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Procédé de séparation de l'acide acrylique d'avec les gaz de réaction provenant de l'oxydation catalytique du propylène et/ou de l'acroléine Description
La présente invention concerne un nouveau procédé de séparation de l'acide acrylique d'avec les gaz de réaction provenant de l'oxydation catalytique du propylène et/ou de l'acroléine, par absorption à contrecourant avec un liquide à point d'ébullition élevé, en évitant la présence d'une phase aqueuse, conformément auquel on refroidit les gaz de réaction après leur sortie de l'étape d'oxydation jusqu'à la température d'absorption souhaitée, on les conduit dans une colonne d'absorption en contre-courant avec le liquide à point d'ébullition élevé descendant,
on enlève les composants secondaires aisément volatils du liquide contenant l'acide acrylique sortant de la colonne d'absorption dans une colonne de désorption par épuration ou lavage, on traite le liquide sortant de la colonne de désorption afin d'en séparer de l'acide acrylique sensiblement pur, ainsi que des composants secondaires moins volatils, par distillation et extraction à l'eau éventuelle, et on renvoie le résidu le moins volatil présent, principalement constitué du liquide à point d'ébullition élevé, dans la colonne d'absorption pour y subir une nouvelle absorption.
En raison de sa double liaison extrêmement réactive ainsi que de sa fonction acide, l'acide acrylique constitue un monomère de grande valeur pour la fabrication de polymères, par exemple de dispersions aqueuses de polymères convenant comme colles.
L'acide acrylique est, entre autres, accessible par l'oxydation en phase gazeuse du propylène et/ou de l'acroléine avec de l'oxygène ou des gaz contenant de l'oxygène, en présence de catalyseurs (par exemple des
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oxydes des éléments molybdène, chrome, vanadium, tellure), à température élevée, comme aussi, en raison de la chaleur de réaction élevée, de préférence sous dilution des partenaires de la réaction avec des gaz inertes et/ou de la vapeur d'eau.
Conformément à ce procédé, on n'obtient cependant pas d'acide acrylique pur, mais bien plutôt un mélange de gaz qui contient, outre l'acide acrylique et, à titre de composants secondaires, essentiellement de l'acroléine non convertie et/ou du propylène, de la vapeur d'eau, des oxydes de carbone, de l'azote, de l'oxygène, de l'acide acétique, du formaldéhyde et de l'anhydride maléique, produits dont il faut ensuite séparer l'acide acrylique.
Par le brevet allemand DE-PS 2 136 396, il est connu de séparer l'acide acrylique des gaz de réaction provenant de l'oxydation catalytique du propylène et/ou de l'acroléine par absorption à contre-courant avec un mélange constitué de 75% en poids d'éther diphénylique et de 25% en poids de diphényle en évitant la présence d'une phase aqueuse.
En essence, on entreprend le procédé en conduisant les gaz de réaction refroidis jusqu'à la température d'absorption souhaitée après leur sortie de l'étape d'oxydation dans une colonne d'absorption en contre-courant avec le mélange descendant d'éther diphénylique et de diphényle, puis en enlevant sensiblement les composés secondaires aisément volatils du liquide sortant de la colonne d'absorption, essentiellement constitué d'acide acrylique, de l'agent d'absorption et de proportions qui ne sont plus que mineures de composants secondaires, par lavage et/ou épuration, en traitant ensuite par distillation et extraction éventuelle, le liquide sortant de la colonne de désorption en vue de la séparation d'acide acrylique sensiblement pur,
comme aussi de composants secondaires moins volatils et en renvoyant dans la colonne d'absorption en vue d'y subir
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une nouvelle absorption, le résidu présent le moins volatil, principalement constitué d'éther diphénylique/diphényle. L'avantage essentiel de ce procédé réside dans le fait que le refroidissement des gaz de réaction sortant de l'étape d'oxydation à une température de 200 à 3000C jusqu'à la température d'absorption, peut s'effectuer de manière avantageuse par contact direct avec l'agent d'absorption composé d'éther diphénylique et de diphényle.
L'inconvénient de ce procédé réside dans le fait que, malgré l'utilisation conjointe de stabilisateurs pour l'acide acrylique, se forment des polymères, pratiquement non évaporables, qui s'accumulent, communément avec d'autres impuretés pratiquement non évaporables, dans le mélange d'éther diphénylique et de diphényle et qui précipitent, au cours du recyclage de ce dernier, dans les diverses parties de l'installation, par exemple, dans la colonne d'absorption ou dans les échangeurs de chaleur ; au cours du temps, ceci entraîne, par exemple, des pertes de pression, ainsi qu'une diminution du transfert de chaleur, ce qui exige, au-delà de certaines valeurs limites déterminées, par exemple au plus tard lors du colmatage de la colonne d'absorption, une mise hors service et le nettoyage de l'installation.
