FR3094716A1 - Production d’acide acrylique de grade polymere - Google Patents
Production d’acide acrylique de grade polymere Download PDFInfo
- Publication number
- FR3094716A1 FR3094716A1 FR1903519A FR1903519A FR3094716A1 FR 3094716 A1 FR3094716 A1 FR 3094716A1 FR 1903519 A FR1903519 A FR 1903519A FR 1903519 A FR1903519 A FR 1903519A FR 3094716 A1 FR3094716 A1 FR 3094716A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- acrylic acid
- column
- distillation
- process according
- distillation unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N Acrylic acid Chemical compound OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 151
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 24
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 132
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims abstract description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 56
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 44
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 23
- -1 aldehyde compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 125000002485 formyl group Chemical class [H]C(*)=O 0.000 claims abstract 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 38
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 24
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 11
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 8
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 7
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000032050 esterification Effects 0.000 claims description 6
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 3
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 2
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 46
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- HGINCPLSRVDWNT-UHFFFAOYSA-N Acrolein Chemical compound C=CC=O HGINCPLSRVDWNT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- HUMNYLRZRPPJDN-UHFFFAOYSA-N benzaldehyde Chemical compound O=CC1=CC=CC=C1 HUMNYLRZRPPJDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- RNYZJZKPGHQTJR-UHFFFAOYSA-N protoanemonin Chemical compound C=C1OC(=O)C=C1 RNYZJZKPGHQTJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- QNGNSVIICDLXHT-UHFFFAOYSA-N para-ethylbenzaldehyde Natural products CCC1=CC=C(C=O)C=C1 QNGNSVIICDLXHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 14
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 9
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 8
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 7
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 7
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 7
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 7
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 6
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 5
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 5
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- NWVVVBRKAWDGAB-UHFFFAOYSA-N p-methoxyphenol Chemical compound COC1=CC=C(O)C=C1 NWVVVBRKAWDGAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 3
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 3
- ALRHLSYJTWAHJZ-UHFFFAOYSA-N 3-hydroxypropionic acid Chemical compound OCCC(O)=O ALRHLSYJTWAHJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IKHGUXGNUITLKF-UHFFFAOYSA-N Acetaldehyde Chemical compound CC=O IKHGUXGNUITLKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- HAMNKKUPIHEESI-UHFFFAOYSA-N aminoguanidine Chemical compound NNC(N)=N HAMNKKUPIHEESI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010533 azeotropic distillation Methods 0.000 description 2
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229940117927 ethylene oxide Drugs 0.000 description 2
- 238000001640 fractional crystallisation Methods 0.000 description 2
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 2
- LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N glyoxal Chemical compound O=CC=O LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920006158 high molecular weight polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 229960003505 mequinol Drugs 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 2
- WJFKNYWRSNBZNX-UHFFFAOYSA-N 10H-phenothiazine Chemical compound C1=CC=C2NC3=CC=CC=C3SC2=C1 WJFKNYWRSNBZNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Propanedioic acid Natural products OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 description 1
- VEZXCJBBBCKRPI-UHFFFAOYSA-N beta-propiolactone Chemical compound O=C1CCO1 VEZXCJBBBCKRPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229960004424 carbon dioxide Drugs 0.000 description 1
- 229940105305 carbon monoxide Drugs 0.000 description 1
- 231100000357 carcinogen Toxicity 0.000 description 1
- 239000003183 carcinogenic agent Substances 0.000 description 1
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- LDHQCZJRKDOVOX-NSCUHMNNSA-N crotonic acid Chemical compound C\C=C\C(O)=O LDHQCZJRKDOVOX-NSCUHMNNSA-N 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N formaldehyde Natural products O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229940015043 glyoxal Drugs 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011872 intimate mixture Substances 0.000 description 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000010985 leather Substances 0.000 description 1
