BRPI0711043A2 - processos e aparelhos para preparar uma aminoalquilnitrila, e para preparar uma diamina, e, uso de um aparelho - Google Patents

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Abstract

PROCESSOS E APARELHOS PARA PREPARAR UMA AMINOALQUILNITRILA, E PARA PREPARAR UMA DIAMINA, E, USO DE UM APARELHO A presente invenção diz respeito a processos para preparar uma aminoalquilnitrila mediante reação de uma monoamina correspondente com uma alquenilnitrila correspondente em modo contínuo, compreendendo as etapas de: (a) alimentar a monoamina correspondente a uma corrente de reação contínua; (b) alimentar a alquenilnitrila correspondente a uma corrente de reação, a qual já contenha a aminoalquilnitrila em adição; (c) converter a corrente de reação em uma primeira região de reação; e (d) pelo menos parcialmente transferir a corrente de reação para pelo menos uma segunda região de reação para outra conversão. A invenção ainda diz respeito a processos para preparar uma diamina da aminoalquilnitrila, o aparelho adequado para realizar os processos, e a seu uso correspondente.

Description

"PROCESSOS E APARELHOS PARA PREPARAR UMAAMINOALQU1LNITRILA, E PARA PREPARAR UMA DIAMINA, E,USO DE UM APARELHO"
A presente invenção diz respeito a processos para prepararuma aminoalquilnitrila mediante a reação de uma monoamina correspondente,com uma alquenilnitrila correspondente, e, também, a um processo parapreparar uma diamina de uma tal aminoalquilnitrila, e também a aparelhagemque possa ser usada para realizar os processos.
As diaminas constituem um grupo importante de produtosquímicos, que são usados em uma ampla variedade de meios como materiaisde partida, intermediários ou produtos finais.
A 3-dimetilaminopropilamina (DMAPA, N,N-dimetil-l,3-diaminopropano), em particular, é um intermediário importante para aprodução industrial de, por exemplo, sabões líquidos. Além disso, a DMAPAserve como material de partida para a preparação de coagulantes e é, ainda,referido como tendo propriedades anticorrosivas.
As diaminas, como seus análogos de amina, sãofreqüentemente preparadas pela redução das nitrilas. Esta reação éparticularmente vantajosa quando as aminas primárias devam ser obtidas.
As nitrilas correspondentes, que já possam ter uma funçãoamino, são obtidas, por exemplo, das alquenilnitrilas pela adição de umamonoamina em uma ligação dupla C-C.
E particularmente vantajoso que um processo de produçãointegrado ou uma aparelhagem integrada possam ser usados para a preparaçãodas diaminas das nitrilas. Aqui, a corrente do produto obtido primeiro, quecompreende a aminonitrila, é usada diretamente ou após a purificação paraconversão na diamina em uma outra etapa.
Aqui, a qualidade da corrente do produto de aminoalquilnitrilada primeira reação (monoamina e alquenilnitrila) é de importância crítica paraa reação de redução da nitrila, especialmente para o consumo do catalisadorusado na redução.
No caso da 3-dimetilaminopropilamina, a preparação da 3-dimetilaminopropionitrila (DMAPN) é, portanto, importante, com esta últimasendo preparada da acrilonitrila e da dimetilamina. A literatura descreveprocessos integrados, em particular para preparar a DMAPA, quecompreendem tanto a etapa de adição quanto a etapa de redução. Além disso,processos otimizados são descritos para cada uma das etapas individuais.
Estes processos podem ser divididos primeiramente emprocessos que são realizados em bateladas ou em pelo menos semibateladas, eprocessos que podem ser realizados em um modo contínuo de operação.
Um processo de produção integrada por meio do qual, porexemplo, a DMAPA possa ser preparada em bateladas, é descrito no pedidode patente alemã que tem o número de pedido 10 2005 052 457.5, o qual foidepositado pelo requerente.
Entretanto, foi observado ser vantajoso prover processoscontínuos como uma alternativa para tais processos pelo menos parcialmenteem bateladas. Aqui, é particularmente importante prover um processo para aprimeira etapa, que seja otimizado para a segunda etapa (redução), de modoque a produção da diamina otimizada seja da mesma forma obtida na segundaetapa (redução).
Neste contexto, um alto grau de otimização significa, emparticular, que uma alta produção individual ou total da diamina seja obtida.Além disso, é importante para a produção a ser obtida com uma conversãoindividual ou total muito elevada. Além disso, outro critério de qualidade é ode produções de espaço-tempo com as quais um tal processo possa serrealizado. Finalmente, o consumo do catalisador usado na redução tambémdesempenha um papel importante.
Um processo para preparar a 3-dimetilaminopropionitrila édescrito, por exemplo, na DD-A 58 306. Nesta, é proposto que a 3-dimetilaminopropionitrila anteriormente formada seja usada como solvente ediluente na reação da acrilonitrila com dimetilamina, de modo a se obter, porcausa da reação exotérmica e do comportamento de ebulição da dimetilamina,uma distribuição e remoção de calor melhoradas necessárias. Isto é referidocomo aumentando a produção da 3-dimetilaminopropionitrila.
A DD-A 222 011 descreve um processo para a preparaçãocontínua da DMAPN, na qual os componentes de reação são, no estadolíquido, primeiramente colocados em uma câmara de mistura em um reator detubo e, depois, misturados em etapas e reagidos em etapas através docomprimento total do reator.
Finalmente, a DE-A 27 09 966 descreve a preparação daDMAPN, mas nesta a dimetilamina é usada na forma gasosa e a reação érealizada em um reator de coluna de bolhas em que os reagentes sãoconduzidos em contracorrente.
Embora os processos otimizados fossem conhecidos na técnicaanterior, existe ainda uma necessidade de se prover outros processo eaparelhagens correspondentes de modo a otimizar a preparação de umaaminoalquilnitrila e/ou a preparação resultante de uma diamina.
E, portanto, um objeto da presente invenção prover processos eaparelhagens que possibilitem tal otimização.
O objeto é alcançado por um processo para preparar umaaminoalquilnitrila mediante a reação de uma monoamina correspondente comuma alquenilnitrila correspondente em um modo contínuo de operação, quecompreenda as etapas
(a) alimentação da monoamina correspondente a uma correntede reação continuamente conduzida;
(b) alimentação da alquenilnitrila correspondente em umacorrente de reação, a qual já compreenda a aminoalquilnitrila em adição;(c) reação da corrente de reação em uma primeira região dereação;e
(d) pelo menos a transferência parcial da corrente de reaçãopara pelo menos uma segunda região de reação para outra reação.
Foi observado ser vantajoso, especialmente no modo contínuoda operação, não adicionar a alquenilnitrila à monoamina pura e, além disso,separar as regiões de reação de modo que a reação possa ser realizada em pelomenos dois estágios.
O processo otimizado acima descrito tem a vantagem adicionalde que é possível obter-se uma corrente de aminoalquilnitrila que sejaparticularmente adequada para uso na redução subseqüente da nitrila nadiamina correspondente.
O processo da invenção para preparar uma aminoalquilnitrilabaseia-se assim na reação de adição em que uma monoamina primária ousecundária seja adicionada na ligação dupla C-C de uma alquenilnitrila.
Para os fins da presente invenção, as expressões"alquenilnitrila correspondente" e "monoamina correspondente" significa queestas são selecionadas de modo que a aminoalquilnitrila tendo a fórmulaestrutural desejada seja obtida após a etapa de síntese acima descrita.
Por exemplo, se a alquenilnitrila for a acrilonitrila (ACN) e amonoamina for a dimetilamina (DMA), a reação dos materiais de partida dá a3-dimetilaminopropionitrila desejada (DMAPN). Em outras palavras, se aDMAPN tiver de ser obtida no processo da invenção, pode ser claramenteobservado que a alquenilnitrila correspondente é a ACN e a monoaminacorrespondente é a DMA.
A alquenilnitrila é preferivelmente um alqueno C2-C4 que podeser linear ou ramificado e em que um átomo de hidrogênio tenha sidosubstituído pelo grupo ciano.
O termo alqueno C2-C4 refere-se a um alqueno que tenha de 2a 4 átomos de carbono e compreenda pelo menos uma ligação dupla C-C.Preferência é dada a que precisamente uma ligação dupla C-C esteja presentena posição α,β em relação ao grupo ciano. Exemplos de alquenos C2-C4 são oeteno, propeno, 1-buteno, 2-buteno, 2-metilpropeno.
Exemplos de alquenilnitrilas são a acrilonitrila, but-2-enenitrila, metacrilonitrila, pent-2-enenitrila, 2-etilacrilonitrila, 2-metilbut-2-enenitrila e 3-metilbut-2-enenitrila.
Preferência é dada à ACN.
A monoamina é preferivelmente uma amina primária ousecundária da fórmula geral R1 R2NH, em que R1, R2 são, cada um,independentemente um do outro, H ou alquila C1-C4, com a condição de quepelo menos um radical R1 , R2 não seja hidrogênio.
A alquila C1-C4 é metila, etila, n-propila, i-propila, 1-n-butila,2-n-butila, i-butila, t-butila.
Preferência é dada à DMA.Em uma forma de realização particular, a aminoalquilnitrila éa 3-dimetilaminopropionitrila.
O processo da invenção para preparar a aminoalquilnitriladeve ser realizado em um modo contínuo de operação. Isto tornaparticularmente eficiente a conversão junto com uma elevada produçãopossível de espaço-tempo.
Conseqüentemente, nas etapas (a) e (b) do processo dainvenção, para preparar uma aminoalquilnitrila, a introdução da monoaminacorrespondente e a introdução da alquenilnitrila correspondente são realizadasem uma corrente de reação continuamente conduzida. Aqui, tem sido tomadocuidado para garantir que a alquenilnitrila correspondente seja introduzida nacorrente de reação de uma maneira tal que esta já compreenda aaminoalquilnitrila em adição. Isto garante que a monoamina presente nacorrente de reação esteja, se apropriado, presente em diluição suficientequanto ao calor da reação evolvido na adição da alquenilnitrila, podendo sercontrolada apropriadamente. Isto pode também ser obtido pela corrente dereação após a introdução da alquenilnitrila correspondente que esteja sendopassada através de um trocador de calor, de modo a ser capaz, se apropriado,de remover calor. A reação real da monoamina com a alquenilnitrila ocorreem uma primeira região de reação. Esta primeira região de reação pode seruma zona em um reator, ou um reator como tal.
A região de reação é tipicamente distinta das regiões de linhaque servem meramente para a introdução ou descarga da corrente de reaçãopelo tempo de permanência da corrente nas regiões respectivas. O tempomédio de permanência em uma região de reação é, preferivelmente, de maisdo que 15 minutos, mais preferível de mais do que 30 minutos, com o tempode permanência médio quanto às regiões de linha geralmente sendo de menosdo que 10 minutos.
Além disso, a transferência pelo menos parcial da corrente dereação em pelo menos uma segunda região de reação que seja fisicamenteseparada da primeira região de reação, ocorre para os fins de outra reação noprocesso da invenção, para preparar uma aminoalquilnitrila. A segunda regiãode reação pode ser uma outra zona no reator acima mencionado ou ser umoutro reator ou uma cascata de reatores. A separação física da primeira e dasegunda regiões de reação pode ser efetuada, por exemplo, por meios detubos.
E vantajoso para a corrente de reação inteira não sertransferida para pelo menos uma segunda região de reação, mas, ao invés,parte da corrente de reação que compreenda aminoalquilnitrila já formada sejarecirculada em um modo de reciclo de modo que a monoaminacorrespondente e a alquenilnitrila correspondente possam, cada uma, serintroduzidas na corrente de reação compreendendo a aminoalquilnitrila apóspelo menos o começo da formação da aminoalquilnitrila na primeira região dereação.
