ejemplo, desde alrededor de 3.515 kg/cm2 (50 psia (alrededor de 3.45 bares)) hasta alrededor de 140.6 kg/cm2 (2000 psia (alrededor de 137.90 bares)), con preferencia desde alrededor de 10.54 kg/cm2 (150 psia (alrededor de 10.34 bares)) hasta alrededor de 70.3 kg/cm2 (1000 psia (alrededor de 68.95 bares)).
La alimentación a la zona de hidrogenación puede proporcionarse a una velocidad espacial por hora de líquido de desde alrededor de 0.1 h"1 hasta alrededor de 4.0 h"1, con preferencia desde alrededor de 0.5 h'1 hasta alrededor de 1.5 h"1.
La alimentación a la zona de hidrogenación puede mezclarse con un diluyehte inerte antes de alimentara la zona de hidrogenación. En una disposición, el diluyente inerte puede ser un reciclado de la salida de la zona de hidrogenación. En esta disposición, la proporción de diluyente inerte a materia prima recién preparada con preferencia se encuentra comprendida en el rango de desde alrededor de 1 :1 hasta alrededor de 1000: 1.
Las columnas de destilación pueden operarse en condiciones iguales o diferentes. En una disposición, pueden operarse a presiones de desde alrededor de 0.1 hasta alrededor de 1 bares abs, con preferencia desde alrededor de 0.1 hasta alrededor de 0.3 bar abs. Las temperaturas apropiadas incluyen aquellas de desde alrededor de 100°C hasta alrededor de 250°C, con preferencia desde alrededor de 120°C hasta alrededor de 220°C.
Las columnas de destilación pueden incluir bandejas o empaques estructurados. En una disposición las columnas contienen desde alrededor de 10 hasta alrededor de 100 etapas teóricas, con preferencia desde alrededor de 15 hasta alrededor de 80 etapas teóricas.
La presente invención se describirá a continuación a modo de ejemplo con referencia a las figuras adjuntas, en las cuales: La Figura 1 es una representación esquemática simplificada de una disposición para el proceso de la presente invención; La Figura 2 es una representación esquemática simplificada de una segunda disposición para el proceso de la presente invención; La Figura 3 es una representación esquemática simplificada de una tercera disposición para el proceso de la presente invención; La Figura 4 es una representación esquemática simplificada de una cuarta disposición para el proceso de la presente invención; La Figura 5 es un gráfico al que se hace referencia en el Ejemplo l ; y La Figura 6 es un gráfico al que se hace referencia en el Ejemplo 2.
Se entenderá que las figuras son diagramáticas y que otros elementos adicionales de los equipos tales como tambores de reflujo, bombas, compresores, bombas de vacío, sensores de temperatura, sensores de presión, válvulas de alivio de presión, válvulas de control, controladores de flujo, controladores de nivel, tanques de retención, tanques de almacenamiento y similares pueden requerirse en una planta comercial. La provisión de dichos elementos auxiliares de equipamiento no forma parte de la presente invención y está de acuerdo con la práctica de ingeniería química convencional.
Como se ilustra en la Figura 1 , un chorro de materia primase alimenta en la línea 1. En una disposición este chorro de materia prima comprenderá butanodiol, y-butirolactona, alcoxisuccinato de dialquilo, transésteres tales como 4 hidroxibutilmetil succinato, éteres pesados tales como bis(4-hidroxi)dibutil éter, 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato), 2-(4 hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano, 3-(4 hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano, otras impurezas menores y alcoholes residuales, tetrahidrofurano y agua. Este chorro se alimenta a la columna de destilación A. Un chorro de reciclado 9 que contiene componentes pesados de las unidades del flujo descendente también puede alimentarse a la primera columna de destilación A. Este chorro de reciclado puede alimentarse a la primera columna de destilación A en el mismo punto como chorro de materia prima 1 y/o puede suministrarse a la columna en un punto diferente, que generalmente será inferior al punto en el cual el chorro 1 se alimenta ala primera columna de destilación A.
Los componentes pesados en la alimentación 1 y el chorro de reciclado 9 se concentrarán en la sección A1 de la primera columna de destilación y se eliminan en el chorro de purga 2. Los componentes pesados que se concentran en la sección A1 incluirán4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) que reaccionará en el sumidero para reformarse hasta obtener 1 ,4-butanodiol, y ?-butirolactona. La ?-butirolactona, al ser más liviana, recorrerá entonces el camino nuevamente la columna.
