PROCEDIMIENTO DE PREPARACION CONTINUA DE ISOCIANATOS.

Un procedimiento para la preparación de isocianato mediante la reacción de una amina orgánica con fosgeno en al menos tres etapas que comprende:

a) una primera etapa realizada en un mezclador dinámico,

b) una segunda etapa realizada en al menos un reactor, y

c) una tercera etapa realizada en al menos un aparato separador de materiales

en el que (1) la presión del reactor de la segunda etapa es mayor o igual a la presión del mezclador dinámico de la primera etapa, y (2) la presión del aparato separador de materiales de la tercera etapa es menor que la presión del reactor de la segunda etapa

Procedimiento de preparación continua de isocianatos.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la preparación de isocianatos mediante la reacción de aminas orgánicas con fosgeno en el que la reacción se realiza en al menos tres etapas. La primera etapa se lleva a cabo en un mezclador dinámico. La segunda etapa se realiza en al menos un reactor. La tercera etapa se realiza en al menos un aparato separador de materiales. La presión del reactor de la segunda etapa es mayor o igual a la presión del mezclador dinámico, y la presión en al menos un aparato separador de materiales es inferior a la presión del reactor de la segunda etapa.

Se sabe cómo preparar isocianatos a partir de aminas y fosgeno. Dependiendo del tipo de aminas, la reacción se lleva a cabo o bien en la fase de gas o en la fase líquida y o bien de forma discontinua o continua (W. Siefken, Liebigs Ann. 562, 75 (1949)).

La preparación continua de isocianatos orgánicos mediante reacción de aminas orgánicas primarias se ha descrito muchas veces y se lleva a cabo a escala industrial. Véase, por ejemplo, Kunststoffhandbuch, volumen 7 (Polyurethane), 3ª edición revisada; y Carl Hanser Verlag, Munich-Viena, p. 76 y siguientes (1993). En particular, los isocianatos de TDI (diisocianato de tolueno) aromáticos; MDI (diisocianato de metilendifenilo), PMDI (poliisocianato polimetilempolifenileno) y mezclas de los dos últimos; y los isocianatos alifáticos HDI (diisocianato de hexametileno) y diisocianato de isoforona (IPDI), se preparan en todo el mundo a escala industrial.

La síntesis industrial moderna de los diisocianatos aromáticos MDI y TDI y de los diisocianatos alifáticos HDI y IPDI se realiza casi exclusivamente mediante procedimientos continuos. Un procedimiento continuo para llevar a cabo la reacción en varios recipientes de flujo continuo puede encontrarse, por ejemplo, en el documento DE-A-844 896.

La realización continua del procedimiento normalmente se lleva a cabo en dos etapas. En la primera etapa de la fosgenación, la amina se hace reaccionar con fosgeno proporcionando los correspondientes cloruro de carbamoílo, cloruro de hidrógeno y clorhidrato de amina. La reacción entre amina y fosgeno es muy rápida y muy exotérmica y tiene lugar incluso a temperaturas muy bajas. Para minimizar la formación de subproductos y de sólidos, la amina y el fosgeno, ambos opcionalmente en disolvente orgánico, deben por lo tanto mezclarse rápidamente, de forma que la primera etapa de fosgenación normalmente se produce en un mezclador, que con frecuencia es una boquilla. En la segunda etapa de la fosgenación, el cloruro de carbamoílo se descompone formando el isocianato deseado y cloruro de hidrógeno y el clorhidrato de amina se fosgena formando el cloruro de carbamoílo. La temperatura de la segunda etapa de fosgenación normalmente es mayor que la de la primera.

La reacción de la amina y fosgeno en la fase líquida es muy rápida a todas las temperaturas y presiones convencionales en la industria, de forma que se busca un buen mezclado de los reactivos para suprimir las reacciones secundarias. La fosgenación de las aminas primarias en un mezclador-reactor como primera etapa de la fosgenación por consiguiente, se ha descrito muchas veces.

