ES2439799T3 - Métodos y dispositivos para la producción de soluciones acuosas de cianopiridinas - Google Patents

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Abstract

Un método para la producción de una cianopiridina, que comprende las etapas de (a) proporcionar una columna (2) que comprende una sección absorbedora (3) y una sección de arrastre (4),situándose la sección absorbedora por encima de la sección de arrastre, de tal manera que el líquido que pasa ala sección absorbedora (3) penetra en la sección de arrastre (4), (b) alimentar una fase gaseosa que comprende la cianopiridina a la columna (2), (c) poner en contacto la fase gaseosa con una solución acuosa en la sección absorbedora (3), de tal manera queal menos una porción de la cianopiridina se disuelva en la solución acuosa, (d) arrastrar la solución acuosa obtenida procedente de la sección absorbedora (3) en la etapa (c) con un gas dearrastre en la sección de arrastre (4), y (e) eluir una solución acuosa que comprende la cianopiridina desde la parte inferior de la columna (2).

Description

Métodos y dispositivos para la producción de soluciones acuosas de cianopiridinas
La invención se refiere a métodos y dispositivos para la producción de cianopiridinas a partir de alquilpiridinas.
Antecedente de la invención
Las cianopiridinas son importantes materiales de partida para la producción de intermedios farmacéuticos y otros compuestos. 3-metilpiridina (3-picolina) es un intermedio en la producción industrial de amida nicotínica y ácido nicotínico, que son vitaminas esenciales del complejo de la vitamina B (vitamina B3).
Se conocen en la técnica métodos para la producción de cianopiridinas a partir de metilpiridinas. Comúnmente, las cianopiridinas se oxidan con amoníaco y oxígeno en presencia de un catalizador. El procedimiento se denomina “amoniación oxidativa” o amoniolisis oxidativa”. Se conocen diversos catalizadores, que comprenden combinaciones específicas de componentes catalíticos, que se pueden revestir sobre materiales portadores.
El documento WO 03/022819 divulga métodos para la producción de nitrilos heteroaromáticos mediante amoniación oxidativa de las correspondientes piridinas sustituidas con alquilo. En el documento WO 95/32055 se divulgan también métodos y catalizadores para la amoniolisis oxidativa de las alquilpiridinas.
Después de la reacción de amoniación oxidativa, se obtiene una mezcla gaseosa, que comprende cianopiridina, amoníaco, metilpiridinas residuales, productos secundarios tales como piridina, dióxido de carbono, cianuro de hidrógeno, agua y gases de la corriente de reacción, tales como oxígeno y nitrógeno. Es por tanto necesario aislar la cianopiridina a partir de esta mezcla. Se conocen en la técnica diversos métodos para separar el producto del resto de componentes.
Se conocen en la técnica métodos para aislar la cianopiridina, en los que la cianopiridina se inactiva rápidamente y se extrae con un disolvente orgánico.
El documento 2.861.299 divulga un método para obtener cianopiridina a partir de un producto de reacción, en el que el producto de reacción se pasa a un condensador de serpentín, un receptor de hielo seco y un filtro de fibra de vidrio y se extrae en un colector utilizando un disolvente inerte tal como benceno. La extracción con benceno como agente de inactivación se divulga también en el documento US 3.929.811.
Sin embargo, no es conveniente el uso de agentes de inactivación orgánicos, debido a que los disolventes orgánicos tales como el benceno son relativamente caros, tóxicos e inflamables. Además, el uso de disolventes orgánicos en un procedimiento de inactivación industrial es problemático, debido a que la fase gaseosa está enriquecida en disolventes orgánicos y es explosiva incluso a temperatura ambiente. De esta manera, los productos de reacción han de enfriarse a temperaturas bajas antes y durante la inactivación. El gas residual comprende niveles elevados de disolvente orgánico y ha de tratarse. Los métodos de inactivación con disolventes orgánicos son por tanto complicados y requieren un gran número de etapas de procedimiento.
El documento US 2008/0039632 divulga un método para inactivar rápidamente un producto de reacción gaseoso que comprende cianopiridina con un fluido de inactivación rápida predominantemente no acuoso. El fluido de inactivación rápida comprende picolina, que es el compuesto de partida de la reacción de amoniación oxidativa y de esta manera se puede volver a transferir al reactor. Sin embargo, la picolina es explosiva cuando se mezcla con aire, y de esta manera el procedimiento requiere medidas de seguridad específicas tales como la reducción y el control de la temperatura y del contenido de oxígeno. Tras enfriar la picolina en la etapa de separación, ha de transferirse al reactor y volverse a calentar, y de esta manera, el procedimiento global requiere una gran cantidad de energía.
