Catalyseur anhydre pour préparer des éthers de glycols.
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nant des cations d'un métal alcalin ou alcalino terreux.
On connait bien la production d'éthers de mono- et poly-glycol
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ou alcalino terreux. Selon des procédés de l'Art antérieur on a l'habitude de préparer des éthers de mono et poly-glycol en mélangeant un alcool, une solution aqueuse.ou alcoolique concentrée
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une pression de 30 à 3000 psig. il se produit généralement les réactions suivantes :
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Les réactions décrites ci-dessus se produisent de façon substantielle en même temps que la répartition des produits est déterminée par le rapport molaire de l'alcool sur l'oxyde employé.
Ce rapport se situe habituellement entre 0,5 et 20 moles environ d'alcool par mole d'oxyde. Comme on le sait déjà, le rapport molaire réactif peut-être adapté pour fournir un produit réactionnel contenant, dans certaines limites, une répartition voulue d'éthers de mono et/ou poly-glycol.
L'effluent liquide du produit réactionnel est ensuite purifié pour séparer les éthers de mono et poly-glycol voulus et l'alcool
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résidu liquide, les éthers de glycol plus élevés, les alcoolates alcalins ou alcalino terreux et les autres sous-produits de la
comme
réaction .sont .habituellement .éliminés ou brûlés / combustibles dans l'usine. La purification et la séparation sont faites habituellement en employant plusieurs colonnes de distillation ou de fractionnement qui fonctionnent dans des conditions données pour ne recueillir à leurs sommets que les produits voulus. Un exemple typique est un système employant au moins trois colonnes à distillation fractionnée dans lesquelles l'alcool qui n'a pas réagi <EMI ID=7.1> effectués habituellement de façon continue grâce à l'emploi de procédés à traitement continu et d'équipement tous bien connus dans l'Art.
Cependant, les procédés classiques de préparation des éthers de glycol ont un inconvénient car ils utilisent des solutions aqueuses ou alcooliques de catalyseurs à base d'hydroxyde de métal alcalin ou-alcalino terreux. Il est bien connu que les oxydes d'alkylène sont hydratés -en présence d'eau pour former des glycols d'alkylène. Il est très difficile de séparer les éthers de mono
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les températures d'ébullition respectives sont voisines. Les glycols sous produits apparaissent habituellement dans les fractions séparées d'éther du glycol voulu comme contaminants. Si l'on veut obtenir un produit de spécification relativement pur, il faut faire un traitement supplémentaire de séparation, ce qui n'est habituellement pas pratique d'un point de vue économique.
Plusieurs essais ont été faits pour éliminer ou réduire la production de sous produits indésirables contaminant le glycol. Par exemple, comme mentionné brièvement ci-dessus, des essais
ont été faite pour utiliser des alcoolates alcalins ou alcalino terreux solubles comme catalyseurs. Comme on le sait ces catalyseurs alcoolatés sont préparés en faisant réagir d'abord un alcool sur un hydroxyde de métal alcalin ou alcalino terreux. Cependant, de telles réactions produisent naturellement de l'eau comme sous produit, ce qui conduit à la formation de glycol lorsqu'on utilise de tels catalyseurs. D'autres essais ont été faits pour déssécher ces alcoolates, mais on a trouvé que c'était non seulement très difficile à réaliser mais aussi économiquement irréalisables. De plus on a trouvé que puisque le poids moléculaire de l'alcoolate employé augmentait, la vitesse réactionnelle entre l'alcool et le métal alcalin ou alcalino terreux diminuait avec la difficulté inhérente pour préparer la solution catalysante.
Cette invention concerne l'utilisation d'un résidu liquide anhydre à température d'ébullition élevée contenant des alcoolates de métaux alcalins et alcalino terreux particulièrement actifs comme catalyseurs dans le procédé de préparation des éthers de <EMI ID=9.1> d'ébullition élevée est préparé en concentrant le résidu effluent liquide du produit réactionnel à partir de la-réaction d'un oxyde d'alkylène sur un alcool en-présence d'un catalyseur contenant des cations alcalins ou alcalino terreux après séparation des éthers de mono- et poly-glycol voulus.