La concentración de componentes pesados, incluyendo 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) se reducirá en la sección A2 de la columna de este modo reduciendo el contenido de componentes pesados en la gaveta lateral del producto 3. El chorro eliminado en la gaveta lateral incluirá la v-butirolactona formada en el sumidero por la reacción de 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato).
En una disposición, la gaveta lateral 3 se toma desde arriba del chorro de alimentación 1. Por lo menos algunos de los componentes livianos del chorro de alimentación también estarán presentes en el chorro eliminado por la gaveta lateral 3. Este chorro se alimenta se pasa a la columna de destilación adicional B donde se eliminan por lo menos parcialmente y se devuelven a la columna de destilación A, a través del chorro 4.
El reflujo para la columna de destilación adicional B se provee por medio de un condensador parcial H3. Por esta combinación de columnas de destilación, los componentes livianos y pesados en la alimentación y los componentes livianos producidos por medio de la reacción en el sumidero de la primera columna de destilación A se eliminan y por lo tanto el chorro 6 eliminado de la parte inferior de la columna de destilación adicional B tiene un contenido reducido de estos componentes.
En una disposición alternativa la gaveta lateral puede tomarse en un punto inferior al punto de entrada del chorro de alimentación 1. Esta gaveta lateral inferior se ¡lustra en la Figura 1 como línea 3a. Este chorro de materia prima se condensa a continuación por lo menos en forma parcial en el condensador H3, sin pasarse a través de la columna de destilación adicional B. Esto reducirá el contenido de componente liviano del chorro 6a, aunque reducirá sólo parcialmente el contenido de componente pesado del chorro 6a. Ya sea si la columna de destilación adicional B está presente o no, los componentes livianos presentes restantes, incluyendo ?-butirolactona, alcoxisuccinato de dialquilo, y alcoholes residuales, tetrahidrofurano y agua se concentran en la sección A3 de la columna de destilación A y se eliminan en el chorro superior 5.
El chorro 6 o 6a contendrá la mayoría de 2-(4 hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano y 3-(4 hidroxibutoxi)-tetrahÍdrofurano del chorro de alimentación 1. El 2-(4 hidroxibutoxi)- tetrahidrofurano se elimina en la zona de hidrogenación C como se describe en la US 6137016. La ?-butirolactona residual en el chorro 6 o 6a reaccionará con 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) en la zona de hidrogenación C. Sin embargo el contenido de ?-butirolactona del chorro 6 y por lo tanto la cantidad de 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) realizada en la zona de hidrogenación (C) se considerará menos donde la columna de destilación adicional B está presente para reducir el contenido de elementos livianos del chorro 6 sin tener en cuenta la reacción de componentes pesados hacia los componentes livianos en el sumidero de la columna de destilación A.
El producto 7 de la zona de hidrogenación C se alimenta ala segunda columna de destilación D. El 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) residual formado en la zona de hidrogenación C se concentra en la sección D1 de la columna de destilación D, y se purga de la parte inferior de la columna a través del chorro 8. Otras impurezas que pueden estar presentes también se concentrarán en la sección D1. El chorro 8 puede reciclarse hasta la primera columna de destilación A, a través del chorro 9 para recuperar en forma adicional 1 ,4-butanodiol y hacer reaccionar adicionalmente el 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) para reducir la pérdida de material pesado. El reflujo para la segunda columna de destilación D se provee por medio del condensador parcial H5. Los componentes pesados, incluyendo 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) se eliminan en la sección D2 de la columna D. Esto reduce significativamente ia cantidad de 4- hidroxibutil (4-hidroxibutirato) que se alimenta ala tercera columna de destilación E en el chorro 10. La ventaja de esto es que habrá menos 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) en el sumidero de la tercera columna de destilación E que reaccione con la ?-butirolactona, y de este modo reducirá el contenido de ?-butirolactona en la tercera columna de destilación E. Esto ayudará en la separación de 3-(4hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano en la tercera columna de destilación E, que de otro modo sería difícil de separar en presencia de cantidades significativas de ?-butirolactona.