- 238000000622 liquid--liquid extraction Methods 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 description 1
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 description 1
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 229950000688 phenothiazine Drugs 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- ORSLXQZSKCIHDH-UHFFFAOYSA-N prop-2-enal;prop-2-enoic acid Chemical compound C=CC=O.OC(=O)C=C ORSLXQZSKCIHDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960000380 propiolactone Drugs 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 231100001260 reprotoxic Toxicity 0.000 description 1
- 238000010517 secondary reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C57/00—Unsaturated compounds having carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms
- C07C57/02—Unsaturated compounds having carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms with only carbon-to-carbon double bonds as unsaturation
- C07C57/03—Monocarboxylic acids
- C07C57/04—Acrylic acid; Methacrylic acid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
- C07C51/42—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
- C07C51/43—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation
- C07C51/44—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation by distillation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
PRODUCTION D’ACIDE ACRYLIQUE DE GRADE POLYMERE L’invention a trait à la purification d’un acide acrylique comportant des composés aldéhydes à faible teneur, selon un procédé par distillation dans une unité de distillation en l’absence de réactif chimique de traitement des aldéhydes, produisant un flux d’acide acrylique de grade polymère qui est soutiré par une sortie latérale de l’unité de distillation. L’invention permet de supprimer l’utilisation d’un produit classé CMR dans la fabrication de l’acide acrylique de grade polymère à partir d’un acide acrylique de grade technique, et réponds ainsi aux exigences HSE des installations industrielles.
Description
La présente invention concerne la production d’acide acrylique de grade polymère, communément appelé acide acrylique glacial.
ARRIERE-PLAN TECHNIQUE ET PROBLEME TECHNIQUE
L’acide acrylique est destiné à la mise en œuvre par les industriels de procédés de polymérisation, soit de l'acide acrylique, soit de ses dérivés esters ou amide, procédés qui sont conduits sous différentes formes, en masse, en solution, en suspension, ou en émulsion. Ces polymères sont utilisés tels quels ou en tant que copolymères dans des domaines aussi variés que l'hygiène (par exemple dans la production de superabsorbants), les détergents, les peintures, les vernis, les adhésifs, le papier, les textiles, le cuir, etc.
La qualité de l’acide acrylique (AA), c’est-à-dire sa teneur en différentes impuretés, jouant un grand rôle dans les processus de polymérisation ultérieurs, les industriels fabriquant cet acide acrylique ont été conduits à mettre en jeu toute une série d’étapes de purification afin d’obtenir cet acide acrylique « standard » qu’on appelle habituellement l’acide acrylique glacial (AAg) ou acide acrylique de grade polymère.
Cet acide acrylique glacial ne répond pas à des spécifications reconnues officiellement et ayant un caractère universel mais signifie pour chaque industriel le niveau de pureté à atteindre pour pouvoir conduire avec succès ses transformations ultérieures.
A titre d’exemple, pour un acide acrylique ex-propylène, l’effluent de sortie de réacteur est soumis à une combinaison d'étapes qui peuvent différer par leur enchaînement selon le procédé : élimination des incondensables et de l'essentiel des composés très légers, en particulier l'acroléine intermédiaire de synthèse de l'acide acrylique (AA brut), déshydratation éliminant l’eau et le formol (AA déshydraté), élimination des légers (en particulier l'acide acétique), puis élimination des lourds (AA technique).
Pour atteindre la qualité d'acide acrylique glacial permettant de synthétiser des polymères de haute masse moléculaire, il est particulièrement important d'éliminer dans l’AA technique certaines impuretés jusqu'à des teneurs extrêmement faibles. Il s’agit notamment de certains aldéhydes, comme le furfuraldéhyde (ou furfural), le benzaldéhyde ou l'acroléine, ou d’autres impuretés comme la protoanémonine, composés générés au cours de la synthèse de l’acide acrylique, ou encore les inhibiteurs de polymérisation non phénoliques comme la phénothiazine susceptibles d’avoir été introduits lors de la synthèse de l’acide acrylique. Ces composés ont un effet important sur la réactivité de l'AA glacial lorsqu'il est engagé dans une réaction de polymérisation visant à produire un polymère de haute masse moléculaire, en retardant ou en inhibant la réaction
Pour ce faire, on effectue généralement une élimination des aldéhydes par un traitement chimique à l'aide d'un réactif qui forme avec ces aldéhydes des produits de réaction lourds plus facilement séparables de l'acide acrylique par distillation.
