BE550710A

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Publication number: BE550710A
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Description

La présente invention a pour objet la fabrication d'acide acrylique par décarboxylation catalytique de l'acide maléique.

Il est connu que des acides dicarboxyliques peuvent être décarboxylés à des températures comprises entre 300 et 450 C en faisant passer leurs vapeurs sur des catalyseurs. Parmi ceux- ci on peut citer des zéolithes artificiels ainsi que des oxydes, carbonates ou silicates de divers métaux. D'une manière générale, ces catalyseurs conviennent particulièrement pour la décarboxyla- tion de l'anhydride phtalique en acide benzoïque.

Ainsi, un catalyseur à hase d'oxydes de zinc et d'alu- minium et de silicate de soude permet d'obtenir l'acide benzoïque à partir de l'acide phtalique avec des rendements supérieurs à 90%. Ce même catalyseur ne fournit que 30% d'acide acrylique à partir d'acide maléique.

Ce sont les zéolithes artificiels contenant du cuivre qui conviennent le mieux pour la décarboxylation de l'acide ma- léique. L'expérience a montré que de tels catalyseurs perdent rapidement leur activité au cours de la réaction. Il est égale- ment connu que cette activité est accrue lorsque la décarboxyla- tion est effectuée en atmosphère réductrice.

La présente invention a pour objet la décarboxylation de l'acide maléique en acide acrylique à l'aide d'un catalyseur fournissant de meilleurs rendements que ceux obtenus jusqu'ici par.-décarboxylation catalytique et ne perdant pas son activité au cours de la catalyse dans des conditions opératoires déter- minées. Le catalyseur est composé de silice, d'oxyde de cuivre et d'un composé de b&ryum dans un rapport déterminé. La quantité d'oxyde de cuivre est située entre 5 et 30% en poids de la silice utilisée, de préférence 10%. La quantité de baryum est comprise entre 1 et 50%, de préférence 10%, par rapport au poids du cuivre se trouvant sous forme d'oxyde.

La silice utilisée est de préférence de la silice col- loïdale exempte de fer. On peut également utiliser de la silice sous forme de pierre ponce ou autres supports ; cependant l'acti- vité du catalyseur ainsi préparé diminue au cours de la décar- boxylation.

L'oxyde de cuivre est fraîchement précipité à partir d'une solution aqueuse d'un sel de cuivre; en effet, un oxyde de cuivre préalablement séché, ou un oxyde de cuivre du commerce ne conviennent pas.

Le baryum est ajoute sous forme d'un sel insoluble dans l'eau : prend notamment le naphténate ou le carbonate de baryum. L'expérience a montré que les catalyseurs préparés à par- tir de sels ionisés de baryum perdent rapidement leur activité.

Il est à remarquer que l'ordre d'introduction des divers substituants du catalyseur n'exerce pas d'influence sur les ren- dements.

Pour préparer le catalyseur selon la présente invention on peut mélanger l'oxyde de cuivre avec du silicate de soude avant d'y ajouter le silice et le composé de baryum.

Contrairement aux catalyseurs de décarboxylation de l'acide maléique connus jusqu'ici, avec lesquels la décarboxyla- tion s'effectue en atmosphère inerte ou même réductrice, on a trouvé que le catalyseur de la présente invention nécessitait une atmosphère oxydante pendant la décarboxylation. Celle-ci a donc lieu dans une atmosphère contenant 0,5 à 8% d'oxygène. Un excès de vapeur d'eau par rapport à l'acide maléique de départ est également indispensable. Le rapport des poids d'eau et d'acide maléique est de préférence voisin de 2.

La température de.décarboxylation se situe entre 200 et 300 C, elle est nettement inférieure aux températures habitu- elles pour la même réaction. On obtient les meilleurs résultats en opérant entre 240 et 260 C. Quant à la vitesse spatiale, elle varie dans des limites assez étendues, c'est-à-dire entre 200 et 500, elle est généralement comprise entre 350 et 400.

