Procedimiento de fabricación de aminas mediante hidrogenación de compuestos de nitrilo.

Procedimiento continuo de fabricación de compuestos que comprenden al menos una función amina mediantehidrogenación de un compuesto que comprende al menos una función nitrilo,

caracterizado porque consiste en:

- alimentar un gas que contiene hidrógeno y un compuesto que comprende al menos una función nitrilo a un reactorde tipo pistón en el que circula un medio de reacción que comprende partículas en suspensión de catalizadorbasado en metal Raney, una base mineral y agua,

- trasegar a la salida del reactor de pistón una parte del medio de reacción que contiene el compuesto quecomprende al menos una función amina después de la separación del catalizador y reciclar la otra parte al reactor depistón,

- reciclar el catalizador separado al reactor de pistón,

- alimentar al reactor de pistón un flujo de catalizador nuevo;

caracterizado porque se somete una parte del catalizador separado a un procedimiento de regeneración quecomprende una primera etapa de lavado con agua para eliminar los compuestos orgánicos, una segunda etapa detratamiento con una base fuerte y una tercera etapa de lavado con una solución acuosa de hidróxido alcalino y/oagua.

Procedimiento de fabricación de aminas mediante hidrogenación de compuestos de nitrilo La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de compuestos de amina mediante hidrogenación de compuestos de nitrilo en presencia de un catalizador.

Se refiere más particularmente a un procedimiento de fabricación de diaminas mediante hidrogenación, de forma continua, de compuestos de dinitrilo en presencia de un catalizador basado en un metal Raney y en ausencia de disolvente alcohólico.

Uno de los procedimientos de fabricación de los compuestos de amina utilizado industrialmente es la hidrogenación catalítica de compuestos de nitrilo.

Así, la hexametilendiamina, que es un intermedio químico importante para la fabricación de numerosos compuestos o polímeros, se produce mayoritariamente mediante la hidrogenación catalítica de adiponitrilo.

A modo de ejemplo, se pueden citar los procedimientos de hidrogenación de adiponitrilo en presencia de un óxido metálico como catalizador, tal como óxido de hierro o de cobalto. Estos procedimientos se ejecutan generalmente a presiones y temperaturas elevadas y a menudo en presencia de amoniaco.

Otros procedimientos de hidrogenación ampliamente explotados consisten en utilizar como catalizador un sistema basado en un metal Raney, más particularmente níquel o cobalto Raney, en presencia de alcohol o agua y un compuesto básico como cocatalizador. En estos procedimientos, la reacción se realiza a presiones y temperaturas poco elevadas y en ausencia de amoniaco. Estos últimos procedimientos de hidrogenación con catalizador basado en metal Raney pueden ejecutarse en ciertos tipos de reactor. Efectivamente, como el catalizador es pirofórico, los reactores utilizados deben permitir un control eficaz de la introducción de forma continua del catalizador en el medio de reacción. Es igualmente necesario controlar la cantidad de catalizador puesta en suspensión en el medio de reacción y asegurar una circulación contenida y controlada de esta suspensión.

Sin embargo, la actividad de estos catalizadores puede verse muy afectada cuando se utilizan en ciertas condiciones en los procedimientos de hidrogenación de compuestos de nitrilo.

Un artículo publicado en “Chemical Engineering Science”, vol. 47, n° 9-11, 2 289-94 (1992) , indica que los compuestos de nitrilo desactivan los catalizadores basados en níquel o cobalto Raney. Para reducir esta desactivación, se ha propuesto, en el artículo publicado en “Chemical Engineering Science”, vol. 35, 135-141 (1980) , utilizar un reactor con una velocidad de circulación elevada del medio de reacción para obtener condiciones de mezcla óptimas y un flujo turbulento para evitar la formación de zonas que presenten una concentración elevada de compuestos de nitrilo. Efectivamente, una concentración elevada de compuestos de nitrilo induce la desactivación del catalizador.

Todos estos procedimientos utilizan como solución para reducir la degradación de la actividad del catalizador sistemas que permiten tener una mezcla eficaz del medio de reacción, y por tanto tener concentraciones de reactivos y catalizador idénticas en cualquier punto del reactor.

Dicha calidad de mezcla es difícil de obtener y requiere dispositivos complejos como los descritos en la solicitud de patente WO 00/37424, que se refiere a la utilización de mezcladores estáticos para mejorar la calidad de la mezcla y la homogeneidad de las concentraciones en cualquier punto del reactor.

