Procedimiento para la preparación de isocianatos en fase gaseosa.

Procedimiento para la preparación de isocianatos aromáticos mediante la reacción de aminas primariasaromáticas con fosgeno en fase gaseosa,

caracterizado porque fosgeno y las aminas aromáticas primarias sehacen reaccionar por encima de la temperatura de ebullición de las aminas en un reactor que contiene un espaciode reacción de simetría esencialmente rotacional con respecto a la dirección de flujo, en el que

a) la velocidad de flujo promediada en sección transversal de la mezcla de reacción a lo largo del eje delespacio de reacción de simetría esencialmente rotacional en la sección del espacio de reacción, en la que laconversión de los grupos amino en los grupos isocianato se encuentra entre el 4 % y el 80 %, asciende comomáximo a 8 m/s y

b) la velocidad de flujo promediada en sección transversal de la mezcla de reacción a lo largo del eje delespacio de reacción de simetría esencialmente rotacional en la sección del espacio de reacción, en la que laconversión de los grupos amino en los grupos isocianato se encuentra entre el 4 % y el 80 %, se encuentrasiempre por debajo de la velocidad de flujo promediada en sección transversal al inicio de esta sección.

Procedimiento para la preparación de isocianatos en fase gaseosa La invención se refiere a un procedimiento para la preparación de isocianatos aromáticos mediante la reacción de correspondientes aminas primarias con fosgeno, caracterizado porque fosgeno y las aminas aromáticas primarias se hacen reaccionar por encima de la temperatura de ebullición de las aminas en un reactor que contiene un espacio de reacción de simetría esencialmente rotacional con respecto a la dirección de flujo, en el que la velocidad de flujo promediada en sección transversal de la mezcla de reacción a lo largo del eje del espacio de reacción de simetría esencialmente rotacional en la sección del espacio de reacción, en la que la conversión de los grupos amino en los grupos isocianato se encuentra entre el 4 % y el 80 %, asciende como máximo a 8 m/s y en el que la velocidad de flujo promediada en sección transversal de la mezcla de reacción a lo largo del eje del espacio de reacción de simetría esencialmente rotacional en esta sección del espacio de reacción se encuentra siempre por debajo de la velocidad de flujo promediada en sección transversal al inicio de esta sección.

Los isocianatos se preparan en grandes cantidades y sirven principalmente como materiales de partida para la preparación de poliuretanos. Su preparación se realiza al menos mediante la reacción de las correspondientes aminas con fosgeno. Una posibilidad de la preparación de isocianatos es la reacción de las aminas con el fosgeno en fase gaseosa. Esta conducción del procedimiento denominada habitualmente como fosgenación en fase gaseosa se caracteriza porque las condiciones de reacción se seleccionan de modo que al menos los componentes de reacción amina, isocianato y fosgeno, preferentemente sin embargo todos los productos de partida, productos y productos intermedios de reacción están en forma gaseosa en las condiciones seleccionadas. Ventajas de la fosgenación en fase gaseosa son entre otras cosas una baja retención de fosgeno, la evitación de productos intermedios que pueden fosgenizarse difícilmente y elevados rendimientos de reacción. La presente invención se refiere exclusivamente a la fosgenación en fase gaseosa.

Se conocen por el estado de la técnica distintos procedimientos para la preparación de isocianatos mediante la reacción de aminas con fosgeno en fase gaseosa.

El documento EP-A-289 840 describe la preparación de diisocianatos mediante fosgenación en fase gaseosa, realizándose la preparación según la invención en un flujo turbulento a temperaturas entre 200 ºC y 600 ºC en un espacio cilíndrico sin partes móviles. Prescindiendo de partes móviles se reduce el riesgo de una salida de fosgeno. Según la enseñanza del documento EP-A-289 840 es esencial para la viabilidad del procedimiento dado a conocer en el documento EP-A-289 840, que las dimensiones del reactor tubular y las velocidades de flujo en el espacio de reacción se calculen de modo que en el espacio de reacción impere un flujo turbulento que según la enseñanza del documento EP-A-289 840 se caracteriza por un índice de Reynold de al menos 2500, preferentemente al menos 4700. Según la enseñanza del documento EP-A-289 840, está turbulencia se garantiza generalmente entonces cuando el componente de reacción gaseoso atraviesa el espacio de reacción con una velocidad de flujo superior a 90 m/s. Mediante el flujo turbulento en el espacio cilíndrico (tubo) se consigue, cuando se prescinde de elementos fluidos en la proximidad de la pared, una distribución uniforme del flujo relativamente buena en el tubo y con ello una distribución del tiempo de permanencia relativamente estrecha que conduce, tal como se describe en el documento EP-A-570 799, a una reducción de la formación de sólidos. Es desventajoso en el procedimiento dado a conocer en EP-A-289 840 que debido a las velocidades de flujo altas necesarias sea posible la realización del tiempo de permanencia necesario para la reacción completa de las aminas, especialmente con el uso de aminas aromáticas, sólo en tubos de reactor y mezcladora muy largos.

