FR3060000A1 - Procede pour eviter le depot de polymeres dans un procede de purification d'acide (meth)acrylique. - Google Patents
Procede pour eviter le depot de polymeres dans un procede de purification d'acide (meth)acrylique. Download PDFInfo
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Abstract
L'invention vise à produire de l'acide (méth)acrylique technique sans être confronté au problème d'encrassement des installations mises en œuvre pour purifier le mélange réactionnel brut de synthèse de l'acide (méth)acrylique, notamment en raison de la présence de glyoxal formé au cours du procédé de synthèse. L'invention est basée sur l'ajout ou la génération d'un dérivé quinolique dans un flux d'acide (méth)acrylique contenant du glyoxal au cours des étapes de purification, ledit composé quinolique répondant l'une des formules (I) ou (II) : dans laquelle, les groupes R1, R2, R3, et R4 désignent indépendamment un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle en C1-C6, ou R1 et R2 forment ensemble et avec les atomes auxquels ils sont liés un cycle ou hétérocycle saturé ou insaturé, de préférence un groupe phényle, et/ou R3 et R4 forment ensemble et avec les atomes auxquels ils sont liés un cycle ou hétérocycle saturé ou insaturé, de préférence un groupe phényle.
Description
(57) L'invention vise à produire de l'acide (méth)acrylique technique sans être confronté au problème d'encrassement des installations mises en oeuvre pour purifier le mélange réactionnel brut de synthèse de l'acide (méth)acrylique, notamment en raison de la présence de glyoxal formé au cours du procédé de synthèse.
L'invention est basée sur l'ajout ou la génération d'un dérivé quinolique dans un flux d'acide (méth)acrylique contenant du glyoxal au cours des étapes de purification, ledit composé quinolique répondant l'une des formules (I) ou (II):
O O
° (D R3 (H) dans laquelle, les groupes Ηυ K3, K3, et K4 désignent indépendamment un atome d'hydrogene ou un groupe alkyle en Ç-Cg, ou R! et Rg forment ensemble et avec les atomes auxquels ils sont lies un cycle ou hétérocycle saturé ou insaturé, de préférence un groupe phényle, et/ou R3 et R4 forment ensemble et avec les atomes auxquels ils sont liés un cycle ou hétérocycle saturé ou insaturé, de préférence un groupe phényle.
ι
PROCEDE POUR EVITER LE DEPOT DE POLYMERES DANS UN PROCEDE
DE PURIFICATION D’ACIDE (METH)ACRYLIQUE
Domaine technique
La présente invention concerne la fabrication d’acide (méth)acrylique, et a pour objet la réduction des phénomènes d’encrassement lors de la purification d’acide (méth)acrylique contenant du glyoxal.
L’invention est basée sur l’utilisation d’un dérivé quinolique pour limiter la formation de polymères dans une phase liquide contenant de l’acide (méth)acrylique et du glyoxal.
Art antérieur et problème technique
Les procédés industriels de synthèse d’acide acrylique conduisent en général à un milieu réactionnel gazeux constitué d’acide acrylique et d’un mélange complexe d’impuretés. Ces impuretés sont généralement classées selon leur faculté à être condensées en un mélange liquide, ou absorbées dans un mélange liquide, ou classées selon leur température d’ébullition par rapport à celle de l’acide acrylique (composés plus légers, ou composés plus lourds)
Il s’ensuit que les étapes de purification sur une unité industrielle de fabrication d’acide acrylique utilisent habituellement un ensemble d’opérations pour séparer et récupérer l’acide acrylique contenu dans cet effluent gazeux.
Certaines de ces opérations mettent en œuvre un ou plusieurs solvants organiques ou aqueux comme agents d’absorption (échanges gaz - liquide) et/ou comme agents d’extraction en milieu liquide (échanges liquide - liquide), et/ou encore comme agents de séparation par distillation azéotropique. Ces procédés incluent également des étapes de récupération et purification des solvants, et mettent en jeu nécessairement un nombre important de colonnes de distillation, opérant à des températures élevées, pour conduire à un acide acrylique technique, dans lequel la teneur en impuretés a été fortement réduite. Ces procédés sont largement décrits dans l’état de la technique.