Uma forma de realização preferida do processo da invenção,para preparar uma aminoalquilnitrila, portanto, compreende realizar pelomenos as etapas (a) a (c) do processo da invenção, para preparar umaaminoalquilnitrila no modo de reciclo.
Além disso, foi observado ser vantajoso para a monoaminacorrespondente e para a alquenilnitrila correspondente, serem introduzidas naforma líquida. Isto permite uma conversão mais elevada em uma melhorprodução de espaço-tempo em comparação com os processos em que amonoamina é introduzida no estado gasoso na mistura de reação. Por estarazão, a alquenilnitrila correspondente e a monoamina correspondente sãointroduzidas em uma temperatura adequada e uma pressão adequada quegarantam que estes materiais de partida estejam presentes na forma líquidapara a preparação da aminoalquilnitrila.
Uma forma de realização preferida do processo da invençãopara preparar uma aminoalquilnitrila, portanto, preferivelmente envolve aintrodução da alquenilnitrila correspondente e da monoamina correspondentena forma líquida.
Além disso, é preferível que, na adição da alquenilnitrilacorrespondente, a corrente de reação tenha um excesso mínimo demonoamina correspondente de 0,1 % molar, com base na alquenilnitrila.Além disso, o excesso molar da monoamina com base na alquenilnitrila temum valor na faixa de 0,1 a 20 %, O valor situa-se, mais preferivelmente, nafaixa de 1 a 10 % molares. Em particular, o valor situa-se na faixa de 2 a 8 %molares.
O excesso de monoamina com base na alquenilnitrila pode serobtido pela adição dos dois materiais de partida na relação correspondente, sea introdução da monoamina for efetuada fisicamente, na direção da correntede reação, antes da introdução da alquenilnitrila.A reação da corrente de reação ou da monoamina com aalquenilnitrila na corrente de reação, ocorre em duas diferentes regiões dereação. Isto tem a vantagem de que diferentes condições de reação podem serselecionadas para a reação. Desta maneira, a reação mais completa daalquenilnitrila pode ser obtida, enquanto simultaneamente se reduz aproporção dos subprodutos na corrente de reação.
A reação na etapa (c) do processo da invenção, para prepararuma aminoalquilnitrila, é preferivelmente realizada de modo que o consumode alquenilnitrila na primeira região de reação seja de 80 a 98 %. Istosignifica que a corrente de reação tem uma primeira concentração dealquenilnitrila ao entrar na primeira região de reação, e tem uma segundaconcentração após deixar a primeira região de reação, as quais são tais que 1menos a relação da segunda concentração para a primeira concentração sejade 0,8 a 0,98.
A conversão na primeira região de reação preferivelmente sesitua na faixa de 90 a 95 %.
Preferência é também dada ao conteúdo residual daalquenilnitrila na corrente de reação após a reação na etapa (d) do processo dainvenção, para preparar uma aminoalquilnitrila sendo de menos do que 1 %em peso.
Além disso, outras regiões de reação podem estar presentes.Neste caso, é suficiente quanto à última região de reação presente na direçãoda corrente de reação, ser configurada de modo que o conteúdo residualacima mencionado de alquenilnitrila na corrente de reação, seja de menos doque 1 % em peso.
Quando mais do que duas regiões de reação estejam presentes,a conversão na primeira região de reação, na direção da corrente de reação,pode, se apropriado, ser inferior àquela indicada acima. Como estabelecidoacima, uma vantagem no processo da invenção, para preparar umaaminoalquilnitrila, é que a reação, para formar a alquenilnitrila, é realizada emduas regiões de reação diferentes. Como um resultado, é possível selecionardiferentes condições de reação para a reação. Foi observado ser vantajosopara a corrente de reação na primeira e na segunda regiões de reação, nareação terem diferentes temperaturas. Em particular, preferência é dada àcorrente de reação na primeira região de reação na reação que tenha umatemperatura mais elevada do que pelo menos na segunda região de reação.
A temperatura da corrente de reação na primeira região dereação situa-se preferivelmente na faixa de 20°C a 110°C. A faixa situa-semais preferivelmente de 60 0C a 80°C.
A temperatura da corrente de reação pelo menos na segundaregião de reação, situa-se preferivelmente na faixa de O a 100 °C, emparticular na faixa de 30 a 60 °C.
Se pelo menos uma outra região de reação estiver presente, atemperatura diferente, preferivelmente inferior, em comparação com aprimeira região de reação, pode também estar presente apenas na pelo menosoutra região de reação.
Além disso, as pressões nas primeira e segunda regiões dereação podem ser diferentes. Entretanto, a pressão pode da mesma forma ser amesma, o que é preferível. Uma pressão manométrica na faixa de 1 bar a 20bar preferivelmente prevalece nas primeira e segunda regiões de reação.Preferência é, portanto, dada à pressão manométrica nas primeira e segundaregiões de reação do processo da invenção para preparar umaaminoalquilnitrila, sendo idênticas ou diferentes, e situando-se na faixa de 1bar a 20 bar. A pressão manométrica é preferivelmente de 2 a 5 bar. Dá-setambém preferência às correntes de alimentação quanto à monoaminacorrespondente e à alquenilnitrila correspondente tanto uma pressãomanométrica que seja quase tão elevada.
E sabido que a água adicionada além de uma monoamina naligação dupla C-C de uma alquenilnitrila, catalisa a reação. Preferência é,portanto, também dada à água que seja introduzida na corrente de reaçãoantes da reação na primeira região de reação antes que a corrente de reaçãoalcance a primeira região de reação.
A água pode, por exemplo, ser introduzida na corrente dereação na forma de uma corrente de alimentação adicional. Além disso, épossível quanto a pelo menos parte da monoamina, ser introduzida na formade uma solução aquosa na corrente de reação. Isto pode ser efetuado, porexemplo, na forma de uma solução aquosa de monoamina de 30 a 70 % deintensidade em peso. Além disso, a alquenilnitrila usada pode compreenderágua.
