MXPA04010223A

MXPA04010223A - Proceso para la purificacion de gas cloruro de hidrogeno anhidro.

Info

Publication number: MXPA04010223A
Application number: MXPA04010223A
Authority: MX
Inventors: Weymand Guenther
Original assignee: Bayer Polymers Llc
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2005-02-03
Also published as: JP4523288B2; WO2003089370A1; CN1662443A; KR20040101496A; US6719957B2; HUP0500353A3; DE10392517T5; JP2005523226A; CA2482595A1; AU2003221872A8; US20030196764A1; HUP0500353A2; US7555917B2; AU2003221872A1; US20040163411A1; CN1328154C; DE10392517B4; HU230333B1; KR100970035B1

Abstract

Los contaminantes de alto punto de ebullicion tal como compuestos cloroaromaticos se extraen de un gas comprimiendo el gas conteniendo el contaminante, enfriando el gas comprimido para reducir la temperatura del gas a al menos 20 degree C por encima de la temperatura de salida de una segunda etapa de enfriamiento, pero por encima del punto de congelacion del compuesto de punto de fusion mas alto en la primera etapa de enfriamiento, enfriando mas el gas en una segunda etapa de enfriamiento a al menos -20 degree C, haciendo volver el gas enfriado de la segunda etapa de enfriamiento a la primera etapa de enfriamiento, y recuperando corrientes de condensado que contienen el compuesto contaminante de las etapas de enfriamiento primera y segunda. Tambien se describe un aparato adecuado para llevar a cabo este proceso. El proceso de la presente invencion es especialmente util para extraer compuestos cloroaromaticos de gas cloruro de hidrogeno anhidro.

Description

PROCESO PARA LA PURIFICACIÓN DE GAS CLORURO DE HIDRÓGENO ANHIDRO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un proceso para purificar gas cloruro de hidrógeno anhidro (aHCl) , preferiblemente el gas cloruro de hidrógeno anhidro recuperado de un proceso de producción de isocianato y a equipo adecuado para ser utilizado en este proceso. En el proceso de la presente invención, el contenido de cloroaromáticos se puede reducir de 1000 ppm a niveles inferiores a 10 ppm para poder utilizar el gas cloruro de hidrógeno tratado en un proceso catalítico de oxi-cloración . Varios procesos químicos importantes generan cloruro de hidrógeno anhidro (aHCl) como un subproducto. Los ejemplos de tales procesos incluyen procesos de cloración, procesos de producción de silano y procesos de fosgenación. Dado que no se puede desechar grandes cantidades de aHCl, propios de cada uno de estos procesos es la aHCl generado para obtener un producto técnico utilizable o materia prima para otros procesos. Se ha propuesto varios procesos para purificar el aHCl generado durante procesos de producción. En la Patente de Estados Unidos 5.12S.119 se describe el tratamiento térmico del aHCl a temperaturas de hasta 800-1600°C. La plena condensación y destilación bajo presión elevada se describen en la Patente de Estados Unidos 4.935.220. Sin embargo, estos procesos requieren grandes cantidades de energía y equipo crítico y caro. En los procesos comerciales de fosgenación para la producción de isocianatos, tal como TDI (diisocianato de tolueno) , MDI (diisocianatos de difenilmetano) , y HDI (diisocianato de hexametileno) , se forman dos moles de aHCl por grupo isocianato producido. Esta gran cantidad de subproducto se debe usar en un proceso secundario.

