CH688041A5 - Procédé pour la fabrication en continu du méthylal et installation pour sa mise en oeuvre. - Google Patents
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Description
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CH 688 041 A5
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Description
La présente invention concerne un procédé pour la fabrication en continu de diméthoxyméthane ou méthylal, plus particulièrement de méthylal pour usage cosmétique et de méthylal extra-pur (99,99%), ainsi qu'à une installation pour la mise en œuvre de ce procédé.
Il est bien connu de fabriquer du méthylal par acétalisation du formaldéhyde par le méthanol avec un catalyseur acide. Auparavant, on utilisait comme catalyseurs des acides minéraux, tels que l'acide sulfurique, ce qui présentait de nombreux inconvénients à cause du caractère corrosif et polluant de ces produits. Les acides minéraux ont donc été ensuite remplacés comme catalyseurs par des résines échangeuses d'ions. Toutefois, la réaction entre le méthanol et le formaldéhyde est généralement effectuée en discontinu, dans un réacteur séparé et en milieu liquide avec le catalyseur noyé. Le rendement de la réaction n'est ainsi pas optimal, et des résidus de fabrication sont souvent présents dans le produit obtenu; ceci nécessite des opérations subséquentes de purification difficiles et coûteuses pour fabriquer du méthylal répondant aux normes actuelles de l'industrie cosmétique et pharmaceutique, en particulier à cause de sa teneur en formaldéhyde, méthanol et formiate de méthyle résiduels, et de la présence de peroxydes.
Le but de la présente invention consiste donc à fournir un procédé pour la fabrication industrielle en continu du diméthoxyméthane, qui ne présente pas les inconvénients précités des procédés connus et permette d'obtenir celui-ci exempt de traces de méthanol, de formaldéhyde, de formiate de méthyle et/ ou de peroxydes (< 1 ppm), plus particulièrement du diméthoxyméthane extra-pur à 99,99%.
Le procédé, objet de la présente invention, et visant à atteindre le but précité, pour la fabrication industrielle en continu du diméthoxyméthane par réaction du méthanol et du formaldéhyde, est caractérisé en ce que ladite réaction est effectuée dans une portion d'une colonne remplie d'un garnissage contenant comme catalyseur une résine échangeuse d'ions acide, en ce qu'on recueille par condensation en tête de colonne le diméthoxyméthane sous forme d'azéotrope avec le méthanol, puis en ce qu'on soumet le mélange azéotropique obtenu à un traitement au moyen d'une base ou d'une résine échangeuse d'ions basique, puis à une distillation par hydrosélection pour donner en tête un diméthoxyméthane pur contenant de 0,9 à 1% d'eau.
Pour obtenir le diméthoxyméthane pur et déshydraté à 99,99%, il suffit de soumettre le produit tel qu'obtenu ci-dessus à une étape subséquente de séchage par des techniques usuelles, par exemple, avec CaCl2, une zéolite, du silicagel, etc.
Un second objet de l'invention consiste en une installation pour la mise en œuvre du procédé ci-dessus, qui comporte une colonne de réaction présentant des moyens pour l'alimentation en continu des deux réactifs et une portion remplie d'un garnissage contenant le catalyseur de la réaction, des moyens pour recueillir en tête de colonne et condenser le diméthoxyméthane sous forme de mélange azéotropique, un dispositif pour le traitement basique de ce mélange et une colonne de distillation par hydrosélection, et des moyens pour recueillir en tête de colonne et condenser le diméthoxyméthane pur contenant de 0,9 à 1% d'eau.
L'installation selon l'invention peut également comporter d'une part des moyens pour déshydrater le diméthoxyméthane obtenu en tête de colonne de distillation, et d'autre part un dispositif de séparation et de recyclage du mélange eau-méthanol provenant de cette colonne de distillation.
De plus, et selon une variante préférée, la colonne de réaction peut comporter, au-dessus et au-dessous de la portion remplie du mélange garnissage-catalyseur, des zones de distillation.
Le dessin annexé illustre à titre d'exemple non limitatif un schéma d'une réalisation particulière de l'installation selon l'invention.
