Procedimiento de preparación de nitrilos.

Un procedimiento de preparación de adiponitrilo, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

(a) hacer reaccionar en una primera zona de reacción una mezcla que comprende 1,3-butadieno (BD) y cianuro de hidrógeno (HCN) en presencia de un primer catalizador que comprende Ni de valencia cero y un primer ligando que contiene fósforo para producir un producto de reacción que comprende 3-pentenonitrilo (3PN) y 2- metil-3-butenonitrilo (2M3BN);

(b) isomerizar al menos una parte del 2M3BN de la etapa (a) en una segunda zona de reacción en presencia de un segundo catalizador que comprende Ni de valencia cero y un segundo ligando que contiene fósforo para producir un producto de reacción que comprende 3PN; y

(c) hacer reaccionar en una tercera zona de reacción una mezcla que comprende 3PN de la etapa (b) y cianuro de hidrógeno (HCN) en presencia de un tercer catalizador que comprende Ni de valencia cero y un tercer ligando que contiene fósforo y en presencia de un promotor de ácido de Lewis para producir un producto de reacción que comprende adiponitrilo,

en el que el catalizador atraviesa la primera, segunda y tercera zonas de reacción junto con reactivos y productos, en el que una parte del primer ligando que contiene fósforo se degrada por una reacción de hidrólisis o una reacción de oxidación o tanto una reacción de hidrólisis como una reacción de oxidación en un punto aguas arriba de dicha tercera zona de reacción para formar un producto de degradación de ligando que contiene fósforo que comprende uno o más compuestos que contienen fósforo,

en el que al menos una parte de catalizador que fluye desde la primera zona de reacción o la segunda zona de reacción o tanto la primera como la segunda zona de reacción se concentra en una o más etapas de destilación y se recircula en al menos una corriente de recirculación de catalizador a la primera zona de reacción o la segunda zona de reacción o tanto la primera como la segunda zona de reacción,

en el que dicha corriente de recirculación de catalizador comprende dicho producto de degradación de ligando que contiene fósforo,

en el que una parte de la corriente de recirculación de catalizador se pone en contacto con un disolvente de extracción en una etapa de extracción líquido/líquido para producir una fase de disolvente y una fase de refinado, en el que dicha fase de disolvente comprende catalizador y dicha fase de refinado comprende dicho producto de degradación de ligando que contiene fósforo,

en el que la relación de peso de dicho producto de degradación de ligando que contiene fósforo con respecto al catalizador en dicha fase de disolvente es menos que la relación de peso de dicho producto de degradación de ligando que contiene fósforo con respecto al catalizador en dicha corriente de recirculación de catalizador introducida a la etapa de extracción líquido/líquido; y

en el que el catalizador de dicha fase de disolvente obtenido en dicha etapa de extracción líquido/líquido se recircula a la primera zona de reacción o la segunda zona de reacción o tanto la primera como la segunda zona de reacción; en el que el primer ligando que contiene fósforo es un ligando que contiene fósforo monodentado y el tercer ligando que contiene fósforo es un ligando que contiene fósforo bidentado.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente divulgación se refiere a un procedimiento de fabricación de nitrilos. Más particularmente, la divulgación se refiere a un procedimiento de múltiples zonas de reacción mejoradas para proporcionar rendimientos químicos mejorados de 3-pentenonitrilo y adiponitrilo. El 3-pentenonitrilo y el adiponitrilo se producen por reacciones de hidrocianación en presencia de un catalizador que comprende níquel de valencia cero y un ligando que contiene fósforo. El ligando se degrada parcialmente mediante hidrólisis u oxidación. Los productos de degradación de ligando que contiene fósforo se eliminan durante la producción de 3-pentenonitrilo y adiponitrilo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El adiponitrilo (ADN) es un producto intermedio comercialmente importante y versátil en la producción industrial de poliamidas de nailon útiles en la formación de películas, fibras y artículos moldeados. Puede producirse ADN por hidrocianación de 1,3-butadieno (BD) en presencia de complejos de metales de transición que comprenden diversos ligandos que contienen fósforo. Por ejemplo, catalizadores que comprenden níquel de valencia cero y ligandos que contienen fósforo monodentados están bien documentados en la técnica anterior; véanse, por ejemplo, las patentes de Estados Unidos n° 3.496.215; 3.631.191; 3.655.723 y 3,766,237; y Tolman, C. A., McKinney, R. J., Seidel, W. C., Druliner, J. D., y Stevens, W. R., Advances in Catalysis, 1985, vol. 33, páginas 1-46. También se desvelan mejoras en la hidrocianación de compuestos etilénicamente insaturados con catalizadores que comprenden níquel de valencia cero y ciertos ligandos de fosfito multidentados; por ejemplo, véanse: las patentes de Estados Unidos n° 5.512.696; 5.821.378; 5.959.135; 5.981.772; 6.2.516; 6.127.567; y 6.812.352.