A fin de superar los problemas asociados con la inactivación rápida con disolventes orgánicos, han de desarrollarse métodos en la técnica en los que el uso de un disolvente orgánico no sea necesario.
El documento CN 101045706 A divulga un método en el que el producto gaseoso obtenido de la reacción de amoniación oxidativa se pone en contacto con una solución acuosa que circula en dos torres de absorción, a fin de obtener una solución acuosa de 3-cianopiridina. Debido a que la cianopiridina se hidroliza a ácido nicotínico a elevadas temperaturas y a una concentración alta, es necesario controlar la concentración de la 3-cianopiridina en las torres de absorción y en el producto por debajo de 10 % en peso. Además, es necesario controlar la temperatura de la solución acuosa en circulación, y de esta manera la temperatura en las dos torres absorbentes, por debajo de 50 ºC, preferentemente entre 15 y 30 ºC. Cuando se escogen dichas concentración y temperatura bajas, se recupera más del 95 % del producto. Sin embargo, la concentración del producto en la solución final es relativamente baja y sería deseable obtener el producto a una mayor concentración. Además, la pérdida de cianopiridina al 5 % mediante hidrólisis es todavía relativamente alta. El producto gaseoso, a partir del cual se separa la cianopiridina, no se reutiliza en el procedimiento. La picolina residual se pierde y el procedimiento requiere al menos dos torres de absorción.
Problema subyacente a la invención
El problema subyacente a la invención es proporcionar un método para la preparación de cianopiridinas, que supere las desventajas anteriormente mencionadas.
De forma específica, el problema subyacente a la invención es proporcionar un método mejorado para la preparación de cianopiridinas, en el que las cianopiridinas se separan de una mezcla gaseosa sin el uso de un disolvente orgánico para absorber la cianopiridina. La cianopiridina se obtendrá con un rendimiento elevado. La hidrólisis de la cianopiridina deberá mantenerse a un nivel bajo.
Otro problema subyacente a la invención es proporcionar un procedimiento para la preparación de cianopiridinas, en el que se obtiene cianopiridina con alta pureza. Específicamente, la cianopiridina se deberá obtener en solución acuosa a concentración elevada.
Otro problema subyacente a la invención es proporcionar un método para la preparación de cianopiridinas, que se puede llevar a cabo como un procedimiento cerrado y circular. De forma específica, la solución acuosa deberá mantenerse en el procedimiento. La mezcla gaseosa, que permanece tras la separación de las cianopiridinas, deberá mantenerse en el procedimiento, al menos en parte.
Otro problema subyacente a la invención es proporcionar un dispositivo relativamente sencillo para la preparación de cianopiridinas a partir de mezclas gaseosas. El dispositivo deberá comprender un número bajo de componentes. Deberá poderse utilizar de una manera sencilla y continuada durante un largo periodo de tiempo.
En su conjunto, el procedimiento y el dispositivo deberán permitir la purificación de cianopiridinas con un bajo nivel de productos residuales de una manera ambientalmente aceptable.
Divulgación de la invención
De forma sorprendente, el problema subyacente a la invención se resolvió mediante los métodos y dispositivos de acuerdo con las reivindicaciones. Las realizaciones inventivas adicionales se divulgan a lo largo de la descripción.
El sujeto de la invención es un método para la producción de una cianopiridina, que comprende las etapas de
(a)
proporcionar una columna que comprende una sección absorbedora y una sección de arrastre, situándose la sección absorbedora por encima de la sección de arrastre, de tal manera que el líquido que pasa a la sección absorbedora penetra en la sección de arrastre,
(b)
alimentar una fase gaseosa que comprende la cianopiridina a la columna,
(c)
poner en contacto la fase gaseosa con una solución acuosa en la sección absorbedora, de tal manera que al menos una porción de la cianopiridina se disuelva en la solución acuosa,
(d)
arrastrar la solución acuosa obtenida procedente de la sección absorbedora en la etapa (c) con un gas de arrastre en la sección de arrastre, y
(e)
eluir una solución acuosa que comprende la cianopiridina desde la parte inferior de la columna
La columna es preferentemente una columna industrial. Las columnas absorbedoras y las columnas de arrastre son componentes comunes de los dispositivos de procedimiento químico industrial y son conocidas en la técnica. En el método de la presente invención, se utiliza una columna que comprende una sección absorbedora y una sección de arrastre, Sin embargo, el procedimiento inventivo puede llevarse a cabo también a escala de laboratorio.