Cette installation comporte tout d'abord une colonne de réaction 1, divisée dans cette réalisation en trois portions différentes, à savoir une zone centrale de réaction 2, remplie d'un garnissage contenant le catalyseur, et deux zones de distillation respectivement au pied 3 et en tête 4 de la colonne 1, de chaque côté de la zone de réaction 2, et comportant chacune des garnissages ou plateaux de distillation usuels. A titre d'exemple, la colonne peut être une colonne de 10 m de haut (Sulzer AG) dont 8 m de garnissage de la zone de réaction 2 est du «Katapak» (Sulzer AG) contenant une résine échangeuse d'ions acide de type «Amberlyst 15 wet» (Rohm and Haas) ou «Purolite CT175» (Puro-lite Cy). Le garnissage du type précité à titre d'exemple présente une structure sandwich (toiles d'acier inox structurées selon une forme polygonale) et dans laquelle le catalyseur est emprisonné.
La colonne 1 est généralement chauffée à son pied (100-102°C) et est munie de deux alimentations en continu pour l'introduction dans la zone de réaction 2, la première 6 pour le formaldéhyde et la seconde 5 pour le méthanol. La température de cette zone de réaction 2 est de l'ordre de 85°C à sa partie inférieure et de 65-75°C à sa partie supérieure. Elle est également munie à son pied d'une sortie 7 de l'eau de réaction (non polluante) et reliée en tête à un condenseur 8 destiné à récupérer le méthylal azéotropique (à 40-41 °C).
Une colonne de lavage 9 est ensuite prévue pour traiter le méthylal azéotropique, afin de le débarrasser notamment d'impuretés telles que acide formique, formiate de méthyle, aldéhydes, ou autres impuretés contenues dans le formaldéhyde de départ, par exemple au moyen d'une solution basique (KOH, NaOH, CaOH) ou d'une résine échangeuse d'ions basique.
Les vapeurs de méthylal azéotrope (40-41 °C) sortant de cette colonne de lavage 9 sont introduites ensuite dans une colonne 10 de distillation par hydrosélection, cette colonne pouvant par exemple présenter un diamètre de 1,20 m et contenir 48 plateaux (chauffée à son pied à 92-100°C).
Cette colonne de distillation 10 est reliée à un condenseur 11, destiné à récupérer en lète de colonne le méthylal purifié et ne contenant plus qu'en-
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virori 1% d'eau. Celui-ci peut alors être déshydraté dans un dispositif de séchage 12 traditionnel.
L'installation peut encore comporter avantageusement un dispositif de recyclage du mélange eau/ méthanol provenant de la colonne de distillation principale 10. Ce dispositif peut comporter une colonne de distillation secondaire 13 (chauffée à son pied à 100-102°C), associée à un condenseur 14, par exemple une colonne de 0,5 m de diamètre et contenant un garnissage distillation-rétros (5/1), pour recycler l'eau de lavage et renvoyer le méthanol, séparé de l'azoétrope à la colonne de réaction 1, de préférence en 15 au bas de la zone de réaction 2. Une alimentation 16 en eau pure est prévue dans la partie supérieure de la colonne de distillation 10.
L'exemple suivant illustre l'utilisation de l'installation décrite ci-dessus pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention.
La colonne 1 est alimentée en 6 avec une solution de formol contenant 52,5% de formol, 0,5% de méthanol et 47,5% d'eau, avec un débit de 1139 kg/hr. On introduit simultanément par 5, 1166 kg/hr de méthanol pur et 206 kg/hr de méthanol recyclé à 50% dans la même colonne 1. La réaction est effectuée dans la zone centrale 2 de la colonne 1 avec comme catalyseur de l'«Amberlit 15 wet» (granulométrie de 350 à 1200 jim) dans un garnissage «Katapak». Les zones de distillation inférieure (5,5 m) et supérieure (8 m) contiennent un garnissage de distillation qui permet d'obtenir au pied de la colonne 891 kg/hr d'eau non polluante et en tête 1620 kg/hr de méthylal technique (azéotro-pe méthanol), avec un rendement de fabrication en méthylal supérieur à 98,5% (avec rétros en tête de la colonne 1 de 2,5/1).
Le méthylal azéotrope obtenu est lavé dans la colonne 9 avec une solution de soude à 29% en large excès pour éliminer les traces d'acides (notamment formique), de formiate de méthyle, d'aldéhydes provenant de la réaction et/ou d'impuretés contenues dans le formaldéhyde de départ.
On procède ensuite à une distillation par hydrosélection dans la colonne 10, avec une quantité d'eau équivalente à l'alimentation en méthylal azéotrope et obtenir une tête de la colonne de distillation 10, 1515 kg/hr de méthylal pur, contenant de 0,9 à 1% d'eau (avec rétros sur la colonne de 1/1).
