MÉTODO MEJORADO PARA LA PREPARACIÓN DE ÁCIDO CIANHÍDRICO MEDIANTE DESHIDRATACIÓN CATALÍTICA DE FORMAMIDA GASEOSA-CALENTAMIENTO DIRECTO.

Método para la preparación de ácido cianhídrico mediante deshidratación catalítica de formamida gaseosa a temperaturas de 350 a 650°C en un reactor,

en cuyo caso la deshidratación de formamida se acopla con una reacción exotérmica, mientras que el reactor comprende dos vías de fluido separadas que se separan por una pared común de reactor, en cuyo caso una vía de fluido está provista para la deshidratación de formamida y la segunda vía de fluido está provista para la reacción exotérmica y la pared común de reactor está hecha de un material con una conductividad térmica específica λ de al menos 10 W/(mK), caracterizado porque la reacción exotérmica es una combustión catalítica de gases combustibles con alimentación de oxígeno

Método mejorado para la preparación de ácido cianhídrico mediante deshidratación catalítica de formamida gaseosa – calentamiento directo La presente invención hace referencia a un método para la preparación de ácido cianhídrico mediante deshidratación catalítica de formamida gaseosa, en cuyo caso la deshidratación de formamida se acopla con una reacción exotérmica, y el reactor empleado en la deshidratación comprende dos vías separadas de fluido, las cuales están separadas por una pared de reactor común, en cuyo caso se proporciona una vía de fluido para la deshidratación de formamida y la segunda vía de fluido se proporciona para la reacción exotérmica.

El ácido cianhídrico es un producto químico fundamental importante que sirve como producto de partida, por ejemplo, en numerosas síntesis orgánicas como la preparación de adiponitrilo, metacrilatos, metionina y formadores de complejos (NTA, EDTA) . Además, se necesita ácido cianhídrico para la preparación de cianuros de álcali que se emplean en la minería y en la industria metalúrgica.

La mayor parte de ácido cianhídrico se produce mediante reacción de metano (gas natural) y amoníaco. En el llamado proceso Andrussov, se adiciona simultáneamente oxigeno atmosférico. De esta manera, la preparación de ácido cianhídrico transcurre autotérmicamente. En contraposición a esto, en el método llamado BMA de la empresa Degussa AG se opera sin oxígeno. La reacción catalítica endotérmica de metano con amoniaco opera por lo tanto en el método BMA externamente con un medio de calentamiento (metano o H2) . Lo desventajoso en los métodos mencionados previamente es la alta formación indeseada de sulfato de amonio puesto que la reacción de metano se consigue económicamente solo con un exceso de NH3. El amoniaco no convertido se retira con ácido sulfúrico del gas de proceso crudo.

Otro método importante para la preparación de ácido cianhídrico es el proceso llamado SOHIO. En la amonooxidación de propeno/propano hasta acrilonitrilo se genera cerca de 10 % (respecto de propeno/propano) de ácido cianhídrico como producto secundario.

Otro método importante para la preparación industrial de ácido cianhídrico es la deshidratación térmica endotérmica de formamida al vacío, la cual transcurre de acuerdo con la siguiente ecuación (I) :

HCONH2 -HCN + H2O (I)

Esta reacción se acompaña por la descomposición de la formamida según la siguiente ecuación (II) y se forma amoniaco y monóxido de carbono:

HCONH2 -NH3 + CO (II)

El amoniaco generado se retira del gras crudo con ácido sulfúrico. Sin embargo, debido a la alta selectividad se produce solo muy poco sulfato de amonio.

El amoniaco formado cataliza la polimerización del ácido cianhídrico deseado y conduce de esta manera a un detrimento de la calidad del ácido cianhídrico y a una reducción del rendimiento del ácido cianhídrico deseado.

La polimerización de ácido cianhídrico, y la formación de hollín asociada con ésta, pueden suprimirse adicionando pequeñas cantidades de oxígeno en forma de aire, tal como se revela en EP-A 0 209 039. En EP-A 0 209 039 se revela un método para la disociación termolítica de formamida en cuerpos moldeados de óxido de aluminio o de óxido de aluminio-óxido de silicio altamente sinterizados o en cuerpos moldeados de cromo-níquel-acero, anticorrosivos, resistentes a altas temperaturas. Según los ejemplos, la disociación se realiza en reactores de un tubo que se llenan con el catalizador mencionado previamente y se calientan desde afuera con un baño de sal.