El documento EP-A-570 799 se refiere a un procedimiento para la preparación de diisocianatos aromáticos, caracterizado porque la reacción de la correspondiente diamina con el fosgeno se realiza en un reactor tubular por encima de la temperatura de ebullición de la diamina en el intervalo de un tiempo de contacto promedio de 0, 5 a 5 segundos. Tal como se describe en el documento, los tiempos de reacción demasiado largos como también demasiado cortos conducen a una formación de sólidos indeseada. Por tanto se da a conocer un procedimiento, en el que la desviación promedio del tiempo de contacto promedio asciende a menos del 6 %. El cumplimiento de este tiempo de contacto se consigue debido a que la reacción se realiza en un flujo tubular que se caracteriza o bien mediante un índice de Reynold por encima de 4.000 o bien un índice de Bodenstein por encima de 100. Si el flujo tubular según la invención se caracteriza por un índice de Reynold por encima de 4000, es desventajoso también en este caso, que debido a las velocidades de flujo altas necesarias, es posible la realización del tiempo de permanencia necesario para la reacción completa de las aminas sólo en tubos de reactor y mezcladora muy largos. Según la enseñanza del documento EP-A- 570 799 puede realizarse el flujo de pistón aproximadamente ideal según la invención, caracterizado por un índice de Bodenstein de al menos 100, en lugar de por flujos altamente turbulentos también mediante piezas montadas posteriormente en el tubo de reacción, que actúan contra la formación de un perfil de flujo laminar y producen la formación de un frente de flujo plano. Se dan a conocer piezas montadas posteriormente en forma de un alambrado tridimensional de malla fina o un relleno de cuerpos de relleno. Es desventajoso en estas variantes de procedimiento que mediante las piezas montadas posteriormente se eleve el riesgo de la formación de depósitos en el tubo de reacción, pudiendo conducir éstos a obstrucciones y/o inhomogeneidades en el flujo de pistón aproximadamente ideal pretendido.

El documento EP-A-699 657 describe un procedimiento para la preparación de diisocianatos aromáticos en fase gaseosa, caracterizado porque la reacción de la correspondiente diamina con el fosgeno se realiza en un reactor que contiene dos zonas, en el que la primera zona que constituye aproximadamente del 20 % al 80 % del volumen total del reactor está mezclada idealmente y la segunda zona que constituye del 80 % al 20 % del volumen total del reactor puede caracterizarse por un flujo de pistón. Preferentemente, la segunda zona de reacción se realiza como reactor tubular. Ya que sin embargo al menos el 20 % del volumen de reacción está remezclado idealmente, resulta una distribución del tiempo de permanencia no uniforme que puede conducir a un aumento indeseado de la formación de sólidos.

La optimización del uso de reactores tubulares para la fosgenación en fase gaseosa, tal como se dio a conocer básicamente en el documento EP-A- 570 799 empleando el principio de la mezcladora por chorro (Chemie-Ing. Techn. 44 (1972) página 055, ilust. 10) , es objeto de numerosas solicitudes.

Según la enseñanza del documento EP-A-1 362 847, una homogeneización del flujo de productos de partida alimentado a través del espacio anular del reactor tubular y una alimentación lo más central posible de los dos flujos de productos de partida en el reactor tubular tienen una influencia positiva grande sobre la estabilidad de la zona de reacción y con ello sobre la reacción en fase gaseosa en conjunto. Como consecuencia de la conducción de la reacción más estable se reducen claramente las desviaciones de temperatura observadas, desapareciendo de manera prácticamente completa la asimetría en la distribución de la temperatura que va a observarse sin las medidas dadas a conocer. Según la enseñanza del documento EP-A-1 362 847, las desviaciones de temperatura y las asimetrías en la distribución de la temperatura conducen a la formación de productos secundarios que conducen a aglomeraciones y obstrucciones en el reactor y con ello a un acortamiento de la vida útil de los reactores. Sin embargo, en el documento EP-A-1 362 847 no se dan a conocer indicios especiales para la reacción del procedimiento dado a conocer en escala técnica.

Tal como se describe en el documento EP-A-1 555 258, será necesario en caso de un aumento de los reactores tubulares usados también un aumento de la boquilla de mezclado que con frecuencia está configurada como boquilla del chorro lisa. Con el aumento del diámetro de la boquilla del chorro lisa se reduce sin embargo también la velocidad del mezclado del chorro central mediante el trayecto... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación de isocianatos aromáticos mediante la reacción de aminas primarias aromáticas con fosgeno en fase gaseosa, caracterizado porque fosgeno y las aminas aromáticas primarias se hacen reaccionar por encima de la temperatura de ebullición de las aminas en un reactor que contiene un espacio de reacción de simetría esencialmente rotacional con respecto a la dirección de flujo, en el que

a) la velocidad de flujo promediada en sección transversal de la mezcla de reacción a lo largo del eje del espacio de reacción de simetría esencialmente rotacional en la sección del espacio de reacción, en la que la conversión de los grupos amino en los grupos isocianato se encuentra entre el 4 % y el 80 %, asciende como máximo a 8 m/s y b) la velocidad de flujo promediada en sección transversal de la mezcla de reacción a lo largo del eje del espacio de reacción de simetría esencialmente rotacional en la sección del espacio de reacción, en la que la conversión de los grupos amino en los grupos isocianato se encuentra entre el 4 % y el 80 %, se encuentra siempre por debajo de la velocidad de flujo promediada en sección transversal al inicio de esta sección.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el espacio de reacción en la sección del espacio de reacción, en la que la conversión de los grupos amino en los grupos isocianato se encuentra entre el 4 % y el 80 %, presenta al menos un aumento de la superficie de sección transversal atravesada del espacio de reacción.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el espacio de reacción en la sección del espacio de reacción, en la que la conversión de los grupos amino en los grupos isocianato se encuentra entre el 4 % y el 80 %, presenta al menos un aumento cónico de la superficie de sección transversal atravesada del espacio de reacción, en el que el aumento cónico presenta un semiángulo de ampliación de 6º, preferentemente 3, 5º, de manera especialmente preferente 2º.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el reactor a continuación de la sección del espacio de reacción, en la que la conversión de los grupos amino en los grupos isocianato se encuentra entre el 4 % y el 80 %, presenta un espacio de reacción de simetría esencialmente rotacional con superficie de sección transversal atravesada constante y/o que aumenta.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las aminas aromáticas primarias y fosgeno se mezclan y se hacen reaccionar entre sí, en el que el mezclado y la reacción se realizan respectivamente de manera isotérmica o al menos parcialmente de manera adiabática.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el espacio de reacción de simetría esencialmente rotacional presenta al menos una zona en la que se inyecta al menos un líquido para la interrupción de la reacción.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque la superficie de sección transversal de la al menos una zona, en la que se inyecta al menos un líquido para la interrupción de la reacción, es igual de grande o más grande que la superficie de sección transversal del espacio de reacción, en la que se realiza la reacción.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el fosgeno y las aminas se alimentan al espacio de reacción en forma de gas y según el principio de la mezcladora por chorro.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los flujos del material alimentados en el espacio de reacción que contienen amina o que contienen fosgeno se alimentan al espacio de reacción con una proporción de las velocidades de flujo promedias de 2-12.

10. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque el o los flujos del material que contienen las aminas entran en el espacio de reacción con una velocidad de flujo promedio superior que el o los flujos del material que contienen el fosgeno.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se usan como aminas diaminas.

12. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se usan como diaminas 2, 4-toluilendiamina, 2, 6toluilendiamina o mezclas de las mismas.

13. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el reactor presenta una capacidad de producción de > 1 t de aminas/h.