Pour augmenter les durées de service de l'installation, on propose, selon le brevet allemand DE-PS 2 136 396, de débarrasser à chaque fois un courant partiel de l'agent d'absorption des impuretés pratiquement non évaporables, ce qui peut se réaliser, de manière simple, par l'élimination par distillation de l'agent d'absorption ou selon l'enseignement du brevet allemand DE-PS 2 449 780.
Les documents DE-AS 22 41 714 et DE-A 15 68 937 concernent un procédé semblable à celui du brevet DE-PS 2 136 396 de séparation de l'acide acrylique d'avec les gaz de réaction provenant de l'oxydation catalytique du propylène et/ou de l'acroléine, où l'on utilise le phtalate de
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o-diéthyle à titre d'agent d'absorption à point d'ébullition élevé et on recommande également l'évacuation d'impuretés à points d'ébullition les plus élevés au cours du recyclage du phtalate de o-diéthyle.
L'inconvénient de ce procédé, comparé au procédé mettant en oeuvre de l'éther diphénylique/diphényle du brevet DE-PS 2 136 396, réside dans le fait que, premièrement, le point d'ébullition supérieur du phtalate de o-diéthyle exige une dépense d'énergie plus élevée au cours de la séparation de l'acide acrylique par distillation et que, deuxièmement, un refroidissement des gaz de réaction sortant de l'étape d'oxydation en 200-3000C jusqu'à la température d'absorption par contact direct avec l'agent d'absorption provoque une scission thermique de ce dernier, ce qui entraîne, en règle générale, une transestérification à laquelle l'acide acrylique prend part et, par conséquent, une perte en produit intéressant.
Le but de la présente invention résidait, par conséquent, dans la mise à la disposition du fabricant d'un procédé de séparation de l'acide acrylique d'avec les gaz de réaction provenant de l'oxydation catalytique du propylène et/ou de l'acroléine par absorption à contre-courant avec un liquide à point d'ébullition élevé, sous recyclage de celui-ci, a) qui n'exigeât point de dépense d'énergie supérieure notable comparativement au procédé du brevet DE-PS 2 136 396 utilisant l'éther diphénylique/diphényle, b) conformément auquel on pût entreprendre un refroidissement des gaz de réaction sortant de l'étape d'oxydation à 200-3000C jusqu'à la température d'absorption par contact direct avec l'agent d'absorption, sans que se manifestât une perte notable en produit intéressant,
comparativement au procédé du brevet DE-PS 2 136 396 utilisant l'éther diphénylique/diphé-
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nyle, et c) qui permît des durées d'exploitation supérieures au cours du recyclage de l'agent d'absorption à point d'ébullition élevé déjà sans évacuation des impuretés pratiquement non évaporables.
Par conséquent, on a découvert un procédé de séparation de l'acide acrylique d'avec les gaz de réaction provenant de l'oxydation catalytique du propylène et/ou de l'acroléine, par absorption à contre-courant avec un liquide à point d'ébullition élevé, en évitant la présence d'une phase aqueuse, conformément auquel on refroidit les gaz de réaction jusqu'à la température d'absorption après leur sortie de l'étape d'oxydation, on les conduit dans une colonne d'absorption en contrecourant avec le liquide à point d'ébullition élevé descendant, on élimine les composants secondaires aisément volatils du liquide contenant l'acide acrylique et sortant de la colonne d'absorption dans une colonne de désorption par lavage ou épuration, on traite le liquide sortant de la colonne de désorption par distillation et extraction éventuelle à l'eau,
en vue de la séparation d'acide acrylique sensiblement pur ainsi que de composants secondaires moins volatils et on renvoie le résidu le moins volatil alors présent, qui se compose principalement du liquide à point d'ébullition élevé, à une nouvelle absorption dans la colonne d'absorption, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre, à titre de liquide à point d'ébullition élevé pour l'absorption à contrecourant, un mélange constitué de 70 à 75% en poids d'éther diphénylique et de 25 à 30% en poids de diphényle et, par rapport au mélange, 0,1 à 25% en poids de phtalate de o-diméthyle. De préférence, le mélange d'éther diphénylique et de diphényle présente la composition de 73,5% en poids/26,5% en poids et la teneur en phtalate de o-diméthyle de l'agent d'absorption fluctue de 15 à 20%
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en poids.
Pour éviter la présence d'une phase aqueuse au cours de l'absorption, il est nécessaire de choisir la pression et la température lors de la mise en oeuvre du procédé conforme à la présente invention en fonction de la teneur en eau des gaz de réaction, où des températures trop élevées sont défavorables dans la mesure où elles réduisent l'absorption de l'acide acrylique dans l'agent d'absorption.