Además, esas soluciones se pueden aplicar cuando la reacción de hidrogenación se ejecuta de forma continua en un reactor que funciona en régimen de pistón, tal como columnas de bolas que funcionan con la circulación de un lecho de catalizador en suspensión, comprendiendo los reactores una columna de bolas y un cabezal ciclónico para separar los gases, llamados de aquí en adelante reactores de tipo RTC.

Otra característica de estos procedimientos reside en el fenómeno de desactivación rápida del catalizador por formación y deposición de aluminato sobre el catalizador.

Para evitar o reducir este problema, se ha propuesto añadir un alcohol al medio de reacción para permitir disolver el aluminato y limitar su deposición sobre el catalizador. No obstante, era necesario realizar paradas periódicas de la instalación para limpiar y eliminar las deposiciones de aluminato sobre las piezas del aparato debido a la cristalización del aluminato.

Este procedimiento tenía igualmente como inconveniente comprender operaciones de destilación y separación del alcohol. Además, el alcohol podía reaccionar con la amina formada tal como hexametilendiamina (HMD) formando 65 una impureza tal como imina de N-etilhexametilendiamina, difícilmente separable de la diamina formada. Se han propuesto igualmente procedimientos de hidrogenación sin alcohol pero con agua tal como se describe en las patentes US 3.056.837, 4.429.159 y 4.491.673, por ejemplo.

No obstante, para mantener una actividad elevada del catalizador en el medio de reacción, era necesario trasegar una cantidad grande del catalizador usado y reemplazar esa cantidad de catalizador por catalizador nuevo. Por 5 tanto, el consumo de catalizador era elevado y afectaba a la economía del procedimiento.

Por otro lado, el documento WO 99/26917 describe un procedimiento continuo de hidrogenación de dinitrilo, al menos en parte al aminonitrilo correspondiente, en presencia de un catalizador de hidrogenación no disuelto en el medio de reacción.

El documento FR 2773086 describe un procedimiento de regeneración de catalizadores de tipo catalizador Raney de hidrogenación total o parcial de las funciones nitrilo a funciones amina de compuestos orgánicos, que consiste en mezclar el catalizador utilizado con una solución acuosa de un compuesto básico que presenta una cierta concentración de iones básicos.

Uno de los objetivos de la presente invención es proponer un procedimiento continuo de hidrogenación de compuestos de nitrilo a compuestos de amina en presencia de un catalizador basado en metal Raney en un medio que comprende agua, en ausencia de alcohol, que permite mantener una actividad catalítica conveniente en el reactor con un bajo consumo de catalizador por tonelada de compuesto de amina producido.

Con este fin, la invención propone un procedimiento de fabricación de compuestos que comprenden al menos una función amina mediante la hidrogenación de un compuesto que comprende al menos una función nitrilo, que consiste en:

- alimentar un gas que contiene hidrógeno y un componente que comprende al menos una función nitrilo a un reactor de tipo pistón en el que circula un medio de reacción que comprende partículas en suspensión de catalizador basado en metal Raney, una base mineral y agua,

- trasegar a la salida del reactor de pistón una parte del medio de reacción que contiene el componente que comprende al menos una función amina después de la separación del catalizador y reciclar la otra parte al reactor de pistón,

- reciclar el catalizador separado en el reactor de pistón,

- alimentar al reactor de pistón un flujo de catalizador nuevo,

caracterizado porque una parte del catalizador separado se somete a un procedimiento de regeneración antes de reciclarse al medio de reacción, comprendiendo dicho procedimiento de regeneración una etapa de lavado con agua del catalizador para eliminar la mayor parte de los compuestos orgánicos, sometiéndose el catalizador lavado a un tratamiento con una base para disolver la mayor parte de los aluminatos formados, seguido de lavado con una solución acuosa de hidróxido alcalino y/o agua.

Se entiende por catalizador nuevo un catalizador que no se haya utilizado en una reacción de hidrogenación. Según una característica de la invención, el caudal másico R de catalizador regenerado reciclado y el caudal másico N de 45 catalizador nuevo alimentado deben satisfacer ventajosamente la ecuación I siguiente:

De preferencia, estos caudales R y N deben satisfacer ventajosamente la ecuación II siguiente:

Este control de los caudales R y N de catalizadores regenerado y nuevo permite controlar la actividad media del catalizador en el medio de reacción y optimizar así el caudal de catalizador nuevo para minimizar el consumo de 55 catalizador por tonelada de amina producida manteniendo las condiciones óptimas de funcionamiento del procedimiento, por ejemplo, índice de transformación de nitrilo y selectividad de diamina.