Parmi les réactifs utilisables, on peut employer des amines, et plus particulièrement les composés de la famille des hydrazines, comme décrit dans le brevet US 3,725,208 ou le brevet US 7,393,976.
Généralement, ces composés peuvent être utilisés tels quels ou sous forme de leurs sels ou hydrates.
Dans le document WO 2017/050583, l’étape de traitement des aldéhydes à l’aide d’un agent chimique, est réalisée dans une section de purification comprenant une colonne de déshydratation, et une colonne de finition (ou colonne de purification), de préférence à l’intérieur de ladite section de purification, ou en alternative dans une section de purification complémentaire par distillation avec une ou deux colonnes de distillation, et permettant de conduire à une qualité d’acide acrylique glacial.
Les traitements chimiques qui sont décrits dans l’état de la technique présentent tous l'inconvénient de générer de l'eau lors de la réaction des aldéhydes avec le réactif chimique.
La présence de l’eau dans l'acide acrylique peut également être dommageable pour la fabrication de polymères en milieu non aqueux. Pour cette raison, il peut être intéressant de réaliser cette opération de traitement chimique des aldéhydes pendant une étape de distillation visant à éliminer l'eau et les composés légers en tête, avant une étape de distillation de l'acide acrylique destinée à séparer les composés lourds, comme décrit par exemple dans le document WO 2010/031949. Cette méthode nécessite cependant la mise en œuvre d’au moins deux colonnes de distillation.
Un autre inconvénient du traitement chimique d'élimination des aldéhydes par les composés aminés est sa réactivité envers l'acide acrylique lui-même, qui conduit à une réduction significative de la stabilité du milieu, notamment en provoquant le dépôt de polymères solides. La fonction amine de ces composés leur confère en effet la propriété de réagir non seulement avec les aldéhydes, mais aussi avec l'acide acrylique lui-même, en formant des sels par réaction sur la partie carboxylique de la molécule, ou des composés d'addition de Michael par réaction sur la double liaison acrylique.
Les produits de réaction des amines sur l'acide acrylique entraînent alors une sensibilité exacerbée du milieu réactionnel vis-à-vis de la polymérisation. Malgré l'utilisation d'inhibiteurs classiquement mis en œuvre pour la distillation de ce monomère, on observe des dépôts de polymères, particulièrement au niveau des plateaux de colonnes et/ou de la paroi chaude du bouilleur. La formation de ces dépôts solides entraîne rapidement des problèmes de bouchages ou de modification des échanges thermiques qui nécessitent un arrêt de l'installation pour nettoyage.
Pour réduire ces effets néfastes, le procédé de purification de l’acide acrylique décrit dans le brevet US 6,207,022 utilise un acide sulfonique organique au cours du traitement d'élimination des aldéhydes par une amine du type hydrazine ou aminoguanidine. Cette amélioration présente cependant d’autres inconvénients, puisque les acides sulfoniques décrits sont corrosifs et imposent l’utilisation de matériaux coûteux pour les parties de l'installation en contact avec ceux-ci.
En alternative, pour pallier cette problématique de formation de polymères, il est proposé dans le document EP 1110940 de mettre en œuvre le composé aminé sous forme d’un mélange intime avec l’acide acrylique à traiter, et d’ajuster entre 3 et 100, le rapport massique de concentration du furfural par rapport à l’acroléine présent dans l’acide acrylique à traiter.
Un autre inconvénient des procédés utilisant un traitement chimique des aldéhydes est la perte d'acide acrylique dans le flux résiduel obtenu après séparation de l'AA purifié. Les réactions recherchées de l'agent chimique (par exemple hydrazine) avec les aldéhydes n'étant pas sélectives, un excès important de réactif par rapport aux aldéhydes à traiter doit être utilisé, et le flux résiduel composé en majeure partie d'acide acrylique ne peut être recyclé ou utilisé comme matière première de fabrication d'ester par exemple, à cause de la présence des produits de réaction du réactif avec les aldéhydes et avec l'acide acrylique. Ceci constitue donc une perte de rendement de récupération d'acide acrylique.
Enfin, l’un des inconvénients majeurs du traitement chimique des aldéhydes provient de la nature des composés généralement utilisés, comme l'hydrazine et ses dérivés qui sont des produits classés CMR (cancérigènes 1B) ou l'aminoguanidine ou ses dérivés qui sont également classés CMR (reprotoxiques 1B). Il est évident pour des questions d’hygiène, sécurité et environnement (HSE), que l’usage de ce type de substance doit être évité lorsque c'est possible dans les installations industrielles. En cas d’utilisation de ce produit, des mesures strictes de confinement, de manipulation, et de gestion des effluents en fonctionnement normal ou en cas de fuite doivent être mises en place de façon draconienne entrainant un coût important en exploitation.
Parallèlement, des procédés alternatifs au traitement chimique des aldéhydes pour obtenir de l’acide acrylique glacial ont été développés. Il s’agit en particulier de la cristallisation fractionnée, comme décrit dans le brevet US 5,504,247 de Sulzer, ou de la Société Demanderesse pour la production d’acide acrylique de grade polymère d’origine renouvelable telle que décrite dans le document WO 2011/010035. Cette technologie impose néanmoins un coût d'investissement et un coût d'exploitation (consommation électrique) qui peut s'avérer plus important qu’un procédé de distillation.
Plus récemment, dans le document WO 2018/185423, il a été décrit la mise en œuvre d’une colonne à paroi séparatrice comme colonne de purification/finition dans un procédé de récupération d’acide acrylique utilisant deux colonnes de distillation en l’absence de solvant organique externe. La configuration particulière de la colonne à paroi séparatrice, c’est-à-dire lorsque la paroi séparatrice est jointive avec le dôme supérieur de la colonne en partie haute, et non jointive avec le fond de la colonne en partie basse, permet d’améliorer le bilan énergétique du procédé tout en améliorant la qualité technique de l’acide acrylique récupéré. L’acide acrylique technique extrait en tête de la colonne à paroi séparatrice peut être soumis à un traitement complémentaire par cristallisation fractionnée, ou par distillation éventuellement en présence d’un composé réagissant avec les aldéhydes résiduels, conduisant à une qualité d’acide acrylique de grade polymère. Du fait de la qualité technique améliorée, la purification complémentaire pour produire un grade polymère se trouve simplifiée. Par ailleurs, dans certaines conditions de mise en œuvre de la colonne à paroi séparatrice, il a été observé qu’un acide acrylique de grade polymère, répondant à des spécifications concernant la teneur résiduelle en aldéhydes tels que furfural ou benzaldéhyde, et en protoanémonine peut être extrait directement en tête de la colonne à paroi séparatrice. Néanmoins, la mise en œuvre d’une colonne de distillation à paroi séparatrice reste complexe et la purification décrite dans ce document ne peut pas être adaptée sans modification significative aux procédés conventionnels de récupération d’acide acrylique utilisant un solvant organique externe.
Il subsiste donc un besoin de disposer d’une méthode simple, rapide et facile à mettre en œuvre pour éliminer les aldéhydes, comme le furfural et le benzaldéhyde et aussi l'acroléine, ou d’autres impuretés comme la protoanémonine, dans un acide acrylique technique, conduisant à une qualité d’acide acrylique de grade polymère (ou glacial), sans l’intervention d’un agent chimique de traitement des aldéhydes, ni de technologie coûteuse.
Les inventeurs ont maintenant découvert que ce besoin pouvait être satisfait par une simple opération de distillation d’un acide acrylique technique, appliquée dans des conditions particulières, et adaptée quelle que soit la qualité de l’acide acrylique technique ou son mode d’obtention.
