Procédé de fabrication d'une fraction d'isopropyltoluènes
contenant au moins 40 O/o en poids d'isomère para
Les dialcoylbenzènes sont utiles comme matières premières pour la préparation des acides phtaliques.
Pour la production d'acide téréphtalique de grande pureté, il est désirable d'employer du para-xylène de grande pureté et un procédé de séparation assez compliqué et coûteux est nécessaire pour obtenir ce dernier à partir des mélanges commerciaux de xylènes. Un autre désavantage est qu'il se forme aussi une très grande quantité de l'isomère méta, et la nécessité de l'écouler se répercute sur le coût du para-xylène. De plus, la possibilité de se procurer des xylènes commerciaux est quelque peu limitée.
En revanche, on peut avoir à bon marché de grandes quantités de toluène et de propylène bruts, et on peut faire réagir ceux-ci en présence de catalyseurs de Friedel-Craft pour préparer des propyl-toluènes.
Dans les procédés ordinaires, cette réaction donne une très forte proportion de l'isomère méta (par exemple 70 O/o de méta, 28 o/o de para et environ 2 /o d'ortho), soit un produit brut présentant beaucoup des désavantages du xylène commercial.
L'invention vise à produire à peu de frais un mélange de dialcoylbenzènes contenant une proportion plus élevée du para-isomère que dans les mélanges de dialcoylbenzènes obtenus par les procédés connus.
Elle a pour objet un procédé de fabrication d'une fraction d'isopropyltoluènes contenant au moins 40 /o en poids d'isomère para. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on fait réagir, à une température de O à 500 C, du propylène avec du toluène en présence d'un catalyseur au chlorure d'aluminium, la concentration du catalyseur étant de 0,01 à 6 o/o en poids du total des hydrocarbures dans le mélange réactionnel et la composition de ce dernier étant telle que le rapport moléculaire du ou des réactifs formeurs de groupe isopropyle au toluène soit de 0,4 à 1,0, afin d'obtenir un produit d'alcoylation contenant des isopropyltoluènes, des trialcoylbenzènes et des polyalcoylbenzènes supérieurs,
et en ce que l'on sépare la fraction d'isopropyltoluènes dudit produit d'alcoylation.
Exemple
Dans un récipient 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, et 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 passage pour la sortie de substances à bas point d'ébullition, on place:
20,9 parties en poids de chlorure d'alumi
nium anhydre,
10,0 parties de chlorure d'isopropyle (ou
une quantité équivalente d'acide chlor
hydrique anhydre), et
600 parties de toluène.
On fait alors absorber 110 parties de propylène (sous forme de propylène à 95 /o), pendant une période d'environ 30 minutes, en agitant et maintenant la température à environ 300 C; la vitesse d'introduction est d'environ 125 litres à l'heure (à pression et température ordinaires). La température indiquée est maintenue soit en faisant passer de l'eau de refroidissement par le moyen d'échange indirect de chaleur, si la température tend à trop s'élever, soit en faisant passer de la vapeur à travers ledit moyen, si la température tend à trop s'abaisser. Le mélange de réaction (732,6 parties) est alors versé dans envk ron 500 parties d'acide chlorhydrique aqueux à environ 18 o/o; on agite, puis laisse reposer pendant environ 15 minutes.
La couche supérieure d'hydre carbures est retirée, lavée avec environ 400 parties d'hydroxyde de sodium aqueux à environ 10 O/o, puis deux fois avec de l'eau (350 parties chaque fois), et le produit d'alcoylation (697,8 parties) est séché avec du chlorure de calcium anhydre, et distillé dans une colonne ayant une efficacité de séparation équivalente à celle d'environ dix plateaux théoriques. Pour une opération sur une petite échelle, on peut employer une colonne d'environ 12 mm de diamètre et 90 cm de hauteur, garnie de spires de verre de 1,5 mm. On recueille les trois fractions suivantes:
56,5 o/o de toluène (P.E. 110 - 1110 C),
33, 8 /o de cymène (P.E. 175 - 1760 C), et
9,7 O/o de diisopropyltoluène (P.E. 2170 C).
La fraction cymène donne, à l'analyse, environ 10 ouzo d'ortho-, 50 /o de méta- et 40 /o de paracymène (analyse faite d'après la méthode analytique à l'infrarouge, Analytical Chemistry, Nov. 1954, page 1765, Janv. 1955, page 7, Perkin-Elmer News,
Volume 4, No 3, 1953).
En opérant de cette manière, on a obtenu des résultats qui peuvent être représentés par la table suivante (indiqués pour cent en poids).
Table
Isopropyltoluène Poly- anhydre
Isopropyl-isopropyl-
R Toluène toluène toluène Ortho Para Méta 0,4 55 33,6 11 10 40 50 0,5 47 37,3 15 13 41 47 0,6 39,5 39,5 20 15 41,5 45 0,7 33,5 41,5 25 15,5 41,8 44,5 0,8 28 4?,7 29 15 42 45 0,9 23 43 33 13 42,1 46 1,0 18 43,5 37 10 42,2 48
R= rapport moléculaire des réactifs formeurs de groupe
isopropyle au toluène.
La table ci-dessus montre que la teneur en isomère méta de la fraction isopropyltoluène est particulièrement faible pour un rapport propylène/toluène compris entre 0,5 et 0,9 et passe par un minimum quand le rapport propylène/toluène est d'environ 0,7.
Si la réaction ci-dessus avait été effectuée à environ 750 C, spécialement avec une concentration en catalyseur plus élevée, on aurait obtenu le mélange ordinaire isopropyltoluène, à savoir environ 70 /o de l'isomère méta, 28 o/o et para et 2 oxo de l'ortho.
Pour chaque partie de l'isomère para dans ce mélange, il y a environ 3 parties de méta, en revanche, dans l'exemple ci-dessus, en travaillant dans les conditions optima, il n'y a qu'environ 1 partie de méta par. partie de para (donc environ trois fois moins).
Les tri (ou plus) -isopropylbenzènes formés dans la réaction ci-dessus peuvent être mis à réagir en présence de toluène additionnel avec une concentration en catalyseur et à une température (environ 750 C) usuelles, et on obtient de cette manière le mélange ordinaire d'isopropyltoluènes.
La fraction d'isopropyltoluènes obtenue par le procédé selon l'invention fournit, par oxydation, un mélange d'acides contenant une grande proportion d'acide téréphtalique.
La durée de la réaction d'alcoylation peut être de 0,1 à 2 heures, de préférence de 0,2 à 0,7 heure.
Aux températures plus hautes correspondent généralement des durées de réaction plus courtes, et le catalyseur, la température et la durée de réaction sont choisis de façon à donner la conversion désirée aux vitesses désirées.
On peut ajouter selon besoin du chlorure d'aluminium additionnel (par exemple en en déterminant la quantité par un essai de réaction d'alcoylation en utilisant comme catalyseur un échantillon de la boue que l'on recycle, pour juger de son activité catalytique). Le catalyseur usé peut être traité avec de l'eau contenant 15 à 30 /o d'acide chlorhydrique, pour rompre le complexe formé et la phase hydre carbure résultante est séparée et réemployée dans le système.
Le propylène utilisé est, de préférence, exempt d'autres composés non saturés. L'appareil de réaction peut être pourvu d'ouvertures pour réchappement d'hydrocarbures à bas point d'ébullition, qui n'entrent pas en réaction. I1 est indiqué que le toluène employé soit exempt d'autres composés aromatiques; il peut cependant contenir un peu de paraffines, qui peuvent être éliminées hors de l'appareil. De préférence, il est exempt de soufre ou n'en contient qu'une faible quantité.