En fonction de la teneur en eau des gaz de réaction provenant de l'oxydation catalytique, la température d'absorption la plus favorable se situe entre 30 et 800C à la pression normale. Le refroidissement des gaz de réaction jusqu'à la température d'absorption peut s'entreprendre par le refroidissement indirect dans des échangeurs de chaleur. Ce refroidissement s'effectue cependant, de préférence, dans un refroidisseur à gaz par contact direct avec l'agent d'absorption à point d'ébullition élevé, qui, avant l'entrée dans la colonne d'absorption, est de nouveau en grande partie séparé dans un séparateur et commodément renvoyé au refroidisseur à gaz.
On met le liquide à point d'ébullition élevé en oeuvre dans la colonne d'absorption en proportions telles que le produit qui sort de la colonne d'absorption contient environ 6 à 15% en poids d'acide acrylique. La teneur maximale à laquelle on peut parvenir dépend, entre autres, de la température d'absorption, des dimensions dans la colonne d'absorption et des rendements d'absorption souhaités. On peut employer une colonne à corps de remplissage, une colonne à garniture, une colonne à plateaux ventilés, ou une colonne à plateaux en cloches à titre de colonne d'absorption. Outre l'acide acrylique, le produit sortant de la colonne d'absorption contient normalement moins de 5% en poids d'eau, des traces d'acroléine et de formaldéhyde, ainsi que de faibles quantités d'acide acétique et d'anhydride maléique.
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L'eau résiduelle, les traces d'acroléine et de formaldéhyde, ainsi que l'acide acétique, sont séparés essentiellement dans une colonne de désorption montée en aval par épuration ou lavage, où l'on peut utiliser, par exemple de l'azote ou de l'air, à titre de gaz de lavage ou d'épuration conduit à contre-courant. La quantité de gaz de lavage ou d'épuration nécessaire à cette fin s'adapte principalement à la température de désorption, que l'on choisit avantageusement supérieure de 20 à 500C à la température d'absorption pour la même pression. Dans ce cas, la quantité de gaz d'épuration ou de lavage, qui est nécessaire pour obtenir un produit sortant de la colonne de désorption pratiquement dépourvu d'eau, atteint 5 à 25% en volume par rapport à la quantité de gaz de réaction.
La colonne de désorption peut être, par exemple tout comme la colonne d'absorption, une colonne à corps de remplissage, à garniture, à plateaux ventilés, ou à plateaux en cloches. Le traitement du produit sortant de la colonne de désorption s'adapte commodément au fait qu'il contient encore ou non des composants à faible point d'ébullition, comme l'acide acétique. Si l'on choisit les conditions de l'absorption et de la désorption en une manière telle que les produits à faible point d'ébullition, comme l'acide acétique, ont déjà été éliminés dans le cadre de ces mesures, on peut alors immédiatement séparer de l'acide acrylique sensiblement pur du produit qui quitte la colonne de désorption (la pureté atteint habituellement environ 99% en poids).
Lorsque le produit sortant de la colonne de désorption contient, par exemple, encore de faibles pourcentages d'acide acétique, il est avantageux de séparer ceux-ci par distillation du produit sortant de la colonne de désorption avant de récupérer l'acide acrylique. Après la séparation de l'acide acrylique, on sépare commodément partiellement ou totalement des composants secondaires
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plus difficilement volatils par rapport à l'acide acrylique, comme l'anhydride maléique, du produit qui quitte la colonne de désorption, avant son recyclage. Ceci peut s'effectuer, par exemple, par distillation, mais cependant aussi par extraction à l'eau.
Dans certaines circonstances, il est avantageux de soumettre le résidu constitué principalement de l'agent d'absorption à point d'ébullition élevé, avant son recyclage dans la colonne d'absorption, à un traitement thermique à des températures supérieures à 180 C, opération au cours de laquelle les acides acryliques oligomériques du type ester, qui y sont contenus à titre d'impuretés, se scindent et l'acide acrylique formé se sépare par distillation. Au cours de toutes les étapes opératoires, on ajoute, de manière en soi connue, des stabilisateurs pour l'acide acrylique, par exemple de la phénothiazine. De manière étonnante, le procédé conforme à la présente invention garantit un prolongement considérable de la durée de service.
On peut encore assurer un prolongement supérieur de la durée de service pour autant que, dans le cadre du recyclage de l'agent d'absorption à point d'ébullition élevé, on sépare les impuretés pratiquement non évaporables d'avec un courant partiel.
