Procedimiento y dispositivo para la purificación de productos de nitración.

Procedimiento para la eliminación de impurezas de productos brutos nitrados que se producen durante la nitración de compuestos aromáticos nitrables después de la separación del ácido nitrante mediante tratamiento con un medio de lavado, caracterizado por que

(a) en primer lugar se ponen en contacto los productos brutos nitrados con un medio de lavado y los productos brutos nitrados y el medio de lavado se distribuyen uno en otro de tal manera que resulta una emulsión, y que (b) a continuación la emulsión resultante se alimenta a un reactor tubular, de modo que durante el paso de la emulsión a través del reactor tubular se eliminan las impurezas presentes inicialmente en los productos brutos nitrados y/o de modo que durante el paso de la emulsión a través del reactor tubular las impurezas presentes inicialmente en los productos brutos nitrados se transfieren al medio de lavado y/o con ello se neutralizan.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/002139.

Solicitante: Josef Meissner GmbH & Co. KG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Bayenthalgürtel 16-20 50968 Köln ALEMANIA.

Inventor/es: HERMANN, HEINRICH, DR., POHLMANN,JURGEN,DR, HANDEL,MIRKO,DR, GEBAUER,JURGEN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > B01J14/00 (Procedimientos químicos generales haciendo reaccionar líquidos con líquidos; Equipos especialmente adaptados a este efecto (B01J 8/00, B01J 19/08 tienen prioridad))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA ORGANICA > COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos... > Compuestos que contienen grupos nitro unidos a una... > C07C205/06 (con grupos nitro unidos a átomos de carbono de ciclos aromáticos de seis miembros)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA ORGANICA > COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos... > Preparación de ésteres de ácido nítrico o nitroso... > C07C201/16 (Separación; Purificación; Estabilización; Empleo de aditivos)

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento y dispositivo para la purificación de productos de nitración

La presente invención se refiere al campo técnico de la nitración, en particular a la preparación de compuestos orgánicos aromáticos nitrados (denominados como sinónimo a continuación también "compuestos nitroaromáticos", "productos de nitración" o similares) y a su purificación después de su preparación.

En particular la presente invención se refiere a un procedimiento para la eliminación de impurezas (tal como, por ejemplo, en particular eductos sin reaccionar, productos secundarios de reacción, ácido sulfonítrico y sus productos de reacción, tal como óxidos nítricos o ácido nitroso etc.) a partir de productos brutos nitrados que se producen durante la nitración de compuestos aromáticos nitrables después de la separación del ácido nitrante mediante tratamiento con un medio de lavado. En otras palabras, la presente invención se refiere por lo tanto a un procedimiento para la purificación de productos brutos nitrados que se producen durante la nitración de compuestos aromáticos nitrables después de la separación del ácido nitrante.

Por último, la presente invención se refiere a una instalación de producción para la nitración de compuestos aromáticos nitrables con posterior purificación de los productos nitrados.

Nitrocompuestos aromáticos, tal como, por ejemplo, nitrobenceno (MNB), mononitrotolueno (MNT), dinitrotolueno (DNT), trinitrotolueno (TNT), nitroclorobenceno (MNCB), etc., se preparan mediante reacción de un compuesto aromático correspondiente, tal como, por ejemplo, benceno, tolueno, xileno, clorobenceno, diclorobencenos, etc., con ácido nítrico, directamente o en presencia de ácido sulfúrico como catalizador y agente de retención de agua, deben someterse antes de su procesamiento adicional a un lavado de varias etapas y a etapas de purificación adicionales, para eliminar las impurezas disueltas o suspendidas aún en los compuestos nitroaromáticos brutos, tal como, por ejemplo, ácido sulfúrico, ácido nítrico, vapores nitrosos, nitrofenoles, nitrocresoles, etc., que pueden encontrarse por ejemplo como mono-, dinitro- y trinitrocompuestos, y otros productos de oxidación, tal como, por ejemplo, ácidos nitrobenzoicos y productos de degradación de la descomposición de los nitrofenoles, o los compuestos aromáticos sin reaccionar o isómeros no deseados, tal como, por ejemplo, en la preparación de TNT, en la mezcla bruta de los compuestos nitroaromáticos.