L'acide acrylique recueilli se présente sous,forme d'une solution aqueuse, limpide, jaune, contenant environ 40% d'acide acrylique brut ainsi que de l'acide maléique non transformé. La séparation et la purification.s'effectuent d'après des procédés connus. L'acide acrylique glacial finalement obtenu représente environ 80% de l'acide contenu dans la solution recueillie pen- dant la décarboxylation catalytique. On recommande d'ajouter des inhibiteurs de polymérisation;pour améliorer le rendement. Il va sans. dire que les procédés d'épuration de l'acide brut ne font pas partie de l'invention.

Dans tous les exemples on utilise une solution d'acide maléique obtenue à partir de 2500 g d'anhydride maléique et de 5 litres deau. Des essais qui ne sont pas repris dans les exem- ples ont montré que l'on obtenait sensiblement les mêmes résul- tats quand le rapport eau:acide maléique reste compris entre 1,5 et 3.

Exemple 1.

Pour la préparation du catalyseur, six opérations sont nécessaires : a) 200 parties en poids de silice colloïdale exempte de fer ("Aerosil" DEGUSSA) sont mises en suspension dans 2000 par- ties d'eau distillée. b) 62,8 parties en poids de sulfate de cuivre (CuS04.5H20) correspondant à 20 parties d'oxyde de cuivre, sont dissou- tes à chaud dans 6000 parties d'eau distillée. On y ajoute à l'ébullition une solution de soude caustique à 10% jusqu'au pH = 8. On fait bouillir pendant 10 minutes. On décante et ' filtre l'oxyde de cuivre sur buchner.

Le précipité peut être lavé mais les rendements de la catalyse sont les mêmes sans lavage. c) On prépare une solution de naphténate de baryum d'après les indications suivantes : parties d'acide naphténique brut sont neutralisées par une solution aqueuse à 10% d'environ
1,6 parties de soude caustique. Le pH est ajusté à 8. La solution aqueuse de naphténate de sodium est ajoutée à une solution aqueuse bouillante de 6,2 parties en poids de chlo- rure dé baryum (BaCl2.2H2O), quantité correspondant à 10% de baryum par rapport au cuivre utilisé sous b. La fin de la précipitation du naphténate de baryum est marquée par l'ap- parition d'une mousse persistante.

On décante, lave deux fois à l'eau et dissout le précipité visqueux dans du benzène chaud. d) On ajoute en remuant constamment le solution benzénique de naphténate de baryum à la pâte d'oxyde de cuivre obtenue sous b et mélange intimement les deux phases jusqu'à obtenir une pâte homogène. e) La suspension de silice colloïdale obtenue sous a est ajoutée lentement et mélangée intimement à la pâte obtenue sous d.

f) Le mélange pâteux est séché pendant 12 heures à 180 C. On obtient un solide brun foncé que l'on broie et tamise de façon à recueillir des grains d'un diamètre d'environ 5 mm.

Sur le catalyseur ainsi préparé, on fait passer à une vitesse spatiale de 365 un mélange de vateur provenant de la solution d'acide maléique et de 1,@@ d'oxygène et préchauffé à 240 C environ. La décarboxylation a lieu à 240-250 C.

On recueille une solution aqueuse contenant l'acide acrylique résultant de la décarboxylation et l'acide maléique qui n'a pas réagi. Pour séparer ces acides on soumet la solu- tion à un chauffage avec entraînement à la vapeur d'eau. Une partie aliquote de distillat est titrée. On obtient ainsi le rendement de conversion qui se chiffre à 62%. En tenant compte de l'acide maléique récupéré, on obtient un rendement effectif de 78,3%. Ce rendement se maintient sensiblement pendant les cent heures qu'a duré l'essai.