D’autres procédés simplifiés réduisent de manière très significative le nombre d’opérations unitaires nécessaires à l’obtention d’acide acrylique purifié en ne mettant en jeu aucune addition de solvant organique extérieur au procédé, et en utilisant un nombre restreint de colonnes de distillation. Ces procédés simplifiés permettent d’obtenir une qualité d’acide acrylique technique de pureté élevée. On peut se référer par exemple au procédé décrit dans le brevet EP 2 066 613, basé sur l’utilisation d’une colonne de déshydratation et d’une colonne de finition, ou sur le procédé décrit dans le document US 2016/0090347 basé sur une méthode de condensation partielle à l’aide de deux colonnes.
Certaines impuretés telles que les aldéhydes, comme le furfuraldéhyde, le benzaldéhyde, l'acroléine, ou le glyoxal, sont difficilement séparables de l’acide acrylique, et nécessitent une purification complémentaire de l’acide acrylique technique de façon à les éliminer jusqu’à un niveau très poussé. Cette purification complémentaire, généralement opérée à l’aide d’agents chimiques ou par cristallisation fractionnée, conduit à une qualité d’acide acrylique de haute pureté, généralement connue sous la dénomination d’acide acrylique glacial ou d’acide acrylique de grade polymère utilisable pour la production de floculants.
L’ensemble de ces procédés de purification de l’acide acrylique ont en commun l’ajout d’inhibiteurs de polymérisation à différents stades de la purification afin d’empêcher la formation de polymères résultant de la polymérisation de l’acide acrylique, et/ou de sous-produits, et éviter l’encrassement des unités de purification, en particulier des unités de distillation.
Il est en effet bien connu que l’un des points délicats de la fabrication de monomères (méth)acryliques provient du fait que ces composés sont relativement instables et évoluent facilement vers la formation de polymères. Cette évolution est favorisée par l’effet de la température, et elle est donc particulièrement aisée dans les étapes de purification de ces monomères, par exemple pendant les opérations de distillation. La conséquence habituelle de ce processus est le dépôt, dans les équipements de l’installation, de polymères solides qui finissent par provoquer des bouchages et rendent nécessaire un arrêt de l’atelier en vue d’un nettoyage, lequel s’avère difficile et coûteux en temps d’immobilisation non productif.
Pour réduire ces inconvénients, des inhibiteurs de polymérisation sont ajoutés de façon classique dans les flux, généralement au niveau des équipements de tête des colonnes de distillation, des condenseurs, etc. qui peuvent être le siège d’un équilibre liquide-vapeur conduisant à la condensation de flux riches en monomère (méth)acrylique.
Cependant, malgré l’utilisation d’inhibiteurs de polymérisation, les opérations de purification de l’acide acrylique s’accompagnent encore souvent de la formation de polymères, insolubles dans le milieu qui précipitent sous forme d’un dépôt solide.
Ce problème a été constaté notamment lorsque le flux d’acide acrylique stabilisé à l’aide d’au moins un inhibiteur de polymérisation contient du glyoxal comme impureté, même à des niveaux très faibles.
Les industriels sont ainsi confrontés à la sensibilité de l’acide acrylique à la polymérisation lorsque des impuretés telles que le glyoxal sont présentes. Il en résulte des phénomènes d’encrassement des installations de purification du flux d’acide acrylique brut jusqu’à l’obtention d’acide acrylique technique. Ces problèmes d’encrassement engendrent l’arrêt des unités de purification et une perte en productivité.
Différentes solutions ont déjà été proposées dans l’art antérieur pour résoudre ce problème.
Dans la demande de brevet US 2012/0085969, il a été proposé d’ajouter un composé comprenant du cuivre, par exemple un sel de cuivre à un degré d’oxydation de +2 ou +1, dans une phase liquide comprenant au moins 10% en poids d’acide acrylique dans laquelle sont présents au moins 100 ppm d’acide propionique et 100 ppm de glyoxal par rapport au poids d’acide acrylique. Dans ces conditions, la tendance à la polymérisation de la phase liquide est nettement réduite. Cependant, ce procédé présente l’inconvénient de recourir à un composé d’un métal lourd tel que le cuivre.
Dans le brevet EP 1 298 120, il est proposé de traiter le flux d’acide acrylique par osmose inverse, pour réduire la concentration de glyoxal contenu dans le liquide de perméation jusqu’à une teneur de moins de 0,03% en masse. Ce type de traitement par perméation est coûteux en investissement et en maintenance (changement des membranes) et peut être difficile à mettre en œuvre sur un flux chargé.