Habitualmente el lavado de los compuestos nitroaromáticos brutos para la eliminación de los ácidos disueltos y suspendidos en los mismos de la mezcla de nitración, de los nitrofenoles y otras impurezas ácidas y que pueden extraerse por lo demás también con el agente de lavado se compone de tres etapas (véase por ejemplo F. Meissner et al., Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 46, páginas 718 a 724 (1954); Ullmanns Enzyklopádie der Technischen Chemie, 4a edición, volumen 17, páginas 384 a 386; H. Hermann et al., "Industrial Nitration of Toluene to Dinitrotoluene", ACS Symposium Series 623 (1996), páginas 234 a 249, Editors: L. F. Albright, R. V. C. Carr, R. J. Schmitt; documento US 6 288 289 B1; documento EP 1 816 117 B1). Como medio de lavado se utiliza para ello habitualmente agua, llevándose a cabo el lavado habitualmente como lavado líquido/líquido (es decir a temperaturas a las que el compuesto nitroaromático que va a lavarse se encuentra como líquido).

Este lavado de tres etapas comprende habitualmente las siguientes etapas:

1. un lavado ácido con agua para la eliminación de los ácidos minerales disueltos y suspendidos, tal como, por ejemplo, ácido sulfúrico, ácido nítrico y vapores nitrosos ("lavado ácido").

2. Un lavado básico o alcalino en presencia de una base ("lavado alcalino"), tal como, por ejemplo, carbonato de sodio (sosa), bicarbonato de sodio, sulfito de sodio, hidrogenosulfito de sodio, amoniaco, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio etc. (véase por ejemplo el documento US 4 482 769 A, el documento US 4 597 875 A o el documento US 6 288 289 B1), para la eliminación de las impurezas débilmente ácidas disueltas en los compuestos nitroaromáticos brutos, tal como los nitrofenoles, nitrocresoles, ácidos nitrobenzoicos, productos de degradación de la descomposición oxidativa de los fenoles o de hidrocarburos alifáticos o cíclicos etc., tal como, por ejemplo, ácido oxálico etc., o los isómeros asimétricas en TNT ("lavado básico").

3. Un lavado neutro para la eliminación de las trazas residuales de álcali y la reducción adicional de las impurezas que permanecen aún en trazas en el producto ("lavado neutro").

El objetivo de estas etapas de lavado es obtener, a demás de un producto puro, la menor cantidad posible de agua residual por tonelada de producto, en la que se encuentran las impurezas separadas por lavado, de modo que su evacuación puede llevarse a cabo de manera económica.

Para minimizar las cantidades de agua necesarias para este lavado, el lavado puede tener lugar por ejemplo en contracorriente, de tal manera que el agua utilizada para el lavado neutro se utiliza tras la adición de bases en el lavado alcalino (véase por ejemplo A. B. Quakenbush et. al., The Olin Dinitrotoluene (DNT) Process, Polyuretanes World Congress 1993, Publish.: Technomic Lancaster, páginas 484 a 488) o también de tal manera que en el caso

del lavado ácido con una cantidad mínima de agua se lava de tal manera que se obtiene un ácido concentrado, que puede recircularse a la nitración directamente o después de concentrarse adicionalmente.

De este modo en el documento EP 279 312 B1, el documento EP 736 514 B1 y el documento EP 1 78 195 B1 se describen procedimientos con los que se separan por lavado en varias etapas y de manera selectiva y se recirculan a la nitración los ácidos minerales aún suspendidos y disueltos en los compuestos nitroaromáticos después de la nitración, tal como ácido sulfúrico, ácido nítrico y vapores nitrosos, de modo que ya no se produce ni debe evacuarse más agua residual a partir del lavado ácido.

