FR2667597A1 - Procede d'oxydation d'hydrocarbures satures en alcools correspondants. - Google Patents

Abstract

Procédé d'oxydation d'au moins un hydrocarbure saturé choisi dans le groupe formé par le cyclohexane et les hydrocarbures saturés acycliques et cycliques ayant de 7 à 20 atomes de carbone dans leur molécule, en un produit comprenant l'alcool correspondant selon lequel l'oxydation est effectuée, en présence d'un oxyde borique formant des esters avec l'alcool formé par oxydation, à l'aide d'un gaz contenant de l'oxygène moléculaire; le produit d'oxydation est hydrolysé en acide orthoborique et en alcool que l'on récupère par séparation de la phase organique; la phase aqueuse contenant l'acide borique est envoyé dans une zone de formation de borate de méthyle que l'on récupère sous la forme de son azéotrope avec le méthanol; cet azéotrope est envoyé dans une zone d'hydrolyse dans laquelle on forme un oxyde borique; le produit formé dans la zone d'hydrolyse est envoyé dans une colonne à distiller dans laquelle on introduit un composé (par exemple le diméthyl-2,3 butane) formant un hétéroazéotrope avec le méthanol, ledit hétéroazéotrope ayant un point d'ébullition inférieur à celui de l'azéotrope méthanol-borate de méthyle, et un composé (par exemple l'hydrocarbure soumis à l'oxydation) ayant un point d'ébullition supérieur à celui du borate de méthyle ledit composé ne formant pas d'azéotrope à point d'ébullition inférieur à celui dudit hétéroazéotrope; on récupère en tête de la colonne l'hétéroazéotrope et on recycle après séparation le méthanol à l'étape de formation du borate de méthyle et le composé formant l'hétéroazéotrope en tête de colonne; en fond de la colonne, on récupère une suspension d'oxyde borique que l'on recycle à l'étape d'oxydation.

Description

L'invention concerne un procédé d'oxydation d'hydrocarbures saturés en un produit comprenant les alcools correspondant à ces hydrocarbures. L'invention concerne plus particulièrement un procédé d'oxydation d'au moins un hydrocarbure saturé choisi dans le groupe formé par le cyclohexane et les hydrocarbures saturés acycliques et cycliques ayant de 7 à 20 atomes de carbone dans leur molécule, ladite oxydation étant effectuée à l'aide d'un gaz contenant de l'oxygène moléculaire en présence d'au moins un composé de bore formant des esters avec l'alcool formé au cours de l'oxydation et ledit procédé comprenant une récupération des composés de bore à partir des esters boriques obtenus et une réutilisation de ces composés à l'étape d'oxydation.

La fabrication d'alcools par oxydation d'hydrocarbures, par un gaz contenant de l'oxygène moléculaire est, depuis de nombreuses années, effectuée en présence d'un composé de bore formant des esters avec l'alcool de manière à augmenter la selectivité en alcool, en limitant l'oxydation ultérieure de l'alcool formé par exemple en composé cétonique.

Ces procédés nécessitent l'hydrolyse des esters boriques formés, de manière à récupérer l'alcool recherché, et pour des raisons économiques, et pour éviter les problèmes de pollution, la récupération et le recyclage de l'acide orthoborique, formé au cours de l'hydrolyse, à l'étape d'oxydation.

De très nombreux brevets concernant ce procédé d'oxydation ont été publiés, en particulier entre 1950 et 1970. Ces documents de brevets mettent en évidence la néccesité de recycler un composé de bore aussi pur que possible.

En effet, comme cela est en particulier mentionné dans les brevets français FR-B1497519 et FR-B-1498351 au nom de la demanderesse, il est souhaitable d'éviter le recyclage des diverses impuretés organiques avec l'acide borique, car ces impuretés inhibent la réaction d'oxydation et conduisent à un encrassement du réacteur.

Les procédés décrits dans ces brevets impliquent, pour la récupération de l'acide borique, en vu de son recyclage, une étape de cristallisation de l'acide borique par refroidissement de la phase aqueuse issue de la zone d'hydrolyse et une étape de lavage par un solvant, tel que le méthanol ou un mélange méthanol et eau, de l'acide cristallisé, ainsi qu'éventuellement une étape de séchage ou de déshydratation de l'acide borique avant son recyclage à l'étape d'oxydation de l'hydrocarbure.

Ces procédés présentent plusieurs inconvénients, dont les plus importants sont liés à l'utilisation d'équipements spécifiques utilisés dans l'industrie minérale tels que cristalliseurs, centrifugeuses et fours rotatifs, dont la mise en oeuvre est délicate et mal aisée, et dont le coût est important. Par ailleurs, I'emploi d'un solvant de lavage tel que le méthanol entraîne une perte importante de composé de bore qui est plus ou moins soluble dans cet alcool et qui de plus risque de réagir avec lui pour former du borate de méthyle soluble dans le méthanol. II faut enfin mentionner que les cristaux de composé borique, obtenus au cours de ces procédés, sont relativement gros, ce qui limite leur réactivité vis-à-vis de l'alcool qui se forme dans l'étape d'oxydation et donc diminue la sélectivité en alcool de l'ensemble du procédé.

Le procédé décrit dans la demande de brevet français FR-A-2363516 publiée en 1978 présente, globalement, les mêmes inconvénients que ceux mentionnés ci-avant pour les procédés décrits par la demanderesse, et en particulier ceux liés à l'utilisation d'équipements spécifiques de l'industrie minérale.

II est connu et décrit, notamment dans le brevet FR-B-1513001, que le traitement de séchage et de déshydratation a également pour but de transformer au moins en partie l'acide orthoborique en un acide de degré d'hydratation inférieur, notamment en acide métaborique, qui recyclé à l'étape d'oxydation permet l'obtention d'un meilleur rendement en alcool.