Dans le brevet EP 1 396 484, la polymérisation de l’acide acrylique dans une solution aqueuse d’acide acrylique contenant du glyoxal et/ou son hydrate est inhibée en maîtrisant la teneur en eau au niveau de certains plateaux théoriques de la colonne de distillation utilisée pour déshydrater la solution aqueuse à l’aide d’un solvant azéotrope.
Le procédé du brevet EP 1 396 484 ne s’applique qu’à l’étape de déshydratation dans un procédé de récupération/purification comprenant l’absorption de l’acide acrylique sous forme d’une solution aqueuse.
Les procédés de l’art antérieur présentent encore de nombreux inconvénients, il subsiste donc encore un besoin d’éliminer efficacement les risques d’encrassement des installations de purification d’acide acrylique lorsque l’acide acrylique contient du glyoxal.
Les inventeurs ont maintenant découvert de façon surprenante que l’utilisation de benzoquinone ou d’un dérivé quinolique permet de répondre à ce besoin. Il a ainsi été trouvé que la présence de benzoquinone dans un flux d’acide acrylique contenant une faible teneur en glyoxal permet d’inhiber efficacement la polymérisation de l’acide acrylique, et de réduire les phénomènes d’encrassement sur les installations de purification de l’acide acrylique. Il est apparu également le même effet pour l’acide méthacrylique qui présente aussi un risque de polymérisation accru en présence de glyoxal.
Les dérivés quinoliques, en particulier la 1,4-benzoquinone, sont généralement connus comme inhibiteurs de polymérisation, mais leur effet particulier sur l’inhibition de la polymérisation de l’acide (méth)acrylique en présence de glyoxal n’a jamais été décrit.
En conséquence, l’invention propose de fournir une solution simple, facile à mettre en œuvre pour maintenir une productivité élevée des procédés de fabrication d’acide (méth)acrylique.
Résumé de l’invention
La présente invention a pour objet un procédé pour éviter le dépôt de composés de nature polymérique lors des opérations de purification de l’acide (méth)acrylique, caractérisé en ce que l’on ajoute dans au moins un flux d’acide (méth)acrylique contenant au moins du glyoxal comme impureté, au moins un dérivé quinolique répondant à l’une des formules (I) ou (II) :
O (I) (II) dans laquelle, les groupes Ri, R2, R3, et R4 désignent indépendamment un atome d’hydrogène ou un groupe alkyle en Ci-Cô, ou Ri et R2 forment ensemble et avec les atomes auxquels ils sont liés un cycle ou hétérocycle saturé ou insaturé, de préférence un groupe phényle, et/ou R3 et R4 forment ensemble et avec les atomes auxquels ils sont liés un cycle ou hétérocycle saturé ou insaturé, de préférence un groupe phényle.
Le dérivé quinolique est un composé choisi parmi les dicétones éthyléniques conjuguées cycliques. Le dérivé quinolique peut être choisi par exemple parmi la 1,2benzoquinone, la 1,4-benzoquinone, la naphtaquinone et Tanthraquinone.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le dérivé quinolique est introduit sous forme liquide, en solution dans un solvant aqueux, ou en solution dans l’acide (méth)acrylique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le dérivé quinolique est généré in situ dans ledit flux d’acide (méth)acrylique.
Selon l’invention, l’acide (méth)acrylique peut être d’origine pétrochimique ou au moins en partie d’origine renouvelable.
Par « opération de purification », on entend toute étape visant à modifier la composition du flux d’acide (méth)acrylique d’origine, par exemple lors d’une opération de séparation de sous-produits légers ou de sous-produits lourds, ou lors d’une opération de déshydratation. Les opérations de purification peuvent comprendre généralement des distillations, des extractions liquide/liquide, des échanges liquide/gaz, des séparations à l’aide d’un évaporateur à film, ou des cristallisations.
Selon l’invention, le flux d’acide (méth)acrylique contient au moins du glyoxal, étant entendu que le terme « glyoxal » inclut le glyoxal de formule C2O2H2 (éthanedial), ainsi que ses dérivés pouvant se former in situ dans le procédé de synthèse/purification de l’acide (méth)acrylique, en particulier sous forme de glyoxal substitué (par exemple méthyl glyoxal), ou sous forme d’hydrates monomériques ou polymériques.