O processo da invenção para preparar uma aminoalquilnitrilade preferência compreende uma outra etapa (e) em que a corrente de reaçãoseja descarregada da segunda região de reação após a reação.
Além disso, a monoamina não reagida pode ser separada dacorrente de reação após a reação na segunda região de reação, ou na segundaregião de reação ou fora da segunda região de reação. Isto pode ser efetuado,por exemplo, por destilação. Um outro vaso, por exemplo uma coluna dedestilação, pode ser usado com esta finalidade. Uma tal separação damonoamina não reagida é preferivelmente realizada fora da segunda região dereação, em particular a jusante desta. A monoamina que tenha sido recuperadadesta maneira pode ser retroalimentada na corrente de reação antes que elaalcance a primeira região de reação. Esta recirculação pode ser completa ouparcial. E da mesma forma concebível, quanto à monoamina não reagidarecuperada, ser processada ainda ou disposta.
A presente invenção ainda fornece um processo para prepararuma diamina de uma aminoalquilnitrila correspondente, que compreende asetapas:
(a) introdução da corrente de reação descarregada na etapa (e)do processo da invenção, para preparar uma aminoalquilnitrila dentro de umaregião de redução; e
(b) redução da aminoalquilnitrila presente na corrente dereação, na diamina correspondente.
Com base na corrente de reação como é obtida do processo dainvenção para preparar uma aminoalquilnitrila, após a reação de pelo menos 2estágios, a presente invenção ainda fornece a redução da aminoalquilnitrilacorrespondente na diamina. Aqui, o grupo nitrila é assim convertido, em umasegunda etapa de reação, no estado de oxidação de uma amina. O produtoobtido desta maneira compreende não apenas esta função amino, mas tambémuma outra função amino que tenha sido introduzida por meio da monoamina.
Em uma forma de realização preferida, a redução é efetuadaPoe meio de hidrogênio. Este pode ser usado como tal ou como parte de umamistura de gases. O grupo nitrila da aminoalquilnitrila é desta maneiratransformado em uma função amina primária.
A amônia pode ser introduzida na corrente de reação antes daetapa (b) do processo da invenção, para preparar uma diamina.
As etapas (a) e (b) do processo da invenção para preparar umadiamina são preferivelmente realizadas em um modo de operação contínuo.
Preferência particular é dada à recirculação de pelo menosparte do produto bruto formado após a redução na etapa (b) de modo a formaruma corrente de reciclo.
Quando uma tal corrente de reciclo esteja presente, preferênciaé dada a hidrogênio e amônia que estejam sendo usados e que estejam sendointroduzidos na corrente de reciclo antes da corrente de reação descarregadada primeira etapa ser introduzida na corrente de reciclo.
É muito particularmente preferível quanto à corrente de reciclopassar através do trocador de calor, o qual aquece a corrente de reciclo após aintrodução de amônia e hidrogênio, e antes da introdução da corrente dereação descarregada da primeira etapa.
A relação molar da amônia para a aminoalquilnitrila é, porexemplo, de cerca de 5. Quando o hidrogênio é usado para a hidrogenação,uma pressão total na faixa de 50 a 300 bar pode ser estabelecida. A pressãototal é a soma das pressões parciais da amônia, da aminoalquilnitrila, dohidrogênio e, se apropriado, dos materiais de partida não reagidos e dosprodutos formados e, também, possivelmente, da água na respectivatemperatura, e é vantajosamente ajustada no valor desejado mediante injeçãode hidrogênio. Em uma forma de realização preferida, as etapas (a) e (b) doprocesso da invenção para preparar a diamina, são realizadas em um modo deoperação contínuo.
Um catalisador é vantajosamente empregado, particularmentequando o hidrogênio é usado. A redução preferivelmente tem lugar sobre umleito fixo do catalisador. A operação do modo de fluxo ascendente ou aoperação do modo de fluxo descendente são aqui possíveis. Catalisadoresadequados para a hidrogenação da aminoalquilnitrila na diaminacorrespondente são descritos nas EP-B 742 045 ou EP-B 892 77. Atemperatura máxima na região de redução durante a redução épreferivelmente de 150 °C.
Como catalisadores para a hidrogenação da função nitrila naamina, é possível usar, em particular, catalisadores que compreendam, comoespécies ativas, um ou mais elementos do grupo de transição 8 da TabelaPeriódica (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt), preferivelmente Fe, Co, Ni, Ruou Rh, particularmente preferíveis Co ou Ni. Estes incluem catalisadoresestruturais (também referidos como tipo Raney®, daqui por diante também:catalisador Raney) que são obtidos por lixiviação (ativação) de uma liga deum metal ativo em hidrogenação e um outro componente (preferivelmenteAl). Os catalisadores podem adicionalmente compreender um ou maispromotores.Os catalisadores podem ser usados como catalisadores todoativos ou na forma suportada. Os suportes usados são preferivelmente óxidosde metais como AI2O3, SiO2, ZrO2, T1O2, misturas de óxidos de metais oucarbono (carbono ativado, negro-de-fumo, grafita).
Antes do uso, os catalisadores oxídicos são ativados fora doreator ou no reator mediante redução dos óxidos de metal ativos em umacorrente gasosa compreendendo hidrogênio em temperatura elevada. Se oscatalisadores forem reduzidos fora do reator, a passivação por meio de umacorrente gasosa compreendendo hidrogênio ou inclusão em um material inertepode então ser realizada de modo a evitar a oxidação descontrolada no ar etornar possível a manipulação segura.