Ainsi, bien que l'on puisse utiliser dans le processus d'oxydation aussi bien l'acide orthoborique, I'acide métaborique, I'anhydride borique et les mélanges de ces composés de bore comme cela est en particulier décrit dans la demande de brevet français FR-A-2209737 page 1 ligne 14 à 21, il est cependant préférable, d'après l'enseignement de cette demande de brevet, de transformer au moins en partie l'acide orthoborique en acide métaborique que l'on renvoie à la zone d'oxydation (page 5, lignes 14 à 17).

II est à souligner que l'enseignement de ces deux documents de brevets, FR-B1513001 et FR-A-2209737, ne permet pas de pallier les inconvénients mentionnés ci-avant et en particulier ceux liés à l'emploi d'équipements spécifiques de l'industrie minérale.

La présente invention propose une solution technique, complètement différente de celle utilisée depuis plus de 25 ans, qui permet de limiter au minimum l'utilisation d'équipements spécifiques de l'industrie minérale et même, dans sa forme préférée de mise en oeuvre, de ne pas avoir à utiliser de tels équipements.

Le procédé de la présente invention n'utilise, dans sa forme la plus large, pour ce qui est de la partie concernant le recyclage du composé de bore, qu'un seul équipement spécifique de l'industrie minérale qui est un équipement permettant de récupérer l'acide borique à partir de son mélange avec un composé à point d'ébullition plus élevé que celui du borate de méthyle. Le plus souvent, I'oxyde borique à récupérer est en suspension dans un solvant organique et on utilise alors une simple centrifugeuse ou un simple appareil de filtration.

Dans sa forme préférée de mise en oeuvre, le procédé de la présente invention, pour ce qui est de la partie concernant le recyclage du composé de bore, ne fait appel qu'à des opérations de distillation, de mise en oeuvre aisée et de coût de maintenance et de main-d'oeuvre moins important que lorsque on utilise des équipements spécifiques de l'industrie minérale. En effet, dans cette forme préférée, le composé de bore est obtenu en suspension dans l'hydrocarbure que l'on oxyde et il est alors possible de recycler cette suspension sans avoir à effectuer de séparation du composé de bore.

Le procédé de la présente invention permet de recycler un composé de bore contenant moins d'impuretés, en particulier d'impuretés organiques, que le composé recyclé selon les techniques antérieures tout en ayant une perte de bore extrêmement limitée.

II est également de mise en oeuvre aisée et, par ailleurs, il permet d'obtenir un composé de bore sous une forme extrêmement divisée, le plus souvent au moins en partie sous la forme d'un sol, ce qui permet d'obtenir une sélectivité en alcool plus élevée que celle obtenue selon la technique antérieure et relativement constante au cours du temps.

De façon plus précise, la présente invention concerne un procédé d'oxydation, d'au moins un hydrocarbure saturé, choisi dans le groupe formé par le cyclohexane et les hydrocarbures saturés acycliques et cycliques ayant de 7 à 20 atomes de carbone dans leur molécule, en un produit comprenant l'alcool correspondant, selon lequel a) on oxyde ledit hydrocarbure, en phase liquide, à l'aide d'un gaz contenant de l'oxygène moléculaire, en présence d'au moins un composé de bore, formant des esters avec l'alcool formé au cours de l'oxydation, choisi dans le groupe formé par les oxydes boriques, sous forme anhydre ou hydratée, de formule générale (I) B203,xH2O dans laquelle x est un nombre de O à 3, b) on hydrolyse le mélange réactionnel obtenu à l'étape a), contenant au moins un ester dudit composé de bore, en un produit comprenant de l'acide orthoborique et un alcool correspondant audit hydrocarbure, c) on sépare le mélange réactionnel obtenu à l'étape b) en une phase aqueuse contenant de l'acide orthoborique et en une phase organique, contenant un alcool correspondant audit hydrocarbure, à partir de laquelle on récupère ledit alcool, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes d) on traite, dans des conditions de formation du borate de méthyle, la phase aqueuse obtenue à l'étape c) par du méthanol en une quantité molaire au moins égale à la quantité théorique nécessaire à la formation de l'azéotrope borate de méthyleméthanol, et on sépare, dans une colonne à distiller, le borate de méthyle sous la forme de son azéotrope avec le méthanol, azéotrope que l'on récupère en tête de colonne, et une phase, à point d'ébullition plus élevé que celui de l'azéotrope méthanol-borate de méthyle, contenant de l'eau, que l'on récupère en fond de colonne, e) on introduit dans une zone d'hydrolyse l'azéotrope méthanol-borate de méthyle récupéré à l'étape d) et de l'eau, dans un rapport molaire eau/borate de méthyle d'environ 1,3: 1 à environ 2,9 : 1, et on effectue, dans ladite zone, au moins en partie l'hydrolyse du borate de méthyle, f) on introduit dans une colonne à distiller - le produit issu de la zone d'hydrolyse de l'étape e) - au moins un composé formant un hétéroazéotrope avec le méthanol, ledit hétéroazéotrope ayant un point d'ébullition inférieur à celui de l'azéotrope méthanolborate de méthyle, et - au moins un composé ayant un point d'ébullition supérieur à celui du borate de méthyle, ledit composé ne formant pas d'azéotrope à point d'ébullition inférieur à celui dudit hétéroazéotrope, g) on récupère, en tête de la colonne employée à l'étape f), ledit hétéroazéotrope que l'on envoie dans un décanteur dans lequel on sépare le méthanol du composé formant ledit hétéroazéotrope et on recycle ce composé dans la colonne à distiller à titre de reflux et, au moins en partie, à titre d'alimentation de ladite colonne en ce composé, h) on récupère, en fond de la colonne employée à l'étape f), un mélange comprenant au moins un oxyde borique, sous forme anhydre ou hydratée, et ledit composé à point d'ébullition supérieur à celui du borate de méthyle, et i) on recycle, à l'étape a), le mélange récupéré à l'étape h) ou ledit oxyde borique obtenu par séparation à partir dudit mélange récupéré à l'étape h).

Les étapes a) d'oxydation, b) d'hydrolyse et c) de séparation d'une phase organique et d'une phase aqueuse sont des étapes classiques dont les conditions générales de mise en oeuvre sont bien connues de l'homme du métier. Ces conditions ne seront pas détaillées dans le cadre de la de la présente description. De très nombreux documents mentionnent ces conditions tels que par exemple Ullmann's Encyclopedia of Industrial
Chemistry, Fifth, completely Revised Edition, Vol. A8, pages 220 et 221, Benzene and its derivatives, edited by E. G. HANCOCK, LONDON 1975, pages 238 à 251, et les documents de brevets FR-B-1442272, FR-B-1497522, FR-B-1 536937, FR-B1549178, FR-B-1 556968, FR-B-1 524498, FR-B-1 556980, US-A-3895067 et US-A-3932513.

Dans l'étape a) d'oxydation, on emploie habituellement un gaz contenant de 2 à 25 % en volume d'oxygène, par exemple un mélange d'azote et d'oxygène, de l'air, éventuellement dilué par un gaz inerte tel que l'azote, mais il est également possible d'employer un gaz plus riche en oxygène tel que de l'air enrichi en oxygène.

L'oxydation est effectuée dans des conditions de température et de pression telles qu'elle se déroule en phase liquide. La température d'oxydation est généralement d'environ 100 à 250 "C et le plus souvent d'environ 130 à 200 C et la pression est habituellement d'environ 0,5 à 4 Mégapascals (MPa).

Au cours de l'étape a) d'oxydation, le composé de bore utilisé est de préférence choisi dans le groupe formé par l'anhydride borique de formule générale (I) dans laquelle x est égal à zéro, l'acide métaborique de formule générale (I) dans laquelle x est égal à 1, les mélanges de ces deux composés et les mélanges d'acide métaborique et d'acide orthoborique contenant moins de 60 % et de préférence moins de 30 % en poids d'acide orthoborique de formule générale (I) dans laquelle x est égal à 3.

Lorsque le composé de bore utilisé dans l'étape d'oxydation est l'un des composés préférés mentionnés ci-avant, il est alors nécessaire pour la bonne marche du procédé de choisir les conditions de l'hydrolyse du borate de méthyle à l'étape e) de sorte que le produit obtenu soit celui que l'on souhaite, c'est-à-dire l'un des composés préférés mentionnés ci-avant.

La réaction d'hydrolyse du borate de méthyle permet en effet d'obtenir les oxydes de formule générale (I) dans laquelle x est égal à zéro, un ou trois, souvent respectivement dénommés anhydride borique (B203), acide métaborique (HBO2 ou
B203, H20) et acide orthoborique (H3B03 ou B203, 3H20). L'un des facteurs principaux permettant d'orienter cette réaction d'hydrolyse vers une formation préfèrentielle de l'un de ces oxydes est la quantité d'eau mise en jeu par rapport à la quantité de borate de méthyle.Ainsi, lorsque l'on veut obtenir un produit d'hydrolyse contenant principalement de l'acide métaborique il est souhaitable d'utiliser une quantité d'eau voisine de 2 moles d'eau par mole de borate de méthyle, par exemple d'environ 1,8 à environ 2,2 moles d'eau par mole de borate de méthyle. Dans le cas où l'on souhaite obtenir un produit contenant une majorité d'anhydride borique, il est souhaitable que la quantité d'eau soit voisine de la quantité théorique, de 1,5 mole d'eau par mole de borate de méthyle, nécessaire pour la formation de ce produit. De même, si la quantité d'eau est voisine ou supérieure à la quantité d'eau théorique, de 3 moles d'eau par mole de borate de méthyle, nécessaire pour la formation de l'acide orthoborique, le produit de l'hydrolyse contiendra en majorité cet acide.

Ainsi, dans cette étape e) d'hydrolyse du borate de méthyle, le rapport molaire eau/borate de méthyle est le plus souvent d'environ 1,5 : 1 à environ 2,6 : 1 et de préférence d'environ 1,8 :1 à environ 2,2 :1.

Dans l'étape b) d'hydrolyse du mélange réactionnel, issu de l'étape a) d'oxydation, on emploie habituellement une quantité d'eau d'environ 0,01 à environ 1 fois, en poids, le poids dudit effluent réactionnel, la température de l'hydrolyse est habituellement d'environ 20 à environ 170 "C et la pression est d'environ 0,1 à environ 4 MPa.

Cette réaction d'hydrolyse est très rapide, sa durée est généralement d'environ 5 minutes à environ 4 heures.

Dans l'étape c), la séparation entre une phase organique et une phase aqueuse est effectuée dans des conditions classiques, par exemple dans un décanteur. La phase organique, contenant l'alcool formé au cours de l'oxydation, est ensuite envoyée dans une section de traitement et de récupération dudit alcool. Ce traitement comprend de préférence une première étape de lavage à l'eau qui est habituellement suivie par une étape de saponification et éventuellement une deuxième étape de lavage à l'eau, puis l'alcool est récupéré par exemple par distillation ou par extraction à l'aide d'un solvant. Ce traitement de la phase organique est un traitement classique décrit par exemple dans plusieurs des documents cités ci-avant. L'eau de lavage utilisée dans la première étape de lavage est de préférence au moins en partie utilisée ensuite à l'étape b) d'hydrolyse du mélange réactionnel obtenu à l'étape a). Cette eau de lavage peut comprendre, dans une forme préférée de réalisation, au moins une partie de l'eau séparée en fond de colonne à l'étape d) de formation du borate de méthyle.