L'utilisation du résidu liquide anhydre à point d'ébullition élevé pour remplacer les systèmes normaux de catalyse utilisés jusqu'à présent pour préparer les éthers de mono et poly glycol élimine en principe l'eau dans ces systèmes réactionnels sans effet contraire sur le rendement, la répartition ou la pureté du produit et sans former de contaminants indésirables du glycol dans l'effluent du produit réactionnel, particulièrement dans des systèmes à traitement continu. Ainsi le procédé selon l'invention élimine en outre virtuellement les problèmes inhérents pour préparer les éthers de glycol voulus à partir des contaminants du glycol. Le résidu liquide anhydre à température d'ébullition élevée selon l'invention peut-être utilisé dans des systèmes à traitement continu en le recyclant continuellement pour le mélanger aux courants d'alimen-
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La description détaillée suivante de l'invention sera de plus illustrée grâce au schéma inclus qui représente le parcours schématique selon un mode préféré de réalisation de l'invention. Pour simplifier ce schéma, les détails classiques tels les soupapes, les pompes, les condenseurs, les bacs d'ébullition, les réservoirs de secours, les appareils de contrôle de débit et de température etc... n'ont pas été représentés puisque la construction, le mode opératoire et le fonctionnement de l'appareil sont bien connus des techniciens compétents dans ce domaine.
Le résidu liquide anhydre à température d'ébullition élevée selon la présente invention est tout d'abord et de préférence obtenu en mélangeant d'abord et en faisant réagir un oxyde d'alkylène sur un alcool en présence de 0,05 à 0,5 % environ en poids, basé sur le poids de l'alcool présent, d'hydroxyde de sodium ou de potassium à une. température comprise entre 90[deg.] et 200[deg.]C environ sous une pression de 150-500 psig environ. L'effluent liquide du produit réactionnel est ensuite purifié pour éliminer l'excès d'alcool qui n'a pas réagi et ensuite l'on sépare les éthers de mono- et poly-glycol voulus. L'effluent résiduel liquide du produit réactionnel contient des alcoolates, catalyseurs actifs, de
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élevés et d'autres produits inconnus. Le résidu est ensuite concentré par un procédé classique, tel que la distillation instantanée ou l'évaporation à pellicule soumise à une action mécanique en retirant de 80 à 88 % environ en poids de produits à point d'ébullition inférieure pour fournir le résidu liquide anhydre
à point d'ébullition élevée. Plus particulièrement les queues résiduelles d'éther du glycol sont concentrées suffisamment pour donner un résidu anhydre contenant une teneur en hydroxyde de sodium ou de potassium d'au moins 10 à 30 % environ en poids, basé sur le poids du résidu anhydre, et dépendant de l'hydroxyde de métal alcalin ou alcalino terreux initial employé comme catalyseur.
L'homme de l'Art comprendra facilement que le résidu anhydre selon l'invention à point d'ébullition élevée peut-être obtenu
en utilisant d'abord un catalyseur classique contenant des cations de métal alcalin ou alcalino terreux et destiné à provoquer la formation d'éther de glycol. Cependant, il est préférable d'utiliser les catalyseurs à base d'hydroxyde de sodium ou de potassium.
Comme mentionné ci-dessus, il est d'usage courant dans l'industrie de soumettre l'effluent du produit réactionnel d'éther
du glycol à plusieurs étapes de purification et/ou de séparation, par exemple en faisant passer l'effluent dans plusieurs colonnes de distillation fractionnée pour éliminer l'alcool en excès qui n'a pas réagi et pour séparer les éthers de mono et/ou de polyglycol voulus sous une forme substantiellement pure.- Comme on le sait, les conditions de purification et de séparation peuvent être aisément adaptées pour obtenir des produits de spécification donnée. Selon la présente invention, le résidu effluent liquide du produit réactionnel, ou queues, à partir d'une étape de purification ou de séparation, comprenant l'effluent initial non purifié du produit réactionnel peut-être concentré comme décrit ci-dessus pour fournir le résidu liquide anhydre à point d'ébullition élevé de l'invention et agissant comme catalyseur actif.
L'alcool en excès qui n'a pas réagi, les éthers du glycol, et les autres sous produits sont facilement éliminés pendant la concentration. Cependant nous préférons utiliser les queues d'éther du glycol obtenues lors de la dernière étape de purification et/ou de séparation comme matière résiduelle de départ.
Le catalyseur résiduel liquide anhydre à point d'ébullition <EMI ID=12.1>
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de métal alcalin ou alcalino terreux présent, base sur le poids de l'alcool réactif, la quantité particulière de métal alcalin
ou alcalino terreux présent dans un résidu donné peut-être facilement déterminée par des procédés analytiques bien connus. Ainsi, le technicien compétent peut aisément calculer la quantité volumétrique ou le pourcentage en poids du catalyseur résiduel liquide exigé pour un essai donné sans une grande expérimentation.
Le catalyseur résiduel liquide et anhydre à point d'ébullition élevée peut-être utilisé en remplacement ou en additif des systèmes à catalyse normale soit dans des solutions classiques, soit dans des systèmes à traitement continu. On peut particulièrement l'adapter à des systèmes à traitement continu dans les.../ quels son utilisation les améliore comme on le montre sur le schéma.
En se référant maintenant à ce schéma, dans un procédé continu de préparation d'éther du mono et poly-glycol, les courants d'alimentation en alcool (1), en catalyseur (2), et en oxyde d'alkylène (3) sont introduits, dans un. réacteur continu (10) à des vitesses données pour fournir les rapports molaires du réactif ci-dessus et les quantités destinées à la catalyse. Dans le réacteur (10), les réactifs sont chauffés en présence du catalyseur normal de 50[deg.] à 350[deg.]C environ sous une pression de 30 à 3000 psig environ. Après réalisation complète de la réaction les effluents bruts du produit réactionnel sont introduits dans un conduit (12) vers une colonne de distillation fractionnée (14) qui fonctionne sous des conditions de température et de pression données pour éliminer l'excès d'alcool qui n'a pas réagi.
Cet excès d'alcool non réactif est recueilli au sommet de la colonne à distillation fractionnée (14) à travers un conduit (16) pour être recyclé et utilisé dans le courant d'alimentation en alcool. Les queues ou résidus liquides de la colonne à distillation fractionnée (14) passent dans un conduit 18 et-sont introduits dans une première colonne de raffinage (20), telle une colonne classique de distillation. La colonne de raffinage (20) fonctionne sous des conditions données pour ne recueillir au sommet que le produit de spécification d'éther du mono et poly-glycol par un conduit (21). Habituellement, la colonne de raffinage (20) fonctionne sous des conditions données pour recueillir les têtes d'éthers du glycol <EMI ID=14.1>
l'éthanol est l'alcool réactif. Les queues ou les effluents liquides de la colonne de raffinage (20) passent ensuite dans un conduit (22) vers une deuxième colonne de raffinage (24) qui fonctionne sous des conditions données pour ne recueillir que les autres têtes d'éthers du mono ou poly-glycol voulus par l'intermédiaire d'un conduit (25) par exemple le monoéthyléther du diéthylène glycol où l'éthanol est employé comme l'alcool réactif. Comme il est déjà connu dans l'Art, les colonnes de raffinage
(20 et 24) peuvent fonctionner sous des conditions opératoires choisies pour ne recueillir que les têtes des produits de l'éther du mono et poly-glycol désirés dans un mélange donné et l'on connaît bien les points d'ébullition de telles matières.
Selon le procédé amélioré de la présente invention, le résidu effluent liquide du produit réactionnel dans la colonne de raffinage (24) passe dans un conduit (26) vers une colonne à distillation instantanée ou un évaporateur à pellicule soumise à une action mécanique (28) qui fonctionne dans des conditions suf-
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résiduelles par l'intermédiaire d'un conduit (29). Les queues ou résidus obtenus à partir de la colonne à distillation instantanée
(28) sont le résidu liquide anhydre à point d'ébullition élevée de l'invention ayant un contenu caustique d'au moins 9 % environ en poids, comme on le décrit ci-dessus. Ce résidu liquide anhydre concentré à haut point d'ébullition peut ensuite être recyclé par l'intermédiaire d'un conduit 30 et introduit dans le réacteur
(10) pour être utilisé comme catalyseur dans la réaction oxyde d'alkylène-alcool.
Après que le système continu décrit ci-dessus ait fonctionné pendant une période de temps suffisante pour fournir une quantité suffisante du résidu liquide anhydre concentré à point d'ébullition élevé destiné à être utilisé dans les*quantités décrites cidessus comme catalyseur de la réaction alcool-oxyde d'alkylène, le courant d'alimentation (2) du système à catalyse normale peutêtre coupé. Le procédé peut fonctionner de façon continue en recyclant le résidu liquide anhydre à point d'ébullition élevé jusqu'à ce qu'il devienne trop visqueux à manipuler. Quand cela
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côté et le système à catalyse normale repart jusqu'à ce qu'une quantité suffisante de résidu liquide anhydre à point d'ébullition <EMI ID=17.1>
des alcoolates actifs du,point de vue catalytique de métaux alcaline ou alcalino terreux peut-être utilisé comme catalyseur
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des alcools à poids moléculaire plus élevé, des alcools polyhydriques, et d'autres composés contenant au moins un groupement hydroxyle. Le résidu anhydre de l'invention est particulièrement utile comme catalyseur dans les réactions d'un oxyde d'alkylè-
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tiques saturés monohydriques ayant de 1 à 4 atomes de carbone. Des exemples de tels oxydes d'alkylène comprenant l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène, et l'oxyde de butylène. Des exemples de tels alcools comprennent le méthanol, l'éthanol, le n-propanol, l'isopropanol, le n-butanol et le t-butanol. On peut ainsi utiliser-des mélanges d'alcools. De plus le résidu liquide anhydre à haut point' d'ébullition obtenu lors de la réaction d'un certain
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tres alcools. Par exemple, le résidu liquide anhydre concentré obtenu lors de la réaction de l'oxyde d'éthylène sur l'éthanol en présence d'un catalyseur à base d'hydroxyde de sodium ou de potassium peut-être employé comme catalyseur dans la réaction entre l'oxyde d'éthylène et le n-butanol.
Les exemples suivants sont illustratifs de notre invention mais ne sont pas limitatifs. Dans ces exemples on utilise un système commercial à réacteur continu pour produire des éthers de glycol. Le système à réacteur comprend un réacteur continu pressurisé, une colonne à distillation fractionnée pour séparer l'alcool et deux colonnes à distillation pour raffiner le produit reliées entre elles par des conduits appropriés et une pompe. Le système
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aux colonnes de raffinage du produit et, grâce à des moyens de recyclage, au réacteur. Ainsi le système à réacteur peut fonctionner comme on le désire pour éliminera concentrer et recycler les queues résiduelle de la colonne à distillation raffinée vers le réacteur soit en faisant dériver la colonne à distillation instantanée et grâce à des moyens de recyclage.
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et l'oxyde d'éthylène sont refoulés dans un conduit commun où ils sont mélangés avant de pénétrer dans le réacteur. Le rapport mo-
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tandis que la solution catalytique est introduite à une vitesse d'environ 0,1 % en poids de la soude ou de la potasse présente,
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viron sous une pression de 220 psig environ. L'effluent du réacteur passe à travers une série de 3 colonnes de distillation.
L'alcool en excès qui n'a pas réagi est recueilli au sommet de la première colonne à distillation fractionnée tandis que le produit de spécification d'éther du glycol est recueilli au sommet
de la deuxième et de la dernière colonne de distillation agissant comme des colonnes de raffinage. Un échantillon des queues du mono-
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lonne de raffinage est distillé instantanément sous vide de
5-6 mm de Hg et à 100-130 [deg.]C environ, ce qui donne un résultat de
88 % pour les têtes. Le résidu instantané contient 9,2 % en poids de soude ou de potasse. En employant le même appareil et les conditions du procédé décrites ci-dessus, un 2ème essai est fait en utilisant des courants d'alcool éthylique et d'oxyde d'éthylène dans un rapport de 3:1 environ tandis que le catalyseur caustique est introduit à une vitesse de 0,15 % en poids de soude ou de potasse employée, basé sur le courant d'alcool. Un échantillon des queues de monoéthyléther du diéthylène glycol, recueilli à partir de la deuxième (dernière) colonne de raffinage passe dans l'élément à distillation instantanée sous une pression de 5-6 mm de Hg et à 100-130 [deg.]C, ce qui donne un résultat de 83 % pour les têtes. Le résidu instantané contient 9 % en poids de soude ou de potasse.
Deux essais sont ensuite faits dans le même appareil sous les mêmes conditions en utilisant des courants de méthanol, d'oxyde d'éthylène et les échantillons du résidu instantané préparé cidessus comme catalyseurs à la place du catalyseur normal de la solution caustique concentré avec le même pourcentage en poids de soude ou de potasse, basé sur le courant d'alcool. Pour chaque essai les rapports d'alimentation en méthanol et en oxyde de <EMI ID=28.1>
lis et analysés pour la répartition du produit. Les résultats analytiques sont établis dans/le tableau suivant-
<EMI ID=29.1>
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Essai 1, queues distillées de monométhyléther d'éthylène
glycol
Si Essai 2, queues distillées de monoéthyléther de diéthylène
glycol
EXEMPLE II
En employant l'appareil commercial à traitement continu et les conditions décrites dans l'exemple I on fait deux essais en utilisant un courant de n-butanol et d'oxyde d'éthylène dans un rapport molaire alcool oxyde de 4,0:1. Dans le 1er essai on utilise comme catalyseur un catalyseur normal d'hydroxyde de sodium, tandis que dans le 2ème essai, les queues résiduelles instantanées de monométhyléther d'éthylène glycol préparées dans l'exemple I sont utilisées comme catalyseur. Dans les 2 essais les catalyseurs sont introduits à des vitesses de 0,1 % environ en poids de soude, basé sur le courant d'alcool. On prélève des échantillons d'effluent brut des 2 essais du réacteur et on les analyse pour la production et la répartition des produits. Les résultats analytiques sont représentés dans le tableau 2 suivant :
(Voir tableau 2 page 10).
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Queues distillées de monométhyléther d'éthylène glycol employées
comme catalyseur.
Comme on le montre dans le tableau 2, Hutilisation de queues résiduelles instantanées d'éther de glycol comme catalyseurs donne des rendements et des distributions substantiellement comparables aux résultats obtenus lors de l'utilisation d'un catalyseur classique, dans l'essai 1 et sont comparables à la répartition théorique.
EXEMPLE III
En employant l'appareil commercial à traitement continu et les conditions décrites dans l'exemple I, on fait un essai en utilisant un courant réactif formé par le mélange de méthanol, d'oxyde d'éthylène et d'une solution caustique aqueuse concentrée comme catalyseur dans un rapport molaire méthanol/oxyde de 3:1 environ tandis que la vitesse d'alimentation du catalyseur est de 0,15 % environ en poids de soude, basé sur le courant d'alcool. Un échantillon des queues de monométhyléther d'éthylène glycol, recueillies au sommet de la 1ère colonne à distillation raffinée passe dans l'élément à distillation instantanée et distille sous une pression de 5-7 mm de Hg à 100-130"C environ, ce qui donne un résultat de 88 % pour les têtes. Le résidu concentré instantané contient 15 % en poids de soude. Deux essais sont ensuite faits
en utilisant le même appareil les mêmes conditions et les courants réactifs d'alimentation en alcool éthylique et en oxyde
<EMI ID=34.1>
Dans le 1er essai, un courant d'alimentation en hydroxyde de <EMI ID=35.1>
<EMI ID=36.1>
siduelles distillées comme ci-dessus de monométhyléther d'éthylè� ne glycol. Des échantillons des 2 essais sont recueillis à partir de l'effluent brut du réacteur et analysés pour leur contenu en éthylène glycol. Les résultats analytiques sont les suivants :
TABLEAU III
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<EMI ID=38.1>
�� Queues distillées.de monométhyléther d'éthylène glycol utilisées comme catalyseur.
Comme on le montre dans le Tableau III, l'utilisation de ; queues résiduelles instantanées d'éther du glycol comme catalyseur réduit de façon substantielle la formation en éthylène glycol. Ceci correspond à une réduction du contenu en éthylène glycol observé dans le produit purifié du monoéthyléther de diéthylène glycol recueilli au sommet qui était de 0,6 % en poids dans l'essai 1 ci-dessus et de 0,02 % en'poids dans l'essai 2.
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1 - Méthode pour préparer des éthers de glycol en faisant chauffer un mélange-réactionnel contenant un oxyde d'alkylène et un alcool en présence d'un catalyseur comprenant des cations alcalins ou alcalino terreux à une température variant entre 30 et
350[deg.]C sous une pression de 30 à 3000 psig, caractérisée par le fait que le catalyseur est un résidu liquide anhydre à haut point d'ébullition contenant.des alcoolates, catalyseurs actifs, de métaux alcalins ou alcalino terreux préparés dans le dit procédé en concentrant le résidu liquide séparé après élimination de l'éther de glycol du mélange réactionnel.