Procédé de préparation de méta-diisopropylbenzène de grande pureté
L'invention se rapporte à un procédé de préparation de méta-diisopropylbenzène de grande pureté, propre à être transformé directement en acide isophtalique de grande pureté.
L'acide isophtalique est un produit commercial intermédiaire très utile pour la prépa- ration de résines du type polyester, telles que celles formées avec la glycérine, la pentaérythrite et semblables.
Le présent procédé résout le problème d'obtenir de l'acide isophtalique de façon économique en partant de matières qu'il est facile de se procurer.
La réaction du benzène avec le propylène en présence d'un catalyseur à réaction acide, tel que le chlorure d'aluminium, est bien connue. En général, les produits de réaction ainsi obtenus consistent principalement en mélange des divers isopropylbenzènes. Le problème réside donc, comme pour tout procédé pareil, dans l'obtention de méta-diisopropylbenzène de haute concentration avec un fort rendement calculé sur les réactifs initiaux.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on fait réagir du benzène avec du propylène, en présence d'un catalyseur d'alcoylation à réaction acide, tel que le chlorure d'aluminium, de façon à produire un mélange de réaction contenant les diisopropylbenzènes isomères ainsi que du monoisopropylbenzène et des poly-isopropylbenzènes supérieurs, on sépare de ce mélange, par exemple par distillation fractionnée, la fraction formée des diisopropylbenzènes isomères, puis retire de cette dernière fraction, par exemple par fractionnement, le méta-diisopropylbenzène sous forme d'un produit de grande pureté.
Le monoisopropylbenzène (cumène), l'ortho- et le para-diisopropylbenzène et les polyisopropylbenzènes supérieurs sont alors au moins en partie recyclés dans la réaction du benzène et du propylène et transformés en méta-diisopropylbenzène cherché, ce dernier étant, en substance, le seul produit que l'on retire du système. I1 est nécessaire que la quantité du réactif propyle total dans ladite réaction soit comprise entre 1,6 à 2,5 moles par mole de benzène environ. De cette manière, on obtient de très hauts rendements, par rapport aux réactifs initiaux, en méta-diisopropylbenzène d'une grande pureté.
Le méta-diisopropylbenzène peut être oxydé catalytiquement avec de l'air en acide isophtalique; l'oxydation peut aussi être effectuée avec un agent d'oxydation tel que l'acide chromique, le permanganate de potassium et semblables.
On a décrit en détail dans ce qui suit des façons préférées de mettre l'invention à exécution.
Dans un appareil de réaction à surface interne résistant à la corrosion (par exemple en verre, céramique ou métal ou alliage résistant à la corrosion), muni de moyens d'agitation tels qu'un dispositif à gaz ou mécanique, de moyens pour en chauffer ou refroidir le contenu, tels qu'un serpentin ou une chemise, d'un condenseur à reflux, d'un tube d'introduction de gaz, et éventuellement d'un orifice pour éloigner des substances à bas point d'ébullition, on introduit:
25 parties en poids de chlorure d'alumi
nium
480 parties de benzène (c. p. ou exempt
de thiophène) et 25 parties de chlorure d'isopropyle (ou
d'acide chlorhydrique anhydre);
puis
on fait absorber
520 parties de propylène (par exemple pro
pylène gazeux à 99 O/o) dans ce mélange, pendant une période d'environ 4 heures, en agitant, tout en maintenant la température à environ 70-1000 C; la vitesse d'alimentation étant d'environ 75 litres à l'heure, sous pression et à température ordinaires. La température peut être réglée, soit en faisant passer de l'eau de refroidissement à travers les moyens d'échange indirect de chaleur, ou en laissant bouillir le mélange et en y faisant refluer le condensat lorsque la température tend à trop s'élever, ou encore en faisant passer de la vapeur à travers lesdits moyens d'échange si la température tend à trop s'abaisser.
La masse de réaction est alors refroidie à la température ordinaire, de préférence indirectement à l'aide d'eau de refroidissement, puis versée dans environ 500 parties d'eau; puis on y ajoute environ 100 parties d'acide chlorhydrique aqueux à environ 18 /o, et le mélange résultant est agité pendant 1/4 d'heure environ. On laisse alors reposer le mélange, et il se sépare en deux couches. La couche supérieure d'hydrocarbures est recueillie, lavée avec environ 550 parties de soude caustique aqueuse à environ 10 0/o, puis avec environ 800 parties d'eau, puis elle est séchée par dis- so tillation azéotropique de l'eau avec l'hydrocarbure à bas point d'ébullition s'y trouvant.