Los mezcladores básicamente pueden dividirse en mezcladores dinámicos (por ejemplo agitadores, turbinas o sistemas rotoestatores) y mezcladores estáticos (por ejemplo, mezcladores Kenics, mezcladores Schaschlik o mezcladores SMV, así como mezcladores en chorro como por ejemplo boquillas o mezcladores en T (Fortschr. Vert. Technik 23, 1985, 373; Ind. Eng. Chem. Res. 26, 1987, 1184)).

Los mezcladores que se sabe que son útiles en dichos procedimientos incluyen boquillas como por ejemplo boquillas de ranuras anulares (documento DE-A-17 92 660), boquillas de troquel anular (documento DE-A-37 44 001), boquillas de mezclado en chorro homogéneo (documento EP-A-0 065 727), boquillas de chorro en abanico (documento DE-A-29 50 216), boquillas con cámara de chorro en ángulo (documento DD-A-300 168), boquillas de triple chorro (documento DD-A-132 340), cámaras de mezclado a contracorriente (documento DE-PS 1 146 872), boquillas Pitot (documento FR-A-69 428) y boquillas de mezclado con efecto Venturi (documento DE-AS 1 175 666). También se conocen los mezcladores en línea (documento US-A-3 321 283), las bombas de mezclado centrífugo o de reacción (documento EP-A-0 291 819), reactores tubulares (documento US-A-3 226 41 0) o mezcladores con microestructuras (documento EP-A-0 928 785).

El documento DD-A-132 340 describe un procedimiento para la fosgenación de aminas a presión y temperatura elevada, en presencia de un disolvente homogéneo, que proporciona monoisocianatos, diisocianatos y poliisocianatos. En este procedimiento, una mezcla de amina y monoclorobenceno y una mezcla de fosgeno y monoclorobenceno, separados entre varios chorros parciales, se introducen en paralelo a un reactor. Una parte de la mezcla de fosgeno y monoclorobenceno se introduce de forma central y la mezcla de amina y monoclorobenceno se introduce alrededor de esta corriente central. La mezcla de amina y monoclorobenceno a su vez se rodea de una mezcla de fosgeno/monoclorobenceno. A modo de ejemplo, la mezcla de poliamina y monoclorobenceno se alimenta anularmente al reactor de fosgenación a 150ºC. Antes de entrar en el reactor, se hace girar la mezcla por medio de un dispositivo de giro apropiado. Se introduce una mezcla de fosgeno y monoclorobenceno calentada a 150ºC en el reactor como correactivo, en la mezcla de poliamina/monoclorobenceno y a su alrededor. La velocidad relativa de los dos correactivos es de aprox. 15 m/s.

El documento EP-A-0 830 894 describe un reactor mezclador para la fosgenación de aminas primarias en las que la admisión de un material está formada en el eje de la cámara de mezclado y la admisión para el (al menos un) otro material tiene forma de un gran número de boquillas dispuestas con simetría rotacional con respecto al eje de la cámara de mezclado. Cada una de las boquillas tiene un obturador que puede desplazarse en la dirección del eje de la boquilla. El obturador puede liberar la boquilla de los sólidos que se adhieren.

También hay muchos aparatos establecidos para la segunda etapa de la fosgenación, que opcionalmente se usa de forma simultánea como depósito de separación de fases. La preparación de isocianatos a partir de las aminas correspondientes mediante fosgenación se realiza en reactores con depósito agitado (por ejemplo, el documento DE-OS 14 68 445), series de reactores con depósitos agitados (documento DE-PS 844 896), columnas de reacción rellenas (por ejemplo, el documento WO-A-99/54289) o columnas no rellenas (por ejemplo, UIImanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4ª edición (1977), volumen 13, página 351 y siguientes.). También se usan reactores de bucle para crear un sistema de recirculación de forma que haya un tiempo de paso suficiente que permita una conversión completa en caso de un volumen de reacción limitado (o retención).