Afin d'obtenir l'acide acrylique glacial, on évapore la solution d'acide acrylique brut additionnée d'un excès de benzène et d'un inhibiteur de polymérisation (hydroquinone ou sulfate de cuivre par exemple). Une partie de l'acide acrylique (10% environ) est entraînée avec les vapeurs et peut être récu- pérée. Lorsque la totalité de l'eau est distillée on laisse re- froidir. L'acide maléique, cristallisant presque quantitative- ment dans le benzène, peut être séparé par filtration. Le ben- zène, puis l'acide acrylique sont distillés sous vide. L'acide -acrylique glacial est recueilli avec un rendement de 80% cal- culé sur l'acide acrylique présent dans la solution aqueuse de départ. Enfin, on retrouve 10% de l'acide acrylique sous forme, polymérisée comme résidu de distillation.

Exemple 2.

Le catalyseur de l'exemple 1 est utilisé dans les con- ditions de l'exemple 1, à l'exception de la vitesse spatiale qui est réduite à 280.

La conversion est de 62,5% et le rendement effectif de
68,7%.

Exemple 3.

La préparation du oatalyseur décrite dans l'exemple 1 est modifiée dans ce sens que l'on ajoute à l'oxyde de cuivre préparé sous b 27,2 parties en poids de silicate de soude tech- nique à 40 Bé. En mélangeant intimement on obtient une pâte qui est ensuite mélangée à la solution benzénique de naphténate comme indiqué sous d. La suite de la préparation du catalyseur reste inchangée.

Dans les mêmes conditions que celles décrites dans l'exemple 1, une solution aqueuse d'acide maléique est trans- formée en. solution aqueuse d'acides acrylique et maléique. La conversion est de 56% et le rendement effectif de 70,5%.

Exemple 4.

La préparation du catalyseur de l'exemple 4 est modi- fiée dans ce sens que l'on n'ajoute pas de naphténate de baryum à l'oxyde de cuivre. Le catalyseur est donc composé d'un mé- lange de silicate de soude, d'oxyde de cuivre et de silice.

Dans les mêmes conditions que celles décrites dans l'exemple 1, la conversion est de 74,2% et le rendement effec- tif de 82,2%. Cependant, l'activité du catalyseur décroît rapi- dement: après 5 heures de réaction, le rendement de conversion n'atteint plus que 30%. Une régénération du catalyseur est pos- sible en chauffant celui-ci à 280 C dans un courant d'oxygène.

Le catalyseur ainsi régénéré ne possède plus qu'une activité passagère.

Exemple 5.

Si l'on remplace le naphténate de baryum dans le cata- lyseur dont la préparation est décrite dans l'exemple 1, par du nitrate de baryum à raison des mêmes quantités en poids de

baryum, on obtient un catalyseur qui, dans les mêmes conditions opératoires que celles décrites dans l'exemple 1, fournit une conversion de 27,6% et un rendement effectif de 75%. Cependant ce catalyseur perd son activité après dix heures de réaction.

Exemple 6.

La préparation du catalyseur décrite dans l'exemple 1 est modifiée dans ce sens que la silice colloïdale "Aerosil"
DEGUSSA est remplacée par de la silice colloïdale "Santocel" contenant des traces de fer.

Dans les mêmes conditions que celles décrites dans l'exemple 1, une solution aqueuse d'acide maléique est trans- formée en solution aqueuse d'acide acrylique. La conversion . est de 38,7% et le rendement effectif de 63,5%. Cependant, le catalyseur est rapidement épuisé.

Exemple 7.

On prépare de l'oxyde de cuivre à partir de 62,8 par- .ties en poids de sulfate de cuivre (CuS04.5H20) d'après les indications du paragraphe b de l'exemple 1.

On y mélange intimement 27,2 parties en poids de sili- cate de soude technique à 40 Bé. La pâte ainsi obtenue est mé- langée selon d au naphténate de baryum préparé selon c. Le mé- lange est ensuite réparti sur 1000 parties en volume de pierre ponce.

Dans les conditions opératoires de l'exemple 1, ce ca- talyseur fournit une conversion de 64% et un rendement de 76,8% mais la durée de son activité est limitée.