L’invention a aussi pour objet l’utilisation d’au moins un dérivé quinolique pour limiter les problèmes d’encrassement lors de la purification d’un flux d’acide (méth)acrylique comportant au moins du glyoxal comme impureté.
Un autre objet de l’invention porte sur un procédé de purification d’acide (méth)acrylique caractérisé en ce qu’il comprend l’addition d’au moins un dérivé quinolique dans un flux comprenant au moins de l’acide (méth)acrylique et au moins du glyoxal.
Un autre objet de l’invention porte sur un procédé de production d’acide (méth)acrylique caractérisé en ce qu’il comprend ledit procédé de purification.
L’invention va maintenant être décrite plus en détails dans la description qui suit.
Exposé détaillé de l’invention
L’invention vise à produire de l’acide (méth)acrylique technique sans être confronté au problème d’encrassement des installations mises en œuvre pour purifier le mélange réactionnel brut de synthèse de l’acide (méth)acrylique, notamment en raison de la présence de glyoxal formé au cours du procédé de synthèse.
L’invention est basée sur l’ajout d’un dérivé quinolique dans un flux d’acide (méth)acrylique contenant du glyoxal au cours des étapes de purification.
Le terme « acide (méth)acrylique » comprend l’acide acrylique et l’acide méthacrylique.
L’acide (méth)acrylique peut être d’origine pétrochimique ou au moins en partie d’origine renouvelable.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’acide acrylique dérive d’un procédé de production utilisant le propylène ou le propane comme matière première.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’acide acrylique est obtenu à partir d’un procédé utilisant l’éthylène et le CO2 comme matières premières.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’acide acrylique dérive d’un procédé utilisant l’acide acétique comme matière première.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’acide méthacrylique est obtenu à partir d’isobutylène et/ou de tert-butanol, de butane et/ou d’isobutane.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’acide acrylique dérive d’un procédé de production utilisant le glycérol ou la glycérine comme matière première.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’acide acrylique est issu d’un procédé de déshydratation de l’acide lactique ou du lactate d’ammonium, ou d’un procédé de déshydratation de l’acide 3-hydroxypropionique ou de son sel d’ammonium. Ces composés peuvent être issus de la fermentation de biomasse et/ou de sucres.
Les procédés de synthèse précités conduisent tous à la formation d’acide (méth)acrylique brut, c’est-à-dire à un mélange réactionnel constitué, en dehors de l'acide (méth)acrylique :
- de composés légers incondensables dans les conditions de températures et de pression habituellement mises en œuvre : azote, oxygène non converti, monoxyde et dioxyde de carbone formés en faible quantité par oxydation ultime ou tournant en rond, par recyclage, dans le procédé,
- de composés légers condensables : en particulier l'eau, générée par la réaction de synthèse ou présente comme diluant, l’acroléine non convertie, des aldéhydes légers, comme le formaldéhyde, l'acétaldéhyde et le glyoxal, l’acide formique et l'acide acétique,
- de composés lourds : furfuraldéhyde, benzaldéhyde, acide et anhydride maléique, acide benzoïque, acide 2-butenoïque, phénol, protoanémonine.
Par définition, un composé léger est un composé dont la température d'ébullition est inférieure à celle de l'acide (méth)acrylique dans les conditions de pression utilisées. Un composé lourd est un composé dont la température d'ébullition est supérieure à celle de l'acide (méth)acrylique dans les conditions de pression utilisées.
Dans la suite de l’exposé de l’invention, par souci de simplification, il ne sera fait référence qu’à l’acide acrylique, mais les caractéristiques et les avantages de l’invention s’appliquent aussi à l’acide méthacrylique.
Le second stade de la fabrication consiste à récupérer l'acide acrylique contenu dans le mélange réactionnel brut pour le transformer en acide acrylique technique.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, le procédé de récupération/purification de l’acide acrylique comprend l’extraction de l’acide acrylique par absorption à contre-courant sous forme d’une solution aqueuse d’acide acrylique, suivie généralement par une étape de déshydratation qui est réalisée en présence d’un solvant de l’acide acrylique non miscible à l'eau, mais susceptible de former avec l’eau un azéotrope. Une étape de déshydratation par distillation azéotropique avec le solvant permet d'atteindre une séparation de l'eau efficace et moins coûteuse en énergie. Elle peut être également couplée à une séparation par extraction liquide-liquide.