Enfin, le méthylal pur ainsi obtenu est séché dans le dispositif 12, par exemple au moyen d'un mélange CaCI 2-zéolites, afin d'obtenir 1500 kg/hr de méthylal très pur à 99,99%.
Selon une variante, on remplace le catalyseur utilisé ci-dessus par une résine échangeuse d'ions fortement acide de type «Purolite CT175» (granulométrie de 600 à 1200 um) et on utilise comme formaldéhyde de départ un produit brut obtenu par catalyse sur argent (40/40/20) avec un débit de 1497 kg/hr; le débit de l'alimentation en méthanol pur est de 575 kg/hr et de 206 kg/hr de méthanol recyclé par 15.
Avec cette variante, on soutire 658 kg/hr d'eau résiduaire non polluante, et on obtient 1620 kg/hr de méthylal azéotrope, puis 1500 kg/hr de méthylal extra-pur avec une rendement supérieur à 98,5% suivant la pureté du formaldéhyde utilisé.
Ainsi le procédé selon l'invention présente l'avantage de fabriquer en continu un méthyl extra-pur (99,99%) utilisable grâce à cette qualité notamment dans les industries pharmaceutique et cosmétique, par exemple pour la réalisation d'aérosols cosmétiques.
De plus, les rendements tant thermiques que chimiques obtenus avec ce procédé sont supérieurs à ceux obtenus avec les procédés connus, notamment grâce à l'utilisation de la combinaison catalyseur/garnissage, qui permet d'assurer un excellent contact entre les liquides et les vapeurs réaction-nels en présence dudit catalyseur.
Claims (11)
1. Procédé pour la fabrication en continu de diméthoxyméthane par réaction du méthanol et du formaldéhyde, caractérisé en ce que ladite réaction est effectuée dans une portion d'une colonne remplie d'un garnissage contenant comme catalyseur une résine échangeuse d'ions acide, en ce qu'on recueille par condensation en tête de colonne le diméthoxyméthane sous forme d'azéotrope avec le méthanol, puis en ce qu'on soumet le mélange azéotropique obtenu à un traitement au moyen d'une base ou d'une résine échangeuse d'ions basique, puis à une distillation par hydrosélection pour donner en tête un diméthoxyméthane pur contenant de 0,9 à 1% d'eau.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet ensuite le diméthoxyméthane obtenu à une déshydratation pour obtenir un produit extra-pur à environ 99,99%.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la base pour le traitement du diméthoxyméthane azéotrope est un hydroxyde de sodium, de potassium ou de calcium.
4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que la déshydratation est effectuée au moyen de chlorure de calcium, de siligel, de zéolites ou d'un mélange de ceux-ci.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le formaldéhyde utilisé est une solution aqueuse de formaldéhyde, éventuellement contenant du méthanol.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on sépare le mélange eau-méthanol obtenu au pied de la colonne de distillation et qu'on recycle dans la colonne de réaction le méthanol ainsi récupéré.
7. Installation pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, qui comporte une colonne de réaction présentant des moyens pour l'alimentation en continu des deux réactifs et une portion remplie d'un garnissage contenant le catalyseur de la réaction, des moyens pour recueillir en tête de colonne et condenser le diméthoxyméthane sous forme de mélange azéotropique, un dispositif pour le traitement basique de ce mélange et une colonne de distillation par hydrosélection, et des moyens pour recueillir en tête de colonne et condenser le diméthoxyméthane pur contenant de 0,9 à 1% d'eau.
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8. Installation selon la revendication 7, dans laquelle la colonne de réaction comporte au-dessus et au-dessous de la portion contenant l'ensemble catalyseur/garnissage une zone de distillation.
9. Installation selon la revendication 7 ou la revendication 8, dans laquelle le catalyseur est emprisonné dans le garnissage ayant une structure en sandwich.
10. Installation selon l'une des revendications 7 à 9, qui comporte encore d'une part des moyens pour déshydrater le diméthoxyméthane obtenu en tête de colonne de distillation, et d'autre part un dispositif de séparation et de recyclage du mélange eau-méthanol provenant de cette colonne de distillation.
11. Installation selon la revendication 10, qui comporte des moyens pour amener le méthanol récupéré par séparation du mélange eau-méthanol dans la colonne de réaction, ainsi que des moyens pour introduire de l'eau dans la colonne de distillation.
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1994
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|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |