ES2265543T3 - Procedimiento para la extincion de una mezcla de reaccion gaseosa en la fosgenacion en fase gaseosa de diaminas para obtener diisocianatos. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la extinción de una mezcla de reacción gaseosa en la fosgenación de diaminas en fase gaseosa para la preparación de diisocianatos, en el que la mezcla de reacción gaseosa comprende por lo menos un diisocianato, fosgeno y cloruro de hidrógeno, mediante inyección de un líquido de extinción en la mezcla gaseosa que fluye continuamente desde una zona de reacción cilíndrica (1) a la zona de extinción cilíndrica posteriormente conectada (5), caracterizado porque el líquido de extinción se inyecta con ayuda de al menos dos boquillas de pulverización (4), que están dispuestas a la entrada de la zona de extinción (5) a distancias iguales a lo largo del contorno de la zona de extinción (5) y presentan un ángulo de abertura de 30- 60º.

Description

Procedimiento para la extinción de una mezcla de reacción gaseosa en la fosgenación en fase gaseosa de diaminas para obtener diisocianatos.

La invención se refiere a un procedimiento para la extinción de una mezcla de reacción gaseosa en la fosgenación de diaminas en fase gaseosa para la preparación de diisocianatos, en el que la mezcla gaseosa contiene por lo menos diisocianato, fosgeno y cloruro de hidrógeno. La extinción se realiza mediante inyección de un líquido de extinción en la mezcla
gaseosa.

La preparación de diisocianatos mediante reacción de diaminas con fosgeno en fase gaseosa se describe, por ejemplo, en el documento EP-A0289840. Los diisocianatos formados en una cámara de reacción cilíndrica, por ejemplo un reactor tubular, no son térmicamente estables a las temperaturas de reacción de 300 a 500ºC. Por tanto, es necesario un rápido enfriamiento de los gases de reacción después de la reacción de fosgenación hasta temperaturas inferiores a 150ºC para evitar la formación de productos secundarios no deseados mediante la descomposición térmica de diisocianato o mediante una reacción posterior. Además, en el documento EP-A0289840, la mezcla gaseosa que abandona continuamente la cámara de reacción que contiene, entre otros, diisocianato, fosgeno y cloruro de hidrógeno, se conduce en un disolvente inerte, por ejemplo diclorobenceno. En este procedimiento resulta desventajoso que debe elegirse una velocidad de flujo con la que se conduce la mezcla gaseosa por el baño de disolvente relativamente baja, ya que a velocidades demasiado altas se arrastrarían el disolvente y los compuestos disueltos en él. En un paso posterior deberían separarse los compuestos líquidos del gas. Otra desventaja es que, debido a la baja velocidad de flujo y a un bajo término de transferencia de calor, deben emplearse grandes recipientes de disolventes para lograr el enfriamiento.

Además, se conocen procedimientos que emplean intercambiadores de calor para el enfriamiento de los gases de reacción y/o descomprimen los gases a vacío. La desventaja de los intercambiadores de calor está en que, debido a la mala transferencia de calor, se necesitan grandes superficies de intercambio y con ello grandes intercambiadores de calor para un enfriamiento efectivo. Además, se producen deposiciones de sólidos sobre las superficies relativamente frías de los intercambiadores de calor mediante reacciones secundarias de la mezcla gaseosa sobre estas superficies, como por ejemplo descomposición o polimerización. Mediante esto se empeora adicionalmente la transferencia de calor, lo que tiene como consecuencia un tiempo de permanencia más alto y con ello de nuevo un aumento adicional de la formación de productos secundarios. Además, mediante la limpieza de las etapas de enfriamiento resultan tiempos de parada no deseados para toda la instalación.

La invención se basa en el objetivo de enfriar rápidamente la mezcla de reacción gaseosa en la fosgenación en fase gaseosa de diaminas para la preparación de diisocianatos, evitando las desventajas mencionadas, hasta una temperatura a la que el producto de reacción respectivo sea térmicamente estable. En este sentido, al mismo tiempo debe impedirse la formación de productos secundarios no deseados.