El 3-(4 hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano, cualquier ?-butirolactona residual y otros componentes livianos residuales se eliminan en la sección E1 de la tercera columna de destilación E. Los componentes livianos se concentran en la sección E2 de la tercera columna de destilación E y se eliminan en forma superior en el chorro 1 . El chorro superior 11 puede reciclarse a través del chorro 12 hasta la primera columna de destilación A o a través de columnas de separación en sentido ascendente de la primera columna de destilación A para recuperar el 1 ,4-butanodiol y la ?-butirolactona en el chorro 12. Un chorro de purga 13 puede usarse para eliminarlas impurezas livianas incluyendo 3-(4hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano de este reciclado. El producto 1 ,4-butanodiol se elimina como un chorro inferior 14 o con preferencia como chorro lateral cercano a, o en, la parte inferior de la tercera columna de destilación E.
Una disposición alternativa de la segunda y tercera columnas de destilación D y E se ilustra en la Figura 2. El esquema es igual que el de la Figura 1 hasta una zona de hidrogenación C. El chorro del producto 7 de la zona de hidrogenación C se alimenta ala segunda columna de destilación D. El 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) residual formado en la zona de hidrogenación C se concentra en la sección D1 de la segunda columna de destilación D, y se purga de la parte inferior de la columna a través del chorro 8. Otras impurezas que pueden estar presentes también se concentrarán en la sección D1.EI reflujo para la columna D se provee por medio de un condensador H5. Los componentes pesados, incluyendo 4-hidroxibutil (4-hidroxibutirato) se eliminan en la sección D2 de la segunda columna de destilación D. A la gaveta lateral 13 se toma desde la segunda columna de destilación D por encima del chorro de alimentación 7 y se alimentó a la tercera columna de destilación E. El 3-(4 hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano, cualquier ?-butirolactona residual y otros componentes livianos residuales se eliminan en la sección E1 de la tercera columna de destilación E. El reflujo para la tercera columna de destilación E se provee por medio de un condensador parcial H7 y los componentes livianos eliminados se alimentan ala segunda columna de destilación D a través del chorro 14. Los componentes livianos se concentran en la sección D3 de la segunda columna de destilación D y se eliminan en forma superior en el chorro 10. El producto 1 ,4-butanodiol 15 se elimina como un chorro inferior o con preferencia como chorro lateral cercano a, o en, la parte inferior de la tercera columna de destilación E.
Las disposiciones alternativas de columnas de destilación A, B, D y E pueden usarse. Otra disposición alternativa se ilustra en la Figura 3. En esta disposición las actividades de los condensadores H1 y H3 pueden combinarse, y los condensadores H5 y H7, ahorrando en la cantidad de elementos del equipo instalados. Esto se aplica a ambos esquemas en las figuras 1 y 2.
Una disposición alternativa adicional de columnas de destilación A, B, D y E puede usarse y se ilustra en la Figura 4. En esta disposición las operaciones de la primera y la columna de destilación adicionales A y B se combinan en un recipiente único por medio del uso de un separador, sellado 20 que se extiende completamente hacia la parte inferior del recipiente. El recipiente individual requerirá dos re-hervidores, H2 y H4. En forma similar la segunda columna de destilación D y la tercera columna de destilación E pueden combinarse en un recipiente único por medio del uso de un separador, sellado 21 que se extiende completamente hacia la parte inferior del recipiente. El recipiente individual tiene dos re-hervidores H6 y H8. En términos de separación, los esquemas que aparecen en las figuras 3 y 4 son equivalentes y por lo tanto la descripción y los números de línea para la Figura 3 es la misma que para la Figura 4. Ambos esquemas lograrán la eliminación de las impurezas livianas y pesadas en el chorro de alimentación 1 en conjunción con los componentes livianos producidos como producto de reacción en los sumideros de columnas de destilación A y C, para producir 1 ,4-butanodiol de alta pureza.
La presente invención se discutirá ahora con referencia a los siguientes ejemplos.