Catalisadores de leito fixo particularmente preferidos são oscatalisadores de cobalto completamente ativos dopados com Mn, P e metaisalcalinos (Li, Na, K, Rb, Cs) que são apresentados na EP-A 1 742 045. Acomposição cataliticamente ativa destes catalisadores compreende, antes daredução com hidrogênio, de 55 a 98 % em peso, em particular de 75 a 95 %em peso, de cobalto, de 0,2 a 15 % em peso de fósforo, de 0,2 a 15 % em pesode manganês, e de 0,05 a 5 % em peso de metal alcalino, em particular sódio,em cada caso calculado como óxido.
Outros catalisadores adequados são os catalisadoresapresentados na EP-A 963 975, os quais, antes do tratamento com hidrogênio,compreendem de 22 a 40 % em peso de ZrO2, de 1 a 30 % em peso decompostos de cobre contendo oxigênio, calculados como CuO, de 15 a 50 %em peso de compostos de níquel contendo oxigênio, calculados como NiO,com a relação molar de Ni:Cu sendo mais elevada do que 1, de 15 a 50 % empeso de compostos de cobalto contendo oxigênio, calculados como CoO, de 0a 10 % em peso de compostos de alumínio e/ou manganês contendo oxigênio,calculados como Al2Os ou MnO2, e nenhum composto de molibdêniocontendo oxigênio; por exemplo o catalisador A apresentado nestedocumento, que tem a composição de 33 % em peso de Zr, calculado comoZrO2, 28 % em peso de Ni, calculado como NiO, 11 % em peso de Cu,calculado como CuO, e 28 % em peso de Co, calculado como CoO.
Também adequados são os catalisadores apresentados na EP-A696 572, que, antes da redução com hidrogênio, compreende de 20 a 85 % empeso de ZrC>2, de 1 a 30 % em peso de compostos de cobre contendo oxigênio,calculados como CuO, de 30 a 70 % em peso de compostos de níquelcontendo oxigênio, calculados como NiO, de 0,1 a 5 % em peso de compostosde molibdênio contendo oxigênio, calculados como M0O2, e de 0 a 10 % empeso de compostos de alumínio e/ou de magnésio contendo oxigênio,calculados como Al2O3 ou MnO2. Menção pode ser feita por meio de exemplodo catalisador especificamente apresentado neste documento, o qual tem acomposição de 31,5 % em peso de ZrO2, 50 % em peso de NiO, 17 % empeso de CuO e 1,5 % em peso de M0O3. Da mesma forma adequados são oscatalisadores descritos na WO-A 99/44984, que compreende (a) ferro ou umcomposto à base de ferro ou misturas destes, (b) de 0,001 a 0,3 % em peso,com base em (a), de um promotor com base em 2, 3, 4 ou 5 elementosselecionados do grupo consistindo de Al, Si, Zr, Ti, V, (c) de 0 a 0,3 % empeso, com base em (a), de um composto à base de um metal alcalino e/oumetal alcalino-terroso, e (d) de 0,001 a 1 % em peso, com base em (a), demanganês.
A redução pode ser realizada adiabaticamente se o modo emque a reação seja realizada for apropriado.
A corrente obtida da redução compreende não apenas oproduto, mas também amônia e hidrogênio, que podem, se apropriado, serrecirculados após terem sido separados.
A invenção ainda fornece um aparelho para preparar umaaminoalquilnitrila mediante a reação de uma monoamina correspondente comuma alquenilnitrila correspondente em um modo de operação contínuo, quecompreende
- uma primeira região de reação compreendendo
- uma entrada dotada de uma linha de alimentação, com a linhade alimentação tendo
- uma primeira entrada que é adequada para introduzir amonoamina na linha de alimentação;
- uma segunda entrada que é adequada para introduziralquenilnitrila na linha de alimentação e é localizada entre a primeira entradae a entrada da primeira região de reação;
- uma saída que é conectada à linha de alimentação; e
- uma instalação de transferência para uma segunda região dereação;e
- uma segunda região de reação,com a linha de alimentação compreendendo aaminoalquilnitrila.
O aparelho acima descrito para preparar umaaminoalquilnitrila é um aparelho preferido para realizar o processo dainvenção para preparar uma aminoalquilnitrila.
O aparelho compreende uma primeira região de reação quecompreende uma entrada dotada de uma linha de alimentação, com a linha dealimentação tendo uma primeira entrada que é adequada para introduzir amonoamina na linha de alimentação, e uma segunda entrada que é adequadapara introduzir a alquenilnitrila na linha de alimentação. A segunda entrada élocalizada entre a primeira entrada e a entrada da primeira região de reação.Além disso, a primeira região de reação tem uma saída que é conectada àlinha de alimentação. Isto possibilita que o processo da invenção parapreparar uma aminoalquilnitrila seja realizado em um modo de reciclocontínuo ou o aparelho da invenção para preparar uma aminoalquilnitrila sejaoperado. Finalmente, a primeira região de reação tem uma instalação detransferência que leva a uma segunda região de reação. Conseqüentemente, oaparelho da invenção para preparar uma aminoalquilnitrila da mesma formatem uma segunda região de reação. O aparelho da invenção para preparar umaaminoalquilnitrila compreende a aminoalquilnitrila na linha de alimentação.Este último assegura que, quando a alquenilnitrila é introduzida através dasegunda entrada, ela é diluída pela aminoalquilnitrila e nenhuma introduçãoda alquenilnitrila na monoamina pura por conseguinte ocorre.
A primeira e a segunda regiões de reação do aparelho dainvenção para preparar uma aminoalquilnitrila podem estar presentes naforma de diferentes zonas em um vaso de reator. No entanto, é dadapreferência à primeira e à segunda regiões de reação sendo diferentes vasos dereação ou uma cascata de vasos.
Estes dois vasos de reator podem ser conectados a um outropor meio de um tubo.
Além disso, a presente invenção ainda fornece um aparelhopara preparar uma diamina a partir de uma aminoalquilnitrila correspondente,que compreende
- um aparelho para preparar uma aminoalquilnitrila comodescrito acima; e
- uma região de redução.
A região de redução é preferivelmente um reator de leito fixo.
