CH668769A5

CH668769A5 - Procede de separation des dichlorotoluenes isomeres par adsorption sur zeolithes.

Info

Publication number: CH668769A5
Application number: CH4584/85A
Authority: CH
Inventors: Sergio Carra; Renato Paludetto; Giuseppe Storti; Massimo Morbidelli; Bernard Gurtner; Raymond Commandeur
Original assignee: Atochem
Priority date: 1984-10-26
Filing date: 1985-10-24
Publication date: 1989-01-31
Also published as: AU576911B2; ES8701137A1; BR8505323A; MX164193B; AT393679B; ZA858215B; DE3537910A1; DD238040A5; SE8505020L; SE461524B; IT8522600A0; AU4902885A; IT1190410B; JPS61112034A; DE3537910C2; GB2166734B; FR2572395B1; US5126498A; HUT38554A; ATA310685A

Description

DESCRIPTION

L'invention a pour objet un procédé de séparation des dichlorotoluènes isomères par adsorption sur zéolithes.

Les dichlorotoluènes sont généralement préparés par chloration du toluène ou de monochlorotoluènes en présence d'un acide de Lewis tel que les trichlorures d'aluminium, de fer, d'antimoine, seul(s) ou associé(s) à un cocatalyseur tel que, par exemple, le soufre ou les chlorures de soufre.

La réaction de chloration conduit à des mélanges contenant les dichloro-2,4, -2,5, -2,6, -3,4 et -2,3 toluènes. Ces mélanges peuvent être séparés par distillation des autres produits de chloration du toluène ou des monochlorotoluènes (monochlorotoluène et trichlo-rotoluènes). Les cinq isomères précités sont obtenus dans des proportions différentes, selon les produits de départ pour la réaction de chloration.

On peut également séparer par distillation les mélanges de dichlorotoluènes en deux fractions bouillant à environ 201° C et environ 209° C. La première fraction comprend les isomères en -2,6, -2,4 et -2,5, la seonde fraction se composant des isomères -3,4 et -2,3.

Il est généralement admis qu'on ne peut obtenir tous les différents isomères à l'état pur dans des conditions économiques acceptables par les techniques conventionnelles de distillation ou de cristallisation fractionnée. La distillation ne permet pas, en particulier, de séparer les constituants des deux fractions bouillant à 201 et 209° C environ, du fait du très faible écart de température d'ébullition des isomères. Seul le dichloro-2,3 toluène peut être séparé par distillation, sous réserve de partir de l'o-chlorotoluène. Quant à la cristallisation fractionnée, elle n'est généralement pas utilisable du fait de l'existence de nombreux mélanges eutectiques.

Compte tenu de ces considérations, d'autres techniques de séparation ont été proposées. En particulier, dans le brevet américain 4254062, on décrit un procédé de séparation des dichlorotoluènes isomères faisant appel à des zéolithes des types X ou Y.

L'invention propose un nouveau procédé de séparation des dichlorotoluènes isomères.

Ce procédé comporte les opérations suivantes:

a) on fait passer un mélange contenant des dichlorotoluènes isomères sur une zéolithe ayant la composition suivante (en rapports molaires)

(0,9±0,2) M2/n0:Al203:(10-100) Si02:zH20 (I)

dans laquelle M est au moins un cation choisi dans le groupe constitué par H, un métal alcalin ou un métal alcalinoterreux ou un cation tétralkylammonium, n est la valence de M et z est compris entre 0 et 40,

b) on sépare les dichlorotoluènes non adsorbés,

c) on met en contact la zéolithe contenant les isomères adsorbés avec un éluant,

d) on sépare les isomères d'avec l'éluant.

Dans la formule I, le symbole M représente préférablement le potassium, le sodium ou l'hydrogène. Cependant, et pour autant que soit respectée la valeur de 0,9 ±0,2, le symbole M peut représenter plusieurs cations. On citera tout particulièrement les associations du cation sodium avec un ou plusieurs cations monovalents ou diva-lents tels que potassium, baryum, calcium, strontium. M peut aussi être constitué en tout ou partie par un ou plusieurs cations tétralkylammonium, les groupes alkyles renfermant de préférence de 2 à 5 atomes de carbone.