Il est par ailleurs apparu aux inventeurs que cette invention pouvait s’appliquer à l’acide acrylique produit à partir de propylène et/ou propane ainsi qu’à l’acide acrylique dérivé de matières premières renouvelables.
La présente invention concerne un procédé de purification d’un acide acrylique comportant des composés aldéhydes à faible teneur, caractérisé en ce que ledit acide acrylique est soumis à une distillation dans une unité de distillation en l’absence de réactif chimique de traitement des aldéhydes, produisant un flux d’acide acrylique de grade polymère qui est soutiré par une sortie latérale de l’unité de distillation, un flux comportant essentiellement des composés légers étant extrait en tête de l’unité de distillation, et un flux d’acide acrylique comportant des composés lourds étant récupéré en pied de l’unité de distillation.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, l’unité de distillation comporte une unique colonne de distillation E12 équipée d’un soutirage latéral. Généralement, la colonne E12 comporte un nombre de plateaux théoriques compris entre 15 et 30, de préférence entre 20 et 25.
Selon un second mode de réalisation, de l’invention, l’unité de distillation comporte une première colonne de distillation E1 dont le flux généré en tête alimente une seconde colonne de distillation E2 équipée d’un soutirage latéral. Généralement, chacune des colonnes E1 et E2 comporte un nombre de plateaux théoriques compris entre 8 et 15, de préférence entre 10 et 12.
Selon ces deux modes de réalisation, l’acide acrylique soumis au procédé selon l’invention est un acide acrylique de grade technique de teneur massique supérieure à 99,5%, comportant une faible teneur en aldéhydes tels que furfural, benzaldéhyde et acroléine, et pouvant comporter des composés légers tel que l’acroléine, l’acide acétique ou de l’eau ; le procédé selon l’invention permet de produire un flux d’acide acrylique purifié répondant à des critères de haute qualité permettant son utilisation dans la fabrication de polymères acryliques de haute masse moléculaire, en l’absence d’ajout de composé chimique de traitement des aldéhydes.
En particulier, l’acide acrylique de grade polymère obtenu selon le procédé de l’invention peut être caractérisé comme suit :
Teneur en aldéhydes massique totaux (furfural, benzaldéhyde, acroléine) : < 10 ppm, de préférence < 4 ppm
Teneur en Protoanémonine : < 2 ppm
Teneur en eau : < 0,1%, de préférence < 0,05%
Teneur en acide acétique : < 0,1%, de préférence < 0,08%
L’invention permet ainsi de surmonter les inconvénients des procédés de l’art antérieur, en supprimant l’utilisation d’un produit classé CMR dans la fabrication de l’acide acrylique de grade polymère à partir d’un acide acrylique de grade technique. En conséquence, la formation de l’eau liée aux réactions entre les composés aminés comme l’hydrazine et les aldéhydes ou acides insaturés, est évitée, et les problèmes d’encrassement dus à l’utilisation de réactif chimique n’ont pas lieu.
En outre, le produit résiduel issu de la distillation de l’acide acrylique technique en vue d’obtenir de l’acide acrylique de grade polymère, récupéré en pied de l’unité de distillation, peut être avantageusement recyclé vers un atelier d’estérification fabriquant des esters acryliques en C1-C8, sans purification supplémentaire qui serait indispensable en cas d’utilisation d’un agent de traitement chimique des aldéhydes.
Selon certains modes de réalisation particuliers, l’invention présente également une, ou de préférence, plusieurs des caractéristiques avantageuses énumérées ci-dessous :
- L’unité de distillation comporte au moins un reflux en tête, en particulier un reflux en tête de la colonne de distillation E12 ou la colonne E2 équipée d’un soutirage latéral.