La solución del objetivo se lleva a cabo según la invención mediante las características de la reivindicación 1.

Objeto de la invención es un procedimiento para la extinción de una mezcla de reacción gaseosa en la fosgenación de diaminas en fase gaseosa para preparar diisocianatos, en el que la mezcla de reacción gaseosa comprende por lo menos un diisocianato, fosgeno y cloruro de hidrógeno, mediante inyección de un líquido de extinción en la mezcla gaseosa que circula continuamente desde una zona de reacción cilíndrica a la zona de extinción cilíndrica posteriormente conectada, en el que el líquido de extinción se inyecta con ayuda de al menos dos boquillas de pulverización que están dispuestas a la entrada de la zona de extinción a distancias iguales a lo largo del contorno de la zona de extinción y presentan un ángulo de abertura de 30 a 60º.

La mezcla de reacción gaseosa puede comprender, además de fosgeno, cloruro de hidrógeno y el diisocianato mayormente formado, otros isocianatos que se forman como productos secundarios, así como nitrógeno y/o disolventes orgánicos.

Ejemplos de diisocianatos que pueden prepararse mediante fosgenación en fase gaseosa de diaminas son: hexametilendiisocianato (HDI), isoforondiisocianato (IPDI), naftilendiisocianato (NDI), toluilendiisocianato (TDI), difenilmetanodiisocianato, diciclohexilmetanodiisocianato (HMDI).

La ventaja del procedimiento según la invención está en que mediante la pulverización de un líquido de extinción adecuado se logra el rápido enfriamiento deseado de la mezcla gaseosa, que comprende un diisocianato, cloruro de hidrógeno y fosgeno en exceso, al abandonar el reactor de 300 a 400ºC hasta como máximo 150ºC. En este sentido, el tiempo de contacto en el que tiene lugar el enfriamiento asciende a de 0,2 a 3 s.

La pulverización del líquido tiene lugar con boquillas de pulverización habituales o mediante aberturas, por ejemplo ranuras u orificios, a la salida de la zona de reacción o entrada de la zona de extinción. Si sólo se prevén dos boquillas de pulverización, entonces éstas están dispuestas diametralmente. En el caso de las boquillas de pulverización puede tratarse de boquillas individuales. Sin embargo, preferiblemente se emplean cabezales de boquillas con respectivamente al menos dos boquillas individuales, seleccionándose preferiblemente boquillas unitarias.

Otra ventaja del procedimiento es que el líquido de extinción se pulveriza en la corriente gaseosa de manera que el gas de reacción caliente no se pone en contacto con las superficies relativamente frías de la zona de extinción o de las boquillas y sus conducciones. La mezcla gaseosa sólo se pone en contacto con las paredes relativamente frías de la zona de extinción u otras piezas cuando se ha enfriado hasta el intervalo de temperatura estable para el diisocianato respectivo.

Las boquillas de pulverización se disponen preferiblemente independientemente entre sí de manera que la dirección de flujo del líquido de extinción presente, respectivamente, un ángulo de 0º a 50º, especialmente de 20º a 35º, respecto a la dirección de flujo de la mezcla gaseosa. La dirección de flujo de la mezcla gaseosa transcurre esencialmente a lo largo del eje de la zona de reacción cilíndrica o de la zona de extinción. En una disposición vertical del reactor tubular, el gas circula de arriba a abajo por la zona de reacción y la zona de extinción posteriormente conectada. Análogamente transcurre la dirección de flujo del líquido de extinción a lo largo del eje de la boquilla de pulverización. El ángulo de abertura de las boquillas de pulverización asciende, independientemente entre sí, a de 30º a 60º. En una forma de realización especialmente preferida, la dirección de flujo de todas aquellas boquillas que están dispuestas en un plano presenta el mismo ángulo respecto a la dirección de flujo de la mezcla gaseosa, así como el mismo ángulo de abertura.