Puede formarse 3-pentenonitrilo (3PN) mediante una serie de reacciones como se ilustran a continuación.

CH2=CHCH=CH2 + HC=N 1- CH3CH=CHCH2C=N + CH2=CHCH(CH3)C=N (1)

BD 3PN 2M3BN

CH2=CHCH{CH3)CEN CH3CH=CHCH2C=N (2)

2M3BN 3PN

+ CH2=CHCH2CH2C=N + CH3CH2CH=CHCEN + CH3CH=C(CH3)C=N

4PN 2PN 2M2BN

Según las abreviaturas usadas en el presente documento, BD es 1,3-butadleno, HC=N es cianuro de hidrógeno y 2M3BN es 2-metil-3-butenonitrilo. Un procedimiento de aumento del rendimiento químico de 3PN a partir de hidrocianación de BD incluye la isomerización catalítica de 2M3BN en 3PN (Ecuación 2 anterior) en presencia de complejos de NÍL4 como se ha desvelado en la patente de Estados Unidos n° 3.536.748. Los co-productos de la hidrocianación de BD e isomerización de 2M3BN pueden incluir 4-pentenonitrilo (4PN), 2-pentenonitrilo (2PN), 2- metil-2-butenonitrilo (2M2BN) y 2-metilglutaronitrilo (MGN).

En presencia de complejos de metales de transición que comprenden diversos ligandos que contienen fósforo, dinitrilos tales como ADN, MGN y etilsuccinonitrilo (ESN) pueden formarse por la hidrocianación de 3PN y 2M3BN, como se ilustra en las Ecuaciones 3 y 4 a continuación. La Ecuación 4 también muestra que 2M2BN puede formarse cuando 2M3BN se isomeriza no deseablemente en presencia de un promotor de ácido de Lewis que puede ser transportado desde una zona de reacción de hidrocianación de pentenonitrilo.

CH3CH=CHCH2C=N + HC=N------

3PN

NeCCH2CH2CH2CHzC=N + N=CCH2CH2CH(CH3)C=N + N5CCH2CH(CH2CH3)ChN ADN MGN ESN

+ CH2=CHCH2CH2CSN + CH3CH2CH=CHC=N + CH3CH2CH2GH2C=N (3)

4PN 2PN VN

CH2=CHCH{CH3)CSN + HC=N------

2M3BN

N=CCH2CH2CH{CH3)C=N + CH3CH=C(CH3)C=N (4)

MGN 2M2BN

La hidrocianación de olefinas activadas tales como olefinas conjugadas (por ejemplo, 1,3-butadieno) puede avanzar a velocidades útiles sin el uso de un promotor de ácido de Lewis. Sin embargo, la hidrocianación de olefinas no activadas, tales como 3PN, requiere al menos un promotor de ácido de Lewis para obtener velocidades ¡ndustrialmente útiles y rendimientos para la producción de nitrilos lineales, tales como ADN. Por ejemplo, las patentes de Estados Unidos n° 3.496.217, 4.874.884 y 5.688.986 desvelan el uso de promotores de ácido de Lewis para la hidrocianación de compuestos etllénlcamente insaturados no conjugados con catalizadores de níquel que comprenden ligandos que contienen fósforo.

Un procedimiento Integrado para la producción de ADN a partir de BD y HC=N puede comprender la hidrocianación de BD, isomerizaclón de 2M3BN para producir 3PN y la hidrocianación de pentenonltrllos, que incluyen 3PN, para producir ADN y otros dlnitrilos. Se desvelan procedimientos integrados, por ejemplo, en la solicitud de patente de Estados Unidos 29/99386 A1.

En la publicación de patente de Estados Unidos n° 27/2686 se desvela un procedimiento para la preparación de dinitrilos con el objetivo de proporcionar la recuperación de un catalizador formado por una mezcla de ligandos mono- y bidentados y que es capaz de reutilizar el catalizador de ese modo recuperado en las etapas de hidrocianación y/o isomerizaclón.