La síntesis de isocianatos habitualmente se produce en la primera etapa a una temperatura muy baja y en la segunda etapa a una temperatura notablemente mayor en un aparato de retención. Este procedimiento con frecuencia se denomina fosgenación fría y caliente y se describe, por ejemplo, en W. Siefken, Liebigs Annalen der Chemie 562 (1949), página 96. Primeramente, se prepara una suspensión de los intermedios de cloruro de carbamoílo y clorhidrato de amina a una temperatura baja, especialmente a 0ºC o temperatura ambiente, pero que no supere 60ºC, y esta suspensión después se convierte en el isocianato a temperaturas más altas, especialmente en el intervalo entre 100 y 200ºC, en un aparato de retención. Dichos procedimientos en dos etapas se describen en Kunststoffhandbuch, volumen 7, Carl Hanser Verlag, Munich-Viena, p. 76 y siguientes (1993), y, por ejemplo, en las patentes DE-A-20 58 032, DE-A-21 53 268 y DE-A1233854.

Una desventaja del procedimiento en dos etapas con una temperatura baja en la primera etapa y una temperatura alta en la segunda etapa (fosgenación fría y caliente) es la lenta velocidad de reacción y por lo tanto los bajos rendimientos por espacio y tiempo debido a las bajas temperaturas en la primera etapa de la reacción. Las bajas temperaturas (alta solubilidad del fosgeno) y los prolongados tiempos de reacción (reactores grandes) además suponen una retención grande del fosgeno, que es indeseable por razones de seguridad. Las bajas temperaturas también son problemáticas debido a la masiva precipitación del cloruro de carbamoílo formado como...

1. Un procedimiento para la preparación de isocianato mediante la reacción de una amina orgánica con fosgeno en al menos tres etapas que comprende:

a) una primera etapa realizada en un mezclador dinámico,

b) una segunda etapa realizada en al menos un reactor, y

c) una tercera etapa realizada en al menos un aparato separador de materiales

en el que (1) la presión del reactor de la segunda etapa es mayor o igual a la presión del mezclador dinámico de la primera etapa, y (2) la presión del aparato separador de materiales de la tercera etapa es menor que la presión del reactor de la segunda etapa.

2. El procedimiento de la reivindicación 1 en que el isocianato producido es diisocianato de difenilmetano (MDI), poliisocianato de polifenilempolimetileno (PMDI), mezclas de MDI y PMDI, diisocianato de tolueno (TDI), diisocianato de hexametileno (HDI) o diisocianato de isoforona (IPDI).

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que se usa un reactor tubular, un reactor con depósito agitado o un aparato de retención sin empalmes internos movibles como reactor de la segunda etapa.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el tiempo de residencia en el reactor de la segunda etapa es de 1 segundo a 30 minutos.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que se usa un intercambiador térmico con descarga de gas independiente, o una columna de reacción, o una torre de reacción, o una combinación de al menos una torre de reacción y al menos una columna de reacción conectadas en serie, como aparato separador de materiales de la tercera etapa.

6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el fosgeno se separa en el aparato de separación de materiales de la tercera etapa.

7. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la presión del reactor de la segunda etapa es mayor que la presión del mezclador dinámico de la primera etapa.

8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que la presión del reactor de la segunda etapa se aumenta mediante una bomba u otro dispositivo capaz de incrementar la presión.

9. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la presión del mezclador dinámico de la primera etapa es de 3 a 70 bar, la presión del reactor de la segunda etapa es de 3 a 70 bar, y la presión del aparato separador de materiales de la tercera etapa es de 0,5 a 20 bar.

10. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la temperatura en el mezclador dinámico de la primera etapa, el reactor de la segunda etapa, y el aparato de separación de materiales de la tercera etapa es de 80 a 220ºC.

11. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que se usa un hidrocarburo aromático o un hidrocarburo aromático clorado como disolvente.