Como líquidos de extinción son adecuados disolventes orgánicos o una mezcla de distintos disolventes orgánicos que no reaccionan con el diisocianato formado. La elección del disolvente se determina, entre otros, también por la solubilidad del fosgeno. Como disolventes son adecuados, por ejemplo, tolueno, clorotolueno, xileno y cloronaftaleno. Especialmente son adecuados monoclorobenceno y o-diclorobenceno. También puede usarse una disolución del diisocianato formado en uno de estos disolventes orgánicos. En este sentido, la proporción de disolvente asciende preferiblemente a 40 al 90% en volumen. La temperatura del líquido de extinción asciende preferiblemente a de 100 a 170ºC.

La zona de extinción conectada posteriormente a la zona de reacción cilíndrica también está conformada de forma cilíndrica. En este sentido, el diámetro de la zona de extinción se elige esencialmente igual al de la zona de reacción o mayor que el de la zona de reacción. En el caso de la zona de reacción se trata especialmente de un reactor tubular sin tabiques deflectores.

El procedimiento según la invención tiene la ventaja de que el enfriamiento de los gases de reacción tiene lleva a cabo rápidamente, especialmente en el plazo de 0,2 a 3 s, inmediatamente después del
desarrollo de la reacción, ya que la corriente gaseosa que circula por el reactor no debe frenarse y/o conducirse a un recipiente, sino que se lleva directamente mediante una corriente a un líquido de extinción rociado. Además, la zona de extinción está conformada de tal manera y las boquillas están fijadas de tal manera que la mezcla gaseosa caliente no se pone en contacto en la zona de extinción con ninguna de las superficies relativamente frías. Además, por ejemplo, el diámetro de la zona de extinción cilíndrica puede ser mayor que el diámetro de la zona de reacción.

En una forma de realización preferida del procedimiento, la extinción de los gases de reacción también puede llevarse en varias etapas, especialmente en dos etapas. En este sentido, cada etapa de extinción comprende al menos dos boquillas de pulverización a distancias iguales a lo largo del contorno de la zona de extinción. En las distintas etapas de extinción pueden emplearse líquidos iguales de extinción. Sin embargo, en la extinción de dos etapas se emplean con especial preferencia distintos líquidos de extinción en ambas etapas, concretamente en la primera etapa se emplea un disolvente orgánico, especialmente monoclorobenceno u o-diclorobenceno, y en la segunda etapa una disolución del diisocianato formado en el disolvente orgánico que se usó en la primera etapa de extinción. En este sentido, la proporción en volumen del disolvente asciende preferiblemente a 40 a 90%.

A continuación se explica más detalladamente el procedimiento según la invención mediante formas de realización preferidas con referencia a las figuras
adjuntas. Muestran:

La figura 1 una sección transversal esquemática de una primera forma de realización preferida de la zona de extinción.

La figura 2 una sección transversal esquemática de una segunda forma de realización preferida de la zona de extinción.

La figura 1 muestra una zona de reacción cilíndrica 1 que es atravesada de arriba a abajo por la mezcla gaseosa a lo largo de la línea discontinua 9. Al abandonar la zona de reacción 1, la mezcla gaseosa también atraviesa una zona de extinción cilíndrica 5. En la zona de extinción 5 están dispuestas diametralmente dos cabezales de boquillas 3, cada una con dos boquillas individuales 4. El líquido de extinción se introduce por una conducción 2 al cabezal de boquillas 3. Las boquillas 4 o el cabezal de boquillas 3 están dispuestos de manera que la dirección de flujo del líquido de extinción (representada por la línea discontinua 8) y la de la corriente gaseosa 9 presenten una respecto a otra un ángulo de 0º a 50º, especialmente de 20º a 35º y con ello la mezcla gaseosa caliente no se pone en contacto con las boquillas más frías o el cabezal de boquillas. En la zona de extinción 5 se lleva a cabo el enfriamiento del gas de reacción mediante evaporación del líquido rociado. El líquido restante y el gas de reacción enfriado llegan al recipiente de recogida de líquidos 6 subyacente, que al mismo tiempo sirve como arqueta de bombeo y como aparato de separación para el gas y el líquido.

