Introducción al proceso de fosgenación de aminas: principios básicos

La reacción entre amina y fosgeno (cloruro de carbonilo) para sintetizar isocianato es el método más importante para producir isocianatos. Actualmente, las plantas de isocianato a gran escala utilizan generalmente el proceso de producción de fosgenación.

Generación de fosgeno

El monóxido de carbono y el cloro gaseoso se purifican y se secan antes de mezclarlos en una relación molar de CO = 1,1:1 e introducirlos en un reactor tubular. Usando carbón activado como catalizador a una temperatura de aproximadamente 100°C, la tasa de conversión puede alcanzar entre el 98% y el 100%. El calor de la reacción se elimina haciendo circular agua caliente o aceite.

Inicialmente se utilizó un método de fosgenación a alta temperatura en un solo paso para preparar isocianatos. Debido a numerosas reacciones secundarias y bajos rendimientos, este proceso fue eliminado. Más tarde se desarrolló en un proceso de fosgenación de dos pasos: fosgenación en frío seguida de fosgenación en caliente.

Fosgenación en frío

La fosgenación en frío tiene lugar en el rango estable de 0~70°C, que involucra principalmente las siguientes reacciones:

R-NH2 +COCl2 → R-NHCOCl + HCl

R-NH2 + HCl → R-NH2·HCl (Las 2 anteriores son las reacciones principales)

R-NH2 + R-NHCOCl → R-NH2·HCl + R-NCO

R-NH2 + R-NCO → R-NHCONH-R

Fosgenación en caliente

La fosgenación en caliente implica hacer reaccionar adicionalmente el líquido de reacción de fosgenación frío con fosgeno en el rango estable de 80-200°C. Las reacciones principales que ocurren durante este proceso son las siguientes:

R-NHCOCl → R-NCO + HCl

R-NH2·HCl + COCl2 → R-NCO + 3HCl (Las 2 anteriores son las reacciones principales)

R-NH2·HCl + R-NCO → R-NHCONH-R + HCl

R-NHCONH-R + COCl2 → 2R-NCO + 2HCl + sustancias similares al alquitrán

Del proceso de reacción de fosgenación, es evidente que los compuestos de urea formados a partir de reacciones secundarias consumen aún más fosgeno, produciendo desechos similares al alquitrán y reduciendo el rendimiento de isocianatos. Por lo tanto, para reducir la formación de compuestos de urea durante la fosgenación en frío y aumentar el rendimiento de productos de isocianato, generalmente primero se hacen reaccionar compuestos de amina con ácido clorhídrico o dióxido de carbono para formar clorhidrato de amina o sales de carbonato, especialmente para compuestos alifáticos.

Métodos de producción industrial de isocianatos aromáticos

A pesar de las diferencias en los niveles de equipamiento adoptados por varias empresas, los métodos de producción industrial de isocianatos aromáticos generalmente siguen estos pasos.:

Los compuestos de amina se disuelven en disolventes aromáticos inertes como anilina, o-diclorobenceno o tolueno, y también se prepara fosgeno en la misma solución de disolvente (o en forma gaseosa). Ambos se hacen reaccionar en un reactor de fosgenación frío a temperaturas inferiores 70°C.

La suspensión del reactor de fosgenación frío se transporta a 1-3 reactores de fosgenación caliente conectados en serie. La temperatura en cada reactor se aumenta gradualmente, generalmente controlada dentro del rango de 100°C.200°C (el límite superior de temperatura está determinado principalmente por el punto de ebullición del disolvente seleccionado) y se suministra fosgeno adicional durante varias horas.

La mezcla de reacción del último reactor de fosgenación caliente se sopla con gas inerte tal como nitrógeno o metano durante varias horas para eliminar el subproducto HCl y cualquier fosgeno residual sin reaccionar. A continuación se destilan el disolvente, los productos de isocianato y los residuos. El rendimiento en isocianatos se sitúa generalmente entre el 85 % y el 95 %.

Procesos de producción de fosgenación

Hay cinco procesos principales de producción de fosgenación.:

1  Proceso de producción del reactor discontinuo.

2  Proceso de producción de reactores continuos.

3  Proceso de producción de un solo paso a alta temperatura

4  Proceso de producción presurizado

5  Proceso de producción continua de la torre.