- L’unité de distillation comporte en tête un condenseur qui peut être total ou partiel,qui permet de condenser au moins partiellement le flux distillé riche en composés légers. Le flux condensé est renvoyé au moins en partie en tête de colonne E12 ou E2 équipées d'un soutirage latéral. La partie non condensée est éliminée, par exemple en l'envoyant vers un incinérateur avant rejet ultime à l'atmosphère, ou peut être recyclée en amont du procédé, par exemple dans la colonne d'absorption de l'acide acrylique à partir des gaz de réaction. La partie du flux condensé qui n'est pas recyclée en reflux dans la colonne peut être éliminée, ou de préférence recyclée en amont du procédé de purification, ou être utilisée pour la fabrication d'esters acryliques.
- Le soutirage latéral de l’acide acrylique peut être réalisé en phase gazeuse ou en phase liquide. Il est de préférence réalisé en phase liquide pour limiter la quantité d’acroléine présent dans celui-ci.
- Le soutirage latéral comprend un condenseur qui refroidit l’acide acrylique à une température de l’ordre de 30°C avant stockage.
- Au moins un inhibiteur de polymérisation phénolique est introduit au niveau du condenseur associé au soutirage latéral, préférentiellement l'éther méthylique de l'hydroquinone (EMHQ), en quantité adéquate pour protéger le flux condensé contre une polymérisation au niveau du condenseur, dans le bac de stockage et lors du transport avant utilisation de l'acide acrylique, et répondant aux exigences de réactivité en polymérisation.
- le soutirage latéral est effectué de préférence dans le premier tiers du haut de la colonne E12 ou E2
- Au moins un inhibiteur de polymérisation phénolique, de préférence l'EMHQ, est introduit en tête des colonnes E2 et E12 en amont du condenseur, de façon à empêcher la formation de polymère lors de la condensation du mélange gazeux distillé et dans la colonne, grâce à la présence de cet inhibiteur dans le reflux liquide renvoyé en tête de colonne.
- En complément, des inhibiteurs de polymérisation, en particulier des inhibiteurs de polymérisation non phénoliques, peuvent être envoyés seuls ou en combinaison, au niveau d'un plateau situé sous le soutirage latéral des colonnes E2 ou E12 et/ou en tête de colonne E1. Les inhibiteurs mis en jeu sont ceux employés par l’homme de l’art pour la purification de l’acide acrylique.
- De l’air ou de l’air appauvri est injecté en bas de l’unité de distillation, dans la colonne E12 ou E1, de préférence dans une proportion volumique de 0,1 à 0.5% d'oxygène par rapport au débit total d'AA distillé.
- Le rapport massique entre le flux soutiré latéralement et le flux d’alimentation est compris entre 60 et 90% de préférence entre 70% et 80%.
- Le rapport massique entre le flux soutiré en pied et le flux d’alimentation est compris entre 10% et 40% de préférence entre 20% et 30%.
- Le flux récupéré en pied de l’unité de distillation est avantageusement recyclé vers une unité d’estérification sans traitement supplémentaire.
- Le taux de reflux que l’on peut définir comme le débit de recyclage de la tête de colonne vers la colonne rapporté à celui de soutirage latéral est compris entre 1,5 et 4, de préférence entre 2 et 3, par exemple est égal à 2,5. Dans ces conditions, il est possible d’obtenir un bon compromis entre la taille de colonne et le nombre d’étages de séparation à utiliser et l’énergie à mettre en œuvre pour assurer cette séparation.
- L’acide acrylique technique soumis au procédé selon l’invention contient une teneur massique en aldéhydes totaux (furfural, benzaldéhyde et acroléine) inférieure à 0,1%.
- Le procédé selon l’invention est opéré en mode continu, ou semi-continu, de préférence en mode continu.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux Figures 1 et 2 annexées qui représentent :
Définitions
Dans la description qui suit, le terme « grade polymère » et le terme « glacial » ont la même signification et indiquent que l’acide acrylique répond à des critères de haute qualité permettant son utilisation dans la fabrication de polymères (méth)acryliques de haute masse moléculaire.
Le terme « agent de traitement chimique des aldéhydes » ou « réactif chimique de traitement des aldéhydes » signifie un composé chimique qui forme avec les aldéhydes des produits de réaction plus lourds qui deviennent plus facilement séparables de l’acide acrylique par distillation.