En el procedimiento inventivo, se introduce una solución acuosa en la parte superior de la columna o cerca de la parte superior de la columna, pasa a la sección absorbedora y a la sección de arrastre y se eluye en la parte inferior
o cerca de la parte inferior de la columna. Cuando pasa desde la parte superior a la parte inferior de la columna, la solución acuosa ha capturado la cianopiridina.
El gas de arrastre que se introduce por la parte inferior de la columna o cerca de la parte inferior de la columna pasa a la sección de arrastre y a la sección absorbedora y se deja escapar por la parte superior de la columna o cerca de la parte superior de la columna. En resumen, una corriente de gas y una corriente de líquido pueden moverse en la columna en direcciones opuestas entre sí.
De acuerdo con la invención, se define cualquier dispositivo como una columna, en la que la sección absorbedora se combina con una sección de arrastre tal como se ha reseñado anteriormente. En una realización, la columna es una única torre, que tiene una pared metálica externa uniforme. En otra realización, la sección absorbedora y la sección de arrastre están en el interior de columnas distintas, es decir, una columna absorbedora y una columna de arrastre, estando conectadas ambas columnas, disponiéndose la columna absorbedora en la parte superior de la columna de arrastre, de tal manera que ambas columnas forman conjuntamente la columna. De esta manera, el diseño y la geometría de la columna queda a la discreción de las personas expertas, siempre que se permita el flujo de gas y líquido necesarios y el control de la absorción y el arrastre de la cianopiridina.
La sección absorbedora es una sección absorbedora de líquido/gas típica tal como se conoce en la técnica. En la parte superior o por encima de la sección absorbedora existe una entrada para añadir agua, preferiblemente agua pura. La sección absorbedora comprende dispositivos para dejar pasar el flujo de solución acuosa o de goteo lento descendente. Se conocen en la técnica los diseños y dispositivos, que permiten un buen contacto entre el gas que fluye hacia arriba y el líquido que fluye hacia abajo en la sección absorbedora. Preferiblemente, la sección absorbedora comprende pisos o platos, que se conocen en la técnica como pisos o platos de campanas de borboteo. La columna puede comprender 2 a 40 o 5 a 20 pisos o platos. En general, cuantos más platos se proporcionen más cianopiridina se va a disolver. El contacto entre el gas y el líquido en la sección absorbedora se puede potenciar por otros medios, por ejemplo, los materiales de empaquetado pueden ser tanto un paquete de vertido como un paquete ordenado. Se prefieren los paquetes ordenados, debido a que son muy eficientes, especialmente cuando la relación de líquido/gas es baja.
En una realización preferida de la invención, la temperatura del líquido en la sección absorbedora está entre 40 y 90 ºC, preferentemente entre 50 y 80 ºC. la temperatura se puede conseguir sin enfriamiento activo en el interior de la columna, cuando esta es la temperatura de saturación de la corriente de gas.
En una realización preferida de la invención, la fase gaseosa se alimenta a la columna en la etapa (b) en una posición de la columna que está por debajo de la sección absorbedora y por encima de la sección de arrastre. De esta manera, la fase gaseosa puede fluir en forma de corriente de vapor hacia arriba por la sección absorbedora hasta una salida situada en o cerca de la parte superior de la columna. La fase gaseosa no penetra, o no penetra de forma significativa en la sección de arrastre.
En la sección de arrastre, los componentes se eliminan de la solución acuosa mediante una corriente de vapor. Se conocen en la técnica las columnas y los dispositivos para arrastre de líquidos. En una realización preferida, la sección de arrastre es una columna empaquetada o con pisos. La solución acuosa que comprende al menos una porción de la cianopiridina, que ha pasado la sección absorbedora, penetra en la sección de arrastre. Cuando pasa a la sección de arrastre y de goteo o fluye en forma de corriente hacia abajo, el líquido se pone en contacto con un gas de arrastre. El gas de arrastre se introduce en la parte inferior, o cerca de la parte inferior de la columna y por debajo
o cerca de la parte inferior de la sección de arrastre. La sección de arrastre comprende medios para aumentar el contacto de la fase líquida con la fase de vapor. En una realización preferida, la sección de arrastre es una torre con bandejas. En las bandejas, el líquido fluye hacia atrás y hacia adelante horizontalmente, mientras que las burbujas de vapor ascienden a través de orificios y los pisos. Por tanto, el área de contacto entre el líquido y la fase de vapor aumenta. En otra realización, o además, la sección de arrastre puede ser una columna empaquetada, preferentemente un paquete ordenado. La sección de arrastre utilizada de acuerdo con la invención no se limita a estas realizaciones específicas, y es aplicable cualquier diseño conocido en la técnica, en el cual una solución acuosa es arrastrada a partir de los componentes volátiles.