Les zéolithes utilisables dans le procédé conforme à l'invention, leurs procédés de préparation et leurs diagrammes de diffraction des rayons X sont décrits dans le brevet français 1587860, dont le contenu est incorporé dans le présent exposé. Parmi ces zéolithes, on recommandera tout particulièrement les zéolithes de formule (rapports molaires):

(0,9 ±0,2) H20:A1203: (20-60) Si02

Le procédé conforme à l'invention peut être mis en œuvre en phase liquide ou en phase vapeur. Ce procédé d'adsorption-désorp-tion peut être réalisé entre 25 et 350° C, et de préférence entre 100 et 300° C et dans une large gamme de pressions (pressions allant par exemple d'environ 1 bar à environ 30 bar).

La mise en contact du mélange des dichlorotoluènes isomères avec la zéolithe peut être réalisée dans un dispositif conventionnel de séparation par adsorption. On peut notamment utiliser des dispositifs permettant des opérations en continu ou en discontinu. La forme et les dimensions desdits dispositifs peuvent être optimisées par l'homme de métier et ne constituent pas en elles-mêmes un objet de la présente invention.

D'une manière générale, la zéolithe mise en œuvre dans le dispositif d'adsorption-désorption, par exemple dans une colonne d'ad-sorption, se présente sous forme de particules dont les dimensions peuvent être comprises entre 0,1 et 10 mm, etpréférentiellement entre 0,5 et 3 mm.

La zéolithe précitée est mise en contact avec le mélange de dichlorotoluènes isomères. Bien que le pouvoir d'adsorption de ce type

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

668 769

de zéolithe envers les cinq isomères précités permette en lui-même d'effectuer une séparation en partant des cinq isomères, on peut n'envoyer sur la zéolithe qu'un mélange ne comprenant qu'une partie de ces isomères: on peut ainsi, après avoir séparé par distillation les isomères -2,3 et -3,4 (qui bouillent à environ 209° C) des isomères -2,4, -2,5 et -2,6 (qui bouillent à environ 201° C), ne soumettre à l'adsorption-désorption que les fractions précitées, la zéolithe adsorbant différemment les isomères -3,4 et -2,3 d'une part, les isomères -2,4, -2,5 et -2,6 d'autre part. On peut naturellement traiter par le procédé conforme â l'invention des mélanges préalablement concentrés en l'un au moins des isomères précités.

Le mélange d'isomères, total ou partiel ainsi qu'il a été précisé ci-avant, est partiellement adsorbé sur la zéolithe. Les dichlorotoluènes non adsorbés peuvent être recueillis en sortie du dispositif d'ad-sorption-désorption. La zéolithe est ensuite mise en contact avec un éluant, c'est-à-dire d'un composé permettant de déplacer les isomères et ensuite de les séparer. On choisira de préférence un composé ayant, vis-à-vis de la zéolithe, une action du même ordre que celle des dichlorotoluènes concernés. A titre d'illustration des éluants utilisables dans le procédé conforme à l'invention, on citera notamment l'hydrogène, l'azote, l'oxygène, le gaz carbonique, l'hélium, les hydrocarbures, et notamment les alcanes tels que le méthane, l'éthane, le propane, le n-hexane, le n-heptane, le n-octane, les cy-cloalcanes, et notamment le cyclohexane, les composés aromatiques mono- ou polycycliques, éventuellement substitués et/ou halogénés tels que le benzène, le toluène, l'éthylbenzène, le eumène, le tétrahy-dronaphtalène, le décahydronaphtalène, les mono- et dichlorotoluènes, ou encore des composés polaires tels que l'eau ou l'ammoniac. ■

A titre préférentiel, on utilisera dans l'invention le cyclohexane, le toluène, l'héthylbenzèneT ou les tètra- ou décahydronaphtalènes.