Par « traitement chimique » on entend le traitement réalisé à l’aide d’un agent de traitement chimique des aldéhydes.
Ce type de traitement et les composés utilisables sont bien connus dans l’état de l’art, sans que les réactions ou complexations mises en œuvre soient complétement identifiées. Le mode d’action a essentiellement pour but de former des produits de réaction plus lourds que les aldéhydes à traiter.
Ce terme d’agent de traitement chimique des aldéhydes exclut les inhibiteurs de polymérisation qui, même s’ils peuvent avoir un effet mineur sur les aldéhydes, sont généralement introduits dans le seul but de stabiliser les flux contenant des dérivés acryliques vis-à-vis d’une polymérisation, ces inhibiteurs de polymérisation pouvant donc être présents dans l’acide acrylique soumis au procédé selon l’invention.
Le terme « léger », qualifiant les composés sous-produits, désigne les composés dont le point d’ébullition est inférieur à celui de l’acide acrylique sous la pression de travail considérée, et par analogie, le terme « lourd » désigne les composés dont le point d’ébullition est supérieur à celui de l’acide acrylique.
Le terme « solvant organique externe » désigne tout composé organique dans lequel l'acide acrylique est soluble et dont l'origine est extérieure au procédé, utilisé comme solvant d'absorption, d'extraction ou de distillation azéotropique.
Le terme « solvant azéotropique » désigne tout solvant organique présentant la propriété de former un mélange azéotropique avec l’eau.
Le terme « non condensable » ou « incondensable » désigne les composés dont le point d’ébullition est inférieur à la température de 20°C sous la pression atmosphérique.
Production de l’acide acrylique
Selon l’invention, l’acide 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 comme matières premières l’éthylène et/ou l'oxyde d'éthylène et le monoxyde de carbone, ou la beta-propiolactone, ou l'éthylène et le dioxyde de carbone.
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 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 de ses sels, ou d’un procédé de déshydratation de l’acide 3-hydroxypropionique ou de ses sels. Ces composés peuvent être issus de la fermentation de biomasse et/ou de sucres.
Les procédés de synthèse précités sont décrits dans l’état de la technique et conduisent tous à la formation d’acide acrylique brut, c’est-à-dire à un mélange réactionnel constitué, en dehors de l'acide 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 intermédiaire de synthèse 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.
Le second stade de la fabrication d’acide acrylique consiste à récupérer et à purifier l'acide acrylique contenu dans le mélange réactionnel brut pour le transformer en un grade d’acide acrylique technique. Différentes méthodes de purification sont disponibles dans l’état de la technique.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, l’acide acrylique est extrait 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, l’acide acrylique est extrait 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, l’acide acrylique est récupéré selon un procédé n’utilisant pas de solvant organique externe. On peut utiliser par exemple le procédé tel que décrit dans le brevet EP 2066613 B1 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 US 2016/090347.
La qualité de l’acide acrylique technique soumis au procédé selon l’invention peut varier dans de larges mesures.
Par exemple, une composition massique de l’acide acrylique technique peut être la suivante :
Eau < 0,2 % , de préférence < 0,05%, par exemple < 0,01%
Acide acétique < 0,25 % , de préférence < 0,10% , par exemple < 0,05%
Furfural < 0,05%, de préférence < 0,03% , par exemple < 0,005 %
benzaldéhyde < 0,05% de préférence <0,02% , par exemple < 0,005%
Acroléine < 0,02%, de préférence < 0,01%
protoanémonine < 0,02% de préférence < 0,01% . par exemple < 0,005%
Quel que soit le procédé utilisé pour récupérer l’acide acrylique technique à partir d’un mélange réactionnel brut, des impuretés telles que les aldéhydes furfural, benzaldéhyde et acroléine ou le composé protoanémonine restent en concentration suffisamment élevées pour limiter l’utilisation de cet acide acrylique dans les procédés de polymérisation visant l’obtention de polymères de haute masse moléculaire.