En la sección de arrastre, se eliminan los componentes de la solución acuosa de cianopiridina, que son más volátiles que el agua. Estos son componentes que tienen una presión parcial mayor en solución acuosa en comparación con su presión parcial en la fase gaseosa. De forma específica, el amoníaco se elimina en la sección de arrastre. Esto es ventajoso debido a que el amoníaco induce la hidrólisis de la cianopiridina. Adicionalmente, se eliminan los componentes gaseosos tales como N2, dióxido de carbono, cianuro de hidrógeno, oxígeno y los componentes aromáticos, tales como piridinas y metilpiridinas.
En una realización preferida de la invención, el gas de arrastre es vapor de agua. El arrastre de la solución acuosa con vapor de agua es ventajoso, debido a que no se introduce componente gaseoso adicional en el proceso y disuelto en la solución acuosa. El vapor de agua se puede condensar y se llega a ser parte de la solución acuosa. El vapor de agua se puede generar por medios conocidos. En una realización preferida de la invención, el vapor de agua se obtiene de una caldera.
En una realización de la presente invención, la temperatura en la sección de arrastre es entre 90 y 115 ºC, preferentemente entre 100 y 110 ºC dependiendo de la presión. Los componentes que tienen una presión parcial mayor en la fase líquida en comparación con su presión parcial en la fase gaseosa son arrastrados desde la solución acuosa. En una realización preferida, la presión en la columna se mantiene igual a o ligeramente por encima o ligeramente por debajo de la presión del aire. Por ejemplo, la presión puede estar entre 500 (50 kPa) y 2000 (200 kPa), o entre 700 (70 kPa) y 1700 (170 kPa), o entre 1000 (100 kPa) y 1300 (130 kPa) mbar.
La solución acuosa se recoge en la parte inferior de la columna. La solución acuosa comprende la cianopiridina. En una realización preferida de la invención, la solución acuosa se enfría a una temperatura por debajo de 50 ºC, preferentemente por debajo de 40 ºC durante y/o después de la elución (e) por un enfriador. El enfriamiento de la solución acuosa inhibe la hidrólisis de la cianopiridina.
Debido a que las cianopiridinas pueden experimentar hidrólisis a elevadas temperaturas, el tiempo total durante el cual las cianopiridinas se mantienen en la columna a una temperatura elevada deberá reducirse a un mínimo. Cuando la solución acuosa penetra en la parte inferior de la columna tras pasar la sección de arrastre, la solución deberá eluirse de la columna tan pronto como sea posible. Cuando se usa la columna con la sección absorbedora y de arrastre tal como se ha reseñado anteriormente, es posible extraer la cianopiridina del producto de reacción gaseoso en un tiempo relativamente corto. Por ejemplo, el lapso de tiempo promedio entre la alimentación del producto de reacción a la columna, y la elución de la cianopiridina se puede ajustar a menos de 1 hora. Aunque se apliquen temperaturas elevadas en la columna, la pérdida de cianopiridina debida a hidrólisis es baja, por ejemplo, de aproximadamente menos de un 2 % en peso. Preferentemente, el rendimiento total de la cianopiridina está por encima del 98 %, basándose en la cianopiridina total alimentada en la columna.
En una reacción preferida de la invención, la solución acuosa eluida en la etapa (e) comprende más de un 15 % en peso de cianopiridina, o preferentemente más de un 25 o más de un 30 % en peso. La solución acuosa eluida en la etapa (e) puede comprender 15 a 45 o 25 a 40 % en peso de cianopiridina. Posteriormente, la cianopiridina se puede separar del agua mediante métodos conocidos. En una realización preferida, la cianopiridina se extrae con un disolvente orgánico, por ejemplo, con tolueno.
En una realización preferida de la invención, la fase gaseosa que comprende la cianopiridina se produce en un reactor, en el que se lleva a cabo una amoniolisis oxidativa de una alquilpiridina. Esta reacción comprende una etapa de poner en contacto las alquilpiridinas con un catalizador en presencia de amoníaco y oxígeno. El método es, de esta manera, una amoniolisis oxidativa (amoniación oxidativa). Normalmente, el oxígeno se suministra al procedimiento por el aire. El producto gaseoso obtenido de una reacción de amoniación oxidativa comprende nitrógeno (como componente principal), dióxido de carbono, vapor de agua, amoníaco, oxígeno y el producto de la cianopiridina: Además, se encuentran presentes como productos secundarios alquilpiridina y piridina sin reaccionar y sus derivados. Son conocidos en la técnica los métodos para producir cianopiridinas a partir de alquilpiridinas mediante amoniolisis oxidativa en presencia de catalizadores. Dichos procedimientos se divulgan por ejemplo en los documentos WO 03/022819, WO 2005/016505, WO 2004/071657 o EP 0726092 A1. Los procedimientos para la producción de cianopiridinas a partir de alquilpiridinas divulgados en los anteriores se incorporan por referencia.