Tal proceso secundario es la producción de ácido muriáti-co. Otra alternativa es utilizar el aHCl en un proceso catalítico de oxicloración con etileno para producir dicloruro de etileno y finalmente cloruro de vinilo como el producto comercial. Este proceso catalítico es muy sensible a trazas de compuestos orgánicos, en particular compuestos (cloro) aromáticos que pueden desactivar el catalizador empleado. Los solventes de uso más frecuente en la producción de isocianato son clorobenceno y diclorobenceno . (Véase G. Oer-tel, Polyurethane Handbook, página 66 (Cari Hanser Verlag, Munich (1985)) . El aHCl recuperado del proceso de fosgenación está saturado con estos cloroaromáticos . El profundo enfriamiento del gas aHCl puede reducir el contenido de cloroaromáticos, pero no al nivel necesario. Otro factor de complicación es el punto de fusión alto del diclorobenceno (o-isómero: -17,5°C, p-isómero: +52,8°C), que limita la utilidad de este acercamiento. Más específicamente, los procesos de fosgenación a presión baja como los descritos en G. Oertel, Polyurethane Handbook, p,66 (Cari Hanser Verlag, Munich (1985)) que producen gas aHCl a presiones que van desde la atmosférica a una sobrepresión de menos de 5 bar, incluso con enfriamiento profundo, contienen cloroaromáticos en una concentración de varios cientos de ppm a 1000 ppm. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Un objeto de la presente invención es proporcionar un proceso y equipo útil para extraer uno o varios contaminantes de gas cloruro de hidrógeno. También es un objeto de la presente invención proporcionar un proceso y equipo útil para separar pequeñas cantidades de material de punto de ebullición alto, por ejemplo, compuestos (cloro) aromáticos de grandes volúmenes de gas HCl anhidro.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un proceso para reducir la concentración de contaminantes tal como (compuestos cloroaromáticos en gas HCl anhidro a <10 ppm.

Estos y otros objetos que serán evidentes a los expertos en la materia se realizan comprimiendo gas cloruro de hidrógeno anhidro conteniendo un compuesto (cloro) aromático, enfriando el gas comprimido para reducir la temperatura del gas a 5-20°C por encima de la temperatura de salida del proceso en la segunda etapa, pero por encima del punto de congelación del compuesto de punto de fusión más alto en una primera etapa de enfriamiento, enfriando más el gas en una segunda etapa de enfriamiento para reducir la temperatura del gas a al menos -20°C, haciendo volver el gas enfriado de la segunda etapa de enfriamiento a la primera etapa de enfriamiento, y recuperando corrientes de condensado que contienen compuesto (cloro) aromático de las etapas de enfriamiento primera y segunda. BREVE DESCRIPCIÓN DEL DIBUJO La figura 1 ilustra un aparato adecuado para llevar a cabo la purificación de aHCl según la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un proceso y aparato adecuado para la extracción de pequeñas cantidades de material de punto de ebullición alto (es decir, un material que tiene un punto de ebullición que es al menos 100°C a presión atmosférica normal) de un volumen grande de gas HCl anhidro. El proceso de la presente invención es especialmente útil para extraer compuestos cloroaromáticos de HCl anhidro producido como un subproducto en el proceso de fosgenación de aminas para producir isocianatos. En el proceso de la presente invención, un gas HCl anhidro conteniendo contaminantes tal como clorobenceno, o-diclorobenceno o tolueno, se comprime, enfría en una primera etapa de enfriamiento, se enfría más en una segunda etapa de enfriamiento, hace volver de la segunda etapa de enfriamiento a la primera etapa de enfriamiento, y se recogen y extraen los condensados de las etapas de enfriamiento primera y segunda. Estos condensados recogidos contienen una cantidad considera-ble del material indéseado de punto de ebullición alto tal como un cloroaromático . En el paso de compresión del proceso de la presente invención, la presión del gas conteniendo el material indéseado de punto de ebullición alto se incrementa al menos 7 bar, preferiblemente al menos 10 bar, muy preferiblemente al menos 12 bar. La presión inicial del gas cloruro de hidrógeno antes de la compresión está generalmente en el rango de desde aproximadamente 1 a aproximadamente 6 bar, muy preferiblemente desde aproximadamente 1 a aproximadamente 2 bar. Se puede usar cualquier medio de compresión conocido por los expertos en la materia para llevar a cabo el grado deseado de compresión. La cantidad óptima de compresión depende de la presión inicial del gas y la capacidad del equipo de procesado y se puede determinar fácilmente por pruebas preliminares simples. En una realización especialmente preferida de la invención, la presión inicial del gas cloruro de hidrógeno anhidro alimentado al compresor es desde aproximadamente 1 a aproximadamente 5 bar absoluto que se incrementa a desde aproximadamente 8 a aproximadamente 20 bar absoluto. El gas comprimido se introduce después en una primera etapa de enfriamiento. En la primera etapa de enfriamiento, la temperatura del gas comprimido se reduce a al menos 20°C por encima de la temperatura de la segunda etapa, preferiblemente al menos 12°C por encima de la temperatura de la segunda etapa. La temperatura inicial del gas cloruro de hidrógeno anhidro comprimido alimentado a la primera etapa de enfriamiento puede ser del orden de 30 a 150°C, preferiblemente de 30 a 60°C. En una realización preferida de la presente invención, la temperatura del gas comprimido alimentado a la primera etapa de enfriamiento es de 40 a 60°C y se enfría a una temperatura de 0 a -20°C. Cuando se enfría el gas, se forma un con-densado conteniendo material indéseado de punto de ebullición alto (por ejemplo, cloroaromáticos) . Este condensado se recoge y extrae de la etapa de enfriamiento.

El gas enfriado se introduce después en una etapa de enfriamiento siguiente, por ejemplo, segunda, en la que la temperatura del gas de la primera etapa de enfriamiento se reduce más a al menos -20°C, preferiblemente al menos -25°C. La tem-peratura inicial del gas enfriado alimentado a la segunda etapa de enfriamiento puede ser desde aproximadamente 0 a aproximadamente -20°C, preferiblemente desde aproximadamente -5 a aproximadamente -20°C. En una realización especialmente preferida de la presente invención, la temperatura inicial del gas alimentado a la segunda etapa de enfriamiento es desde aproximadamente 0 a aproximadamente -20°C y esta temperatura se reduce a desde aproximadamente -15 a aproximadamente -30°C. Como en la primera etapa de enfriamiento, se forma un condensado durante la segunda etapa de enfriamiento. Este condensado se recupera y extrae de la segunda etapa de enfriamiento. El gas enfriado de la segunda etapa de enfriamiento es realimentado después a la primera etapa de enfriamiento en la que funciona como un refrigerante y contribuye a la reducción de la temperatura de aHCl comprimido recién añadido que no se ha enfriado previamente. Naturalmente, es posible reducir la temperatura del gas cloruro de hidrógeno a la temperatura deseada en más de 2 etapas de enf iamiento, aunque consideraciones económicas (por ejemplo, costo del equipo, tiempo de procesado, etc) hacen del uso de dos etapas de enfriamiento la realización más preferida de la invención. Donde se emplean más de dos etapas de enfriamiento, la diferencia entre la temperatura inicial del gas cloruro de hidrógeno y la temperatura final deseada del gas cloruro de hidrógeno se logra por reducción gradual de la tem-peratura del gas en cada etapa de enfriamiento siguiente. El proceso de la presente invención hace posible reducir la concentración de subproductos indeseados de alto punto de ebullición de gas cloruro de hidrógeno anhidro desde niveles de hasta 10.000 ppm a niveles de sólo 1 ppm, preferiblemente de 500 ppm a menos dé 10 ppm. El proceso de la presente invención y el aparato adecuado para llevar a cabo este proceso se describirán mejor con referencia a la figura 1. En el aparato ilustrado en la figura 1, la corriente de HC1 contaminado mostrada como corriente 1 entra en el compresor A y sale como corriente comprimida 2. La corriente 2 entra después en el termointercambiador B (primera etapa de enfriamiento) para condensarse parcialmente. El condensado se representa como corriente 7. El gas que sale del termointercambiador B se representa como corriente 3. La corriente 3 se introduce después en el termointercambiador C (segunda etapa de enfriamiento) donde se enfría -más y condensa parcialmente por medio del equipo de refrigeración E. La corriente condensada del termointercambiador C se representa como corriente 8. El gas purificado que sale del termointercambiador C se representa como corriente 4. La corriente 4 se alimenta al termointercambiador B donde sirve como un refrigerante. La corriente 5 que sale del termointercambiador B es la corriente de gas HCl purificado obtenida por el proceso de la presente invención. Las corrientes de condensado 7 y 8 son alimentadas al colector D que está equipado con una fuente de calor y se pone en funcionamiento a una presión igual a la del termointercambiador C. El condensado del colector D se alimenta como corriente 6 a un segundo colector F que se pone en funcionamiento a una presión menor que la de los termointercambiadores B y C. El colector F puede estar equipado opcionalmente con una fuente de calor. Parte del condensado del colector D se vuelve a evaporar y alimenta como corriente 9 al termointercambiador C. Una porción del condensado del colector F se reevapora y alimenta como corriente 11 a la corriente 1. La porción restante del condensado sale del colector F como corriente 10 para desecho o reelaboración. En una realización preferida de la presente invención, la corriente 1 es gas HC1 conteniendo como contaminante cloroben-ceno y/o ortodiclorobenceno (mezcla técnica con aproximadamente 15% de paradiclorobenceno) , tal como el obtenido de procesos de producción de isocianato. Esta corriente que puede te-ner una presión de desde aproximadamente 1 a aproximadamente 5 bar absoluto, ha sido prepurificada por enfriamiento a 0 a -40°C y contiene desde aproximadamente 100 a aproximadamente 1000 ppm de contaminantes. Se debe observar que el HCl conteniendo orto-diclorobenceno no se debe enfriar por debajo de -15°C si se va a evitar la solidificación del contaminante y la posterior obturación del equipo. El compresor A puede ser cualquier tipo de equipo capaz de incrementar la presión del gas cloruro de hidrógeno a desde aproximadamente 8 a aproximadamente 20 bar absoluto. Los com-presores preferidos incluyen compresores de pistón, compresores de tornillo, opcionalmente con inyección de aceite, y compresores centrífugos. La presión final del gas se debe ajustar para superar la caída de presión del aparato y alcanzar los requisitos de presión del proceso de oxicloración siguiente. Los termointercambiadores B y C pueden ser cualquier tipo de termointercambiadores. Se utilizan preferiblemente intercambiadores de envuelta y tubo. El equipo de refrigeración E puede ser cualquier equipo comercialmente disponible capaz de enfriar la corriente de gas a una temperatura de desde aproxi-madamente -20 a aproximadamente -40°C. Los refrigerantes adecuados incluyen amoniaco y fluorocarbonos que tienen puntos de ebullición tales que se logren las temperaturas de enfriamiento deseadas. La transferencia de calor en el intercambiador C se puede lograr evaporando este refrigerante inmediatamente o enfriando indirectamente un aceite de refrigeración apropiado con el refrigerante y enfriando después el gas HCl con este aceite refrigerante. El recipiente de recogida D se pone en funcionamiento a una presión aproximadamente igual a la presión del termointercambiador C. Una porción del condensado se evapora y alimenta (mostrada como corriente 9 en la figura 1) al termointercambiador C. El recipiente de recogida F puede operar a cualquier presión inferior a la presión de compresión de la corriente 2 e igual o superior a la presión de la co-rriente de gas de alimentación 1. Debido a la caída de presión, un cierto volumen de condensado se evapora de nuevo. Esta evaporación se puede incrementar aumentando la capacidad de calentamiento del recipiente de recogida F. Por lo tanto, el recipiente F puede ser un depósito de vaporización súbita con paredes calentadas o un haz de termointercambiadores incorporados. Dada la baja temperatura de la corriente condensada 6, se puede emplear f vorablemente una corriente de calor residual próxima a la temperatura ambiente (es decir 0-30°C) . La corriente residual 10 se compone primariamente de los contaminantes que se debía extraer. En la realización preferida de la invención, esta corriente residual contiene cantidades variables de HC1, generalmente de <1 a 50% en peso, dependiendo de la operación del paso de vaporización súbita en el recipiente D. A condición de que el contenido de HC1 restante sea bajo, esta corriente se puede desechar directamente por incineración, o se puede neutralizar (por ejemplo, con sosa cáustica) y después desechar o se puede reutilizar en un proceso diferente. Por ejemplo, se puede usar corrientes de condensado que tienen mayores contenidos de HCL1 para producir ácido muriático. Una de las ventajas del proceso de la presente invención es su flexibilidad con el respecto a la concentración de contaminantes en la corriente de entrada. Dado que la temperatura en la segunda etapa y/o etapa final afecta directamente a la cantidad de contaminante presente en el gas cloruro de hidrógeno, la concentración de contaminantes en la corriente de salida puede ser controlada fácilmente controlando la temperatura de enfriamiento en dicha etapa de enfriamiento segunda y/o final. Cuanto más baja es la temperatura en la etapa de en-friamiento segunda y/o final (es decir, el intercambiador C en el aparato ilustrado en la figura 1 (segunda etapa) ) , más bajo es el nivel de contaminación del gas HCl . Se puede lograr concentraciones de contaminante inesperadamente bajas, muy por debajo del objetivo de 10 ppm. Una ventaja adicional del proceso de la presente invención es que a pesar de los altos puntos de fusión de algunos de los contaminantes a extraer, no se observa formación de sólidos. Además, debido a la operación bietápica con integración de energía, el proceso es muy eficiente energéticamente, especialmente en comparación con la opción de condensar completamente y destilar el HCl anhidro. El proceso de la presente invención se aplica preferiblemente a gas HCl recuperado del proceso de producción de iso-cianato, pero se puede adaptar a otro proceso industrial que genere gas HCl contaminado como subproducto . Tal adaptación implicaría menores ajustes de los parámetros de temperatura y presión del procesado para obtener las condiciones de tratamiento óptimas. Sin embargo, la selección de las temperaturas apropiadas y presiones caerá dentro de los conocimientos de los expertos en la técnica. Los ejemplos siguientes se ofrecen para ilustrar la presente invención. Todas las partes y porcentajes indicados son partes por volumen o porcentajes por volumen, a no ser que se indique lo contrario.

EJEMPLOS Los datos de equilibrio de vapor/líquido en los Ejemplos siguientes se generaron en una unidad piloto de construcción correspondiente a la ilustrada en la figura 1. En la unidad piloto, una porción del gas HCl generado durante el proceso de producción de isocianato se comprimió y purificó según la presente invención en dos etapas de enfriamiento refrigeradas . EJEMPLO 1 El aparato ilustrado en la figura 1 se utilizó como la unidad piloto. El gas maloliente HCl de una unidad de isocia- nato se alimentó al compresor A a una velocidad de 1000 kg/h en las condiciones indicadas en la Tabla 1 a varias concentraciones de impureza de monoclorobenceno. Los números de flujo indicado en la Tabla corresponden a los representados en la figura 1. Las condiciones de procesado y las concentraciones de impureza antes y después del tratamiento según el proceso de la presente invención se indican en la Tabla 1 siguiente.

TABLA 1 Concentración de alimentación de monoclorobenceno (f ción de volumen) Temperatura de salida de la compresión (°C) para la rriente 2 Presión (bar) de la corriente 2 Temperatura de salida (°C) para las corrientes 3 y 7 5 Temperatura de salida (°C) para la corriente 5 5 Concentración de producto (ppm volumen) en la corriente 5 7 Temperatura de salida (°C) para las corrientes 4 y 8 EJEMPLO 2 Se repitió el procedimiento del Ejemplo 1 usando como el gas maloliente un gas conteniendo monoclorobenceno y or- to-diclorobenceno . Las concentraciones de las impurezas presentes inicialmente y después del tratamiento según el proceso de la presente invención y las condiciones de procesado se ex- ponen en la Tabla 2 siguiente.