Après action des agents désorbants ou éluants, les isomères peuvent être eux-mêmes séparés desdits agents en utilisant les méthodes conventionnelles, par exemple la distillation.

Le procédé conforme à l'invention permet, d'une manière générale, de modifier la composition de mélanges comprenant les cinq dichlorotoluènes isomères du fait de la remarquable sélectivité de la zéolithe ZSM5. Cette sélectivité est définie par la fraction:

fraction molaire de l'isomère i dans le désorbat

0 fraction molaire de l'isomère j dans le désorbat

Nj

fraction molaire de i dans le mélange initial fraction molaire de j dans le mélange initial

Ce procédé permet tout particulièrement de scinder en leurs constituants les deux fractions bouillant respectivement à 201° C et 209° C, et, sur la fraction bouillant à 201° C et constituée des isomères -2,4, -2,5 et -2,6, il permet d'obtenir de manière très efficace l'isomère -2,6.

Les exemples suivants illustrent l'invention. Dans ces exemples, on a utilisé comme zéolithe soit une zéolithe de formule molaire moyenne (0,9+0,2) H20:A1203:(30-40) Si02 sous forme de particules de 0,5 à 2 mm— exemples 1 à 27 —, soit une zéolithe dans laquelle une partie des ions hydrogène a été remplacée par les ions potassium. Cette zéolithe est préparée par imprégnation de la zéolithe définie ci-dessus avec une solution aqueuse de chlorure de potassium (60 g/1). Le traitement est effectué à 90° C, dure 3 heures, est suivi d'un lavage à l'eau pendant 1 heure, l'ensemble des opérations étant répété 3 fois. La zéolithe est séchée pendant 10 heures puis, avant utilisation, est chauffée pendant 1 heure à 400-500° C sous atmosphère d'azote (exemple 28).

Le mélange de dichlorotoluènes isomères utilisé est constitué soit par le produit industriel obtenu par chloration du toluène (exemple 1), soit par des fractions dudit produit industriel, bouillant à environ 209° C et environ 201° C (exemples 2 et 3), soit enfin par des compositions binaires dans lesquelles on a fait varier les proportions des constituants (exemples 4 et suivants).

Les essais sont effectués dans une colonne de 1 cm de diamètre et 1 m de hauteur, renfermant 10 g de zéolithe. Avant les essais, on envoie sur la zéolithe de l'azote à 450° C pendant 16 heures, puis sature la zéolithe avec de l'éthylbenzène. La température d'adsorp-tion est de 220° C. On introduit dans la colonne 10 cm3 du mélange de dichlorotoluènes isomères au débit de 0,5 cm3/min.

On envoie ensuite dans la colonne, au même débit de 0,5 cm3/ min, 15 cm3 d'éthylbenzène. On recueille la solution de dichlorotoluènes isomères dans l'éthylbenzène et détermine la composition molaire du désorbat.

Exemple 1:

On applique le procédé décrit ci-avant à un mélange industriel de dichlorotoluènes isomères. Dans le tableau qui suit les abréviations ont les significations suivantes:

— isomère det: isomère du dichlorotoluène

— % moles entrée: fraction molaire de l'isomère concerné

composition soumise à adsorption-désorption

— % moles sortie: fraction molaire de l'isomère concerné dans le désorbat

— sélectivité/-2,6: sélectivité de l'isomère concerné par rapport

à l'isomère -2,6.

La sélectivité n'est donnée que par référence à l'isomère -2,6,

pour ne pas surcharger le tableau, mais il est certain qu'on peut aisément la calculer entre tous les isomères pris 2 à 2, en appliquant la formule donnée plus haut.