L'étape d) de formation de borate de méthyle et de séparation, dans une colonne à distiller (comprenant dans sa partie inférieure une zone d'épuisement et dans sa partie supérieure une zone d'enrichissement), de l'azéotrope borate de méthyleméthanol en tête de colonne et en fond de colonne d'une phase à point d'ébullition plus élevé, contenant de l'eau, peut être effectuée dans deux zones distinctes (un réacteur d'estérification et une colonne à distiller) ou dans une seule et même zone de distillation-réaction dans laquelle la réaction de formation du borate de méthyle se déroule simultanément à la séparation de l'azéotrope que l'on récupère en tête de ladite zone. On utilise habituellement au moins 4 moles de méthanol par mole d'acide orthoborique.Le rapport molaire méthanol : acide orthoborique est par exemple de 4 1 à 20 1 et de préférence de 5 1 à 10 1 et le plus souvent on utilise une quantité de méthanol telle que ce rapport soit d'environ 6 1. L'utilisation d'une quantité de méthanol au moins égale à la quantité théorique nécessaire à la formation de l'azéotrope borate de méthyle-méthanol (soit 4 moles de méthanol par mole d'acide orthoborique), ou d'un excès de méthanol tel que celui défini ci-avant, permet d'obtenir l'azéotrope borate de méthyle-méthanol que l'on récupére en tête d'une colonne à distiller. Cet azéotrope borate de méthyle-méthanol contient 76,5 % en poids de borate de méthyle (soit une mole de borate de méthyle par mole de méthanol).

Cette colonne à distiller peut travailler à une pression inférieure, égale ou supérieure à la pression atmosphérique. On préfère habituellement effectuer cette distillation à pression atmosphérique avec une température en fond de colonne d'environ 70 C à environ 100 "C. Dans ces conditions, en opérant avec un excès de méthanol, par exemple dans une colonne réactive de type adiabatique, la conversion de l'acide orthoborique dépasse 99 % et le plus souvent est supérieure à 99,5 % ; ainsi la quantité d'acide orthoborique non converti que l'on récupère en fond de colonne est très faible.

Dans une forme avantageuse de réalisation de l'invention, les conditions de la distillation sont choisies de manière à obtenir en fond de colonne un produit à point d'ébullition plus élevé que celui de l'azéotrope borate de méthyle-méthanol, contenant de l'eau et une très faible quantité de méthanol, de préférence inférieure à 1 % et le plus souvent inférieure à 0,2 % en poids par rapport au poids de ce produit. Ceci peut être obtenu en opérant sous une pression donnée à une température, en fond de colonne, supérieure à la température d'ébullition du méthanol.

Dans ces conditions, le méthanol en excès est par exemple soutiré de la colonne dans une zone médiane de la zone d'enrichissement, puis recyclé soit dans le réacteur de formation du borate de méthyle, soit dans la colonne elle-même, par exemple au niveau de l'introduction de la charge comprenant l'acide orthoborique et l'eau en provenance de l'étape c) et du méthanol. II est également possible de soutirer le méthanol en excès, en partie ou en totalité, avec l'azéotrope borate de méthyleméthanol et d'envoyer ce mélange à l'étape e) d'hydrolyse du borate de méthyle, puis le produit résultant à la colonne de distillation de l'étape f) dans laquelle tout le méthanol est séparé en tête sous forme d'un hétéroazéotrope. Le plus souvent, au moins une majeure partie du méthanol en excès est soutiré dans la zone médiane de la zone d'enrichissement de la colonne.Cette colonne à distiller employée à l'étape d) est une colonne classique comportant habituellement d'environ 20 à 100 plateaux théoriques et le plus souvent d'environ 30 à 80 plateaux théoriques. La zone d'épuisement de cette colonne comporte habituellement de 1 à 20 plateaux théoriques et le plus souvent de 2 à 10 plateaux théoriques. Au dessus de cette zone d'épuisement, la zone d'enrichissement comprend habituellement de 20 à 80 plateaux théoriques et le plus souvent de 30 à 70.

La préparation du borate de méthyle est largement décrite dans l'art antérieur et en particulier dans les brevets US-A-221 7354, US-A-2808424, US-A-2813115 et
US-A-2947776 auxquels l'homme de métier peut se référer.

La zone d'hydrolyse de l'étape e) dans laquelle on introduit l'azéotrope borate de méthyle-méthanol peut être un réacteur classique, de préférence parfaitement agité, dans lequel l'hydrolyse du borate de méthyle s'effectue, au moins en partie, par exemple jusqu'à l'équilibre correspondant aux diverses conditions employées telles que, par exemple, la quantité d'eau introduite par rapport à la quantité d'acide borique et la température. L'hydrolyse peut également s'effectuer au moins en partie dans la ligne d'alimentation de la colonne à distiller de l'étape f) ou encore dans la partie inférieure de ladite colonne à distiller, par exemple dans le rebouilleur, cette ligne ou cette partie de ladite colonne formant ladite zone d'hydrolyse de l'étape e) et jouant alors le rôle d'un réacteur d'hydrolyse.

