Procedimiento para la producción de isocianatos.

Procedimiento para la producción de isocianatos mediante reacción de aminas con fosgeno,

caracterizado porque la amina o una mezcla de amina y un disolvente se mezcla en forma de un aerosol con fosgeno en forma de gas y a continuación se hace reaccionar la amina con fosgeno, presentando el aerosol una distribución de tamaño de gota de 10 nm a 1 mm.

Procedimiento para la producción de isocianatos Es objetivo de la invención un procedimiento para la producción de isocianatos mediante reacción de aminas con fosgeno.

Los poliisocianatos se producen en grandes cantidades y sirven principalmente como sustancias de partida para la producción de poliuretanos. Su producción se realiza en la mayor parte de los casos mediante reacción de aminas correspondientes con fosgeno.

En los isocianatos aromáticos son de gran relevancia industrial metilendi (fenilisocianato) (MDI) y sus homólogos superiores, y toluilendiisocianato (TDI) , en los hexametilendiisocianato alifáticos (HDI) e isoforondiisocianato (IPDI) .

La producción en continuo de isocianatos orgánicos mediante reacción de aminas orgánicas primarias con fosgeno se describe en varios documentos y se lleva a cabo a escala industrial (véase, por ejemplo, Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie, y 7 (Polyurethane) , 3ª edición revisada, editorial Carl Hanser, Munich-Viena, página 76 y siguientes (1993) ) .

Por lo general se lleva a cabo la fosgenación en dos etapas. En la primera etapa de la fosgenación se hace reaccionar la amina con fosgeno dando cloruro de carbamoilo y ácido clorhídrico y en una reacción en paralelo dando clorhidrato de amina, que precipita en general debida a su baja solubilidad en la mezcla de reacción como sólido. La reacción entre la amina y el fosgeno es muy rápida, fuertemente exotérmica y discurre a temperaturas bajas. Paralelamente a esto discurren otras reacciones que rebaja el rendimiento, como la formación de ureas a partir de isocianato y amina. Para minimizar productos secundarios y formación de sólido se deben mezclar por tanto rápidamente amina y fosgeno, dado el caso en mezcla con disolventes orgánicos, y conducir la reacción en la medida de los posible si remezcla. Por tanto se realiza la primera etapa de fosgenación por lo general en un equipo de mezcla, preferiblemente una boquilla. La segunda etapa de la fosgenación comprende tanto la degradación del cloruro de carbamoilo en isocianato deseado y ácido clorhídrico como también la fosgenación del clorhidrato de amina presente esencialmente como sólido dando cloruro de carbamoílo. La temperatura de la segunda etapa de fosgenación es por lo general mayor que la de la primera. Es desventajoso en esta realización del procedimiento que el sólido formado en la primera etapa del procedimiento precipite debido a las condiciones de operación seleccionadas como sólidos gruesos, dado el caso aglomerados, y de difícil fosgenación, que no pueden hacerse reaccionar completamente en otro proceso y conducen además de pérdidas de rendimiento a obstrucciones y ensuciamiento. Para actuar contra esto se debe aumentar bien la temperatura, y con ello la presión, o el tiempo de residencia en el reactor. Esto es por lo general desventajoso por motivos técnicos de seguridad, técnicos y económicos. El rendimiento de la etapa de reacción se determina esencialmente con la relación de velocidad de mezcla y velocidad de reacción. Se ha evidenciado como ventajoso usar como órgano de mezcla boquillas como, por ejemplo, se describen en los documentos DE 100 26 142 A1 y EP 1 275 639. Son claves para la influencia de la velocidad de mezcla a este respecto la configuración constructiva de la boquilla y la pérdida de presión provocada por esta. Aquí es desventajoso que con presión inicial creciente por la parte del fosgeno los requerimientos técnicos y técnicos de seguridad en los sistemas de bombas aumentan y de forma particular en plantas a escala mundial se deben emprender considerables esfuerzos para la solución de los problemas que aparecen a este respecto. Para minimizar productos secundarios como ureas y sus productos resultantes se debe conducir la reacción total en la medida de lo posible sin remezcla. Órganos de mezcla reales y reactores de operación en continuo poseen un grado inherente distinto de cero en remezcla, que no se puede omitir. Otra minimización de la formación de producto secundario promovida por la remezcla es en general posible solo mediante una conducción de la reacción en discontinuo.

Recientemente adquirió relevancia la producción de isocianatos en la fase gas. En este procedimiento se encuentra la amina en forma de gas y se hace reaccionar con fosgeno igualmente en fase gas. A este respecto la reacción discurre normalmente por encima de la temperatura de degradación del clorhidrato de amina. Por tanto se evita la precipitación de sólidos en la etapa de reacción.

Tales procedimientos son conocidos y se describen, por ejemplo, en los documentos EP 570 799, EP 593 334, WO 2004/062813 o WO 03/045900.