Tras la reacción de amoniación oxidativa, la fase gaseosa tiene una elevada temperatura, usualmente de aproximadamente 200 a aproximadamente 450 ºC. La fase gaseosa procedente del reactor se puede alimentar a la columna directamente o se puede preenfriar antes para alimentarla a la columna en la etapa (b). Por ejemplo, la fase gaseosa se puede enfriar a una temperatura entre aproximadamente 150 y 200 ºC. La energía ganada durante el preenfriamiento se puede reutilizar en el proceso completo.
En una realización preferida de la invención, en el reactor, la alquilpiridina se pone en contacto con un catalizador en la fase gaseosa. En una realización preferida de la invención, la alquilpiridina es 3-metilpiridinma y de esta manera la cianopiridina es 3-cianopiridina. En realizaciones adicionales de la invención, la alquilpiridina es 1-metilpiridina y la cianopiridina es 1-cianopiridina, o la alquilpiridina es 2-metilpiridina y la cianopiridina es 2-cianopiridina. Es también posible utilizar una mezcla de alquilpiridinas como componentes de partida. Además, se pueden utilizar alquilpiridinas que tengan dos o más restos alquilo, tales como lutidina.
En una realización preferida de la invención, la fase gaseosa, que atraviesa la sección absorbedora, se deja escapar por la parte superior de la columna y se transfiere a un condensador, en el que se obtiene un condensado acuoso. Además, se recogen los componentes orgánicos con un punto de vapor bajo. Preferentemente, si está presente, la cianopiridina residual se condensa en esta etapa. La temperatura del condensador se mantiene preferentemente a 20 – 50 ºC, más preferentemente 30 – 40 ºC.
En realizaciones específicas, el condensador es un intercambiador de calor enfriado mediante un medio de enfriamiento, o es una columna, en la cual el condensado se mantiene en circulación en la columna. El condensado se enfría durante la circulación.
En una realización preferida de la invención, el condensado acuoso se realimenta a la sección absorbedora de la columna. Cuando se realimenta el condensado acuoso a la columna, el proceso total se puede llevar a cabo sin descartar la solución acuosa.
En una realización preferida de la invención, al menos una porción de la fase gaseosa que pasó al condensador se introduce en el reactor. Cuando se realimenta la fase gaseosa al reactor, la cantidad total de gas residual puede reducirse significativamente. Sin embargo, debido a que durante la reacción se agota el oxígeno del gas de reacción, una porción de la fase gaseosa se deberá sustituir por aire fresco, adaptando de este modo el nivel de oxígeno al nivel necesario. Se ha encontrado que esto se puede conseguir sustituyendo aproximadamente el 20 por ciento de la fase gaseosa por aire fresco. En realizaciones preferidas, aproximadamente del 55 al 4= % en volumen o del 10 % al 30 % en volumen de la fase gaseosa procedente del condensador se sustituye por aire, antes de realimentarse en el reactor.
En una realización preferida de la invención, la presión en el proceso se ajusta mediante un compresor o un ventilador.
En una realización preferida de la invención, el proceso es un proceso cerrado, en el que la fase acuosa, que no se eluye a partir de la columna en la etapa (e), se mantiene a temperatura de reflujo, y/o en el que al menos una porción de la fase gaseosa, preferentemente más de un 50 % en volumen, se mantiene a temperatura de reflujo. De acuerdo con la invención, un “proceso cerrado” significa que esencialmente ni se retira ni se añade gas o líquido a no ser en las posiciones indicadas. En el proceso cerrado, se sustituye el agua que se eluye en la etapa (e). Se prefiere que se añada el agua por la parte superior de la columna en la sección absorbedora, pero el agua podría también añadirse en otras posiciones. De forma específica, no se descarta ningún líquido residual o solo una baja cantidad de líquido residual. Preferentemente, la solución acuosa circula y se obtiene un producto acuoso en la parte inferior de la columna. La presión del gas puede controlarse mediante válvulas.
El método de la invención es un método para la producción de una cianopiridina. Esto significa que se produce al menos una cianopiridina. El método es también un método para la producción de una solución acuosa de una cianopiridina, un método para el aislamiento de una cianopiridina y un método para la purificación de una cianopiridina.