Les hydrocarbures sont alors séparés par distillation fractionnée dans une colonne de bonne efficacité, et l'on obtient, partant de 635 par 33 ties de la fraction traitée (correspondant à un total de 989 parties) :
343 parties d'une fraction de diisopropyl
benzènes
112 parties de composés aromatiques in- 60
férieurs
1 1 parties d'hexane et environ
169 parties de composés aromatiques su
périeurs (principalement des triiso
propylbenzènes). 65
La fraction diisopropylbenzène est alors fractionnée de façon précise, et l'on obtient 99 parties d'une fraction para-diisopropylbenzène comme produit de fond (résidu) (point d'ébullition 210,40 C à 760 mm Hg);
le pro- 70 duit de tête de colonne (environ 254 parties) est un mélange du dérivé ortho (bouillant à 203,80 C) et du dérivé méta (bouillant à 203,20 C), contenant 90 à 98 O/o en poids de ce dernier ; ce produit de tête de colonne 75 constitue le produit cherché. La fraction paradiisopropylbenzène peut être d'une pureté de 90 à 99 O/o ; elle est retournée au réacteur pour servir dans la fournée suivante.
Le dessin annexé illustre l'invention de 80 façon schématique.
Le procédé selon l'invention peut être exécuté de façon continue, et cette manière d'opérer est particulièrement avantageuse pour une production commerciale. En référence à ce 83 dessin, du chlorure d'aluminium est introduit dans le réacteur 1 1 par le tuyau 12, et du chlorure d'isopropyle, par le tuyau 13 ; du chlorure d'aluminium catalyseur que l'on recycle est amené par le tuyau 19.
Le benzène 90 et le propylène sont introduits de façon continue dans ledit réacteur par les tuyaux 14, respectivement 15, tandis qu'une partie du mélange de réaction est soutirée de façon continue pour être amenée par le conduit 16 au récipient de décantation 17 ; de ce dernier, la couche inférieure de boue de catalyseur est soutirée par le tuyau 18 et ramenée au réacteur 11 par le tuyau 19 ; de plus, les hydrocarbures constituant les sous-produits sont recyclés dans le réacteur par un conduit 39.
La couche supérieure ou couche d'hydrocarbures est extraite du récipient 17 par le tuyau 20 et amenée au premier laveur (scrubber) 21, dans lequel elle est lavée à contrecourant avec de l'eau introduite par les tuyaux 26 et 28, l'eau de lavage étant retirée par les tuyaux 30 et 29'. Les hydrocarbures ainsi lavés passent de là par le tuyau 22 dans le laveur 23, dans lequel ils sont lavés à contre-courant avec de la soude caustique aqueuse à 5-15 0/o ou autre substance alcaline semblable venant d'un réservoir 31 par le tuyau 32. La solution caustique est retirée par le tuyau 33 et ramenée au réservoir d'emmagasinage 31 ; cependant, lorsque la concentration en soude caustique devient trop faible, soit au-dessous d'environ 5 /0, la solution est déchargée par le tuyau 34, et une nouvelle solution est introduite dans ledit réservoir.
Les hydrocarbures sont extraits de ce laveur par le tuyau 24 et amenés au laveur 25, où ils sont lavés à contre-courant avec de l'eau qui y est introduite par les tuyaux 26 et 27. L'eau de lavage est retirée par les tuyaux 29 et 29'. On peut, si désiré, supprimer ce dernier laveur.
Les hydrocarbures lavés passent de là par le tuyau 35 dans la première colonne de fractionnement 36. La fraction du haut de la colonne est envoyée à un sécheur 38, consistant en une colonne de distillation azéotropique.
Des substances indésirables à bas point d'ébullition ou sous-produits, tels que des hexanes,
sont éliminés et l'eau présente est décantée et évacuée par le tuyau 40. Le résidu au bas de cette colonne est ramené au réacteur par les tuyaux 39' et 39. Le résidu au bas de la première colonne de fractionnement 36 est conduit à une seconde colonne de fractionnement 41 par le conduit 42. La fraction diisopropylbenzène en est extraite comme produit sortant du haut de la colonne et est amenée à une troisième colonne de fractionnement 44, par le tuyau 43.