En cambio, se han conocido también procedimientos, en los que, para minimizar la cantidad de agua residual que va a tratarse, no se lleva a cabo ningún lavado ácido, sino sólo un lavado alcalino y neutro, tal como se describe por ejemplo en Kirk-Othmer, Enciclopedia of Chemical Technology, 4a Ed., Vol. 17, páginas 136 a 138, o en el documento US 4 91 42 A.

Además de la minimización de los flujos de residuos es además el objetivo minimizar el gasto técnico necesario para el lavado (por ejemplo por que la tecnología utilizada para los lavados no se adapta específicamente a la etapa de lavado, sino también al producto que va a lavarse).

Como aparatos de lavado se utilizan para el lavado de los compuestos nitroaromáticos que van a purificarse en las etapas de lavado individuales habitualmente los denominados mixer-settler (mezcladora-separador) (véase por ejemplo el documento EP 1 593 654 A1), en los que la parte de mezclado es habitualmente un tanque de agitación (véase por ejemplo Ullmanns Enciclopedia of Industrial Chemistry, 5a Ed., Vol. B 3, páginas 6.19 a 6.21; M. Baerns et al., Technische Chemie, Verlag Wiley-VCH 26, páginas 352/352). Así se describe ya en el documento de patente alemana DE 1 135 425 una disposición de mezcladora y separador, que permite, también a temperatura ambiente lavar de forma líquida compuestos nitroaromáticos cristalinos, tal como, por ejemplo, DNT, TNT o NCB, a temperaturas elevadas con minimización del gasto de calentamiento. Pero también se han utilizado como mezcladora bombas centrífugas y mezcladoras estáticas (véanse por ejemplo los documentos US 3 221 64 A o EP 1 816 117 B1)

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Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la eliminación de impurezas de productos brutos nitrados que se producen durante la nitración de compuestos aromáticos nitrables después de la separación del ácido nitrante mediante tratamiento con un medio de lavado,

caracterizado por que

(a) en primer lugar se ponen en contacto los productos brutos nitrados con un medio de lavado y los productos brutos nitrados y el medio de lavado se distribuyen uno en otro de tal manera que resulta una emulsión, y que

(b) a continuación la emulsión resultante se alimenta a un reactor tubular, de modo que durante el paso de la emulsión a través del reactor tubular se eliminan las impurezas presentes inicialmente en los productos brutos nitrados y/o de modo que durante el paso de la emulsión a través del reactor tubular las impurezas presentes inicialmente en los productos brutos nitrados se transfieren al medio de lavado y/o con ello se neutralizan.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la preparación de la emulsión en la etapa (a) tiene lugar por medio de un dispositivo de dispersión, en particular por medio de una unidad de mezclado.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que como dispositivo de dispersión, en particular como unidad de mezclado, se utiliza un tanque de agitación, una mezcladora de chorro (jet-mixer) o una bomba, en particular una bomba centrífuga.

4. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado por que como dispositivo de dispersión, en particular como unidad de mezclado, se utiliza una bomba, en particular una bomba centrífuga; o

por que como dispositivo de dispersión, en particular como unidad de mezclado, se utiliza una mezcladora de chorro (jet-mixei), en particular generando la mezcladora de chorro un choro de propulsión preferentemente central y un medio que rodea el chorro de propulsión, en particular en forma de un chorro anular.

5. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado por que el chorro de propulsión en la mezcladora de chorro es el medio de lavado o también el producto bruto nitrado que va a purificarse y/o por que la relación de las velocidades entre el chorro de propulsión central por un lado y el medio que rodea el chorro de propulsión central, en particular chorro anular, se ajusta en la mezcladora de chorro en el intervalo de 1 : 5 a 3 : 1, preferentemente en el intervalo de 1 : 2 a 2 : 1, de manera especialmente preferente en el intervalo de 1 : 1 a 1:1.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado por que el dispositivo de dispersión, en particular la unidad de mezclado, está conectado aguas arriba, en particular directamente conectado aguas arriba del reactor tubular, en particular transfiriendo el dispositivo de dispersión, en particular la unidad de mezclado, al reactor tubular; o