Otro sujeto de la invención es un dispositivo para la producción de una solución acuosa de una cianopiridina que comprende una columna que comprende una sección absorbedora y una sección de arrastre, la sección absorbedora que se sitúa por encima de la sección de arrastre, de tal manera que el líquido que pasa a la sección absorbedora penetra en la sección de arrastre, medios para alimentar a la columna una fase gaseosa que comprende la cianopiridina, estando adaptada la sección absorbedora para poner en contacto la fase gaseosa con la solución acuosa, de tal manera que al menos una porción de la cianopiridina se disuelve en la solución acuosa, estando adaptada la sección de arrastre para arrastrar la solución acuosa procedente de la sección absorbedora con un gas de arrastre, y medios en la parte inferior de la columna para eluir la solución acuosa.
El dispositivo de la invención es aplicable y se adapta para llevar a cabo el método de la invención. De esta manera, las realizaciones específicas reseñadas anteriormente relacionadas con el método de la invención son aplicables en el dispositivo de la invención. Otro sujeto de la invención es el uso del dispositivo de la invención en un método de la invención.
En una realización preferida de la invención, la columna comprende además medios en la parte superior de la columna para transferir la fase gaseosa, que atraviesa la sección absorbedora, a un condensador, en el cual se obtiene un condensado acuoso.
En una realización preferida de la invención, el condensador comprende medios para alimentar el condensado acuoso procedente del condensador a la sección absorbedora de la columna y/o medios para transferir la fase acuosa, que pasa al condensador, al reactor.
En una realización preferida de la invención, el dispositivo comprende además una caldera para proporcionar vapor de agua a la sección de arrastre y/o un enfriador para enfriar la solución acuosa tras la elución (e). En una realización preferida de la invención, el dispositivo comprende además una cianopiridina. Cuando el dispositivo está en uso, comprende un producto de reacción gaseoso en la columna que comprende una cianopiridina y una solución acuosa en la columna que comprende cianopiridina.
El dispositivo comprende medios para transportar gases y líquidos, tales como tuberías, con entradas y salidas respectivas. Las tuberías, entradas y salidas pueden comprender medios de control para ajustar y controlar el flujo, tal como válvulas y bombas, el flujo de gas se puede ajustar mediante compresores y ventiladores.
El método y el dispositivo de la invención resuelven los problemas anteriormente mencionados, la invención proporciona un procedimiento y un dispositivo sencillos y eficaces para obtener soluciones acuosas de cianopiridina muy puras. No se requiere la inactivación rápida de la cianopiridina gaseosa con disolventes orgánicos. El método inventivo permite la purificación de la cianopiridina, a la vez que mantiene la hidrólisis de la cianopiridina a un nivel bajo, por ejemplo, por debajo del 2 % o por debajo del 1 %. Sin pretender quedar vinculado por teoría alguna, se cree que la disminución de la hidrólisis se consigue agotando la solución de amoníaco, que de otra forma aumentaría la hidrólisis en la etapa de arrastre, y manteniendo el tiempo de residencia de la cianopiridina en el proceso con un valor bajo, debido a que esta no circula. Por tanto, la hidrólisis puede prevenirse en gran medida, aunque la absorción y el arrastre en la columna se llevan a cabo a temperaturas relativamente elevadas. En contraste con el proceso del documento CN 101045706 en el que la solución acuosa que comprende la cianopiridina circula, no es necesario mantener la temperatura global y la concentración del producto en la solución acuosa bajas.
Debido a que la concentración de la solución acuosa de cianopiridina, que se obtiene finalmente procedente de la columna, es elevada, la separación de la cianopiridina de esta solución acuosa, por ejemplo, mediante medios de extracción, se puede llevar a cabo de una manera sencilla y con una baja entrada de energía. Se puede reducir la cantidad del disolvente de extracción.
Debido a que el líquido acuoso en el proceso y el dispositivo circula, la cantidad de agua residual producida en el proceso es baja. De forma similar, la cantidad de gas residual producido es baja, debido a que una gran porción del gas residual se realimenta en el reactor.
Incluso adicionalmente, el rendimiento de la cianopiridina a partir de alquilpiridinas es elevado, debido a que las alquilpiridinas y el amoníaco sin reaccionar se reintroducen en el reactor tras pasar por el condensador.
La Fig. 1 muestra un dispositivo inventivo preferido. Los componentes son solo ilustrativos, y se pueden omitir o sustituir por componentes alternativos comprendidos en el alcance de las reivindicaciones.