La fraction retirée du bas de la colonne est recyclée en la ramenant au réacteur par les tuyaux 45 et 39; elle peut aussi en partie être mise de côté par le tuyau 45', comme produit secondaire. La fraction provenant du haut de la colonne constitue le produit cherché, le méta-diisopropylbenzène ; il est retiré par le tuyau 46.
Le résidu de la seconde colonne de fractionnement 41 est amené par un tuyau 47 à un alambic à distillation rapide 48 dans lequel les poly-isopropylbenzènes en sont séparés comme produits de sommet de colonne, et d'où ils sont ramenés au réacteur par les tuyaux 50 et 39. Les résidus restants ou goudrons sont enlevés par le tuyau 49, et peuvent être mis de côté.
Le méta-diisopropylbenzène ainsi obtenu est utilisable comme solvant ou comme matière brute intermédiaire pour la préparation de méta-dihydroxybenzène (résorcine) par le procédé dénommé à l'hydroperoxyde . L'un de ses emplois les plus importants est cependant comme produit intermédiaire pour la préparation d'acide isophtalique.
L'invention est liée à la découverte surprenante que, au point d'équilibre ou près de ce point, le mélange provenant du réacteur peut contenir jusqu'à environ 55 O/o (en poids) de diisopropylbenzène; et que, de cette fraction, on peut retirer ou séparer jusqu'à environ 50 /0 de méta-diisopropylbenzène (soit environ 27 O/o du tout). Le rapport de propyle réagissant (propylène ajouté plus groupes isopropyle ramenés en cycle) au benzène total est de préférence de 1,8-2,0 moles du réactif propyle par mole de benzène, et le mieux de
1,9 environ.
Au maximum d'efficacité du système, ou près de ce maximum, le rapport des groupes isopropyle au benzène dans le mélange d'hydrocarbures recyclé est d'environ 1,7, de
sorte que les nouvelles substances fournies doi vent être dans la proportion de 2,0 moles de propylène par mole de benzène pour que le rapport moléculaire du réactif propyle au benzène, dans le réacteur, soit d'environ 1,9. Audessous du rapport de 1,6, le mélange de réaction contiendrait une quantité excessive de monoisopropylbenzène et aussi de benzène n'ayant pas réagi; au-dessus du rapport de 2,5, il contiendrait une quantité excessive de triisopropylbenzène et peut renfermer des homologues supérieurs.
On emploie du propylène exempt de préférence d'autres hydrocarbures non saturés. Le réacteur peut être pourvu d'ouvertures pour l'échappement d'hydrocarbures à bas point d'ébullition qui ne doivent pas réagir. Une fraction d'hexane ou de cumène ou des deux peut être éliminée comme produit de tête de colonne au lieu de la ramener au réacteur.
Le benzène que l'on fait réagir est de préférence exempt d'autres hydrocarbures aromatiques (excepté le cumène) et peut contenir un peu de paraffines qui peuvent être éliminées dans le système; il est désirable qu'il n'ait qu'une faible teneur en soufre, et préférable qu'il en soit exempt.
On peut obtenir des résultats comparables à ceux indiqués ci-dessus, en apportant diverses modifications.
Le catalyseur peut être tout catalyseur inorganique d'alcoylation, à réaction acide, tel que l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, l'acide fluorhydrique, le trifluorure de bore et semblables. La température de réaction peut être comprise entre 800 et 1500 C, de préférence entre 500 et 1100 C avec le chlorure d'aluminium comme catalyseur. La durée de la réaction peut être de 0,1 à 10 heures, de préférence de 0,5 à 4 heures. Avec des températures plus élevées, il faut généralement des temps plus courts, et le catalyseur, et les conditions de température et de temps sont choisis de façon à assurer la conversion désirée à toute vitesse désirée.
Du chlorure d'aluminium additionnel peut être ajouté dans la mesure voulue (déterminée, par exemple, de temps à autre par une réaction d'alcoylation en employant un échantillon de la boue recyclée, de manière à évaluer son activité catalytique).
Le catalyseur épuisé est traité avec de l'eau contenant 15 à 300/0 d'acide chlorhydrique, de façon à rompre le complexe de catalyseur, et l'hydrocarbure résultant est séparé et réutilisé dans le système.