Selon un second mode de réalisation de l’invention, le procédé de récupération/purification de l’acide acrylique comprend l’extraction de l’acide acrylique par absorption à contre-courant au moyen d’un solvant lourd hydrophobe, généralement suivie par la séparation par distillation d'un mélange contenant l’acide acrylique en solution dans le solvant lourd hydrophobe.
Ces procédés de récupération/purification de l’acide acrylique qui mettent en œuvre en outre plusieurs étapes de distillation pour éliminer les composés légers et/ou les composés lourds, sont connus dans l’art antérieur, et sont par exemple décrits dans les documents WO 10/031949 et WO 11/114051 relatifs à la synthèse d’acide acrylique à partir de glycérol, auxquels il pourra être fait référence dans le cadre de la présente invention.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le procédé de récupération/purification de l’acide acrylique n’utilise pas de solvant organique externe. On peut utiliser par exemple le procédé tel que décrit dans le brevet EP 2066613 Bl ne mettant en œuvre que deux colonnes de distillation - une colonne de déshydratation et une colonne de finition - sans introduire de solvant. En alternative, on peut utiliser le procédé de condensation partielle décrit dans le document US2016/090347.
Quel que soit le procédé de récupération/purification utilisé pour récupérer l’acide acrylique technique, le glyoxal présent comme impureté dans le milieu à traiter se retrouve dans différents flux au cours des différentes opérations du procédé. En effet, il s’agit d’un composé plutôt léger dont la majeure partie est éliminée en même temps que l’acide acétique, mais dont une partie suffisamment importante distille également avec l’acide acrylique.
Le flux d’acide acrylique dans lequel est introduit un dérivé quinolique pour éviter la formation de polymères insolubles est de préférence un flux liquide.
Ce flux liquide peut être un flux en alimentation d’une colonne de distillation, ou un condensât de colonne de distillation, ou de reflux d’une colonne de distillation, dans le procédé de purification.
Ledit flux d’acide acrylique comprend en général au moins 10 % en poids d’acide acrylique, de préférence au moins 30 % en poids, en particulier au moins 50% en poids d’acide acrylique, et peut comprendre jusqu’à 99,5 % en poids d’acide acrylique.
Ledit flux d’acide acrylique comprend en outre au moins 10 ppm de glyoxal, et peut comprendre une teneur en glyoxal allant de 10 à 5 000 ppm.
La teneur en acide acrylique dans les flux peut être déterminée par chromatographie en phase gaz ou en phase liquide et la teneur en glyoxal peut être déterminée par chromatographie en phase liquide.
Ledit flux d’acide acrylique peut comprendre en outre au moins un inhibiteur de polymérisation, par exemple à raison notamment de 50 ppm à 5% en poids, en particulier de 0,01% à 3% en poids, par rapport au milieu contenant l’acide acrylique. Le ou les inhibiteur(s) de polymérisation pouvant être choisis parmi les dérivés phénoliques comme l’hydroquinone et ses dérivés tels que l’éther méthylique de l’hydroquinone ; le 2,6-diterbutyl-4-méthyl phénol (BHT) ; et le 2,4-diméthyl-6-terbutyl phénol (Topanol A) ; la phénothiazine et ses dérivés ; les sels de manganèse, comme l’acétate de manganèse ; les sels de l’acide thiocarbamique ou dithiocarbamique, comme les thiocarbamates et dithiocarbamates métalliques, tels que le di-//-butyldithiocarbamate de cuivre ; les composés N-oxyls, comme le 4-hydroxy-2,2,6,6-tétraméthylpipéridinoxyl (4-OHTEMPO) ; les composés à groupements nitroso, tels que la N-nitroso phényl hydroxylamine et ses sels d’ammonium ; les composés aminés comme les dérivés de paraphénylènediamine.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, le flux d’acide acrylique comprend de la phénothiazine comme inhibiteur de polymérisation, à une teneur pouvant aller de 50 ppm à 5% en poids, en particulier de 100 ppm à 1% en poids.
Le dérivé quinolique répondant à Tune des formules (I) ou (II) précitées est généralement introduit sous forme liquide, en solution dans un solvant aqueux, ou en solution dans l’acide acrylique.
On utilise de préférence la 1,4-benzoquinone comme composé quinolique.
En alternative, le dérivé quinolique peut être généré in situ dans le flux d’acide acrylique, notamment à partir d’un dérivé hydroquinone et d’un composé oxydant, selon le schéma réactionnel suivant :
ίο
Ce mode de réalisation peut être avantageux afin d’éviter la manipulation de certains dérivés quinoliques.