por que el dispositivo de dispersión, en particular la unidad de mezclado, está integrado en el reactor tubular y/o es parte componente del reactor tubular.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el reactor tubular está equipado con elementos de mezclado, en particular para el aporte de energía de mezclado adicional, en particular estando diseñados los elementos de mezclado como chapa, en particular chapa de rebote o chapa de desviación, como obturadores, como mezcladoras estáticas o como divisor de corriente,

en particular introduciéndose una energía de mezclado de 1 a 1 julios/litro, preferentemente de 1 a 5 julios/litro, de manera especialmente preferente de 2 a 2 julios/litro, en particular mediante los elementos de mezclado, y/o por que la caída de presión por elemento de mezclado asciende a de ,1 MPa a ,3 MPa (de ,1 bar a 3, bar), preferentemente de ,3 a ,15 MPa (de ,3 a 1,5 bar), de manera especialmente preferente de ,3 a ,8 MPa (de ,3 a ,8 bar).

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tiempo de permanencia en el reactor tubular asciende a de ,1 a 12 segundos, preferentemente de ,1 a 6 segundos, de manera especialmente preferente de 1 a 3 segundos; y/o

por que la relación en masa entre productos brutos nitrados que van a purificarse por un lado y medio de lavado por otro lado se ajusta en el intervalo de 2 : 1 a 1 : 1, preferentemente en el intervalo de 1 : 1 a 1 : 5, de manera especialmente preferente en el intervalo de 1 : 1 a 1 : 2, y/o por que la relación de fases entre productos brutos nitrados que van a purificarse por un lado y medio de lavado por otro lado se ajusta en el intervalo de 25 : 1 a 1 : 5, en particular en el intervalo de 1 :1 a 1 : 2, preferentemente en el intervalo de 5 : 1 a 1 :1; y/o por que el medio de lavado en condiciones de procedimiento, en particular a temperaturas a partir de 5 °C, en particular a temperaturas a partir de 25 °C, y presión atmosférica, es líquido y preferentemente es de base acuosa, preferentemente es agua.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al medio de lavado se le añade al menos una base, en particular seleccionándose la base del grupo de hidróxidos inorgánicos, carbonatos, hidrogenocarbonatos, sulfitos, hidrogenosulfitos y amoniaco así como sus mezclas o combinaciones, preferentemente del grupo de hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, carbonato de sodio, carbonato de potasio,

hidrogenocarbonato de sodio, hidrogenocarbonato de potasio, amoniaco, carbonato de amonio, sulfito de sodio e hidrogenosulfito de sodio así como sus mezclas o combinaciones, y/o en particular ascendiendo el contenido de base en el medio de lavado a de ,1 a ,4 mol/l, preferentemente de ,2 a ,2 mol/l, y/o en particular ascendiendo el contenido de base en el medio de lavado al menos al doble de la cantidad de álcali necesaria para la neutralización de todos los nitrofenoles contenidos como impurezas.

1. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los productos brutos nitrados que van a purificarse en condiciones de procedimiento, en particular a temperaturas a partir de 5 °C, en particular a temperaturas a partir de 25 °C, y presión atmosférica, son líquidos y/o por que los productos brutos nitrados que van a purificarse proceden de la nitración de compuestos aromáticos mononucleares o polinucleares, en particular benceno, tolueno, xileno o compuestos aromáticos halogenados, en particular bencenos clorados, y/o por que los productos brutos nitrados que van a purificarse son dado el caso compuestos mono-, di- y trinitroaromáticos halogenados.