TABLA 2 \ El mismo significado que en la Tabla 1. Concentración de alimentación de orto-diclorobenceno (fracción de volumen) Aunque la invención se ha descrito con detalle en lo an-terior con fines ilustrativos, se ha de entender que tal detalle tiene solamente dicha finalidad y que los expertos en la materia pueden hacer variaciones en ella sin apartarse del espíritu y alcance de la invención, a excepción de lo que puedan limitar las reivindicaciones

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un proceso para la purificación de gas cloruro de hidrógeno conteniendo contaminantes que tienen un punto de ebullición superior a 100°C incluyendo a) comprimir gas cloruro de hidrógeno conteniendo un contaminante , b) alimentar el gas cloruro de hidrógeno comprimido a una primera etapa de enfriamiento en la que la temperatura del gas comprimido se reduce a al menos 20°C por encima de la de una segunda etapa de enfriamiento, generando por ello una primera corriente de condensado y una corriente de gas cloruro de hidrógeno enfriado, c) alimentar la corriente de gas cloruro de hidrógeno enfriado de la primera etapa de enfriamiento a una segunda etapa de enfriamiento en la que la temperatura de la alimentación se reduce a al menos -20°C, generando por ello una segunda corriente de condensado y una segunda corriente de gas cloruro de hidrógeno enfriado, d) hacer volver la segunda corriente de gas cloruro de hidrógeno enfriado a la primera etapa de enfriamiento como medio de enfriamiento, y e) extraer las corrientes de condensado primera y segunda .
2. El proceso de la reivindicación 1, en el que el contaminante a extraer del gas cloruro de hidrógeno es un compuesto aromático clorado.
3. El proceso de la reivindicación 2, en el que el gas cloruro de hidrógeno conteniendo un compuesto aromático clorado se comprime desde una presión de 1 a 5 bar absoluto a una presión de 8 a 20 bar absoluto en el paso a) .
4. El proceso de la reivindicación 2 , en el que la temperatura del gas comprimido se reduce a una temperatura de 0 a -20°C en la primera etapa de enfriamiento. -20°C en la primera etapa de enfriamiento.
5. El proceso de la reivindicación 4, en el que la temperatura de la alimentación de gas se reduce a una temperatura de -15 a -30°C en la segunda etapa de enfriamiento.
6. El proceso de la reivindicación 2, en el que la temperatura de la alimentación de gas se reduce a una temperatura de -15 a -30°C en la segunda etapa de enfriamiento.
7. El proceso de la reivindicación 1, en el que se combinan los condensados de las etapas de enfriamiento primera y segunda .
8. El proceso de la reivindicación 1, en el que los condensados de las etapas de enfriamiento primera y segunda son transferidos a una etapa de evaporación en la que se evapora de 50 a 95% en peso del condensado.
9. El proceso de la reivindicación 8 , en el que el condensado evaporado se alimenta a la segunda etapa de enfriamiento en su lado situado hacia arriba.
10. El proceso de la reivindicación 8, en el que el condensado de la etapa de evaporación se transfiere a un recipiente en el que se evapora 10-30% en peso del condensado.
11. El proceso de la reivindicación 1, en el que el condensado de la segunda etapa de enfriamiento se transfiere a un recipiente a una presión de 1 a 5 bar absoluto donde se calienta para evaporar de 50 a 95% en peso del condensado.
12. El proceso de la reivindicación 8, en el que el condensado evaporado se alimenta a un compresor en su lado de aspiración.
13. El proceso de la reivindicación 8, en el que el líquido que queda después de la evaporación se extrae del recipiente y desecha.
14. El proceso de la reivindicación 2, en el que o-diclorobenceno y/o mono-clorobenceno son los contaminantes a extraer.
15. Un aparato útil para extraer un contaminante de un gas cloruro de hidrógeno conteniendo el contaminante incluyendo: a) unos medios de compresión para reducir la temperatura del gas a tratar, b) un primer dispositivo de enfriamiento al que se alimenta el gas comprimido para reducir la temperatura del gas comprimido a una temperatura al menos 20°C superior a la de una segunda etapa de enfriamiento, c) un segundo dispositivo de enfriamiento al que se ali- menta el gas enfriado desde el primer dispositivo de enfriamiento para reducir más la temperatura del gas cloruro de hidrógeno enfriado, d) medios para evaporar al menos una porción del conden- sado generado de los dispositivos de enfriamiento primero y segundo y hacer volver los vapores generados hacia arriba del segundo dispositivo de enfriamiento, y e) medios para extraer al menos una porción del condensa- do generado en los dispositivos de enfriamiento pri- mero y segundo.