Los caudales másicos R y N se expresan en peso de catalizador por unidad de tiempo. El caudal másico medio de catalizador nuevo N se determina por la productividad... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento continuo de fabricación de compuestos que comprenden al menos una función amina mediante hidrogenación de un compuesto que comprende al menos una función nitrilo, caracterizado porque consiste en: 5

- alimentar un gas que contiene hidrógeno y un compuesto que comprende al menos una función nitrilo a un reactor de tipo pistón en el que circula un medio de reacción que comprende partículas en suspensión de catalizador basado en metal Raney, una base mineral y agua,

- trasegar a la salida del reactor de pistón una parte del medio de reacción que contiene el compuesto que comprende al menos una función amina después de la separación del catalizador y reciclar la otra parte al reactor de pistón,

- reciclar el catalizador separado al reactor de pistón, 15

- alimentar al reactor de pistón un flujo de catalizador nuevo;

caracterizado porque se somete una parte del catalizador separado a un procedimiento de regeneración que comprende una primera etapa de lavado con agua para eliminar los compuestos orgánicos, una segunda etapa de tratamiento con una base fuerte y una tercera etapa de lavado con una solución acuosa de hidróxido alcalino y/o agua.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el caudal másico R de catalizador regenerado reciclado y el caudal másico N de alimentación de catalizador nuevo deben satisfacer la ecuación I siguiente: 25

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el caudal másico R de catalizador regenerado reciclado y el caudal másico N de alimentación de catalizador nuevo deben satisfacer la ecuación II siguiente:

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera etapa de lavado con agua se realiza con

agua a una temperatura comprendida entre 10 y 50ºC. 35

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 4, caracterizado porque el lavado con agua de la primera etapa se realiza para obtener en el último agua de lavado una concentración de compuestos orgánicos inferior o igual al 1% en peso.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el tratamiento básico se realiza con una solución acuosa que contiene un hidróxido alcalino.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el hidróxido alcalino es sosa.

8. Procedimiento según las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque la concentración de hidróxido alcalino en la solución anteriormente citada está comprendida entre 10 y 25% en peso.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el tratamiento básico se realiza a una temperatura superior a 80ºC.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el lavado con agua de la tercera etapa se realiza con agua y/o una solución acuosa de hidróxido alcalino con una concentración mínima de hidróxido alcalino de 0, 012% en peso, a una temperatura comprendida entre 40 y 90ºC.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el lavado de la tercera etapa se realiza para obtener en la última agua de lavado una concentración de hidróxido alcalino superior o igual a 0, 012% en peso.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque el hidróxido alcalino es sosa.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el procedimiento de

regeneración se realiza con aire.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el procedimiento de

regeneración del catalizador se realiza en atmósfera que no contiene oxígeno o en atmósfera inerte. 5

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque las aguas utilizadas para las etapas de lavado y la solución de hidróxido alcalino están desoxigenadas.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el catalizador regenerado 10 tiene una actividad catalítica correspondiente a un 35 a 80% de la actividad catalítica del catalizador nuevo.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, caracterizado porque el catalizador regenerado tiene una actividad catalítica correspondiente a un 40 a 70% de la actividad catalítica del catalizador nuevo.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el compuesto de nitrilo es adiponitrilo y la amina sintetizada es hexametilendiamina.

19. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el medio de reacción comprende un disolvente constituido por la amina producida mediante la reacción de hidrogenación. 20

20. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende, a la salida del reactor de pistón, una zona de decantación de partículas de catalizador, reciclándose la fase sobrenadante al reactor de pistón por un primer bucle externo que incluye una extracción del medio que contiene amina, reciclándose la fase decantada al reactor de pistón por un segundo bucle externo.

21. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el catalizador está basado en níquel Raney o cobalto Raney.

22. Procedimiento según la reivindicación 21, caracterizado porque el catalizador comprende un promotor elegido de

los elementos pertenecientes a los grupos 12 y 4 a 7 de la clasificación periódica de los elementos y sus asociaciones.

23. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la base mineral se elige del

grupo que comprende LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH o sus mezclas. 35

24. Procedimiento según la reivindicación 23, caracterizado porque la base mineral se elige del grupo que comprende KOH y NaOH o sus mezclas.

25. Procedimiento según las reivindicaciones 23 o 24, caracterizado porque la cantidad de base en el medio de 40 reacción está comprendida entre 0, 1 mol de base por kg de catalizador y 2 mol de base por kg de catalizador.

26. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la temperatura de reacción está comprendida entre 50 y 150ºC y la presión de hidrógeno está comprendida entre 0, 1 MPa y 10 MPa.