MXPA06002720A - Proceso para producir hexametilenodiamina y aminocapronitrilo a partir de adiponitrilo, en donde el hexametilenodiamina contiene menos de 200 ppm de tetrahidroacepina - Google Patents

Abstract

Se describe un proceso para producir tanto ACN como HMD a partir de una hidrogenación parcial de ADN al utilizar una combinación de destilaciones que resultan en la formación de una mezcla de HMD y THA que se puede hidrogenar para producir una mezcla de HMD y HMI que puede ser separada fácilmente por una destilación simp

Description

WO 2005/028418 Al i'llll I1III M II JII N ll lillllUIIÍ ll'l l lilí lili For two-letter codes and other abbreviations, rfr to the "Guidance Notes on Codes andAbbreviations " appearing at the begin-ning ofeach regular issue ofthe PCT Gazette.

PROCESO PARA PRODUCIR HEXAMETILENODIAMINA Y AMINOCAPRONITRILO A PARTIR DE ADIPONITRILO, EN DONDE EL HEXAMETILENODIAMINA CONTIENE MENOS DE 200 PPM DE TETRAHIDROACEPINA CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un proceso para co-producir hexametilenodiamina y aminocapronitrilo a partir de adiponitrilo, en donde la exametilenodia ina contiene menos de 200 ppm de tetrahidroacepina. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Cuando alguien lleva a cabo la hidrogenación de adiponitrilo (ADN) para producir el producto completamente hidrogenado, hexametilenodiamina (HMD) , o el producto parcialmente hidrogenado, epsilon-aminocapronitrilo (ACN) , inevitablemente se producen algunos productos secundarios, incluyendo ciertas iminas . Las iminas generan problemas al procesar adicionalmente el HMD y ACN a Nylon 6 , 6 y Nylon 6, respectivamente, debido a que las iminas imparten un color indeseable a los nylons, y las iminas pueden limitar el peso molecular que los polímeros de nylon pueden lograr.

(Generalmente, para el nylon se prefieren altos pesos moleculares) La imina problemática más común en hidrogenación de ADN es la tetrahidroacepina (THA) . Se puede utilizar un cromatógrafo de gas para medir la THA, o un polarógrafo para medir el total de las llamadas impurezas polarográficamente Ref..-170405 reducibles (PRI, por sus siglas en inglés) en la muestra medida, el mayor componente del PRI es el THA. La medición polarográfica generalmente será un tanto mayor que la medición cromatográfica, debido a que un polarógrafo mide las impurezas polarográficamente reducibles más que la THA. Conceptual ente , se podría prever que la elaboración de HMD dejando que las moléculas de ADN se muevan lentamente a través de un reactor de hidrogenación con una velocidad espacial baja, lo cual proporciona bastante tiempo para que el hidrógeno reaccione con ADN para convertir ambos de los grupos nitrilo de ADN a grupos amina. En -contraste, si el ADN se permite mover rápidamente a través del reactor de hidrogenación a una velocidad espacial alta, con ello se recorta el tiempo en que el hidrógeno puede reaccionar con el ADN, el producto de reacción crudo contendrá el producto completamente hidrogenado, HMD, el producto parcialmente hidrogenado, ACN, así como el ADN sin reaccionar. Al efectuar esta última operación, a la cual se le refiere generalmente como "hidrogenación parcial", se permitirá que un reactor de hidrogenación sea utilizado para preparar intermedios para dos tipos de nylons : ACN para Nylon 6 y HMD para Nylon 6,6. Es conocido que cuando se realiza una hidrogenación parcial, los niveles de PRI (principalmente THA) serán mayores que en el caso de realizar una hidrogenación completa. Con el incremento del tiempo de reacción inherente a la hidrogenación completa, el THA puede reaccionar con el hidrógeno para convertir el doble enlace carbono-nitrógeno del THA en un enlace simple carbono-nitrógeno, lo que conduce a la formación de un producto denominado hexametilenoimina (HMI) , nombrado tal vez de forma confusa, porque su estructura molecular no cumple con la definición de una imina, es decir con la presencia de una enlace doble carbono-nitrógeno. Una parte necesaria de un proceso de hidrogenación parcial es la extracción de PRI (principalmente THA) del producto crudo de hidrogenación de ADN antes de la polimerización. Para conseguirlo, en el estado previo de la técnica se han descrito diferentes acercamientos, incluyendo diferentes destilaciones que pueden recuperar de forma separada ADN sin reaccionar, ACN y HMD. Estas destilaciones, sin embargo, tienden a dejar las PRI (principalmente THA) en la fracción de ACN que resulta de la destilación. Algunos investigadores han propuesto hidrogenar las PRI en la fracción de ACN (ver patente Norteamericana US, 6,1537,48), pero este acercamiento genera la necesidad potencial de hidrogenar adicionalmente el ACN a HMD, de esa forma se reduce el rendimiento del ACN deseable, y necesitar destilaciones adicionales para separar el ACN del HMD. Otros han sugerido la separación por reducción electroquímica.

Un proceso de hidrogenación parcial comexcialmente viabü.p debe tener.la capacidad de producir HMD que contenga baj-©s • niveles de THA, en general menos de 200 ppm, preferiblemente menos de 100 ppm. SDK&RIO DE XA IMVENCION Por consiguiente, la 'presente invención se puede .definir como un proceso para co-producir HMD y ACN a partir de ADN, en donde el HMD contiene menos de 200 ppra de THA, el proceso comprende los pasos de : (1) contactar el ADN e hidrógeno en la presencia de un catalizador de hidrogenación para producir un producto de reacción que comprende HMD, ACN, THA, y ADN sin reaccionar; (2.) destilar el producto de- reacción para proporcionar un destilado que comprenda HMD y THA; (3) -contasta-r -el destilado con hidrógeno en la presencia de un catalizador de hidrogenación, con ello proporcionar un producto "de hidrogenación que comprende HMD y H I, el producto de hidrogepación contiene menos de 200 ppm de THA, y (4-) destilar el producto de hidrogenación para proporcionar un destilado final que comprende HMI y un residuo que comprende HMD que contiene menos de 200 ppm de THA y que se =encuentra sustancialmente libre de HMI. .3KEVB D?SCgagCIPN DE A PISTOa. La Figura 1 consiste de un esquema que muestra un diagrama en bloque que ilustra el ropeso de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Ahora con referencia a la Figura 1, se muestra en forma esquemática el aparato 10 para llevar a cabo una modalidad de la presente invención. Una corriente de flujo que comprende ADN, ACN, HMD, y THA que es el producto de una hidrogenación parcial de ADN, se introduce dentro de una columna de destilación 14 que tiene una altura de presión menor de 100 torr. (13.3 kPa) . La columna preferiblemente contiene empaque estructurado . La hidrogenación parcial puede llevarse a cabo en la presencia de un solvente de amonio. Si se utiliza tal solvente, el solvente se deberá extraer del producto de hidrogenación parcial antes de introducir tal producto dentro de la columna de destilación 14. La extracción del solvente de amonio se puede conseguir con el uso de un separador (no se muestra) , en tal caso el amonio se extraerá como un producto de cabeza y los residuos se alimentarán a la columna de destilación 14. La columna de destilación 14 produce un residuo 16 que comprende ADN, y un destilado que comprende ACN, HMD, y THA.

El destilado 18 se introduce dentro de una segunda columna de destilación 20 que cuenta con una altura de presión menor de aproximadamente 400 torr (53.2 kPa) , preferiblemente menos de aproximadamente 300 torr (39.9 kPa) , más preferiblemente menos de aproximadamente 200 torr (26.6 kPa) . La columna preferiblemente contiene empaque estructurado. La columna de destilación 20 produce un residuo 22 que comprende ACN y un destilado 24 que comprende THA y HMD. El destilado 24 se introduce, junto con hidrógeno 26 dentro de un reactor de hidrogenación 28 en el cual se encuentra presente un catalizador de hidrogenación (no se muestra) . EL THA y el hidrógeno reaccionarán en el reactor 28 para convertir el THA en HMI . El producto de reacción 30 del reactor 28 se introduce dentro de una tercera columna de destilación 32 con una altura de presión atmosférica para producir un destilado 34 que comprende HMI y un residuo 36 que comprende HMD. EL catalizador de hidrogenación puede estar basado en los elementos de los grupos de metales de transición de la tabla periódica, tal como Ni, Co, Rh, Pd, y Pt . También funcionan los catalizadores de Hierro. El Rutenio, sin embargo, no funcionará muy bien. Los catalizadores preferidos son Níquel Raney y Cobalto Raney. Los elementos promotores agregados al catalizador pueden mejorar el desempeño. Los ejemplos de los promotores apropiados son el litio, sodio, potasio, magnesio, calcio, titanio, molibdeno, cromo, hierro, paladio, platino, cobre, aluminio, y silicón. En el estado previo de la técnica existe una variedad de formas conocidas para preparar los catalizadores, y muchos catalizadores se encuentran disponobles comercialmente. El catalizador podría encontrarse sobre un material soporte tal como carbono, aluminio, sílice, o se podrían suministrar sin un material soporte, por ejemplo en la forma del catalizador llamado tipo-Raney o en óxidos metálicos reducidos los cuales nominalmente son totalmente metálicos en contenido. La reacción de hidrogenación se puede llevar a cabo a diferentes temperaturas desde 50 hasta 180 grados C. La determinación de la temperatura depende del catalizador. Se obtienen muy buenos resultados a una temperatura de 80 hasta 90 grados C con catalizadores de níquel tipo-Raney. La reacción de hidrogenación se puede llevar a cabo a diferentes presiones desde 250 psig (1.825 MPa) hasta 5000 psig (34.5 MPa) , aunque para economizar se favorece el uso de presiones más bajas tal como 400 hasta 1000 psig (2.86 MPa hasta 7.0 MPa) . La reacción se puede llevar a cabo sin un solvente. Existen varias configuraciones posibles para el reactor, e incluyen un reactor de tanque de agitado por partidas y un reactor de lecho fijo. EJEMPLO El siguiente ejemplo difiere de la modalidad de la invención mostrada en la Figura 1, en que las columnas de destilación no se utilizaron para producir la mezcla de HMD y THA que se sometió a la hidrogenación para producir una mezcla de HMD y HMI con un bajo contenido de THA. Más bien, en este ejemplo, el cual puede considerarse como representativo de una modalidad alternativa de la invención, se utilizó una columna de destilación única (después una columna de agitación de amonio) para producir un destilado que contenía la mezcla de HMD y THA, y se extrae un devanado lateral que contenía principalmente una mezcla rica-en-ACN de ACN y HMD. El ACN y HMD en ésta última mezcla puede ser separada por una destilación simple para recuperar un material de ACN sustancialmente puro. El ADN se hidrogenó parcialmente en la presencia de un catalizador de hidrogenación para producir un producto de reacción que contiene 1000 ppm de THA, 39.3% de HMD, 24.2% de ACN y 24.4 % de ADN sin reaccionar. El producto de reacción se suministró a una columna de agotamiento para extraer el amonio disuelto. La columna de separación contenía 10 pies de empaque Koch/Glitch BX directamente sobre un evaporador y 25 bandejas Oldershaw sobre el empaque BX . Había un condensador en la parte superior de las bandejas Oldershaw. Los residuos de la columna de separación contuvieron el producto de reacción. El producto de cabeza separador contuvo el amonio.

Los residuos de la columna de separación fueron suministrados a la base de una columna de destilación configurada análogamente con la columna de separación. La altura de presión de la columna se mantuvo a 50 torr., y la temperatura del residuo fue de 204 grados C. Una mezcla de 84% de ACN y 15% de HMD fue extraída como un devanado exterior entre el empaque BX y las secciones Oldershaw. El residuo fue 93.5% de ADN con 4.5% de ACN y aproximadamente 0.65% de altos-ebullentes. El destilado contuvo 98% de HMD, 1150 ppm de THA, 0.15% de ACN, y 1.15% de HMI (análisis porcentual superficial de un cromatógrafo de gases) . Este destilado fue utilizado en las siguientes reacciones de hidrogenación. El destilado fue analizado por una cromatografía de gases que utiliza un método calibrado, y se observó que contenía 0.73% de HMI (método analítico diferente del descrito anteriormente) y 1300 ppm de THA. Este destilado (50g) fue cargado a un recipiente de presión de lOOcc con 2 g de un lodo de Raney® Ni 2400 (W.R. Grace Co.) El reactor fue purgado con nitrógeno, se probo contra fugas, y después cargado con hidrógeno a aproximadamente una presión de 621 kPa (90 psig) y calentado a 90 grados C, en tal punto la presión se incrementó a 3447 kPa (500 psig) . Después de 180 minutos, se extrajo una muestra del reactor y se analizó con una cromatografía de gases. La muestra contuvo 0.86% de HMI, 84 ppm de THA. La muestra después se introducirá dentro de una columna de destilación estándar que opera a una presión atmosférica para extraer el HMI como destilado y extraerlo como residuo de HMD con bajo contenido en THA. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por el solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (2)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones.

1. Un proceso para co-producir HMD y ACN a partir de ADN, en donde el HMD contiene menos de 200 ppm de THA, el proceso caracterizado porque comprende los pasos de: (1) contactar el ADN e hidrógeno en la presencia de un catalizador de hidrogenación para producir un producto de reacción que comprende HMD, ACN, THA, y ADN sin reaccionar; (2) destilar el producto de reacción para proporcionar un destilado que comprenda ACN, HMD y THA; (3) destilar el destilado que comprende ACN, HMD y THA para proporcionar un destilado que comprende HMD y THA; (4) contactar el destilado que comprende HMD y THA con hidrógeno en la presencia de un catalizador de hidrogenación, con ello proporcionar un producto de hidrogenación que comprende HMD y HMI, el producto de hidrogenación contiene menos de 200 ppm de THA; y (5) destilar el producto de hidrogenación para proporcionar un destilado final que comprende HMI y un residuo que comprende HMD que contiene menos de 200 ppm de THA y que se encuentra sustancialmente libre de HMI .

2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el catalizador de hidrogenación del paso (4) es Níquel Raney o Cobalto Raney. <<