Exemple 8.

Un catalyseur à base d'oxyde de cuivre et de carbonate de baryum a été préparé comme suit: a) 200 parties en poids de silice colloïdale exempte de fer ("Aerosil" DEGUSSA) sont mises en suspension dans 2000 par- ties d'eau distillée.

h) 61 parties en poids de nitrate de cuivre (Cu(NO3)23H2OO) correspondant à 20 parties d'oxyde de cuivre, sont dissoutes à chaud dans 6000 parties d'eau distillée. On y ajoute, à l'ébullition, une solution de soude caustique à 10% jusqu'au pH 8. On ajoute, sous agitation à cette suspension une solu- tion aqueuse concentrée de 7,8 g de nitrate de baryum, puis une solution de 3,2 g de carbonate de sodium afin de préci- piter le baryum sous forme de carbonate.

On fait bouillir pendant 10 minutes et essore le précipité composé d'oxyde de cuivre et de carbonate de baryum. c) La suspension de silice colloïdale obtenue sous a est ajoutée lentement puis mélangée intimement à la pâte obtenue sous b. d) Le mélange pâteux est séché pendant 12 heures.à 180 C. On obtient un solide noirâtre que l'on broie et tamise de fa- çon à recueillir des grains d'un diamètre d'environ 5 mm.

Dans les conditions de l'exemple 1, on fait réagir une solution aqueuse d'acide maléique et obtient l'acide acrylique avec une conversion de 69% et un rendement effectif de 72%. Ce rendement se maintient pendant plus de 30 heures.

Claims

R é s u m é 1 Procédé de préparation d'acide acrylique à partir d'acide ma- léique caractérisé en ce que l'on fait passer à une tempéra- ture comprise entre 200 et 300 C un mélange de vapeur d'eau et de vapeur d'acide maléique sur une masse de contact à base de silice, d'oxyde de cuivre et d'un composé de baryum.

2 Procédé de préparation d'acide acrylique selon 1 , caractérisé en ce que l'on opère en atmosphère d'oxygène.

3 Procédé de préparation d'acide acrylique selon 1 et 2 , ca- ractérisé en ce que la massé de contact est préparée à partir de silice colloïdale exempte de fer, d'oxyde de cuivre fraî- chement précipité et d'un composé de baryum insoluble dans l'eau.

4 Procédé de préparation d'.acide acrylique selon 1 à 3 , carac- térisé en ce que le composé de baryum provient de naphténate ou du carbonate de baryum.

5 Procédé de préparation d'acide acrylique selon 1 à 4 , ca- @ ractérisé en ce que la quantité d'oxyde de cuivre est-comprise entre 5 et 30% en poids, de préférence égale à 10% en poids de la silice utilisée.

6 Procédé de préparation d'acide acrylique selon 1 à 5 , ca- ractérisé en ce que la quantité de baryum est comprise entre 1 et 50% et de préférence voisine de 10% en poids du cuivre se trouvant sous forme d'oxyde.

7 Procédé de préparation d'acide acrylique selon les revendica- tions 1 à 6 , caractérisé en ce que la masse de contact con- tient 10 à 20% en poids de silicate de soude 402Bé par rapport au poids de la silice utilisée.

8 Procédé de préparation d'acide acrylique selon 1 à 7 , ca- ractérisé en ce que l'on opère en présence d'une quantité d'eau comprise entre 1,5 et 3 fois le poids de l'acide maléique. <Desc/Clms Page number 10>

9 Procédé de préparation d'acide acrylique selon 1 à 8 ,ca- ractérisé en ce que la décarboxylation est effectuée entre 200 et 300 se et de préférence entre 240 et 260 C.

10 Procédé de préparation d'acide acrylique selon 1 à 9 , ca- ractérisé en ce que le mélange d'oxygène,de vapeur d'eau et d'acide maléique passe sur le catalyseur avec une vitesse spatiale comprise entre 200 et 500 et de préfé- rence comprise entre 350 et 400.