Isomère det

% moles entrée

% moles sortie

Sélectivité

-2,5

36,5

37,2

1,721

-2,6

8,5

5,0

1,0

-2,4

34,0

38,1

1,90

-3,4

13,0

14,2

1,84

-2,3

8,0

5,6

1,7

Exemple 2:

On applique le procédé au mélange des isomères -2,3 et -3,4 bouillant à environ 209° C (fraction du produit industriel). On note:

Composition initiale (moles %)

-2,3 -3,4

Composition du désorbat (moles %)

-2,3 -3,4

Sélectivité -2,3/-3,4

49,7 50,3

37,9 62,1

1,615

Exemples 3 à 7:

On applique le procédé décrit précédemment à la fraction bouillant à 201° C (fraction du produit industriel).

Ex.

Composition initiale (moles %) -2,5 -2,6 -2,4

Composition du désorbat (moles %) -2,5 -2,6 -2,4

Sélectivité -2,4/-2,6 -2,4/-2,5 -2,5/-2,6

3

21,2 58,4 20,4

30,3 36,5 33,2

2,61 2,29 1,14

4

39,9 39,7 20,3

51,9 20,4 27,7

2,65 2,53 1,05

5

23,0 39,9 37,4

29,5 20,9 49,6

2,53 2,44 1,04

6

38,8 19,4 41,8

40,4 11,4 48,2

1,97 1,77 1,11

7

21,1 19,4 59,5

20,2 10.7 69,1

2,11 2,17 0,97

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

668 769

4

Exemples 8 à 10:

On applique le procédé décrit précédemment à des compositions renfermant 2 des 3 isomères de la fraction bouillant à 201° C.

Ex.

Composition initiale (moles %)

-2,6 -2,5 -2,4

Composition du désorbat (moles %)

-2,6 -2,5 -2,4

Sélectivité

(S)

8

— 50,1 49,9

— 6,8 53,2

S-2,4/-2,5 = 1,14

9

49,3 50,7 —

27,5 72,5 —

S-2.5/-2.6 = 2,56

10

50,3 — 49,7

26,3 — 73,7

S-2.4/-2.6 = 2,83

Exemples 11 à 19:

On applique le procédé à des mélanges d'isomères -2,4 et -2,5 dans des proportions variées.

Exemple

Composition initiale (moles %)

Composition du désorbat (moles %)

Sélectivité

-2,4

-2,6

-2,4

-2,6

-2,4/-2,6

11

10,8

89,2

50,5

49,5

8,40

12

19,0

81,0

51,6

48,4

4,55

13

24,7

75,3

58,6

41,4

4,32

14

40,2

59,8

68,7

31,3

3,27

15

48,7

51,3

71,9

28,1

2,70

16

59,6

40,4

81,5

19,5

2,98

17

75,0

25,0

86,3

13,7

2,10

18

79,8

20,2

89,8

10,2

2,23

19

89,4

10,6

93,3

6,7

1,59

Exemples 20 à 25:

On applique le procédé à des mélanges d'isomères -2,5 et -2,6 dans des proportions variées.

Exemple

Composition initiale (moles %)

Composition du .désorbat (moles %)

Sélectivité

-2,5

-2,6

-2,5

-2,6

-2,5/-2,6

20

9,3

90,7

35,0

65,8

5,26

21

10,0

90,0

31,2

68,8

4,09

22

29,7

70,3

35,1

67,9

2,60

23

48,8

51,2

67,2

32,8

2,15

24

69,9

30,1

82,8

17,2

2,09

. 25

87,4

12,6

93,2

6,8

2,00

Exemples 26 et 27:

On renouvelle l'essai de séparation de mélanges d'isomères -2,4, -2,5 et -2,6 en phase liquide en solution dans le décahydronaphta-lène, à 25 et à 90° C.

Ex.