La US 2, 042, 451 hace referencia a un método para la deshidratación de formamida para la preparación de ácido cianhídrico, en cuyo caso en calidad de catalizador se emplea una superficie calentada la cual se recubre con una capa delgada, catalíticamente activa, de óxido. Como material para la superficie calentada se emplea latón o hierro y como capa de óxido catalíticamente activa sirven óxido de aluminio, óxido de manganeso, óxido de cromo u óxido de estaño. De acuerdo con la descripción en US 2, 042, 451 ninguna parte del gas de formamida a descomponerse está alejada más de media pulgada de la superficie catalítica. Para realizar la descomposición endotérmica de formamida, de acuerdo con US 2, 042, 451 se emplea un horno.

DE-A 1 000 796 hace referencia a un método para disociar vapor de formamida, en cuyo caso se considera un gradiente de temperatura de modo que la disociación se efectúa sobre silicatos o espinelas que contienen óxido de hierro, en masa o en forma de granos, altamente calcinado dentro del espacio de la reacción, cuyas paredes tienen

una actividad catalítica más baja que los catalizadores en el espacio de disociación. La pared está compuesta, por ejemplo, de acero inoxidable que contiene, principalmente, alrededor de 84% de hierro y 16% de cromo. El espacio de disociación se forma por tubos externamente calentados.

En WO 2004/050587 se revela un método para la preparación de ácido cianhídrico, en cuyo caso la disociación se realiza en tubos metálicos vacíos que tienen una superficie de reactor interna compuesta de un acero que contiene hierro, así como cromo y níquel. Con el método también se logran altas selectividades de ácido cianhídrico incluso si se aplica un vacío bajo. El proceso se puede llevar a cabo a presiones de hasta 300 mbar. Según los ejemplos, la deshidratación se realiza en un tubo de reacción que se calienta por electricidad desde el exterior.

US 1, 675, 366 describe un método para la preparación de ácido cianhídrico mediante deshidratación catalítica de formamida gaseosa en un reactor de haz de tubos cuyos tubos de latón actúan catalíticamente durante la reacción de deshidratación. El calentamiento puede efectuarse, por ejemplo, por combustión directa; no se describe la posibilidad de una combustión catalítica

Para proporcionar las temperaturas altas que se necesitan para la deshidratación de la formamida, los reactores de acuerdo con el estado de la técnica se calientan usualmente desde afuera, con frecuencia con gas circulante que se calienta mediante el gas de combustión. Por la mala transferencia de calor en el lado del gas de calentamiento, relacionada con esto, en combinación con la considerable cantidad de calor necesaria para la disociación (deshidratación) , se requieren altas superficies de intercambio de calor para introducir el calor requerido para la deshidratación de formamida. Por lo tanto, la parte de deshidratación (parte de reacción) representa una parte considerable de los costes de inversión en la construcción de una planta para la preparación de ácido cianhídrico mediante deshidratación de formamida debido a las grandes superficies de intercambio de calor de los reactores y al ciclo de gas circulante con generación de gas de combustión.

Además, es deseable proporcionar pequeñas unidades de producción para la preparación de ácido cianhídrico con el fin de evitar el transporte de ácido cianhídrico o el cianuro de metal alcalino producido a partir del mismo (producción sobre demanda) . En tal caso, los grandes reactores con ciclos de gas circulante son un obstáculo.

Por lo tanto, es objeto de la presente invención proporcionar un método para la preparación de ácido cianhídrico que puede realizarse en sistemas compactos, económicos que tiene dinámicas rápidas de inicio y de finalización y una introducción eficiente de calor, de modo que sea posible la producción sobre demanda de ácido cianhídrico. El método debe tener una alta selectividad para el ácido cianhídrico deseado y debe operarse prescindiendo del gas circulante.

El objeto se logra mediante un método para la preparación de ácido cianhídrico mediante deshidratación catalítica de formamida gaseosa a temperaturas de 350 a 650°C en un reactor, en cuyo caso la deshidratación de formamida se acopla con una reacción exotérmica porque el reactor comprende dos vías de fluido separadas, las cuales están separadas por una pared de reactor común, y una vía de fluido se proporciona para la deshidratación de formamida y la segunda vía de fluido se proporcionada para la reacción exotérmica y la pared de reactor común se compone de un material con una conductividad térmica especifica λ de al menos 10 W/ (mK) , preferible de al menos 15 W/ (mK) , particularmente preferible 20 W/ (mK) .