La fosgenación de aminas en la fase gas permite una reducción considerable del disolvente en el procedimiento ya que se puede evitar este principalmente en la etapa de reacción. Además se alcanzan en general mayores rendimientos que en la fosgenación en fase gas. Debido a la menor densidad de las sustancias de partida en forma de gas se puede reducir considerablemente el Hold up del fosgeno, lo que ofrece claras ventajas de seguridad técnica. Debido a que en la fosgenación en fase gas se seleccionan las condiciones de reacción de modo que no se alcanza precipitado alguno de clorhidrato de amina, se evitan las desventajas anteriormente citadas que están relacionadas con la obtención de sólidos que reaccionan difícilmente.

Mediante fosgenación en fase gas se pueden hacer reaccionar tales aminas con fosgeno, que se pueden transformar con gasto razonable en la fase gas. Esas son preferiblemente las diaminas alifáticas

hexametilendiamina (HDA) , isoforondiamina (IPDA) así como la toluilendiamina aromática (TDA) . La preparación de metilendi (fenilisocianato) (MDI) , que se presenta siempre industrialmente en mezcla con sus homólogos superiores, no es accesible con la fosgenación en fase gas, ya que los productos intermedios solo se pueden transformar con gran coste y los homólogos superiores, lo que significa productos con tres o más anillos aromáticos, no se pueden transformar básicamente en la fase gas.

Por tanto fue objetivo de la presente invención desarrollar un procedimiento para la producción de isocianatos mediante reacción de aminas con fosgeno, que -asegure una minimización de la remezcla en el reactor y la formación de productos secundarios relacionada con esto, -proporcionar un procedimiento efectivo para la mezcla de amina y fosgeno que permita menores tiempos de mezcla al mismo tiempo que bajas pérdidas de presión por parte del fosgeno, -Asegurar que los clorhidratos de amina que precipitan no se aglomeren en agregados grandes difícilmente fosgenables, y facilitar de este modo un rendimiento espacio-tiempo elevado y un aumento de la calidad, de forma particular en lo referente a la pureza, el contenido en NCO, la distribución del peso molecular y el espectro de productos secundarios del producto final.

El objetivo se consiguió de forma sorprendente haciendo reaccionar las aminas en forma de un aerosol con el fosgeno.

En consecuencia es objetivo de la invención un procedimiento para la preparación de isocianatos mediante reacción de aminas con fosgeno, caracterizado porque se hace reaccionar la amina en forma de un aerosol con fosgeno en forma de gas.

En lo sucesivo se entiende con la distribución del tamaño de gotas la función de distribución de tamaños. Todas las magnitudes características citadas se refieren igualmente a esta función de distribución.

El aerosol debería presentar una distribución de tamaño de gota de 10 nm a 1 mm, preferiblemente de 100 nm a 100 m de forma particular de 0, 2 a 10 m. La distribución de tamaño de gotas puede ser muy amplia o muy estrecha entre estos límites. En el caso ideal la distribución del tamaño de gota es muy estrecho. Como medida para la amplitud de distribución sirve la desviación estándar normalizada al d50 de la distribución del tamaño de gota . El d50 representa el tamaño de gota para el que la función de distribución suma alcanza un valor de 0, 5 (50 %) . Para una distribución muy amplia >> 1. Para una distribución estrecha < 1 y para una distribución monodispersa ideal del valor = 0.

En general es válido que el tamaño de las gotas sea tan pequeño como deba ser posible, ya que este asegura una alta velocidad de penetración del fosgeno en la fase que contiene amina líquida. Adicionalmente se limita con el diámetro de gotas posible el tamaño máximo de las partículas de clorhidrato de amina precipitadas. Por tanto es válido también aquí que se prefiera un aerosol fino frente a un aerosol grueso. Sin embargo se debe observar que se el aerosol/producto generado también es separado por el separador... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de isocianatos mediante reacción de aminas con fosgeno, caracterizado porque la amina o una mezcla de amina y un disolvente se mezcla en forma de un aerosol con fosgeno en forma de gas y a continuación se hace reaccionar la amina con fosgeno, presentando el aerosol una distribución de tamaño de gota de10 nm a 1 mm.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el aerosol se general mediante boquillas.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el aerosol se genera mediante boquillas de presión monosustancia.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el aerosol se genera mediante boquillas de dos sustancias.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el aerosol se genera mediante atomizador rotatorio.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el aerosol se genera mediante boquilla de ultrasonidos.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el aerosol se genera mediante procedimientos de electropulverización.

8. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la atomización se realiza mediante un gas adicional.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque como gas adicional se usan gases inertes o fosgeno.

10. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como aminas se usaron hexametilendiamina (HDA) , isoforondiamina (IPDA) así como la toluilendiamina aromática (TDA) así como metilendi (fenildiamina) (MDA) en mezcla con sus homólogos superiores.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las aminas se usan como sustancias puras.

12. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque las aminas se usan junto con compuestos de comportamiento inerte durante y tras la reacción con el fosgeno.

13. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la atomización se lleva a cabo a una presión diferencial de entre 1 y 20 bar absoluta.

14. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la reacción de aminas con fosgeno se realiza a presiones de 1 a 20 bar (absoluta) .

15. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la reacción de las aminas con fosgeno se realiza a temperaturas de 50 a 350 ºC.

16. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la reacción de las aminas con fosgeno se lleva a cabo en reactores tubulares, torres de pulverización o reactores en bucle.