La publicación de patente de Estados Unidos n° 28/221351 desvela un procedimiento Integrado para preparar ADN. Una primera etapa de procedimiento incluye hidrocianar BD para producir 3PN sobre al menos un catalizador de níquel de valencia cero. Una segunda etapa de procedimiento del procedimiento Integrado implica hidrocianar 3PN para producir ADN sobre al menos un catalizador de níquel de valencia cero y al menos un ácido de Lewis. En este procedimiento integrado, al menos uno de los catalizadores de níquel de valencia cero usados en una de las etapas de procedimiento se transfiere a la otra etapa de procedimiento. El documento US 28/28112 desvela un procedimiento de preparación de 3-pentenonitrilo

Si un catalizador de hidrocianación comprende un ligando que contiene fósforo, el ligando puede degradarse como resultado de una hidrólisis o reacción de oxidación. Tal hidrólisis o reacciones de oxidación producen impurezas no deseadas. Las hidrólisis y los productos de oxidación de ligandos que contienen fósforo se tratan en la patente de Estados Unidos n° 3.773.89.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Los productos de degradación de ligando que contiene fósforo se eliminan de las corrientes de reacción aguas arriba de una zona de reacción usada para hacer reaccionar 3PN con HCN.

El pentenonitrilo se prepara en un procedimiento que comprende dos etapas. En la primera etapa [es decir, etapa (a)], el 1,3-butadieno se hace reaccionar con cianuro de hidrógeno en una primera zona de reacción (Z-i) en presencia de un primer catalizador que comprende níquel de valencia cero (N¡°) y un primer ligando que contiene fósforo para producir un efluente del reactor que comprende 3-pentenonitrilo (3PN) y 2-metil-3-butenonitrilo (2M3BN). En la segunda etapa [es decir, etapa (b)], al menos una parte del 2M3BN preparado en la primera etapa se isomeriza en una segunda zona de reacción (Z2) en presencia de un segundo catalizador que comprende níquel de valencia cero (Ni) y un segundo ligando que contiene fósforo para producir un producto de reacción que comprende 3PN.

Una corriente de efluente que comprende 3PN puede recuperarse de la segunda zona de reacción (Z2). 3PN también puede recuperarse por destilación del producto de reacción de la primera zona de reacción (Zi). El 3PN recuperado puede ponerse en contacto con HCN en una tercera etapa de reacción [es decir, etapa (c)] en una tercera zona de reacción (Z3) en presencia de un tercer catalizador, que comprende níquel de valencia cero (Ni) y un tercer ligando que contiene fósforo. La reacción en la tercera zona de reacción (Z3) tiene lugar en presencia de promotor de ácido de Lewis.

El catalizador introducido en una zona de reacción entra, atraviesa y sale de la zona de reacción junto con reactantes y productos. Cualquier promotor de ácido de Lewis introducido en una zona de reacción también atraviesa la zona de reacción junto con el flujo de reactantes, productos y catalizador. El catalizador que atraviesa la primera zona de reacción también se denomina en el presente documento el primer catalizador. Este primer catalizador comprende níquel de valencia cero y un primer ligando que contiene fósforo. El catalizador que atraviesa la segunda zona de reacción también se denomina en el presente documento el segundo catalizador. Este segundo catalizador comprende níquel de valencia cero y un segundo ligando que contiene fósforo.

La primera zona de reacción está sustancialmente libre de promotor de ácido de Lewis. El flujo de catalizador

recirculado está controlado para evitar la introducción de promotor de ácido de Lewis, que atraviesa la tercera zona de reacción (Z3), en la primera zona de reacción (Z1).

1. Un procedimiento de preparación de adiponitrilo, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

(a) hacer reaccionar en una primera zona de reacción una mezcla que comprende 1,3-butadieno (BD) y cianuro de hidrógeno (HCN) en presencia de un primer catalizador que comprende Ni de valencia cero y un primer ligando que contiene fósforo para producir un producto de reacción que comprende 3-pentenonitrilo (3PN) y 2- metil-3-butenonitrilo (2M3BN);

(b) isomerizar al menos una parte del 2M3BN de la etapa (a) en una segunda zona de reacción en presencia de un segundo catalizador que comprende Ni de valencia cero y un segundo ligando que contiene fósforo para producir un producto de reacción que comprende 3PN; y