El dispositivo que se muestra en la Fig. 1 comprende un reactor (1), en el que se obtiene un producto gaseoso que comprende la cianopiridina y se dirige hasta una columna (2). El producto gaseoso se transfiere a una columna (2) a través de una conexión (10). De forma opcional, el producto gaseoso se enfría en un enfriador (26). El producto gaseoso se introduce en la columna (2) aproximadamente en la parte intermedia y entre la sección absorbedora superior (3) y la sección de arrastre inferior (4). En la parte inferior de la columna, puede existir una caldera (5), que introduce vapor caliente cerca de la parte inferior de la columna. En la parte inferior de la columna, existe una salida y una conexión (11) para eluir la solución acuosa que comprende la cianopiridina. La solución puede pasar a un enfriador (6) y se puede aislar para usarse adicionalmente a través de la conexión (14). En la parte superior de la columna (2), existe una salida y una conexión (15) para dejar pasar una fase gaseosa agotada de cianopiridina, que pasa a la sección absorbedora (3).
La fase gaseosa se pasa a un condensador (7) a través de la conexión (15). El condensador (7) se ajusta para condensar los componentes no volátiles, es decir, el agua y la cianopiridina. Los componentes volátiles se vuelven a transferir al reactor (1) por las conexiones (17) y (20). La fase gaseosa se recircula por medio de un compresor o ventilador (8). Una porción del gas residual se puede descartar a través de la conexión (18) y se puede sustituir por aire fresco a través de la conexión (19). Las conexiones (18) y (19) se pueden situar en cualquier parte del ciclo del gas. La fase acuosa procedente del condensador (7) se retransfiere a la parte superior de la columna (2) a través de la conexión (16). Si es necesario, una bomba respalda la conexión (16). El condensado acuoso se reintroduce en la parte superior, o cerca de la parte superior de la columna (2), de tal manera que la fase acuosa funciona como un líquido absorbedor en la sección absorbedora. La cantidad de agua, que se eluye junto con la solución de cianopiridina, se sustituye con agua fresca. Se puede añadir en cualquier parte del proceso, por ejemplo, a través de una conexión (21).
Ejemplo de trabajo:
El procedimiento inventivo se puede llevar a cabo en un dispositivo industrial con los componentes que se muestran en la figura 1. En el reactor, la cianopiridina se produjo a partir de metilpiridina en una reacción de amoniación oxidativa. Los componentes, temperaturas, flujo másico y presión en el dispositivo se ajustaron tal como se muestra en la tabla 1 para cada compartimento. El encabezado de la tabla denota el número de cada conexión tal como se muestra en la figura 1 y tal como se ha explicado en la descripción anterior correspondiente. Por ejemplo, la corriente Nº 14 es la corriente del producto final. Como resultado, se obtuvo una solución acuosa al 29,7 % (p/p) de cianopiridina, que comprende solo cantidades muy bajas de productos secundarios. El ejemplo muestra que el procedimiento y el dispositivo inventivos permiten la producción de una solución acuosa muy pura de cianopiridina.
Tabla 1: Corrientes de producto y condiciones de acuerdo con el ejemplo de trabajo.
Corriente Nº Flujo másico kg/h
1019.630 114.229 131.010 143.219 1522.506 166.095 1718.110 182.935 193.338 2018.513 211.699
Temperatura
°C 350 104 104 40 70 35 35 86 20 160 20
Presión
Bar(kPa) 1,14 (114) 1,15 (115) 1,15 (115) 1,15 (115) 1,11 (111) 1,10 (110) 1,00 (100) 1,70 (170)
Componentes: Caudales
kg/h 19.630 4.230 1.010 3.220 22.505 6.094 18.110 2.936 3.337 18.513 1.699
Oxígeno
kg/h 400 - - - 400 - 400 65 678 1,014
Amoníaco
kg/h 92 trazas trazas trazas 295 203 92 15 - 77
Agua
kg/h 1.170 3.192 940 2.252 4.41 5.492 617 100 107 625 1.699
Metilpiridina
kg/h 19 trazas trazas trazas 64 44 19 3 - 16
Cianopiridina
kg/h 968 1.024 70 954 62 55 2 trazas - 1
Nitrógeno
kg/h 15.750 - - - 15.750 - 15.750 2.553 2.552 15.750
Dióxido de carbono
kg/h 1.096 trazas trazas trazas 1.375 279 1.096 178 - 918
Cianuro de hidrógeno
kg/h 135 trazas trazas trazas 149 15 134 22 - 112
Piridina
kg/h trazas trazas trazas trazas trazas trazas trazas trazas - trazas
Ácido nicotínico
kg/h trazas 7 - 7 - 3 - - - -
Amida de ácido nicotínico
kg/h trazas 7 - 7 - 3 - - - -

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un método para la producción de una cianopiridina, que comprende las etapas de
    (a)
    proporcionar una columna (2) que comprende una sección absorbedora (3) y una sección de arrastre (4), situándose la sección absorbedora por encima de la sección de arrastre, de tal manera que el líquido que pasa a la sección absorbedora (3) penetra en la sección de arrastre (4),
    (b)
    alimentar una fase gaseosa que comprende la cianopiridina a la columna (2),
    (c)
    poner en contacto la fase gaseosa con una solución acuosa en la sección absorbedora (3), de tal manera que al menos una porción de la cianopiridina se disuelva en la solución acuosa,
    (d)
    arrastrar la solución acuosa obtenida procedente de la sección absorbedora (3) en la etapa (c) con un gas de arrastre en la sección de arrastre (4), y
    (e)
    eluir una solución acuosa que comprende la cianopiridina desde la parte inferior de la columna (2).