L’oxydation peut être réalisée à l’aide d’un composé oxydant, choisi par exemple 5 parmi des sels métalliques, en particulier des sels de manganèse ou de cuivre, ou des dérivés N-oxyls, en particulier le 4-OH-Tempo,
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, on génère in situ la 1,4benzoquinone par oxydation de l’hydroquinone à l’aide d’un composé oxydant tel que le
4-OH-Tempo, selon la réaction suivante :
->·
Le sous-produit hydroxylé généré en même temps que la benzoquinone ne distille pas avec l’acide acrylique car c’est un composé de température d’ébullition plus élevée, il ne pollue donc pas l’acide acrylique technique final.
Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car l’hydroquinone est un inhibiteur de polymérisation largement utilisé dans les procédés de fabrication d’acide acrylique, et peut être déjà présent dans les différents flux d’acide acrylique comportant du glyoxal. La formation de dépôt de nature polymérique lors des opérations de purification de l’acide acrylique peut alors être évitée par simple ajout de 4-OH-Tempo, sous forme de solution aqueuse peu toxique disponible commercialement, la benzoquinone étant alors générée in situ.
La teneur en dérivé quinolique introduite dans le flux d’acide acrylique permettant d’éviter l’encrassement de l’installation, exprimée par le rapport molaire dérivé quinolique / glyoxal est comprise généralement entre 0,1 et 5, de préférence entre 0,2 et 3, en particulier entre 0,5 et 2.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, on introduit, ou on génère in situ, un dérivé quinolique, de préférence la 1,4-benzoquinone.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, on introduit, ou on génère in situ, un dérivé quinolique, de préférence la 1,4-benzoquinone, en alimentation de la (ou des) colonne(s) de distillation dans laquelle (lesquelles) se concentrent l’acide acétique et le glyoxal dans un procédé de fabrication d’acide acrylique à partir de propylène.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, on introduit un dérivé quinolique, de préférence la benzoquinone, dans un flux d’acide acrylique comprenant de 90 à 99,5 % en poids d’acide acrylique, de 10 à 1000 ppm de glyoxal et de 100 à 10 000 ppm de phénothiazine.
Le procédé de purification d’acide acrylique selon l’invention comprenant l’addition d’au moins un dérivé quinolique dans un flux comprenant au moins de l’acide acrylique et au moins du glyoxal, peut faire partie aisément dans tout procédé de synthèse d’acide acrylique.
Les exemples ci-après illustrent la présente invention sans toutefois en limiter la portée.
PARTIE EXPERIMENTALE
Dans les exemples, les abréviations suivantes sont utilisées :
BQ : 1,4-benzoquinone (CAS 106-51-4)
NQ : naphtaquinone (CAS 130-15-4)
HQ : hydroquinone (CAS 123-31-9)
PTZ : phénothiazine (CAS 92-84-2)
4HT : 4-OH-Tempo (CAS 2226-96-2)
Exemple 1
500 g d’acide acrylique glacial ont été placés dans un ballon de 2 litres et additionnés de
1000 ppm de phénothiazine (PTZ).
Différents ajouts de glyoxal, sous sa forme commerciale de solution aqueuse à 40% en poids, ont été effectués, et l’effet de différents composés dans ce milieu a été observé dans les conditions suivantes :
Le milieu a été placé dans un bain d’huile à 110 °C sous 230 mbar pendant 2 h. Un bullage d’air de 5 ml/min a été appliqué pendant la durée de l’expérience. En fin d’expérience, la phase liquide a été vidée et les solides éventuellement présents ont été récupérés, séchés sous vide et pesés.
Les différents essais sont rassemblés dans le tableau 1 ci-après.