(c) hacer reaccionar en una tercera zona de reacción una mezcla que comprende 3PN de la etapa (b) y cianuro de hidrógeno (HCN) en presencia de un tercer catalizador que comprende Ni de valencia cero y un tercer ligando que contiene fósforo y en presencia de un promotor de ácido de Lewis para producir un producto de reacción que comprende adiponitrilo,

en el que el catalizador atraviesa la primera, segunda y tercera zonas de reacción junto con reactivos y productos, en el que una parte del primer ligando que contiene fósforo se degrada por una reacción de hidrólisis o una reacción de oxidación o tanto una reacción de hidrólisis como una reacción de oxidación en un punto aguas arriba de dicha tercera zona de reacción para formar un producto de degradación de ligando que contiene fósforo que comprende uno o más compuestos que contienen fósforo,

en el que al menos una parte de catalizador que fluye desde la primera zona de reacción o la segunda zona de reacción o tanto la primera como la segunda zona de reacción se concentra en una o más etapas de destilación y se recircula en al menos una corriente de recirculación de catalizador a la primera zona de reacción o la segunda zona de reacción o tanto la primera como la segunda zona de reacción,

en el que dicha corriente de recirculación de catalizador comprende dicho producto de degradación de ligando que contiene fósforo,

en el que una parte de la corriente de recirculación de catalizador se pone en contacto con un disolvente de extracción en una etapa de extracción líquido/líquido para producir una fase de disolvente y una fase de refinado, en el que dicha fase de disolvente comprende catalizador y dicha fase de refinado comprende dicho producto de degradación de ligando que contiene fósforo,

en el que la relación de peso de dicho producto de degradación de ligando que contiene fósforo con respecto al catalizador en dicha fase de disolvente es menos que la relación de peso de dicho producto de degradación de ligando que contiene fósforo con respecto al catalizador en dicha corriente de recirculación de catalizador introducida a la etapa de extracción líquido/líquido; y

en el que el catalizador de dicha fase de disolvente obtenido en dicha etapa de extracción líquido/líquido se recircula a la primera zona de reacción o la segunda zona de reacción o tanto la primera como la segunda zona de reacción; en el que el primer ligando que contiene fósforo es un ligando que contiene fósforo monodentado y el tercer ligando que contiene fósforo es un ligando que contiene fósforo bidentado.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que no se añade níquel de valencia cero a la corriente de recirculación de catalizador antes de la introducción de esta corriente a una etapa de extracción líquido/líquido.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la etapa de extracción líquido/líquido comprende introducir una parte de la corriente de recirculación de catalizador, un disolvente de extracción y dinitrilos en una zona de extracción líquido/líquido, y separar los líquidos en la zona de extracción líquido/líquido o en una fase de disolvente que comprende catalizador y una fase de refinado que comprende dinitrilos y producto de degradación de ligando que contiene fósforo.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que la fase de disolvente de la zona de extracción líquido/líquido se destila para eliminar el disolvente de extracción y para obtener una corriente de catalizador extraído que se recircula a la primera zona de reacción o la segunda zona de reacción, o tanto la primera como la segunda zona de reacción.

5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que se añade níquel de valencia cero a la corriente de catalizador extraído y la corriente de catalizador extraído se recircula a la primera zona de reacción.

6. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que la fase de refinado comprende disolvente de extracción, pentenonitrilos, dinitrilos y dicho producto de degradación de ligando que contiene fósforo, en el que se separan los dinitrilos del disolvente de extracción, pentenonitrilos, productos de degradación del catalizador y dicho producto de degradación de ligando que contiene fósforo, y

en el que los dinitrilos separados se recirculan a la etapa de extracción líquido/líquido.

7. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el primer ligando que contiene fósforo es un ligando de fórmula

P(OR2)(OR3)(OR4) (I)

en la que R2, R3 y R4 son ¡guales o diferentes y son grupos fenol, cada uno opcionalmente sustituido con hasta cuatro grupos alquilo, teniendo cada grupo alquilo de 1-4 átomos de carbono.

8. El procedimiento de de la reivindicación 7, en el que R2, R3 y R4 son iguales o diferentes y son grupos fenol, cada uno opcionalmente sustituido con un grupo metilo.

9. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicho primer ligando que contiene fósforo es un organofosfito y dicho producto de degradación de ligando que contiene fósforo comprende un organofosfato

1. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el primer ligando que contiene fósforo y el segundo ligando que contiene fósforo son iguales.