BRPI0808032B1 - processos para preparar hidroxipivalinaldeído e para preparar neopentil glicol. - Google Patents
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Description
“PROCESSOS PARA PREPARAR HIDROXIPIVALINALDEÍDO E PARA PREPARAR NEOPENTIL GLICOL” Descrição: [01] A invenção refere-se a um processo para a preparação de hidroxipivalinaldeído através da aldolização de isobutiraldeído com formaldeído, e a um processo para a preparação de neopentil glicol através da hidrogenação do isobutiraldeído assim obtido.
[02] A aldolização de isobutiraldeído com formaldeído e a reação adicional para fornecer neopentil glicol são, em si, conhecidas. A WO 98/ 17614 refere-se, por exemplo, a um processo para preparação ininterrupta de neopentil glicol usando formaldeído, que possui uma concentração de metanol de a partir de 0,1 a 15%. O efluente da aldolização de isobutiraldeído com formaldeído aquoso é separado com o auxílio de octanol como um agente de extração ao interior de uma fase orgânica contendo um produto de valor e de uma fase aquosa. A fase orgânica é subsequentemente incipientemente destilada, de um modo a remover os produtos de baixo ponto de ebulição. Os produtos de fundo desta primeira coluna são hidrogenados, e o neopentil glicol é obtido, como um produto de valor, após um estágio adicional de extração e de destilação posterior.
[03] O neopentil glicol é reagido, por exemplo, com o ácido hidroxipiválico, de um modo a fornecer o éster neopentil glicólico do ácido hidroxipiválico (HPN). Um tal processo é descrito, por exemplo, na EP-A- O 895 982.
[04] Constitui um objeto da presente invenção, prover um processo para a preparação de hidroxipivaldeído através da aldolização de isobutiraldeído com formaldeído, o que conduz a um nível mínimo de estresse térmico do produto, e com uma baixa complexidade, permite uma remoção virtualmente completa do aldeído a partir da solução aquosa.
[05] O objeto é alcançado de acordo com a invenção através de um processo para a preparação de hidroxipivaldeído através da aldolização de isobutiraldeído com formaldeído e a subsequente elaboração do efluente da reação resultante através de destilação, o que compreende alimentar o efluente da reação a uma coluna de destilação, que é operada em uma pressão de topo, em uma faixa de 0,5 a 1, 5 bar, e na qual uma condensação em dois estágios é provida na região de topo, na qual os vapores são primeiramente conduzidos ao interior de um condensador parcial, operado em uma temperatura em uma faixa de 50 a 80°C, cujo condensado é reciclado, pelo menos parcialmente, ao interior da coluna de destilação, e no qual os vapores não condensados no condensador parcial são alimentados a um condensador a jusante, operado em uma temperatura em uma faixa de -40 a + 30°C, cujo condensado é, pelo menos parcialmente, descarregado.
[06] Foi verificado, de acordo com a invenção, que a precipitação dos vapores residuais na destilação é alcançada, de um modo vantajoso, através de uma combinação com um condensador parcial com um condensador frio a jusante. Foi verificado, de acordo com a invenção, que um condensador total, que é operado diretamente a jusante da coluna, pode ser bloqueado por hidroxipivaldeído. O condensador, no entanto, se tiver que condensar os vapores de um modo completo, precisa ser operado tão frio quanto possível. O hidroxipivaldeído, devido a uma alta quantidade de refluxo frio, é precipitado ao interior da coluna, o que conduz a um alto estresse térmico no fundo da coluna, uma vez que o evaporador precisa juntar esta energia. De um modo adicional, o condensador pode ser bloqueado por hidroxipivaldeído.
[07] O método de acordo com a invenção evita a precipitação de hidroxipivaldeído no condensador.
[08] Em adição, uma faixa de pressão e temperatura da coluna, que permite com que o hidroxipivaldeído seja mantido na fase líquida e que o estresse térmico seja simultaneamente mantido baixo é empregada.
[09] Após a aldolização, os aldeídos não- convertidos e uma porção da base amina preferivelmente também usada no processo são removidos através de destilação e, de um modo preferido, recicladas. Os produtos de aldolização (hidroxipivalindeído), água, formato de amônio a partir da base amina e ácido fórmico permanecem no produto de fundo de destilação. A remoção destilativa deve, de um modo preferido, ser efetuada em pressão moderada, de um modo a não decompor o hidroxipivaldeído para o éster neopentil glicólico do ácido hidroxipiválico (HPN) em virtude da temperatura elevada. Por um outro lado, a pressão não deve ser baixa demais, de um modo a ainda condensar o isobutiraldeído e os produtos de baixo ponto de ebulição da base amina no topo, por exemplo trialquilamina, tal que trimetilamina.