  2. 2.
    El método de la reivindicación 1, donde la temperatura en la sección absorbedora (3) está entre 40 y 90 ºC.
  3. 3.
    El método de al menos una de las reivindicaciones anteriores, donde el gas de arrastre es vapor de agua
  4. 4.
    El método de al menos una de las reivindicaciones anteriores, donde la temperatura en la sección de arrastre (4) está entre 90 y 115 ºC.
  5. 5.
    El método de al menos una de las reivindicaciones anteriores, donde la solución acuosa se enfría a una temperatura por debajo de 50 ºC durante y/o después de la elución (e) por un enfriador (6).
  6. 6.
    El método de al menos una de las reivindicaciones anteriores, donde la fase gaseosa que comprende la cianopiridina se produce en un reactor (1) en el cual se lleva a cabo una amoniolisis oxidativa de una alquilpiridina.
  7. 7.
    El método de la reivindicación 6, donde la alquilpiridina es 3-metilpiridina y la cianopiridina es 3-cianopiridina.
  8. 8.
    El método de al menos una de las reivindicaciones anteriores, donde la fase gaseosa, que atraviesa la sección absorbedora (3), se deja pasar a la parte superior de la columna (2) y se transfiere a un condensador (7), en el cual se obtiene un condensado acuoso.
  9. 9.
    El método de la reivindicación 8, donde el condensado acuoso se alimenta a la sección absorbedora de la columna (2) y/o donde al menos una porción de la fase gaseosa que pasa al condensador (7), se alimenta al reactor (1).
  10. 10.
    El método de al menos una de las reivindicaciones anteriores, donde el proceso es un proceso cerrado, en el cual la fase acuosa, que no se eluye de la columna (2) en la etapa (e), se lleva a reflujo, y/o en la que al menos una porción de la fase acuosa, preferentemente más de un 50 % en volumen, se lleva a reflujo.
  11. 11.
    Un dispositivo para la producción de una cianopiridina que comprende una columna (2) que comprende una sección absorbedora (3) y una sección de arrastre (4), situándose la sección absorbedora (3) por encima de la sección de arrastre (4), de tal manera que el líquido que pasa a la sección absorbedora (3) penetra en la sección de arrastre (4), medios (10) para alimentar una fase gaseosa que comprende la cianopiridina en la columna (2), estando adaptada la sección absorbedora para poner en contacto la fase gaseosa con una solución acuosa, de tal manera que al menos una porción de la cianopiridina se disuelve en la solución acuosa, estando adaptada la sección de arrastre (4) para arrastrar la solución acuosa obtenida procedente de la sección absorbedora (3) con un gas de arrastre, y medios (11) en la parte inferior de la columna (2) para eluir una solución acuosa que comprende la cianopiridina.
  12. 12.
    El dispositivo de la reivindicación 11, donde la columna (2) comprende además una salida en la parte superior y medios (15) en la parte superior de la columna (2) para transferir la fase gaseosa, que pasa de la sección absorbedora (3), a un condensador (7), en el cual se obtiene un condensado acuoso.
  13. 13.
    El dispositivo de la reivindicación 11 o 12, donde el condensador (7) comprende medios (16) para alimentar el condensado acuoso procedente del condensador (7) a la sección absorbedora (3) de la columna (2) y/o medios (17, 20) para transferir la fase gaseosa, que pasa por el condensador (7), hasta el reactor (1).
  14. 14.
    El dispositivo de al menos una de las reivindicaciones 11 a 13, que comprende además una caldera para proporcionar vapor de agua a la sección de arrastre (4) y/o un enfriador (6) para enfriar la solución acuosa después de la elución (e).
  15. 15.
    El dispositivo de al menos una de las reivindicaciones 11 a 14, que comprende una cianopiridina.
    Figura 1
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