Tableau 1
| Essais | Glyoxal ajouté (μΐ de solution aqueuse à 40%) | Composé(s) ajouté(s) | Masse de solide mesurée (g) | ||
| Nature | Quantité (ppm) | ||||
| 1 | 0 | / | 0 | 0 | |
| 2 | références | 20 | / | 0 | 1 |
| 3 | 50 | / | 0 | 11 | |
| 4 | 100 | / | 0 | >40 | |
| 5 | 50 | PTZ | 20 | 13 | |
| 6 | 50 | PTZ | 50 | 15 | |
| 7 | 50 | PTZ | 100 | 15 | |
| 8 | 100 | PTZ | 100 | >40 | |
| 9 | 100 | PTZ | 200 | >40 | |
| 10 | 100 | PTZ | 500 | >40 | |
| 11 | 50 | HQ | 20 | 11 | |
| 12 | 50 | HQ | 50 | 10 | |
| 13 | comparatifs | 50 | HQ | 100 | 10 |
| 14 | 100 | HQ | 100 | >40 | |
| 15 | 100 | HQ | 200 | >40 | |
| 16 | 100 | HQ | 500 | >40 | |
| 17 | 50 | 4HT | 20 | 11 | |
| 18 | 50 | 4HT | 50 | 11 | |
| 19 | 50 | 4HT | 100 | 10 | |
| 20 | 100 | 4HT | 100 | >40 | |
| 21 | 100 | 4HT | 200 | >40 | |
| 22 | 100 | 4HT | 500 | 35 | |
| 23 | 50 | BQ | 20 | 4 | |
| 24 | 50 | BQ | 50 | 0,7 | |
| 25 | 50 | BQ | 100 | 0,3 | |
| 26 | invention | 100 | BQ | 100 | 25 |
| 27 | 100 | BQ | 200 | 0,5 | |
| 28 | 100 | BQ | 500 | 0,2 | |
| 29 | 100 | NQ | 150 | 14 | |
| 30 | 100 | NQ | 300 | 2 | |
| 31 | 50 | HQ 4HT | 100 50 | 7 | |
| 32 | 50 | HQ 4HT | 100 100 | 3 | |
| 33 | invention | 50 | HQ 4HT | 100 200 | 0,4 |
| 34 | 50 | HQ 4HT | 100 500 | 0,3 | |
| 35 | 100 | HQ 4HT | 200 200 | 35 | |
| 36 | 100 | HQ 4HT | 200 500 | 0,7 |
La présence plus ou moins importante de solides dans le milieu permet de caractériser la probabilité d’encrassement à l’échelle industrielle.
Comme le montrent les essais 1 à 4 de référence, la polymérisation de l’acide acrylique se produit lorsque du glyoxal est présent dans le milieu, même en présence de 1000 ppm PTZ.
L’ajout d’une quantité supplémentaire de PTZ (essais 5 à 10) ne permet pas d’empêcher la polymérisation de l’acide acrylique.
Avec un ajout séparé d’hydroquinone ou de 4-OH-Tempo, même à 500 ppm dans l’acide acrylique, il a été constaté la formation de solides insolubles dans le milieu (essais 11 à 22).
La benzoquinone et la naphtaquinone ont permis d’inhiber suffisamment la polymérisation de l’acide acrylique pour empêcher la formation de solides insolubles pouvant conduire à un encrassement de l’installation (essais 23 à 30).
L’ajout simultané d’hydroquinone et de 4-OH-Tempo pour générer in situ la benzoquinone conduit au même résultat, (essais 31 à 36).
Exemple 2 : utilisation de la benzoquinone telle-quelle, essai en continu
Un flux industriel d’acide acrylique contenant environ 50 ppm de glyoxal, 200 ppm HQ et additionné de 1000 ppm de PTZ a été injecté à raison de 100 g/h dans un rebouilleur thermosiphon en verre d’environ 200 ml, surmonté d’un condenseur à reflux total et équipé d’un débordement (soit un temps de séjour de 2 h). Le rebouilleur fonctionne à 110 °C dans le liquide sous une pression de 380 mbar. L’encrassement du rebouilleur a été observé visuellement, en l’absence de benzoquinone, et en présence de 100 ou 200 ppm de benzoquinone
Après 1,5 h de fonctionnement en l’absence de benzoquinone, l’expérience a dû être stoppée en raison d’un encrassement important du rebouilleur.
En présence de benzoquinone, le montage expérimental était encore propre après 8h d’expérience.
Exemple 3 : utilisation de la benzoquinone générée in situ, essai en continu
Un flux industriel d’acide acrylique contenant environ 50 ppm de glyoxal, 200 ppm HQ et additionnée de 1000 ppm de PTZ a été injecté à raison de 100 g/h dans un rebouilleur thermosiphon en verre d’environ 200 ml, surmonté d’un condenseur à reflux total et équipé d’un débordement (soit un temps de séjour de 2 h). Le rebouilleur fonctionne à 110 °C dans le liquide sous une pression de 380 mbar. L’encrassement du rebouilleur a été observé visuellement, en l’absence d’autres ajouts, et en ajoutant 200 et 500 ppm de
4-OH-Tempo afin de générer in situ de la benzoquinone à partir de l’HQ déjà contenue dans le milieu.