EXEMPLE B ET EXEMPLE COMPARATIF V a)
V : On a refroidi de 250 à 170 C, 2,1 m3 normaux/h d'un gaz de réaction qui contenait 4,1% en volume d'acide acrylique, 0,21% en volume d'acide acétique, 0,15% en volume de formaldéhyde, 0,05% en volume d'acroléine, 6,9% en volume de vapeur d'eau, 0,025% en volume d'anhydride maléique et, comme reste, des gaz essentiellement inertes, tels que N, C02, CO et propylène, dans un refroidisseur à gaz par injection d'un mélange de refroidissement constitué de 73,5% en poids d'éther diphény-
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lique et de 26,5% en poids de diphényle.
Ensuite, on a séparé dans un séparateur la fraction de l'agent de refroidissement demeurée liquide de la phase gazeuse constituée du gaz de réaction et d'agent de refroidissement évaporé et on l'a envoyée dans le refroidisseur à gaz sous forme de recyclage I. On a introduit la phase gazeuse présentant une température de 1700C en dessous du premier plateau dans une colonne à plateaux à cloches à 27 plateaux, d'un diamètre de 80 mm et on l'a exposée au contre-courant de 3 l/h de l'agent d'absorption également constitué de 73,5% en poids d'éther diphénylique et de 26,5% en poids de diphényle, introduit à la température de 450C en tête de la colonne.
On a chauffé le produit sortant de la colonne d'absorption indirectement à 1050C dans un échangeur de chaleur et on l'a introduit en tête d'une colonne de désorption constituée sous forme de colonne à plateaux à cloches en 20 plateaux. On a séparé en grande partie les composants à points d'ébullition moins élevés comparativement à l'acide acrylique, comme l'acroléine et l'acide acétique, par lavage à l'azote (400 l/h, contre-courant) d'avec la mélange acide acrylique/agent d'absorption. Le produit sortant de la colonne de désorption a été introduit dans la partie médiane d'une colonne de rectification comportant 35 plateaux à cloches. On a séparé l'acide acrylique sous vide par distillation en tête de la colonne de rectification, avec une pureté de 98, 5% en poids.
La fraction principale (environ 90% en poids) de la fraction de fond sortant de la colonne de rectification fut immédiatement envoyée en tête de la colonne d'absorption. La quantité résiduelle de fond sortant de la colonne de rectification (environ 10% en poids) fut envoyée au recyclage I susmentionné après séparation de l'anhydride maléique par distillation, de manière à compenser les pertes par évaporation prenant naissance au cours du refroidissement direct. En
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outre, on a séparé en continu, sous forme de résidu de distillation, les impuretés non volatiles de 2% en poids du recyclage I par simple distillation et on a renvoyé le distillat au recyclage I.
Au début, la perte de pression dans la colonne d'absorption fut de 176 mbars. Après une durée de service de 1815 heures, la perte de pression était de 383 mbars.
B : On a opéré comme en V, a), si ce n'est cependant qu'aussi bien pour le refroidissement préalable des gaz de réaction qu'également à titre de liquide d'absorption, on a utilisé un mélange composé de 57,4% en poids d'éther diphénylique, de 20,7% en poids de diphényle et de 20% en poids de phtalate de o-diméthyle. On a obtenu un acide acrylique contenant-0, 26% en poids d'acide acétique et 0,04% en poids d'eau.
Au début, la perte de pression dans la colonne d'absorption fut de 174 mbars. Cette valeur se maintenait encore après une durée de service de 7790 heures. b) On a opéré comme en a), si ce n'est cependant que l'on a conduit un courant partiel, constituant 1,5 l/h, du produit de fond immédiat de la colonne de rectification, avant son renvoi dans la colonne d'absorption, en vue de la séparation des impuretés pratiquement non évaporables, à travers une colonne d'un diamètre de 20 mm, qui contenait une garniture formée d'anneaux en acier inoxydable (3 x 3 mm) et, en fait, pendant la durée nécessaire jusqu'à ce que l'on ne pût plus maintenir le débit de 1,5 l/h, même sous une élévation supplémentaire de la pression.
Lors de l'emploi d'un mélange constitué de 73,5% d'éther diphénylique et de 26,5% en poids de diphényle à titre de liquide à haut point d'ébullition, on a atteint ce point après 62 h (V, b). Lors de l'utilisation de mélanges constitués de phtalate de o-diméthyle et du mélange de 73,5% en poids d'éther diphénylique et de 26,5% en poids de diphényle, on parvint aux
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durées de service ci-dessous (B, b) en fonction de la teneur en phtalate de o-diméthyle.
EMI11.1
<tb>
<tb>
% <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> o-diméthyle <SEP> Durée <SEP> de <SEP> service <SEP> (h)
<tb> 15,5 <SEP> 750
<tb> 12,4 <SEP> 498
<tb> 5,8 <SEP> 328
<tb> 0,11 <SEP> 204
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