Como estabelecido acima, o aparelho da invenção parapreparar uma aminoalquilnitrila é um aparelho preferido para realizar umprocesso de acordo com a invenção, para preparar uma aminoalquilnitrila.
A presente invenção, portanto, ainda considera o uso de umaparelho de acordo com a invenção, para preparar uma aminoalquilnitrila pelareação de uma monoamina correspondente com uma alquenilnitrilacorrespondente em um modo de operação contínuo.
Além disso, o aparelho da invenção para preparar uma diaminaé adequado para realizar o processo da invenção para preparar uma diamina.
Conseqüentemente, a invenção ainda considera o uso de umaparelho em conformidade com a invenção, para preparar uma diamina deuma aminoalquilnitrila correspondente. A invenção é ilustrada pelas seguintesfiguras e exemplos.
Nas figuras,
A Figura 1 apresenta um fluxograma esquemático para umprocesso ilustrativo para preparar uma aminoalquilnitrila de acordo com apresente invenção, e
A Figura 2 apresenta um fluxograma esquemático para apreparação de uma diamina de uma aminoalquilnitrila correspondente, deacordo com a presente invenção.
A Figura 1 apresenta a etapa de reação da monoamina com aalquenilnitrila para formar a aminoalquilnitrila correspondente. Aqui, em ummodo de reciclo da operação, a monoamina é introduzida através da entrada 1e a alquenilnitrila é introduzida através da entrada 2 na corrente de reciclo. Areação real da monoamina com a alquenilnitrila ocorre no reator 5 através deum tubo que fornece um trocador de calor 3 entre a entrada 2 e o reator 5. Acorrente de reação presente no reator 5 é parcialmente recirculada por meio deuma bomba 4 na corrente de reciclo, e a parte não circulada da corrente dereação é transferida através do trocador de calor 6 para um segundo reator 7.Isto possibilita que a corrente de reação nos reatores 5 e 7 tenha diferentestemperaturas. A corrente de reação compreendendo a aminoalquilnitrila deixao reator 7 através da saída 8.
A Figura 2 apresenta a etapa de redução com o auxílio dehidrogênio. A aminoalquilnitrila, vindo da saída 8, é transferida através daentrada 14 para um reator de leito fixo 15 por meio de um tubo. Aqui, o leitofixo do catalisador causa a redução do grupo nitrila por meio de hidrogênio.Este é introduzido através da entrada 12. A amônia é introduzida através daentrada 11, e a corrente de reação é conduzida de uma maneira tal que elapassa através de um trocador de calor 13 após a adição do hidrogênio e daamônia de modo a aquecê-la antes que a aminoalquilnitrila entre no reator 15através da entrada 14. Isto tem, em particular, a vantagem de que aaminoalquilnitrila é reagida muito rapidamente no reator 15 e, portanto, temapenas um tempo de permanência muito curto antes que ela entre em contatocom o catalisador de hidrogenação. Isto resulta em menos subproduto(bisdiamina) sendo formado. A corrente de reação flui através do reator deleito fixo 15 de cima para baixo (modo de fluxo descendente) e percorreatravés do trocador de calor 17 até o separador 18, no qual o produto bruto éseparado do hidrogênio, da monoamina e da amônia, e pode ser descarregadoatravés da saída 20. Além disso, pelo menos parte do produto bruto pode serrecirculado para a corrente de reação por meio da bomba 16. A recirculaçãopelo menos parcial resulta em um processo de reciclo na hidrogenação,também, o que é preferido. A mistura de hidrogênio, monoamina e amônia,que é obtida, pode ser descarregada através da saída 19.
EXEMPLOS
EXEMPLO 1
A adição da DMA na ACN é realizada em uma cascataoperada continuamente de vasos agitados, compreendendo três vasosagitados. A relação em volume dos três vasos agitados é de 1:1,5:2,5. Areação é realizada em uma pressão de 5 bar.
A temperatura nos primeiros dois vasos agitados é de 60 °C, eaquela no terceiro vaso é de 30 °C. A reação de adição é realizada em umaprodução, calculada como alimentação de acrilonitrila por tempo unitário,com base no volume do primeiro vaso agitado, de 0,54 kg/litro/hora. Arelação molar do material de partida da DMA para a ACN, é de 0,98. Oconteúdo residual da acrilonitrila é de 3 % em peso (com base na mistura totaldo produto de reação). O tempo médio de permanência da mistura de reaçãonos vasos do estágio de reação de adição, é de cerca de 4 horas.
A mistura do produto de reação do estágio de reação de adiçãoé continuamente hidrogenada através de um catalisador de leito fixo contendocobalto em um reação continuamente operado em um segundo estágio dereação. A velocidade espacial através do catalisador é de 1,0 kg (saída brutada DMAPN)/kg(catalisador)/hora. A hidrogenação é realizada em umapressão absoluta de 180 bar. A temperatura de saída do reator é de 120 °C. Arelação em massa da corrente de circulação para a alimentação da DMAPN éde 2,5 kg/kg. A proporção da amônia na alimentação para a reação é de 0,8 kg(amônia)/kg (DMAPN), e a relação molar da amônia para a nitrila é de 5.
Após um período total de operação de 1300 horas, um avançoapreciável da nitrila é observado na hidrogenação (> 0,1 % de DMAPN nasaída).
EXEMPLO 2
A adição da DMA sobre a ACN é realizada em uma cascata devasos agitados continuamente operada, compreendendo sete vasos agitados. Arelação em volume dos sete vasos agitados é de 1:1,5:2,5:3,4:3,4:3,4:3,4. Areação é realizada em uma pressão de 5 bar.
