Introdução ao Processo de Fosgenação de Aminas - Princípios Básicos

A reação entre amina e fosgênio (cloreto de carbonila) para sintetizar isocianato é o método mais importante para a produção de isocianatos. Atualmente, as fábricas de isocianato em grande escala geralmente utilizam o processo de produção de fosgenação.

Geração de Fosgênio

O monóxido de carbono e o cloro gasoso são purificados e secos antes de serem misturados em uma proporção molar de CO = 1,1:1 e introduzidos em um reator tubular. Usando carvão ativado como catalisador a uma temperatura de cerca de 100°C, a taxa de conversão pode chegar a 98% a 100%. O calor da reação é removido pela circulação de água quente ou óleo.

Inicialmente, um método de fosgenação em alta temperatura e em uma etapa foi usado para preparar isocianatos. Devido a inúmeras reações colaterais e baixos rendimentos, este processo foi eliminado. Posteriormente, foi desenvolvido um processo de fosgenação em duas etapas: fosgenação a frio seguida de fosgenação a quente.

Fosgenação a frio

A fosgenação a frio ocorre na faixa estável de 0~70°C, envolvendo principalmente as seguintes reações:

R-NH2 +COCl2 → R-NHCOCl + HCl

R-NH2 + HCl → R-NH2·HCl (as 2 acima são as principais reações)

R-NH2 + R-NHCOCl → R-NH2·HCl + R-NCO

R-NH2 + R-NCO → R-NHCONH-R

Fosgenação a Quente

A fosgenação a quente envolve a reação adicional do líquido de reação de fosgenação a frio com fosgênio na faixa estável de 80-200°C. As principais reações que ocorrem durante este processo são as seguintes:

R-NHCOCl → R-NCO + HCl

R-NH2·HCl + COCl2 → R-NCO + 3HCl (As 2 acima são as principais reações)

R-NH2·HCl + R-NCO → R-NHCONH-R + HCl

R-NHCONH-R + COCl2 → 2R-NCO + 2HCl + substâncias semelhantes a alcatrão

A partir do processo de reação de fosgenação, é evidente que os compostos de ureia formados a partir de reações secundárias consomem ainda mais fosgênio, produzindo resíduos semelhantes a alcatrão e reduzindo o rendimento de isocianatos. Portanto, para reduzir a formação de compostos de ureia durante a fosgenação a frio e aumentar o rendimento de produtos de isocianato, os compostos de amina são geralmente primeiro feitos reagir com ácido clorídrico ou dióxido de carbono para formar cloridrato de amina ou sais de carbonato, especialmente para compostos alifáticos.

Métodos de produção industrial para isocianatos aromáticos

Apesar das diferenças nos níveis de equipamentos adotados pelas diversas empresas, os métodos de produção industrial de isocianatos aromáticos geralmente seguem estas etapas:

Os compostos de amina são dissolvidos em solventes aromáticos inertes, como anilina, o-diclorobenzeno ou tolueno, e o fosgênio também é preparado na mesma solução solvente (ou na forma gasosa). Ambos reagem em um reator de fosgenação a frio a temperaturas abaixo 70°C.

A pasta do reator de fosgenação a frio é transportada para reatores de fosgenação a quente conectados em série 1-3. A temperatura em cada reator é aumentada gradualmente, geralmente controlada dentro da faixa de 100°C.200°C (o limite superior de temperatura é determinado principalmente pelo ponto de ebulição do solvente selecionado), e fosgênio adicional é fornecido por várias horas.

A mistura de reação do último reator de fosgenação quente é soprada com gás inerte, tal como nitrogênio ou metano, durante várias horas para remover o subproduto HCl e qualquer fosgênio residual que não reagiu. O solvente, os produtos de isocianato e os resíduos são então destilados. O rendimento dos isocianatos está geralmente entre 85% e 95%.

Processos de Produção de Fosgenação

Existem cinco processos principais de produção de fosgenação:

1  Processo de produção de reator em lote

2  Processo contínuo de produção de reatores

3  Processo de produção em uma etapa em alta temperatura

4  Processo de produção pressurizado

5  Processo de produção contínua de torre