Comme habituellement on ne souhaite pas former une majorité d'acide orthoborique, il est souhaitable de choisir des conditions opératoires permettant d'éviter des concentrations locales élevées en eau qui peuvent conduire à sa formation préfèrentielle et/ou éventuellement de travailler à une température relativement élevée, par exemple d'au moins 120 "C, à laquelle cet acide orthoborique se déshydrate en acide métaborique. L'hydrolyse du borate de méthyle est le plus souvent effectuée dans des conditions classiques, habituellement à une pression allant de la pression atmosphérique à environ 20 mégapascals (MPa) et le plus souvent d'environ 1,05 à environ 10 MPa et de préférence d'environ 2 à environ 4 MPa.La température à laquelle l'hydrolyse du borate de méthyle est effectuée est habituellement comprise entre la température ambiante (par exemple environ 18"C) et environ 200 "C et de préférence, en particulier parce qu'il n'est pas souhaitable de former une majorité d'acide orthoborique, d'environ 100 à environ 180 C et le plus souvent d'environ 120 à environ 140 "C. Dans tous les cas,
I'hydrolyse du borate de méthyle se pousuit au sein même de la colonne à distiller, au cours de l'étape f), par déplacement de l'équilibre par suite du départ du méthanol et la conversion molaire du borate de méthyle dépasse le plus souvent 95 %.

Cette colonne à distiller, utilisée dans le cadre de la présente invention, à l'étape f), pour récupérer en fond de colonne un mélange d'au moins un oxyde borique, sous forme anhydre ou hydratée, et du composé à point d'ébullition supérieur à celui du borate de méthyle, est une colonne classique comportant habituellement d'environ 20 à environ 100 plateaux théoriques, le plus souvent d'environ 30 à environ 70 plateaux théoriques et de préférence d'environ 40 à environ 60 plateaux théoriques. Cette colonne, et en particulier le garnissage de la zone d'épuisement, lorsque cette zone en comporte un, est choisie de manière à pouvoir fonctionner, au moins dans la zone d'épuisement, en présence de solide. La zone d'alimentation de la colonne n'est pas très critique.On peut introduire la charge, qui comprend l'azéotrope borate de méthyle-méthanol et de l'eau ou qui comprend le produit issu du réacteur d'hydrolyse, en fond de colonne ou dans le rebouilleur ou dans une zone intermédiaire de la colonne. La charge sera de préférence introduite au-dessus du premier plateau théorique et le plus souvent au-dessus d'une zone constituant une zone d'épuisement de ladite colonne, ladite zone d'épuisement comportant habituellement de 1 à 10 plateaux théoriques et le plus souvent de 2 à 5 plateaux théoriques. Au-dessus de cette zone d'épuisement, la colonne comporte une zone d'enrichissement comprenant habituellement de 20 à 60 plateaux théoriques et le plus souvent de 30 à 50 plateaux théoriques.

Le composé à point d'ébullition supérieur à celui du borate de méthyle est habituellement introduit en fond de colonne et par exemple au niveau ou à proximité immédiate du rebouilleur.

Le composé formant l'hétéroazéotrope avec le méthanol est habituellement introduit à proximité du sommet de la colonne ou dans le décanteur dans lequel on sépare ce composé du méthanol. Lorsqu'il est nécessaire d'ajouter une certaine quantité de ce composé durant la marche de l'unité, il est alors préférable de l'introduire dans le décanteur. Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, le méthanol, séparé dans ce décanteur au cours de l'étape g), est recyclé à l'étape d) de formation du borate de méthyle.

Les conditions de cette distillation sont des conditions classiques aisément déterminables par l'homme du métier en fonction des divers composés présents dans la colonne. On peut ainsi distiller sous une pression inférieure à la pression atmosphérique, à la pression atmosphérique ou sous une pression supérieure à la pression atmosphérique. Le taux de reflux est habituellement d'environ 0,5 à environ 5. La température dans le rebouilleur dépend du composé à point d'ébullition supérieur à celui du borate de méthyle employé dans le procédé.Dans les conditions, notamment de pression, choisies pour la distillation, cette température au niveau du rebouilleur est habituellement au plus égale à la température d'ébullition de ce composé et supérieure à la température d'ébullition du borate de méthyle ; de préférence, cette température sera supérieure d'au moins 10 C à la température d'ébullition du borate de méthyle.

Parmi les composés formant avec le méthanol un hétéroazéotrope ayant un point d'ébullition inférieur au point d'ébullition de l'azéotrope méthanol-borate de méthyle, dont une liste, non exhaustive, peut en particulier être trouvée dans le livre
Azeotropic Data, Advances in Chemistry Series 6, American Chemical Society,
Washington USA, on choisit de préférence ceux qui forment un hétéroazéotrope contenant au moins 10 % en poids de méthanol dans l'hétéroazéotrope et dont l'hétéroazéotrope a un point d'ébullition inférieur d'au moins 2 "C au point d'ébullition de l'azéotrope méthanol-borate de méthyle.

Le plus souvent, les composés formant ledit hétéroazéotrope sont choisis parmi les hydrocarbures et de préférence les hydrocarbures ayant de 4 à 6 atomes de carbone dans leur molécule et ne comportant pas de cycle à 6 chaînons. A titre d'exemple non limitatif de tels hydrocarbures, on peut citer le méthyl-2 pentane et le diméthyl2,3 butane.

La quantité du ou des composés utilisés dans la présente invention pour former l'hétéroazéotrope avec le méthanol est habituellement au moins égale à la quantité théorique nécessaire pour enlever azéotropiquement tout le méthanol présent dans la colonne, ainsi que celui qui se forme au cours de l'hydrolyse. La quantité de ce composé sera le plus souvent supérieure à cette quantité théorique et par exemple d'environ 1,1 à environ 2 fois la quantité théorique. Si nécessaire, dans le procédé en continu, la quantité de ce composé sera maintenue sensiblement constante par apport continu ou par bouffée d'une quantité déterminée de ce composé.