A temperatura nos primeiros dois vasos agitados é de 60 °C, eaquela nos terceiro ao sétimo vasos, é de 40 °C. A reação de adição érealizada em uma produção, calculada como alimentação de acrilonitrila portempo unitário, com base no volume do primeiro vaso agitado, de 0,54kg/litro/hora. A relação molar do material de partida da DMA para a ACN éde 0,98. O conteúdo de acrilonitrila residual é de cerca de 2 % em peso (combase na mistura total do produto de reação). O tempo médio de permanênciada mistura de reação nos vasos do estágio de reação de adição, é de cerca de16 horas.
Após um período de operação de 500 horas, uma quantidadereduzida de DMA é adicionada ao reator de adição por cerca de 24 horas, oque leva ao conteúdo residual de acrilonitrila na mistura do produto elevando-se de 5 a 30 % em peso.
A mistura do produto de reação do estágio de reação de adiçãoé continuamente hidrogenada através de um catalisador de leito fixo contendocobalto em um reator continuamente operado em um segundo estágio dereação. A velocidade espacial através do catalisador é de 1,0 kg (saída brutada DMAPN)/kg(catalisador)/hora. A hidrogenação é realizada em umapressão absoluta de 180 bar. A temperatura de saída do reator é de 120 °C. Arelação em massa da corrente de circulação para a alimentação da DMAPN éde 2,5 kg/kg. A proporção da amônia na alimentação para a reação é de 0,8 kg(amônia)/kg (DMAPN), e a relação molar da amônia para a nitrila é de 5.
Nenhum avanço da nitrila é detectado na saída do estágio dehidrogenação dentro das primeiras 500 horas de operação.
Após um período total de operação de 530 horas, um avançoapreciável da nitrila é observado na hidrogenação (> 0,2 % de DMAPN nasaída).
EXEMPLO 3
A adição da DMA sobre a ACN é realizada em uma cascatacontinuamente operada de vasos agitados, compreendendo três vasosagitados. A relação em volume dos três vasos agitados é de 1:1,5:2,5.
A reação é realizada em uma pressão de 5 bar. A temperaturanos primeiros dois vasos agitados é de 60 a 80 0C, e aquela no terceiro vaso, éde 30 a 45 °C. A reação de adição é realizada em uma produção, calculadacomo alimentação de acrilonitrila por tempo unitário, com base no volume doprimeiro vaso agitado, de 0,44 a 0,54 kg/litro/hora. A relação molar domaterial de partida da DMA para a ACN é de 1,08 a 1,18. O conteúdo deacrilonitrila residual é de menos do que 0,2 % em peso (com base na misturatotal do produto de reação). O tempo médio de permanência da mistura dereação nos vasos do estágio de reação de adição, é de cerca de 4 horas.A mistura do produto de reação do estágio de reação de adiçãoé continuamente hidrogenada através de um catalisador de leito fixo contendocobalto em um reator continuamente operado em um segundo estágio dereação. A velocidade espacial através do catalisador é de 1,0 kg (saída brutada DMAPN)/kg(catalisador)/hora. A hidrogenação é realizada em umapressão absoluta de 180 bar. A temperatura de saída do reator é de 120°C. Arelação em massa da corrente de circulação para a alimentação da DMAPN éde 2,5 kg/kg. A proporção da amônia na alimentação para a reação é de 0,8 kg(amônia)/kg (DMAPN), e a relação molar da amônia para a nitrila é de 5.
Nenhum avanço da nitrila na hidrogenação é observado dentrode um período de operação de 600 horas.
EXEMPLO 4
A reação de adição da DMA sobre a ACN é realizada em umausina continuamente operada contendo um circuito bombeado tendo doisvasos, e um vaso através do qual o fluxo laminar ocorre, e dois outros vasos.A relação em volume dos vasos do circuito bombeado para o vaso através doqual o fluxo laminar ocorre e os dois outros vasos, é de 1:0,2:2:3.
A temperatura no circuito bombeado é de 60 °C, e aquela nosoutros vasos é de 30 a 45 °C. A reação de adição é realizada em umaprodução, calculada como alimentação da acrilonitrila, por tempo unitário,com base no volume do circuito bombeado, de 0,75 kg/litro/hora. A relaçãoda quantidade de DMAPN bruta bombeada através dos primeiros dois vasospara a mistura do produto de reação, é de 30 kg/kg.
A relação molar do material de partida da DMA para a ACN, éde 1,08. O conteúdo residual da acrilonitrila é de menos do que 0,1 % empeso (com base na mistura total do produto de reação) na corrente de reaçãoapós o 5Ô vaso. O tempo médio de permanência da mistura de reação nosvasos do estágio de reação de adição, é de cerca de 4 horas. A reação érealizada em uma pressão de 4 bar. A acrilonitrila usada tem um conteúdo deágua de cerca de 0,4 %.
As misturas do produto de reação do estágio de reação deadição são continuamente hidrogenadas através de um catalisador de leito fixocontendo cobalto em um reator continuamente operado em um segundoestágio de reação. A velocidade espacial é em média de 1,0 kg (saída bruta daDMAPN)/kg (catalisador)/hora. A hidrogenação é realizada em uma pressãoabsoluta de 180 bar. A temperatura de saída do reator é de cerca de 144 °C. Arelação em massa da corrente de circulação para a alimentação da DMAPN éde 2,5 kg/kg. A proporção da amônia na alimentação para a reação é de 0,8 kg(amônia)/kg (DMAPN), e a relação molar da amônia para nitrila é de 5.
Nenhum avanço da nitrila na hidrogenação é observado dentrode um período de operação de 6 meses; durante este tempo, uma quantidadetotal de cerca de 4500 kg (DMAPN)/kg (catalisador) é hidrogenada.

Claims (33)

1. Processo para preparar uma aminoalquilnitrila pela reaçãode uma monoamina correspondente com uma alquenilnitrila correspondenteem um modo contínuo de operação, o processo caracterizado pelo fato de quecompreende as etapas:(a) alimentação da monoamina correspondente em umacorrente de reação continuamente conduzida;(b) alimentação da alquenilnitrila correspondente em umacorrente de reação, com esta já compreendendo a aminoalquilnitrila emadição;(c) reação da corrente de reação em uma primeira região dereação;e(d) pelo menos a transferência parcial da corrente de reaçãopara pelo menos uma segunda região de reação para outra reação.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a aminoalquilnitrila é 3-dimetilaminopropionitrila.
3. Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que pelo menos as etapas (a) a (c) são realizadas nomodo de reciclo.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 3, caracterizado pelo fato de que a alquenilnitrila e a monoamina sãointroduzidas na forma líquida.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 4, caracterizado pelo fato de que, além da alquenilnitrila correspondente, acorrente de reação tem um excesso mínimo de monoamina correspondente de-0,1 % molar, com base na alquenilnitrila.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 5, caracterizado pelo fato de que a reação na etapa (c) é realizada de modoque o consumo de alquenilnitrila se situe na faixa de 80 a 98 %.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 6, caracterizado pelo fato de que o conteúdo residual da alquenilnitrila nacorrente de reação após a reação na etapa (d), é de menos do que 1 % empeso.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 7, caracterizado pelo fato de que a corrente de reação na primeira e nasegunda regiões de reação na reação tem diferentes temperaturas.
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 8, caracterizado pelo fato de que a corrente de reação na primeira região dereação na reação, tem uma temperatura mais elevada do que na pelo menossegunda região de reação.
10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 9, caracterizado pelo fato de que a temperatura da corrente de reação naprimeira região de reação situa-se na faixa de 20 0C a 110 °C.
11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 10, caracterizado pelo fato de que a temperatura da corrente de reação napelo menos segunda região de reação situa-se na faixa de 0 a 100 °C.
12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1ali, caracterizado pelo fato de que as pressões manométricas nas primeira esegunda regiões de reação, são idênticas ou diferentes e situam-se na faixa de-1 bar a 20 bar.
13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 12, caracterizado pelo fato de que água é introduzida na corrente de reaçãoantes da reação na primeira região de reação.
14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 13, caracterizado pelo fato de que a monoamina é introduzida na forma deuma solução aquosa na corrente de reação.
15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 14, caracterizado pelo fato de que a monoamina não reagida é separada dacorrente de reação após a reação na segunda região de reação ou fora dasegunda região de reação.
16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 15, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa adicional:(e) descarga da corrente de reação da segunda região de reaçãoapós a reação.
17. Processo para preparar uma diamina de umaaminoalquilnitrila correspondente, caracterizado pelo fato de que compreendeas etapas:(a) introdução da corrente de reação descarregada na etapa (e)da reivindicação 16, em uma região de redução; e(b) redução da aminoalquilnitrila presente na corrente dereação na diamina correspondente.
18. Processo de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato de que a redução é efetuada por meio de hidrogênio.
19. Processo de acordo com as reivindicações 17 ou 18,caracterizado pelo fato de que a amônia é introduzida na corrente de reaçãoantes da etapa (b).
20. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações-17 a 19, caracterizado pelo fato de que as etapas (a) e (b) são realizadas emum modo de operação contínuo.
21. Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizadopelo fato de que o produto bruto da etapa (b) de acordo com a reivindicação-17, é, pelo menos parcialmente, recirculado em uma corrente de reciclo.
22. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações-18, 19 e 21, caracterizado pelo fato de que o hidrogênio e a amônia sãointroduzidos na corrente de reciclo, na direção da corrente de reciclo, antes daintrodução da corrente de reação na etapa (a) da reivindicação 17.
23. Processo de acordo com a reivindicação 22, caracterizadopelo fato de que a corrente de reciclo segue através de um trocador de calorpara aquecê-la após a introdução do hidrogênio e da amônia, e antes daintrodução na etapa (a) da reivindicação 17.
24. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações-17 a 23, caracterizado pelo fato de que a redução é realizada através de umcatalisador de leito fixo.
25. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações-17 a 24, caracterizado pelo fato de que a temperatura máxima na região deredução, durante a redução, é de 150 °C.
26. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações-17 a 25, caracterizado pelo fato de que a redução é realizada adiabaticamente.
27. Aparelho para preparar uma aminoalquilnitrila mediante areação de uma monoamina correspondente com uma alquenilnitrilacorrespondente, em um modo de operação contínuo, o aparelho caracterizadopelo fato de que compreende- uma primeira região de reação compreendendo:- uma entrada dotada de uma linha de alimentação, com a linhade alimentação tendo:- uma primeira entrada que é adequada para introduzir amonoamina na linha de alimentação;- uma segunda entrada que é adequada para introduzir aalquenilnitrila na linha de alimentação, e é localizada entre a primeira entradae a entrada da primeira região de reação;- uma saída que é conectada à linha de alimentação; e- uma instalação de transferência para uma segunda região dereação;e- uma segunda região de reação,com a linha de alimentação compreendendo aaminoalquilnitrila.
28. Aparelho de acordo com a reivindicação 28, caracterizadopelo fato de que a primeira e a segunda regiões de reação são vasos de reatordiferentes.
29. Aparelho de acordo com a reivindicação 28, caracterizadopelo fato de que a instalação de transferência entre os vários vasos de reator, éum tubo.
30. Aparelho para preparar uma diamina de umaaminoalquilnitrila correspondente, caracterizado pelo fato de que compreende- um aparelho como definido em qualquer das reivindicações-27 a 29; e- uma região de redução.
31. Aparelho de acordo com a reivindicação 30, caracterizadopelo fato de que a região de redução é um reator de leito fluido.
32. Uso de um aparelho como definido em qualquer dasreivindicações 27 a 29, o uso caracterizado pelo fato de ser para preparar umaaminoalquilnitrila mediante a reação de uma monoamina correspondente comuma alquenilnitrila correspondente, em um modo de operação contínuo.
33. Uso de um aparelho como definido nas reivindicações 30ou 31, o uso caracterizado pelo fato de ser para preparar uma diamina de umaaminoalquilnitrila correspondente.
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