El método de la invención se caracteriza porque la... [Seguir leyendo]

1. Método para la preparación de ácido cianhídrico mediante deshidratación catalítica de formamida gaseosa a temperaturas de 350 a 650°C en un reactor, en cuyo caso la deshidratación de formamida se acopla con una reacción exotérmica, mientras que el reactor comprende dos vías de fluido separadas que se separan por una pared común de reactor, en cuyo caso una vía de fluido está provista para la deshidratación de formamida y la segunda vía de fluido está provista para la reacción exotérmica y la pared común de reactor está hecha de un material con una conductividad térmica específica λ de al menos 10 W/ (mK) , caracterizado porque la reacción exotérmica es una combustión catalítica de gases combustibles con alimentación de oxígeno.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el lado de la pared común del reactor que está en contacto con el gas combustible tiene un recubrimiento con efecto catalítico.

3. Método según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el recubrimiento se selecciona del grupo compuesto por metales nobles de los grupos 8B o 1B, aleaciones que contienen metales de los grupos 8B y/o 1 B, óxidos seleccionados de MgO, CoO, MoO3, NiO, ZnO, Cr2O3, WO3, SnO, CuO/Cu2O, MnO2 y V2O5, óxidos mixtos seleccionados de CuO-ZnO-Al2O3, CoO-MgO, CoO-La2O3, La2CuO4, Nd2CuO4 y Co-ZnONiOMoO3, perowskitas seleccionadas de LaMnO3, CoTiO3, LaTiO3 y CoNiO3 y espinelas seleccionadas de CuAl2O4, MgAl2O4, (Cu, Zn) Al2O4, (Cu, Zn, Ba) Al2O4, (Cu, Zn, Mg) Al2O2, (Cu, Zn, Va) Al2O4 y LaNiO4.

4. Método según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el oxígeno se alimenta al gas combustible o el gas combustible se alimenta al oxígeno en varios sitios a lo largo de la vía de fluido.

5. Método según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la deshidratación catalítica se realiza a una presión de 100 mbar a 4 bar, preferiblemente 300 mbar a 3 bar.

6. Método según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la deshidratación catalítica se efectúa a una carga de formamida específica de longitud de 0, 02 a 0, 4 kg/ (mh) en el área de flujo laminar.

7. Método según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la deshidratación catalítica se efectúa en presencia de oxígeno.

8. Método según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la deshidratación catalítica se efectúa en presencia de cuerpos moldeados seleccionados de cuerpos moldeados altamente sinterizados compuestos de óxido de aluminio y opcionalmente de óxido de silicio y cuerpos moldeados de cromo-níquel-acero inoxidable o en presencia de paquetes de acero u óxido de hierro sobre materiales poroso de soporte como catalizadores y/o el lado de la pared común de reactor que está en contacto con la formamida tiene un recubrimiento con efecto catalítico.

9. Método según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la pared común de reactor que separa la vía de fluido se compone de un material seleccionado del grupo que se compone de cobre, plata, aluminio, magnesio, óxido de magnesio, latón, carburos, principalmente carburos de silicio, nitruros, principalmente nitruro de aluminio, carbono, principalmente en forma de grafito o de nanotubos de carbono (CNT) , silicio y carburo de silicio infiltrado de silicio resistente a la oxidación.

10. Método según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el reactor es un reactor de tubos o un reactor de placas estructurados de al menos dos capas A y B, paralelas, dispuestas una sobre otras, en cuyo caso la capa A tiene al menos dos canales de reacción dispuestos en paralelo entre sí, en los cuales se efectúa la deshidratación catalítica, y la capa B tiene al menos dos canales dispuestos en paralelo ente sí, en los cuales se efectúa la reacción exotérmica.

11. Método según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los canales de reacción de la capa A tienen un diámetro hidráulico promedio de 1 a 6 mm, preferiblemente > 1 a 4 mm, particularmente preferible > 1 a 3 mm y los canales de las capas B tienen un diámetro hidráulico promedio de < 4 mm, preferiblemente 0, 2 a 3 mm, particularmente preferible 0, 5 a 2 mm.

12. Método según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la vía de fluido para la deshidratación de formamida y la vía de fluido para la reacción exotérmica tienen respectivamente una longitud de 2 a 100, preferiblemente de 3 a 70, particularmente preferible de 6 a 40 cm.