Isomères

% d'isomère dans la solution initiale finale

à 25° C à 90° C

% relatif des deux isomères initial final

à 25° C à 90° C

26

-2,6 et -2,4

10,06 10,04 9,75 10,06 8,94 7,89

50 53 55,3 50 47 44,7

27

-2,6 et -2,5

10,05 10,25 9,70 10,05 7,22 6,85

50 58,7 58,6 50 41,3 41,4

Il ressort de ce tableau que le pourcentage absolu d'isomère -2,6 dans la solution finale est sensiblement identique au pourcentage de départ, alors que la baisse de concentration des isomères -2,4 et -2,5 est évidente. On observe ainsi une forte sélectivité également en phase liquide.

Exemple 28:

On utilise la zéolithe contenant des cations potassium dont la préparation a été décrite précédemment.

En appliquant la technique de mesure mentionnée plus haut sur des essais effectués sur le mélange industriel de l'exemple 1, on observe les sélectivités suivantes entre les isomères:

Sélectivité

Zéolithe

-2,4/-2,6

-2,5/-2,6

-2,4/-2,5

-3,4/-2,3

Cation K

1,74

1,40

1,25

1,44

Exemple 1

1,90 (rappel)

1,72 (rappel)

1,10

1,57

Exemples 29 à 31 (comparatifs):

On applique le procédé à des mélanges binaires des isomères -2,4, -2,5 et -2,6 en utilisant une zéolithe YK, c'est-à-dire une zéolithe Y dans laquelle les cations sont des cations potassium.

On observe les résultats suivants:

Ex.

Composition initiale (moles %)

-2,6 -2,5 -2,4

Composition du désorbat (moles %)

-2,6 -2,5 -2,4

Sélectivité

29

— 50,3 49,7

— 42,9 57,1

-2,4/-2,5 = l,35

30

49,5 50,5 —

49,3 50,7 —

-2,5/-2,6=l,05

31

50,9 — 49,1

42,5 — 57,5

-2,4/-2,6=l,29

Par comparaison avec les résultats des exemples 8 à 10 (mélanges de départ sensiblement équimoléculaires), on constate que, si la sélectivité -2,4/-2,5 est du même ordre de grandeur, par contre la sélectivité -2,5/-2,6 et -2,4/-2,6 est considérablement améliorée avec les zéolithes du procédé de l'invention.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

r

Claims

668 769

1. Procédé de séparation des dichlorotoluènes isomères, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes:

a) on fait passer un mélange contenant des dichlorotoluènes isomères sur une zéolithe ayant la composition suivante, en rapports molaires

(0,9±0,2) M2/„0:A1203:(10-100) SÌ02:zH20 (I)

dans laquelle M est au moins un cation choisi dans le groupe constitué par H, un métal alcalin, un métal alcalinoterreux ou un cation tétralkylammonium, n est la valence de M et z est compris entre 0 et 40,

b) on sépare les dichlorotoluènes non adsorbés,

d) on sépare les isomères d'avec l'éluant.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zéolithe répond à la formule I, dans laquelle M représente un cation sodium ou potassium.

2

REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zéolithe répond à la formule en proportions molaires:

(0,9 ±0,2) H20 : A1203 : (20-60) Si02.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la mise en contact du mélange de dichlorotoluènes isomères avec la zéolithe s'effectue en phase liquide ou gazeuse, à une température comprise entre 25 et 350° C et sous une pression comprise entre 1 et 30 bar.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mélange mis en contact avec la zéolithe comprend les isomères -2,3, -3,4, -2,4, -2,5 et -2,6 du dichlorotoluène.

6. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on met en contact avec la zéolithe un mélange constitué d'une partie des isomères du dichlorotoluène.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le mélange mis en contact avec la zéolithe est constitué par les di-chloro-2,3 et -3,4 toluènes.

8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le mélange mis en contact avec la zéolithe est constitué par les di-chloro-2,4, -2,5 et -2,6 toluènes.

9. Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le mélange mis en contact avec la zéolithe est préalablement concentré en l'un au moins de ses constituants.

10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'éluant est choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, l'azote, les hydrocarbures, les composés aromatiques mono- ou poly-cycliques éventuellement substitués et/ou halogénés et les composés polaires.