[010] A destilação não precisa ocorrer em uma pressão excessivamente baixa, pois solubilidade de hidroxipivaldeído (HPA) na solução aquosa cai subitamente a partir de cerca de 1 a cerca de 3%, em peso, a abaixo de cerca de 60°C, dependendo do conteúdo de isobutiraldeído e de metanol. O metanol é arrastado é formaldeído aquoso, que, de acordo com as condições de preparação, compreende de cerca de 1 a 3%, em peso, de metanol.
[011] Se o aldeído não- convertido for removido a partir da solução aquosa, o metanol podería ser também removido em uma destilação de estágio único, seria reciclado ao interior do processo na aldolização por meio de uma linha de reciclo e podería ser descarregado apenas através de um estágio adicional, por exemplo, a descarga de aldeído com metanol.
[012] Foi verificado, de acordo com a invenção, que as desvantagens acima descritas podem ser evitadas com a condensação em vários estágios com o reciclo, embora condições específicas tenham que ser mantidas na destilação. Um resultado é o de que o metanol é suficientemente retido no produto de fundo.
[013] Foi verificado que, no caso do desempenho da separação destilativa próximo à temperatura ambiente, isto é, em uma pressão de todo em uma faixa de 0,5 a 1,5 bar absoluto, os produtos de baixo ponto de ebulição podem ser condensados com a água como o meio de resfriamento no topo. As temperaturas de fundo, que são estabelecidas no procedimento de acordo com a invenção, contudo não conduzem a qualquer decomposição de hidroxipivaldeído significativa.
[014] O condensado do condensador parcial é reciclado, de um modo preferido, ao interior da coluna de destilação em uma extensão de mais do que 70%, em peso, preferivelmente de um modo completo. Neste caso, o condensado é preferivelmente reciclado ao interior do topo da coluna. O condensado do condensador a jusante é descarregado, de um modo preferido, em uma extensão de pelo menos 70%, em peso, em especial, de um modo completo.
[015] O condensador parcial é operado em uma temperatura em uma faixa de 50 a 80°C, de um modo preferido de 55 a 60°C. O condensador a jusante é operado em uma temperatura em uma faixa de - 40 a + 30°C, de um modo preferido de -10 a + 10°C. A pressão de topo é, de um modo mais preferido, de 1 a 1,2 bar.
[016] O fundo da coluna de destilação é conectado, de um modo preferido, a um evaporador com um curto período de tempo de residência, que é operado em uma temperatura em uma faixa de 90 a 130°C, de um modo mais preferido de 100 a 105°C. O evaporador é, de um modo mais preferido, um evaporador de filme cadente; além disso, um evaporador de filme esfregado ou um evaporador de trajeto curto pode ser usado, de preferência. O que é essencial é que um curto período de tempo de residência e, portanto, um baixo estresse térmico, sejam alcançados. O evaporador pode ser suprido com calor de um modo adequado, por exemplo com 4 bar de vapor.
[017] É preferido a descarga de uma mistura enriquecida com hidroxipivaldeído a partir do fundo do evaporador. Uma descarga a partir do sistema de circulação é também possível de acordo com a invenção. De um modo a reduzir o estresse térmico antes do processamento adicional, esta mistura pode ser resfriada em um condensador, tendo uma temperatura de condensador em uma faixa de 50 a 80°C, de um modo mais preferido de 55 a 60°C. A mistura resfriada pode ser alimentada a um separador e subsequentemente a uma hidrogenação. De um modo a preparar o neopentil glicol, a aldolização e o processamento são primeiramente efetuados como acima, e então uma hidrogenação do hidroxipivaldeído assim obtido é executada.
[018] A coluna de destilação possui, de um modo preferido, dispositivos internos para aumentar o desempenho de separação. A troca de reação de aldolização é preferivelmente alimentada em uma região espacial entre Va e Va das placas teóricas da coluna de destilação, de um modo mais preferido em uma região espacial entre 1/3 e 2/3 das placas teóricas da coluna de destilação. Por exemplo, a alimentação pode ser efetuada algo acima do meio das placas teóricas (razão 3:4).
[019] Os dispositivos destilativos podem, por exemplo, estar presentes como uma compactação estruturada, por exemplo, como uma compactação metálica em folha, tal que Mellapak 252 Y ou Montz Pak, tipo Bl- 250. É também possível que uma compactação com uma área superficial específica aumentada ou mais baixa esteja presente, ou é possível usar uma compactação de tecido ou uma compactação com geometria diferente, tal que Mellapak 252 Y. O que é vantajoso no caso do uso destes dispositivos internos destilativos é a baixa queda de pressão e a baixa retenção de líquido específica comparadas, por exemplo, a bandejas de válvula.
[020] No condensador parcial, o condensado obtido é, de um modo predominante, água, que é preferivelmente alimentada à coluna inteiramente como um refluxo. Por exemplo, uma mistura que compreende cerca de 10%, em peso, de isobutiraldeído, cerca de 5%, em peso, de base amina, tal que trímetilamina, cerca de 1 %, em peso, de hidroxipivalaldeído e cerca de 5%, em peso, de metanol, assim como água, podem ser obtidos como um condensado. Os vapores residuais compreendem a quantidade predominante de isobutiraldeído e da base amina, tal que trímetilamina. Estes são condensados, tanto quanto possível, no condensador a jusante. O meio de resfriamento usado pode, este caso ser preferivelmente água muito fria (por exemplo, a cerca de 5°C) ou uma mistura fria (por exemplo, glicol- água, por exemplo, a - 20°C).
[021] O desenho apenso apresenta um processamento esquemático ou destilativo do produto de reação de aldolização. O efluente da aldolização (A) é alimentado ao ponto mostrado no meio da coluna de destilação. No topo da coluna, segue-se uma condensação em dois estágios, que finalmente remove um gás fora do circuito (Ab). No fundo da coluna, o isobutiraldeído é reciclado e evaporado. O hidroxipivalaldeído descarregado é passado à hidrogenação de neopentil glicol (NEO). Isobutiraldeído (ISO) é reciclado a partir da condensação.
[022] A invenção é ilustrada, de um modo detalhado, através dos exemplos que se seguem.
Exemplos Aldolização de isobutiraldeído (IBA) com formaldeído [023] Aproximadamente 750 g/h de isobutiraldeído (aproximadamente > 99,5 de % de área de CG, IBA) compreendendo aproximadamente 700 g/ h de formaldeído (aproximadamente 49% de formaldeído, 1, 5% de metanol, água remanescente) e 80 g/ h de solução de trímetilamina (50% de TMA em água) foram reagidos em uma batería de tanque agitado em dois estágios.
Exemplo de reciclo IBA 1 [024] Subsequentemente, a solução foi liberada de produtos de baixo ponto de ebulição, através de destilação, em uma coluna. A coluna (diâmetro de 30 mm) é equipada com 2 m de compactação de tecido (área superficial específica 500 m2/ m3) na seção de retificação e 4 m de compactação de metal em folha (250 m2/ m3). O efluente de aldolização foi alimentado acima da compactação metálica em folha; no topo da coluna, o destilado foi extraído em uma forma gasosa a aproximadamente 85°C, e alimentado a um condensador parcial. Ele foi resfriado neste, a 55°C, por meio de água. O condensado aqui obtido (aproximadamente 50 g/h) foi alimentado inteiramente à coluna; os vapores residuais foram alimentados ao pós-condensador. Eles foram virtualmente condensados a - 20°C por meio de uma mistura de glicol- água fria. O condensado resultante (de aproximadamente 80 g/h) foi alimentado ao primeiro tanque agitado. No sifão frio, conectado a jusante do condensador, aproximadamente 1 g/h de líquido foram obtidos (aproximadamente 80% de IBA, aproximadamente 20% de TMA).
[025] A remoção de IBA foi conduzida em uma pressão de topo de aproximadamente 1 bar absoluto. O evaporador usado foi um evaporador de filme cadente. Uma temperatura de fundo no fundo da coluna de 102°C foi estabelecida. A quantidade de refluxo (ou quantidade de água de resfriamento do condensador parcial) para a coluna foi regulado por meio da temperatura no meio da compactação de tecido; uma temperatura de 85°C foi estabelecida.
[026] Aproximadamente 100 kg/ h do líquido foram extraídos a partir do fundo da coluna por meio de uma bomba. Este foi alimentado a um evaporador de filme cadente (consistindo de um tubo de aço inoxidável aquecido a óleo, comprimento de 2,5 m, diâmetro interno de aproximadamente 21 mm, espessura de parede de aproximadamente 2 mm). A partir do fundo do evaporador de filme cadente, aproximadamente 1,5 kg/ h do produto com uma concentração de aproximadamente 0,3 % de isobutiraldeído, foram extraídos. Os vapores e o líquido em excesso foram alimentados ao fundo da coluna. O produto de fundo descarregado compreendeu aproximadamente 70% de HPA, aproximadamente 1,5% de ΗΡΝ, 0,3% de ΙΒΑ, e ο restante água.
Hidrogenação de hidroxipivaldeído para neopentil glicol Ativação de Catalisador [027] 150 ml de um catalisador de Q1/AI2O3, como descrito na EP 44444 foram ativados em um reator tubular a 190°C pela passagem sobre uma mistura de 5%, em volume de hidrogênio e 95%, em volume, de nitrogênio (volume total 50 1 (STP)/ h), em pressão ambiente, durante 24 horas.
Hidrogenação [028] A solução de partida usada foi a mistura acima descrita como a alimentação de hidrogenação. Aproximadamente 10%, em peso, com base na alimentação de hidrogenação, de uma solução aquosa a 15% de trimetilamina foram adicionados à mistura. A alimentação assim obtida foi conduzida em um modo de gotejamento em pressão de H2 de 40 bar através do reator aquecido a 120°C. A velocidade espacial horária foi de 0,4 kg de HPA (Icat* h). Uma porção do efluente de hidrogenação foi novamente adicionada à alimentação (modo de circulação). A razão da circulação para a alimentação foi de 10:1. O pH das amostras do efluente do reator, em temperatura ambiente, foi verificado como sendo de 8,9.
[029] Uma solução aquosa compreendendo aproximadamente 69% de NPG, aproximadamente 1,8% de HPN, aproximadamente 2 % de isobutanol, aproximadamente 3,5% de metanol, aproximadamente 2 % de TMA, e o restante água, foi obtida após a hidrogenação.
Exemplo de reciclo de IBA 2 [030] Sob condições de aldolização de um outro modo idênticas, um condensador com água de resfriamento (aproximadamente 10°C) e um separador de fase a jusante foi usado no topo do reciclo de IBA. A temperatura de fundo da coluna foi ajustada para 102°C. No topo, o destilado foi alimentado ao condensador em forma gasosa. Aproximadamente 255 g/h do condensado líquido foram obtidos. No separador de fase a jusante, uma fase aquosa de 95 g/ h foi removida e alimentada inteiramente à coluna. Em adição, 135 g/ h do separador de fase foram alimentados ao primeiro tanque agitado. De um modo a manter a temperatura de regulação na coluna em 85°C, 25 g/h da fase orgânica foram adicionalmente alimentados à coluna. No sifão frio conectado a jusante do condensador, aproximadamente 5 g/h de líquido foram obtidos (aproximadamente 80% de IBA, aproximadamente 20% de TMA).
[031] No fundo do evaporador de filme cadente, uma solução de HPA aquosa de aproximadamente 1,5 kg/h, compreendendo aproximadamente 0,4% de isobutiraldeído e 2,6% de HPN foi descarregada, aproximadamente 69% de HPA.
[032] Após hidrogenação análoga àquela no Exemplo 1, uma solução aquosa compreendendo aproximadamente 68% de NPG, aproximadamente 2,8% de HPN, aproximadamente 2,1 % de isobutanol, 3,4 % de metanol, aproximadamente 2 % de TMA, e o restante água, foi obtida.
REIVINDICAÇÕES
Claims (10)
1. Processo para preparar htdrextpivalinaldeído através da aldolização de isobutiraldeído com formaldeído e subsequentemente processamento do efluente da reação resultante através de destilação, caracterizado pelo fato de que compreende alimentar o efluente da reação a uma coluna de destilação, que é operada em uma pressão de topo em uma faixa de 0,5 a 1,5 bar e na qual é provida uma condensação em dois estágios na região de topo, na qual os vapores são primeíramente conduzidos ao interior de um condensador parcial, operado em uma temperatura em uma faixa de a partir de 50 a 80°C, cujo condensado é reciclado ao interior da coluna de destilação em uma extensão de mais do que 70%, em peso, mais preferivelmente de um modo completo, e no qual os vapores não condensados no condensador parcial são alimentados ao condensador a jusante, operado em um temperatura em uma faixa de -40 a + 30°C, cujo condensado é, pelo menos parcialmente, descarregado.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fundo da coluna de destilação é conectado a um evaporador que possui um período de tempo de residência curto e é operado em uma temperatura em urna faixa de 90 a 130°C.
3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o evaporador é um evaporador de filme cadente, um evaporador de filme esfregado ou um evaporador de trajeto curto.
4. Processo de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que uma mistura enriquecida com hidroxipivaldeído é descarregada a partir do fundo do evaporador.
5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a mistura descarregada, antes do processamento, é resfriada em um condensador, com uma temperatura de condensador em uma faixa de 50 a 8CPC.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a coluna de destilação possui dispositivos internos para aumentar o desempenho de separação e o efluente da reação de aldolização é alimentado em uma região espacial entre 1/4 e 3/4 das placas teóricas da coluna de destilação.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o condensado do condensador parcial é reciclado inteiramente ao interior da coluna.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o condensado do condensador parcial é reciclado ao interior do topo da coluna.
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a aldolização é executada na presença de aminas como uma base.
10. Processo para preparar neopentil glicol através da aldolização de isobutiraldeído com formaldeído e processamento do efluente da reação através de um processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que subsequentemente hidrogenar o hidroxipivalinaldeído assim obtido.
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