Après 1,5 h de fonctionnement en l’absence de 4-OH-Tempo, l’expérience a dû être stoppée en raison d’un encrassement important du rebouilleur.
En présence de 4-OH-Tempo pour générer de la benzoquinone, le montage expérimental 10 était encore propre après 8h d’expérience.
Claims (16)
- REVENDICATIONS1. Procédé pour éviter le dépôt de composés de nature polymérique lors des opérations de purification de l’acide (méth)acrylique, caractérisé en ce que l’on ajoute dans au moins un flux d’acide (méth)acrylique contenant au moins du glyoxal comme impureté, au moins un dérivé quinolique répondant à l’une des formules (I) ou (II) :RtRi (I)ORi (Π) dans laquelle, les groupes Ri, R2, R3, et R4 désignent indépendamment un atome d’hydrogène ou un groupe alkyle en Ci-Cô, ou Ri et R2 forment ensemble et avec les atomes auxquels ils sont liés un cycle ou hétérocycle saturé ou insaturé, de préférence un groupe phényle, et/ou R3 et R4 forment ensemble et avec les atomes auxquels ils sont liés un cycle ou hétérocycle saturé ou insaturé, de préférence un groupe phényle.
- 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dérivé quinolique est introduit sous forme liquide, en solution dans un solvant aqueux, ou en solution dans l’acide (méth)acrylique .
- 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dérivé quinolique est généré in situ dans ledit flux d’acide (méth)acrylique, à partir d’un dérivé hydroquinone et d’un composé oxydant.
- 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dérivé quinolique est choisi parmi la 1,2-benzoquinone, la 1,4-benzoquinone, la naphtaquinone et l’anthraquinone.
- 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le composé benzoquinone est la 1,4-benzoquinone telle quelle, ou générée in situ à partir d’hydroquinone et de 4-hydroxy-2,2,6,6- tétraméthyl pipéridinoxyl (4-OH-tempo).
- 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’acide (méth)acrylique est d’origine pétrochimique.
- 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l’acide (méth)acrylique est au moins en partie d’origine renouvelable.
- 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit flux d’acide (méth)acrylique dérive d’un procédé de purification comprenant l’extraction de l’acide (méth)acrylique par absorption à contre-courant sous forme d’une solution aqueuse d’acide (méth)acrylique .
- 9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que ledit flux d’acide (méth)acrylique dérive d’un procédé de purification comprenant l’extraction de l’acide (méth)acrylique par absorption à contre-courant au moyen d’un solvant lourd hydrophobe.
- 10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que ledit flux d’acide (méth)acrylique dérive d’un procédé de purification sans solvant organique externe.
- 11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit flux d’acide (méth)acrylique contient au moins 10% en poids, de préférence au moins 30% en poids d’acide (méth)acrylique.
- 12. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit flux d’acide (méth)acrylique contient au moins 10 ppm de glyoxal.
- 13. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit flux d’acide (méth)acrylique contient en outre au moins un inhibiteur de polymérisation, en particulier de la phénothiazine.
- 14. Procédé selon Tune quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le composé quinolique est ajouté à une teneur exprimée par le rapport molaire dérivé quinolique / glyoxal comprise entre 0,1 et 5, de préférence entre 0,2 et 3.5 15. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce ledit flux d’acide (méth)acrylique est un flux liquide d’alimentation d’une colonne de distillation, un condensât de colonne de distillation, ou de reflux d’une colonne de distillation.10 16. Utilisation d’au moins un dérivé quinolique pour limiter les problèmes d’encrassement lors de la purification d’un flux d’acide (méth)acrylique comportant au moins du glyoxal comme impureté.17. Procédé de purification d’acide (méth)acrylique caractérisé en ce qu’il comprend
- 15 l’addition d’au moins un dérivé quinolique dans un flux comprenant au moins de l’acide (méth)acrylique et au moins du glyoxal.
- 18. Procédé de production d’acide (méth)acrylique caractérisé en ce qu’il comprend le procédé de purification selon la revendication 17.
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