La forma de realización representada en la figura 2 de la zona de extinción corresponde en principio a la forma de realización representada en la figura 1. Por tanto, piezas iguales o similares poseen los mismos números de referencia que en la figura 1. La forma de realización mostrada en la figura 2 se diferencia de la de la figura 1 en que el diámetro de la zona 5 de extinción es mayor que el del reactor 1 tubular.

Ejemplo

Por un reactor tubular dispuesto verticalmente con un diámetro de 260 mm fluyen 6700 kg/h de una mezcla gaseosa caliente de isoforondiisocianato, cloruro de hidrógeno y fosgeno en exceso a 400ºC a una presión de 100 a 180 kPa con una velocidad de 18 m/s a una zona de extinción posteriormente conectada con un diámetro de 510 mm. El ensanchamiento del tubo del reactor respecto a la zona de extinción se realiza con un ángulo de 75º respecto a la vertical. En el ensanchamiento están colocadas cuatro boquillas individuales a distancias iguales a lo largo del contorno, que pulverizan 130\cdot10^{3} kg/h de una disolución de isoforondiisocianato en monoclorobenceno en una relación de volumen de 20:80 y a una temperatura de 120ºC. La dirección de flujo del líquido de extinción asciende a 35º en comparación con la dirección de flujo de la mezcla gaseosa. Los ángulos de abertura de las boquillas ascienden a 30º. En la zona de extinción tiene lugar el enfriamiento del gas de reacción. Los constituyentes condensables se disuelven en la disolución y se evapora la cantidad de monoclorobenceno necesaria para el enfriamiento. La mezcla líquido-gas se conduce a un separador. Después de un tiempo de contacto de 0,8 a 1,3 segundos, la temperatura de la disolución de isoforondiisocianato concentrada recogida en el separador asciende a 140ºC. El gas que sale del separador tiene una temperatura de 145ºC.

Claims (7)

1. Procedimiento para la extinción de una mezcla de reacción gaseosa en la fosgenación de diaminas en fase gaseosa para la preparación de diisocianatos, en el que la mezcla de reacción gaseosa comprende por lo menos un diisocianato, fosgeno y cloruro de hidrógeno, mediante inyección de un líquido de extinción en la mezcla gaseosa que fluye continuamente desde una zona de reacción cilíndrica (1) a la zona de extinción cilíndrica posteriormente conectada (5), caracterizado porque el líquido de extinción se inyecta con ayuda de al menos dos boquillas de pulverización (4), que están dispuestas a la entrada de la zona de extinción (5) a distancias iguales a lo largo del contorno de la zona de extinción (5) y presentan un ángulo de abertura de 30-60º.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las boquillas de pulverización, independientemente entre sí, están dispuestas de manera que la dirección de flujo del líquido de extinción presenta un ángulo de, respectivamente, 0º a 50º, especialmente de 20º a 35º, respecto a la dirección de flujo de la mezcla gaseosa.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque las boquillas de pulverización están compuestas por un cabezal de boquillas (3) con al menos dos boquillas individuales (4) respectivamente.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el líquido de extinción es un disolvente orgánico, especialmente monoclorobenceno u o-diclorobenceno, o una mezcla de distintos disolventes orgánicos o una disolución del diisocianato en un disolvente orgánico, especialmente monoclorobenceno u o-diclorobenceno.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque la temperatura del líquido de extinción asciende a 100 a 170ºC.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque la extinción se realiza en varias etapas, especialmente en dos etapas.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque en las distintas etapas de extinción se usan distintos líquidos de extinción.