Dans une forme particulière de réalisation de la présente invention, on alimentera, en continu ou par bouffée, le décanteur utilisé à l'étape g), dans lequel on sépare le méthanol du composé formant avec lui un hétéroazéotrope, avec une faible proportion d'eau qui permettra une séparation des couches plus facile. La quantité d'eau employée représente habituellement environ 0,5 à environ 10 % en poids, de préférence d'environ 1 à environ 5 % en poids et le plus souvent d'environ 2 à environ 4 % en poids par rapport au poids de méthanol.

Le composé à point d'ébullition supérieur à celui du borate de méthyle que l'on utilise est de préférence un composé dont le point d'ébullition est supérieur d'au moins 2 "C (degrés Celcius), et le plus souvent d'au moins 10 "C, à celui du borate de méthyle. Ce composé est le plus souvent choisi parmi les hydrocarbures et de préférence dans le groupe formé par le cyclohexane et les hydrocarbures saturés ayant de 7 à 20 atomes de carbone dans leur molécule. Dans une forme particulièrement avantageuse de réalisation de l'invention, ce composé est l'hydrocarbure soumis à l'oxydation à l'étape a).

Le ou les oxydes boriques, sous forme anhydre ou hydratée, de formule générale (I) ci-avant, qui se forment au cours de l'hydrolyse, à l'étape e), sont des produits que l'on obtient à l'étape h), en fond de la colonne employée à l'étape f), sous forme solide extrêmement divisée et relativement pure. Ce ou ces oxydes boriques sont habituellement obtenus au moins en partie sous forme de sol, en suspension dans le composé de point d'ébullition supérieur à celui du borate de méthyle que l'on a introduit dans ladite colonne.Lorsque l'on effectue l'hydrolyse en continu on introduit ce composé, en continu ou par bouffée, le plus souvent en quantité équivalente à celle que l'on soutire pour récupérer le ou les oxydes formés. II est habituel d'opérer de manière à obtenir une suspension contenant de 1 à 50 %, de préférence de 5 à 30 % et le plus souvent de 10 à 20 % en poids de solide par rapport au poids total de la supension. Ce composé est habituellement introduit dans la colonne à proximité de son fond et de préférence dans le rebouilleur.

Ce ou ces oxydes que l'on récupère à l'étape h), en fond de la colonne employée à l'étape f), en mélange avec le composé à point d'ébullition supérieur à celui du borate de méthyle, le plus souvent sous forme d'une suspension dans ce composé, sont obtenus à partir du borate de méthyle avec une très bonne conversion habituellement supérieure à 95 % en moles et le plus souvent d'environ 100 %, sous la forme d'un produit extrêmement divisé et relativement pur. Le mélange obtenu à l'étape h) peut être envoyé dans une zone de séparation dans laquelle on récupère le ou les oxydes boriques solides que l'on recycle à l'étape a).Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, le ou les oxydes boriques solides, sont obtenus sous forme d'une suspension de solide extrêmement divisé, habituellement au moins en partie sous forme de sol, dans l'hydrocarbure soumis à l'oxydation, et dans ce cas on ne sépare pas ce ou ces oxydes boriques et on recycle cette suspension à l'étape a).

L'invention s'applique particulièrement bien au cas de l'oxydation du cyclohexane en un produit d'oxydation contenant du cyclohexanol le plus souvent en quantité majoritaire par rapport aux autres produits d'oxydation.

Exemple 1
Dans une unité fonctionnant en continu, on oxyde du cyclohexane liquide au moyen d'un mélange gazeux d'oxygène et d'azote renfermant en volume 4 % d'oxygène. Ce mélange gazeux est introduit par la ligne (40) dans le cyclohexane liquide, porté à la température de 165 "C, contenu dans le réacteur (A) et contenant en suspension des particules d'acide métaborique essentiellement pur introduit également en continu dans le réacteur d'oxydation. La pression opératoire est de 1 MPa.Les débits de cyclohexane et d'acide métaborique essentiellement pur introduits dans le réacteur (A) sont respectivement de 83 tonnes par heures (t/h) et de 3,7 t/h. Le cyclohexane est introduit par la ligne (150) à raison de 62 t/h et par la ligne (19) à raison de 21 t/h. Le temps de séjour dans le réacteur d'oxydation est de 2 heures et le taux de conversion du cyclohexane est de 12 %.

L'effluent d'oxydation est mis en contact avec l'eau nécessaire à l'hydrolyse dans la ligne (i) et l'ensemble est introduit dans le réacteur (B) d'hydrolyse. L'eau nécessaire pour effectuer l'hydrolyse provient par la ligne (2) de la colonne de lavage (C1) de la phase organique. La quantité d'eau introduite par la ligne (2) est de 7,4 t/h soit un poids représentant 0,089 fois le poids de l'effluent d'oxydation. Le temps de séjour dans le réacteur d'hydrolyse est de 10 minutes, la température est de 145 "C et la pression de 1 MPa. La selectivité molaire en cyclohexanol est de 83 %.

L'effluent du réacteur (B) d'hydrolyse est envoyé par la ligne (3) dans le décanteur (B1) dans lequel on sépare une phase organique légère, contenant une faible quantité d'acide orthoborique, d'une phase aqueuse lourde contenant en solution la majeure partie de l'acide orthoborique présent dans l'effluent du réacteur (B). La phase organique légère est envoyée par la ligne (4) dans une colonne de lavage à l'eau (C1) dans laquelle l'eau de lavage, contenant des traces d'acide orthoborique, en provenance de la colonne de distillation du borate de méthyle (C2), est introduite par la ligne (8). Au cours de ce lavage, I'acide orthoborique présent dans la phase organique est extrait par l'eau de lavage et la phase aqueuse lourde récupérée en fond de la colonne de lavage (C1) est envoyée à l'étape d'hydrolyse par la ligne (2).La phase organique légère récupérée en tête de la colonne de lavage (C1) est envoyée vers la section de purification et de récupération du cyclohexanol par la ligne (6).

La phase aqueuse lourde, contenant en solution la majeure partie de l'acide orthoborique présent dans l'effluent du réacteur (B), est récupérée en fond du décanteur (B1) par la ligne (5). Cette phase aqueuse, qui contient, outre l'acide orthoborique à recycler, des produits solubles et en particulier du cyclohexanol, de la cyclohexanone, des acides et d'autres sous-produits organiques formés au cours de l'oxydation, est mise en contact dans la ligne (9) avec le méthanol nécessaire à la formation du borate de méthyle. La quantité de méthanol introduite dans la ligne (9) par la ligne (17) est de 11 t/h. Ce méthanol provient du décanteur (D) de la colonne de distillation (C3) du mélange hétéroazéotropique de diméthyl-2,3 butane et de méthanol.Le produit contenu dans la ligne (9) est mélangé avec le méthanol soutiré de la colonne (C2) par la ligne (10) et l'ensemble, formant la charge pour la préparation du borate de méthyle, est introduit dans la colonne de distillation réactive (C2) par la ligne (11). Cette colonne de distillation réactive comporte 65 plateaux théoriques. La charge est introduite dans la colonne (C2) au niveau du 25e plateau (compter à partir du bas) et le courant latéral de méthanol est soutiré au niveau du 55e plateau.Le taux de reflux de la colonne (C2) est fixé à 1,2 et on distille en tête à la température de 54,6 C 11,47 t/h d'azéotrope borate de méthyle-méthanol que l'on envoie par la ligne (12) dans le réacteur d'hydrolyse (R1). On soutire en fond de colonne 10,34 t/h d'un produit essentiellement aqueux contenant la totalité des produits organiques solubles dans l'eau, des traces de méthanol et 0,21 % en poids d'acide orthoborique non estérifié.

La majeure partie de cette phase aqueuse, soutirée en fond de la colonne (C2), est envoyée par la ligne (8) à la colonne de lavage (C1), le reste est évacué par la ligne (20). La quantité de produit rejeté par la ligne (20) est de 3,3 t/h.

Dans le réacteur d'hydrolyse parfaitement agité (R1), on introduit par la ligne (12) 'azéotrope borate de méthyle-méthanol et la quantité stoechiométrique d'eau nécessaire à la formation de l'acide métaborique par la ligne (14), soit 3,04 t/h.

Dans le réacteur (R1) parfaitement agité, I'hydrolyse du borate de méthyle est effectuée à la température de 125 "C sous une pression absolue de 2 MPa. Le temps de séjour, du mélange borate de méthyle-méthanol-eau, dans le réacteur (R1), est fixé à 10 minutes.

L'effluent du réacteur (R1) est introduit en continu par la ligne (60) dans la colonne à distiller (C3) fonctionnant sous pression atmosphérique. Cette colonne comporte 43 plateaux théoriques et 'effluent est introduit au 1/8 de la hauteur totale de la colonne à partir de sa base. On introduit également dans cette colonne (C3), par la ligne (15), au même niveau que effluent du réacteur (R1) et en continu, 21 t/h de cyclohexane. Au démarrage des opérations on introduit dans la colonne (C3) 10 tonnes de diméthyl-2,3 butane à titre de composé formant, avec le méthanol, 'hétéroazéotrope à point d'ébullition inférieur à celui de l'azéotrope borate de méthyle-méthanol.Ce composé forme avec le méthanol un hétéroazéotrope comportant 20 % en poids de méthanol et dont le point d'ébullition est de 45 "C. Dans le décanteur du produit récupéré en tête de la colonne, on introduit en continu par la ligne (50) 0,32 t/h d'eau (soit 3 % en poids par rapport au poids de méthanol). Le produit récupéré en tête de colonne par la ligne (16) est condensé, puis envoyé dans le décanteur (D) dans lequel on récupère une phase lourde contenant l'eau introduite par la ligne (50) et pratiquement tout le méthanol formé par hydrolyse du borate de méthyle.La quantité de phase lourde récupérée dans le décanteur par la ligne (17) est de 11 t/h. La phase légère est du diméthyl-2,3 butane contenant des traces de méthanol, elle est renvoyée par la ligne (18) en tête de la colonne (C3) à titre de reflux à raison de 43,2 t/h. Le taux de reflux est maintenu constant au cours de l'opération et est égal à 1. On soutire en fond de la colonne (C3), à la température de 81 "C, 24,77 t/h d'une suspension, dans le cyclohexane, contenant 15 % en poids d'un solide très finement divisé qui est de l'acide métaborique essentiellement pur.

Cette suspension est recyclée par la ligne (19) au réacteur d'oxydation (A).

Après une durée de fonctionnement de 5000 heures, I'unité est arrêtée et les appareils sont inspectés. On ne constate pas d'accumulation de dépôts susceptible de mettre en cause leur fonctionnement. Au cours du test, la sélectivité en cyclohexanol est restée sensiblement constante et la perte horaire en composé borique est inférieure à 5 kilogrammes par heure.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1 - Procédé d'oxydation d'au moins un hydrocarbure saturé, choisi dans le groupe formé par le cyclohexane et les hydrocarbures saturés acycliques et cycliques ayant de 7 à 20 atomes de carbone dans leur molécule, en un produit comprenant l'alcool correspondant, selon lequel a) on oxyde ledit hydrocarbure, en phase liquide, à l'aide d'un gaz contenant de l'oxygène moléculaire, en présence d'au moins un composé de bore, formant des esters avec l'alcool formé au cours de l'oxydation, choisi dans le groupe formé par les oxydes boriques, sous forme anhydre ou hydratée, de formule générale (I) B203,xH2O dans laquelle x est un nombre de 0 à 3, b) on hydrolyse le mélange réactionnel obtenu à l'étape a), contenant au moins un ester dudit composé de bore, en un produit comprenant de l'acide orthoborique et un alcool correspondant audit hydrocarbure, c) on sépare le mélange réactionnel obtenu à l'étape b) en une phase aqueuse contenant de l'acide orthoborique et en une phase organique, contenant un alcool correspondant audit hydrocarbure, à partir de laquelle on récupère ledit alcool, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes d) on traite, dans des conditions de formation du borate de méthyle, la phase aqueuse obtenue à l'étape c) par du méthanol en une quantité molaire au moins égale à la quantité théorique nécessaire à la formation de l'azéotrope borate de méthyleméthanol, et on sépare, dans une colonne à distiller, le borate de méthyle sous la forme de son azéotrope avec le méthanol, azéotrope que l'on récupère en tête de colonne, et une phase, à point d'ébullition plus élevé que celui de l'azéotrope méthanol-borate de méthyle, contenant de l'eau, que l'on récupère en fond de colonne, e) on introduit dans une zone d'hydrolyse l'azéotrope méthanol-borate de méthyle récupéré à l'étape d) et de l'eau, dans un rapport molaire eau/borate de méthyle d'environ 1,3 : 1 à environ 2,9 : 1, et on effectue, dans ladite zone, au moins en partie l'hydrolyse du borate de méthyle, f) on introduit dans une colonne à distiller - le produit issu de la zone d'hydrolyse de l'étape e) - au moins un composé formant un hétéroazéotrope avec le méthanol, ledit hétéroazéotrope ayant un point d'ébullition inférieur à celui de l'azéotrope méthanolborate de méthyle, et - au moins un composé ayant un point d'ébullition supérieur à celui du borate de méthyle ledit composé ne formant pas d'azéotrope à point d'ébullition inférieur à celui dudit hétéroazéotrope, g) on récupère, en tête de la colonne employée à l'étape f), ledit hétéroazéotrope que l'on envoie dans un décanteur dans lequel on sépare le méthanol du composé formant ledit hétéroazéotrope et on recycle ce composé dans la colonne à distiller à titre de reflux et, au moins en partie, à titre d'alimentation de ladite colonne en ce composé, h) on récupère, en fond de la colonne employée à l'étape f), un mélange comprenant au moins un oxyde borique, sous forme anhydre ou hydratée, et ledit composé à point d'ébullition supérieur à celui du borate de méthyle, et i) on recycle, à l'étape a), le mélange récupéré à l'étape h) ou ledit oxyde borique obtenu par séparation à partir dudit mélange récupéré à l'étape h).

2 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel le composé de bore est choisi dans le groupe formé par l'anhydride borique de formule générale (I) dans laquelle x est égal à zéro, I'acide métaborique de formule générale (I) dans laquelle x est égal à 1, les mélanges de ces deux composés et les mélanges d'acide métaborique et d'acide orthoborique contenant moins de 60 % en poids d'acide orthoborique de formule générale (I) dans laquelle x est égal à 3, dans lequel à l'étape e) le rapport molaire eau/borate de méthyle est d'environ 1,5 : 1 à environ 2,6 : 1 et dans lequel les conditions de l'hydrolyse sont telles que l'on forme soit de l'anhydride borique, soit de l'acide métaborique, soit un mélange de ces deux composés, soit un mélange comprenant de t'acide métaborique et de l'acide orthoborique ledit mélange contenant moins de 60 % en poids d'acide orthoborique.

3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel l'étape d) est effectuée dans un zone de réaction-distillation.

4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le méthanol séparé à l'étape g) est recyclé à l'étape d) de formation du borate de méthyle.

5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel la phase organique séparée à l'étape c) est soumise à un lavage à l'eau avant la récupération de l'alcool, et l'eau de lavage est au moins en partie utilisée à l'étape b) d'hydrolyse du mélange réactionnel obtenu à l'étape a).

6 - Procédé selon la revendication 5 dans lequel l'eau employée pour le lavage de la phase organique séparée à l'étape c) provient au moins en partie de l'étape d) de formation du borate de méthyle.

7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel l'hydrocarbure saturé est le cyclohexane.

8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel le composé à point d'ébullition supérieur à celui du borate de méthyle employé à l'étape f) est l'hydrocarbure soumis à l'oxydation à l'étape a).

9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel le composé formant un hétéroazéotrope avec le méthanol est choisi dans le groupe des composés formant un hétéroazéotrope contenant au moins 10 % en poids de méthanol dans l'hétéroazéotrope et dont l'hétéroazéotrope a un point d'ébullition inférieur d'au moins 2 C au point d'ébullition de l'azéotrope méthanol-borate de méthyle.

10 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel le composé formant un hétéroazéotrope avec le méthanol est choisi dans le groupe formé par les hydrocarbures ayant 4 à 6 atomes de carbone dans leur molécule et ne comportant pas de cycle à 6 chaînons.

11 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 10 dans lequel le composé formant un hétéroazéotrope avec le méthanol est choisi dans le groupe formé par le méthyl-2 pentane et le diméthyl-2,3 butane.