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que a la etapa de procedimiento (b) le sigue una separación de los productos nitrados liberados de las impurezas del medio de lavado, preferentemente en un dispositivo de separación de fases, en particular dispositivo separador (separador); y/o

por que la mezcla de productos nitrados purificados y medio de lavado que sale del reactor tubular, en particular antes de la separación de los productos nitrados liberados de las impurezas del medio de lavado, se transfiere a un tanque de agitación; y/o

por que el medio de lavado, en particular después de la separación de los productos nitrados liberados de las impurezas del medio de lavado, se recicla; y/o

por que el procedimiento de acuerdo con la invención se utiliza para llevar a cabo el lavado ácido y/o el lavado básico y/o el lavado neutro de los productos brutos nitrados.

12. Instalación de producción para la nitración de compuestos aromáticos nitrables con posterior purificación de los productos brutos nitrados generados durante la nitración, caracterizada por que la instalación de producción comprende las siguientes unidades:

(a) una unidad de nitración para la nitración de compuestos aromáticos, en particular con uno ovarios recipientes de reacción correspondientes para llevar a cabo la reacción o las reacciones de nitración;

(b) dado el caso, dispuesto aguas abajo de la unidad de nitración en la línea de producción, al menos un dispositivo de separación, en particular un dispositivo separador (separador), para la separación del ácido nitrante de los productos brutos nitrados;

(c) dispuesto en la línea de producción aguas abajo de la unidad de nitración y del dispositivo de separación dado el caso presente, al menos un dispositivo de lavado para llevar a cabo un lavado de los productos brutos nitrados, comprendiendo el dispositivo de lavado:

- al menos un dispositivo de dispersión, en particular al menos una unidad de mezclado, para poner en contacto y emulsionar los productos brutos nitrados que van a purificarse por un lado y el medio de lavado por otro lado y,

- dispuesto aguas abajo del dispositivo de dispersión, un reactor tubular para alimentar la emulsión, generada en el dispositivo de dispersión, de productos brutos nitrados que van a purificarse por un lado y medio de lavado por otro lado, estando diseñado el reactor tubular de tal manera que durante el paso de la emulsión a través del reactor tubular se permite una eliminación de las impurezas presentes inicialmente en los productos brutos nitrados y/o por que durante el paso de la emulsión a través del reactor tubular las impurezas presentes inicialmente en los productos brutos nitrados se transfieren al medio de lavado y/o con ello se neutralizan;

(d) dado el caso, dispuesto en la línea de producción aguas abajo del dispositivo de lavado, un tanque de agitación, en particular para aumentar el tiempo de contacto y/o el tiempo de permanencia entre productos nitrados por un lado y medio de lavado por otro lado;

(e) dispuesto en la línea de producción aguas abajo de la unidad de lavado y del tanque de agitación dado el caso presente, un dispositivo de separación, en particular un dispositivo separador (separador), para la separación de los productos nitrados liberados de las impurezas del medio de lavado.

13. Instalación de producción de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado por que el dispositivo de dispersión, en particular la unidad de mezclado, es un tanque de agitación, una mezcladora de chorro (jet-mixei) o una bomba, en particular una bomba centrífuga, preferentemente una bomba, en particular una bomba centrífuga, o una mezcladora de chorro (jet-mixei), de manera especialmente preferente una mezcladora de chorro (jet-mixei).

14. Instalación de producción de acuerdo con las reivindicaciones 12 o 13, caracterizado por que el dispositivo de dispersión, en particular la unidad de mezclado, está conectado aguas arriba, en particular directamente aguas arriba del reactor, en particular pasando el dispositivo de dispersión, en particular la unidad de mezclado, a continuarse en el reactor tubular.

15. Instalación de producción de acuerdo con las reivindicación 12 o 13, caracterizado por que el dispositivo de dispersión, en particular la unidad de mezclado, está integrado en el reactor tubular y/o es parte componente del reactor tubular.

16. Instalación de producción de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el

reactor tubular está equipado con elementos de mezclado, en particular para el aporte de energía de mezclado adicional, en particular estando diseñados los elementos de mezclado como chapa, en particular chapa de rebote o chapa de desviación, como obturadores, como mezcladoras estáticas o como divisor de corriente.