EJEMPLO 1 Un chorro de fluido producido por la hidrogenación de maleato de dimetilo que contiene aproximadamente 15 % en peso de ?-butirolactona y 4 % en peso 4-hidroxibutil(4-hidroxibutirato) se alimenta ala columna de destilación con a la gaveta lateral debajo del punto de alimentación. El gráfico que se muestra en la Figura 5 ilustra el contenido de ?-butirolactona que se obtiene en la gaveta lateral, cuando el 4-hidroxibutil(4-hidroxibutirato) reacciona en el sumidero de la columna para producir 1 ,4-butanodiol y ?-butirolactona. Hay un límite más bajo por debajo del cual es difícil reducir esta composición. Este límite depende de la composición de 1 ,4-butanodiol y ?- butirolactona producida en la hidrogenación.
A modo de comparación, el gráfico de la Figura 5 también ilustra el 4-hidroxibutil(4-hidroxibutirato) en la gaveta lateral si el 4-hidroxibutil(4-hidroxibutirato) no reaccionó en el sumidero de la columna. En este caso, donde los efectos de destilación solos determinarían la composición, el contenido de ?-butirolactona es casi cero.
Además, a modo de comparación, el gráfico de la Figura 5 ilustra la composición de la ?-butirolactona que puede lograrse en el producto de la gaveta lateral desde la columna A se toma por encima de la alimentación y se alimenta a una segunda columna B. En este caso la ?-butirolactona se reduce de manera sustancial.
EJEMPLO 2 Un chorro de fluido de la zona de hidrogenación C que contiene aproximadamente 1-1.5% en peso ?-butirolactona y 1 - 1.5% en peso 4-hidroxibutil(4-hidroxibutirato) se alimenta ala columna de destilación con la gaveta lateral por debajo del punto de alimentación. El chorro también contieneotras impurezas livianas y pesadas y un contenido reducido de 2-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano como resultado de la reacción en la zona de hidrogenación C. El gráfico de la Figura 6 ilustra el contenido de ?-butirolactona que puede obtenerse en la gaveta lateral, cuando el 4-hidroxibutil(4-hidroxibutirato) reacciona en el sumidero de la columna para producir 1 ,4-butanodiol y ?-butirolactona, y la pureza del producto que puede lograrse.
A modo de comparación el gráfico también ilustra la composición de la ?-butirolactona y la pureza del producto que puede lograrse si la gaveta lateral desde la columna D se toma desde por encima de la alimentación y se alimenta a una segunda columna E. Esto ilustra que puede lograrse una pureza sustancialmente más alta con esta disposición.
EJEMPLO 3 Un chorro de fluido que contiene 0.14% en peso de 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano, 0.25% en peso de v-butirolactona y el resto del 1 ,4 butanodiol y otras impurezas, se calentó hasta el punto de ebullición de la mezcla. La mezclase dejó exhibir en un recipiente de vidrio a una presión de vacío de 175 mbares. El vapor de esta muestra se condensó en un condensador de vidrio y el líquido resultante se recolectó y se analizó. El líquido de la muestra también se recolectó y se analizó. El análisis se realizó por cromatografía de gases. El vapor de esta muestra contenía 0.18% en peso de 3-(4-hidrox¡butoxi)-tetrahidrofurano, y 97.12 % en peso de 1,4 butanodiol. El líquido contenía 0.13% en peso 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano y 92.52 % en peso de 1 ,4 butanodiol. La volatilidad de 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano con relación a 1.4 butanodiol en esta mezcla fue de 1.32.
Un segundo chorro similar de fluido que contiene 0.11% en peso de 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano, 15% en peso de ?-butirolactona y el resto de 1,4 butanodiol y otras impurezas, se mostró de un modo similar. El vapor de esta muestra contenía 0.076% en peso de 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano y 52.6% en peso de 1,4 butanodiol. El líquido contenía 0.096 % en peso de 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano y 77.98 % en peso de 1,4 butanodiol. La volatilidad de 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano con relación a 1 ,4 butanodiol en esta mezcla fue de 1.17.
La volatilidad superior del3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano con relación a 1,4 butanodiol a la concentración de ?-butirolactona más baja ilustra que la separación de 3-(4-hidroxibutoxi)- tetrahidrofurano a partir de 1,4 butanodiol es más fácil a una concentración más baja de ?-butirolactona en la alimentación.

Claims (14)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES
1. Un proceso para purificar un chorro caracterizado porque comprende 1 ,4-butanodiol que comprende los pasos de: (a) proveer un chorro de producto en bruto que comprende 1 ,4-butandiol y uno o más de ?-butirolactona, 2-(4-hidroxibutoxt)-tetrahidrofurano, 4-hidroxibut¡l(4-hidroxibutirato), y 3-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano a una primera columna de destilación; (b) eliminar una gaveta lateral que comprende 1 ,4-butanodiol, y componentes livianos, dichos componentes livianos incluyendo por lo menos algunos de esos producidos por medio de la reacción en la primera columna de destilación; (c) pasar el chorro a una zona de hidrogenación; (d) someter el chorro de la etapa (c) a hidrogenación en la zona de hidrogenación en presencia de un catalizador de hidrogenación, y recuperar de la zona de hidrogenación un chorro de producto 1 ,4-butanodiol que tiene un contenido reducido de 2-(4-hidroxibutoxi)-tetrahidrofurano, y en forma opcional adicionalmente incluyendo (4-hidroxibutil)-4-hidroxibutirato formado por medio de la reacción de ?-butirolactona; (e) pasar el chorro de producto 1 ,4-butanodiol de la etapa (d) a una segunda columna de hidrogenación operada de manera tal que (4-hidroxibutil)-4-hidroxibutirato se elimina como un chorro inferior y eliminar un chorro de 1 ,4-butanodiol en forma superior; y (f) pasar el chorro superior eliminado en (e) hasta una tercera columna de destilación y recuperar un chorro de 1 ,4-butanodiol purificado.
2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado además porque la gaveta lateral de la primera columna de destilación se toma desde un punto por encima del punto en el cual la alimentación se agrega a la columna.
3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 o 2 caracterizado además porque el proceso adicionalmente incluye la etapa de: (b1) pasarla gaveta lateral a la zona de hidrogenación a través de a la columna de destilación adicional en la cual por lo menos algunos de los componentes livianos se extrae del chorro antes de pasar sea la zona de hidrogenación.
4. El proceso de conformidad con la reivindicación 3 caracterizado además porque la primera y la columna de destilación adicionales se combinan en un recipiente único.
5. El proceso de conformidad con la reivindicación 4 caracterizado además porque el recipiente incluye un separador.
6. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado además porque la segunda y la tercera columnas de destilación se combinan en un recipiente único.
7. El proceso de conformidad con la reivindicación 6 caracterizado además porque el recipiente incluye un separador.
8. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado además porque un reciclado de la segunda y/o tercera columna de destilación se coloca a la primera columna de destilación.
9. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado además porque la hidrogenación se lleva a cabo a una temperatura de desde alrededor de 30°C hasta alrededor de 170°C, con preferencia desde alrededor de 50°C hasta alrededor de 125°C.
10. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 caracterizado además porque la hidrogenación se lleva a cabo a una presión de desde alrededor de 3.51 kg/cm2 (50 psia (alrededor de 3.45 bares)) hasta alrededor de 140.6 kg/cm2 (2000 psia (alrededor de 137.90 bares)), con preferencia desde alrededor de 10.54 kg/cm2 (150 psia (alrededor de 10.34 bares)) hasta alrededor de 70.3 kg/cm2 (1000 psia (alrededor de 68.95 bares)).
11. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 caracterizado además porque la alimentación ala zona de hidrogenación se provee a una velocidad espacial por hora de líquido de desde alrededor de 0.1 h"1 hasta alrededor de 4.0 h"\ con preferencia desde alrededor de 0.5 h'1 hasta alrededor de 1.5 h'1.
12. El proceso de conformidad con cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 11 caracterizado además porque las columnas de destilación se operan a presiones de desde alrededor de 0.1 hasta alrededor de 1 bar abs, con preferencia desde alrededor de 0.1 hasta alrededor de 0.3 bar abs.
13. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 caracterizado porque las columnas de destilación se operan a temperaturas de desde alrededor de 100°C hasta alrededor de 250°C, con preferencia desde alrededor de 120°C hasta alrededor de 220°C.
14. El proceso de conformidad con cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 13 caracterizado porque las columnas de destilación contienen desde alrededor de 10 hasta alrededor de 100 etapas teóricas, con preferencia desde alrededor de 15 hasta alrededor de 80 etapas teóricas. 10A*a P14 258F
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