Procedimiento para la producción continua de nitrobenceno.

Procedimiento para la producción de nitrobenceno mediante nitración adiabática de benceno con mezcla ácida sulfonítrica que contiene ácido sulfúrico y ácido nítrico,

en el que

(i) se introducen benceno y mezcla ácida sulfonítrica

a) separados entre sí o

b) juntos, después de haberse puesto ambos en contacto entre sí,

en un reactor, encontrándose en el caso a) al menos uno de los reactantes benceno o mezcla ácida sulfonítrica, en el caso b) el producto de procedimiento obtenido después de poner en contacto benceno y mezcla ácida sulfonítrica al entrar en el reactor a una presión p1;

(ii) se dispersan entre sí benceno y mezcla ácida sulfonítrica en el reactor en 1 a 30 elementos de dispersión dispuestos uno tras otro;

(iii) se somete el producto de reacción después de abandonar el reactor a una separación de fases en un aparato de separación de fases, en cuya fase de gas reina la presión p2;

caracterizado porque

(iv) la diferencia de presión p1 - p2 asciende a de 1,5 MPa a 2,5 MPa (15 bar a 25 bar).

Procedimiento para la producción continua de nitrobenceno

La invención se refiere a un procedimiento para la producción continua de nitrobenceno mediante nitración de benceno con mezcla ácida sulfonítrica, en el que la presión antes del reactor de nitración se encuentra de 1,5 MPa a 2,5 MPa (15 bar a 25 bar) por encima de la presión en la fase de gas del aparato de separación de fases para la separación de nitrobenceno bruto y ácido de escape.

La presente invención se refiere a un procedimiento continuo para la producción de nitrobenceno, que corresponden esencialmente al concepto de la nitración adiabática de benceno mediante una mezcla de ácido sulfúrico y ácido nítrico (denominada mezcla ácida sulfonítrica). Un procedimiento de este tipo se reivindicó por primera vez en el documento US-A-2 256 999 y se describe en formas de realización actuales por ejemplo en los documentos EP 0 436 443 B1, EP 0 771 783 B1 y US 6 562 247 B2. Los procedimientos con realización de reacción adiabática se caracterizan en particular porque no adoptan medida técnica alguna para suministrar calor a la mezcla de reacción o evacuar calor de la mezcla de reacción.

Es común a los procedimientos adiabáticos descritos que los materiales de partida benceno y ácido nítrico se hacen reaccionar en un gran exceso de ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico absorbe entonces el calor de reacción liberado y el agua formada durante la reacción.

Para llevar a cabo la reacción se mezclan en general ácido nítrico y ácido sulfúrico para dar la denominada mezcla ácida sulfonítrica (también llamado ácido sulfonítrico), y se dosifica benceno a esta mezcla ácida sulfonítrica. El producto de procedimiento así obtenido reacciona con el ácido nítrico o con "iones nitronio" formados en la mezcla ácida sulfonítrica esencialmente para dar agua y nitrobenceno. El benceno se utiliza en una cantidad al menos estequiométrica (con respecto a la cantidad molar de ácido nítrico), pero preferentemente en un exceso del 2 % al 10 % en comparación con la cantidad de benceno necesaria según la estequiometría.

El criterio más importante para la descripción de la calidad de un procedimiento adiabático para la nitración de hidrocarburos aromáticos es el contenido del producto en productos secundarios indeseados de la reacción, que se forman mediante nitración u oxidación múltiple del hidrocarburo aromático o del compuesto nitroaromático. En el caso de la nitración de benceno se discute siempre a este respecto el contenido en dinitrobenceno y en nitrofenoles, en particular del trinitrofenol (ácido pícrico) que se clasifica como explosivo.

Para obtener nitrobenceno con selectividades especialmente altas, se estableció detalladamente el tipo de la mezcla ácida sulfonítrica que debía usarse (documentos EP 0 373 966 B1, EP 0 436 443 B1 y EP 0 771 783 B1), así como se tuvo en cuenta el contenido en productos secundarios se determina mediante el nivel de la temperatura máxima (documento EP 0 436 443 B1, columna 15, líneas 22 - 25). También se sabe que una alta conversión inicial es ventajosa para una alta selectividad y que esta se consigue entonces si al comienzo de la reacción se provoca un mezclado óptimo (documento EP 0 771 783 B1, párrafo [0014]).

A la configuración económica y eficiente del primer mezclado (dispersión) y el mezclado repetido (redispersión) de compuestos aromáticos en la mezcla ácida sulfonítrica se han dedicado numeroso ensayos, que como resultado proponen para el mezclado tanto boquillas (documento EP 0 373 966 B1, EP 0 771 783 B1) como también elementos de dispersión estáticos conformados especialmente (documentos EP 0 489 211 B1, EP 0 779 270 B1, EP 1 291 078 A1, y US 6 562 247 B2), pudiendo combinarse también ambos conceptos.

Si para el mezclado se usan elementos de mezclado estáticos (elementos de dispersión), entonces la pérdida de presión en estos elementos de mezclado estáticos es decisiva para la calidad del mezclado. La presión antes del reactor tiene que ser al menos tan grande como la suma de las pérdidas de presión de todos los elementos de dispersión en el reactor; opcionalmente, tienen que tenerse en cuenta también otros factores adicionales, tal como la presión estática de la columna de líquido en el reactor y la presión en el aparato de separación de fases. Por "presión antes del reactor" se entiende en el contexto de esta invención la presión absoluta a la que encuentran los eductos líquidos inmediatamente antes y por lo tanto también al entrar en el reactor.

De acuerdo con la enseñanza del estado de la técnica, es posible mantener lo más baja posible la pérdida de presión total a través del reactor y eventualmente otros aparatos conectados aguas abajo del reactor (y por lo tanto también la presión antes del reactor); véase por ejemplo el documento EP 1 291 078 A2, párrafo [0017], Otro ejemplo se describe en el documento EP 2 070 907 A1, donde se afirma que un aumento de la presión absoluta antes del reactor desde 1,35 hasta 1,45 MPa (desde 13,5 bar hasta 14,5 bar) debido a deposiciones de sulfatas metálicos en los elementos de dispersión, lleva a una disminución del rendimiento de ácido sulfúrico de alrededor de un 18 % (Ejemplo 1). Es decir, el estado de la técnica enseña que deben evitarse altas pérdidas de presión y, por lo tanto, altas presiones absolutas antes del reactor.

Un ejemplo de un mezclado de compuesto aromático y mezcla ácida sulfonítrica por medio de una boquilla adecuada sin elementos de dispersión estáticos se desprende del documento EP 0 373 966 B1. En este caso se indica como Intervalo adecuado para la presión de trabajo ("back pressure" = contrapresión en la boquilla, es decir, la presión de la corriente líquida de reactante (compuesto aromático o mezcla ácida sulfonítrica) al entrar en el

reactor, lo que significa lo mismo que la presión de la corriente de reactante en cuestión antes del reactor) un intervalo entre 0,0689 MPa y 1,379 MPa (0,689 bary 13,79 bar) (página 5, lineas 12 a 13). Además este documento enseña que en condiciones normales no puede esperarse que sea necesaria una presión superior a 1,103 MPa (11,03 bar) (página 5, líneas 15 a 16).

El límite inferior posible para la presión antes del reactor está establecido adicionalmente porque el benceno, en las condiciones indicadas en la entrada del reactor, se encontrará en forma líquida (documento US 4 091 042, columna 2, líneas 14 a 17). Con respecto al límite superior posible ha de establecerse que de acuerdo con el estado de la técnica la pérdida de presión por elemento de dispersión estático se mantenga lo más baja posible, dado que para superar una mayor pérdida de presión se necesita por ejemplo una bomba de mayor potencia, que, a su vez, lleva a mayores costes del procedimiento total (documento EP 1 291 078 A2, párrafo [0017]). También se intenta en general preferentemente mantener tan bajos como sea posible el número y el grosor (estabilidad) de los elementos de dispersión para con ello mantener bajos los costes para los elementos de dispersión, para cuya producción se tiene con frecuencia sólo el material especial tántalo (documento EP 1 291 078 A1, párrafo [0018]).

También se limita la presión dentro del reactor por el material usado para el reactor tubular. En las condiciones habituales en general de la nitración adiabática de benceno, es decir a de 80 °C a 150 °C y con el uso de ácido sulfúrico de una concentración entre el 65 % en masa y el 80 % en masa, son únicamente resistentes de forma permanente tántalo, teflón y vidrio. Pueden utilizarse así mismo aceros altamente aleados, en particular entonces siempre que el ácido sulfúrico contenga un porcentaje residual de ácido nítrico, dado que el ácido nítrico actúa de manera pasivante sobre el acero altamente aleado. A escala industrial para la nitración adiabática de benceno se utilizan sobre todo tubos de acero esmaltados con vidrio. Los segmentos de tubo esmaltados de acero pueden fabricarse de acuerdo con la norma DIN 2873 de junio de 2002 para la presión nominal PN10 y como máximo para la presión nominal PN25, estando permitida la presión nominal PN25 sólo a diámetros de tubo de hasta una anchura nominal de DN150 (presiones nominales de acuerdo con la norma EN1333, anchura nominal de acuerdo con la norma DIN EN ISO 6708). Tal como es común para el experto, la presión de funcionamiento permitida no es idéntica a la presión nominal, sino que se calculan en función de la temperatura y el material. En el caso de temperaturas más altas disminuye de manera correspondiente la presión de funcionamiento permitida debido a la disminución de los valores característicos de material permitidos. En el caso... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de nitrobenceno mediante nitración adiabática de benceno con mezcla ácida sulfonítrica que contiene ácido sulfúrico y ácido nítrico, en el que

(i) se introducen benceno y mezcla ácida sulfonítrica

a) separados entre sí o

b) juntos, después de haberse puesto ambos en contacto entre sí,

en un reactor, encontrándose en el caso a) al menos uno de los reactantes benceno o mezcla ácida sulfonítrica, en el caso b) el producto de procedimiento obtenido después de poner en contacto benceno y mezcla ácida sulfonítrica al entraren el reactora una presión p1;

(ii) se dispersan entre sí benceno y mezcla ácida sulfonítrica en el reactor en 1 a 30 elementos de dispersión

dispuestos uno tras otro;

(iii) se somete el producto de reacción después de abandonar el reactor a una separación de fases en un aparato de separación de fases, en cuya fase de gas reina la presión p2; caracterizado porque

(iv) la diferencia de presión p1 - p2 asciende a de 1,5 MPa a 2,5 MPa (15 bar a 25 bar).

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la diferencia de temperatura adiabática entre la temperatura en el reactor después de una conversión de al menos el 99 % de ácido nítrico y la temperatura de los reactantes mezclados benceno y mezcla ácida sulfonítrica antes del comienzo de la reacción se encuentra entre 25 K y 60 K.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se utilizan de 2 a 20 elementos de dispersión.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que cada elemento de dispersión presenta una pérdida de presión y las pérdidas de presión de los elementos de dispersión disminuyen en la dirección de flujo de los reactantes.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el segundo elemento de dispersión en la dirección de 25 flujo de los reactantes y cada elemento de dispersión adicional presentan como máximo el 80 % de la pérdida de

presión del elemento de dispersión respectivamente precedente.