Selon l’invention, ledit flux d’acide acrylique est envoyé dans une unité de distillation d’où est soutiré de façon latérale un acide acrylique débarrassé de l’essentiel des aldéhydes résiduels, correspondant au grade polymère ou glacial recherché.
L’unité de distillation
En référence à la Figure 1 qui représente un premier mode de réalisation de l’invention, la colonne E12 est équipée d’un soutirage latéral et comporte un nombre de plateaux théoriques compris entre 15 et 30, de préférence entre 20 et 25. Cette colonne unique fonctionne sous une pression réduite généralement comprise entre 20 mm Hg et 150 mm Hg, de préférence entre 30 mm Hg et 100 mm Hg.
La colonne E12 est constituée de tout type de plateaux et/ou d'internes vrac et/ou de garnissages structurés disponibles pour la rectification de mélanges et adaptés à la distillation de composés polymérisables. Elle peut être une colonne de distillation classique pouvant comprendre au moins un garnissage, tel que par exemple un garnissage vrac et/ou une combinaison de sections équipées de garnissages vrac et structurés, et/ou des plateaux tels que par exemple des plateaux perforés, des plateaux à clapets fixes, des plateaux à clapets mobiles, des plateaux à calottes, ou leurs combinaisons. De préférence, la colonne E12 est équipée de plateaux perforés.
La stabilisation de la colonne E12 est généralement effectuée à l’aide de stabilisants bien connus de l’homme de l’art éventuellement avec injection d’air ou d’air appauvri en oxygène.
L’alimentation de la colonne E12 s’effectue dans le premier quart du bas de la colonne, de préférence au niveau d’un plateau allant des plateaux 2 à 7, de préférence des plateaux 3 à 5.
En l’absence de traitement chimique des aldéhydes, une fraction gazeuse riche en composés légers, tels que acroléine, acide acétique et eau est distillée en tête de colonne et éliminée après condensation et éventuellement traitement complémentaire, ou recyclée en amont du procédé de purification, ou utilisée pour la fabrication d'esters acryliques. Lorsqu’on met en œuvre une condensation partielle, ces composés légers non condensés peuvent être directement envoyés sous forme gazeuse vers une unité de traitement d’évent.
L’acide acrylique de grade polymère est soutiré en phase liquide ou en phase gazeuse, de préférence au premier tiers du haut de la colonne E12, en particulier entre les plateaux théoriques 1 à 5 plateaux situés en dessous de la tête de colonne. De préférence, l’acide acrylique de grade polymère est soutiré en phase liquide.
En pied de la colonne E12, un flux d’acide acrylique comportant l’essentiel des impuretés lourdes (en particulier furfural, benzaldéhyde, protoanémonine et inhibiteurs non phénoliques) séparées du flux d’acide acrylique alimentant la colonne E12, peut être avantageusement recyclé comme un grade technique d’acide acrylique vers une unité d’estérification, sans purification complémentaire.
Le rapport massique entre le flux soutiré latéralement et le flux d’alimentation de la colonne E12 est compris entre 60 et 90% de préférence entre 70% et 80%.
Le rapport massique entre le flux soutiré en pied et le flux d’alimentation de la colonne E12 est compris entre 10% et 40% de préférence entre 20% et 30%.
Selon un mode de réalisation particulier, la colonne E12 est équipée d'un condenseur et d'une alimentation liquide en tête, qui assure un reflux liquide dans la colonne. Le taux de reflux que l’on peut définir comme le débit de recyclage de la tête de colonne vers la colonne rapporté à celui de soutirage latéral est compris entre 1,5 et 4, de préférence entre 2 et 3, par exemple est égal à 2,5. Ces conditions permettent de conduire au meilleur compromis entre la taille de la colonne / nombre d’étages de séparation à utiliser et l’énergie à mettre en œuvre pour assurer la distillation efficace.
Les composés légers en tête de colonne sont éliminés préférentiellement en phase gazeuse après une opération de condensation partielle.
En référence à la Figure 2 qui représente un second mode de réalisation de l’invention, l’unité de distillation comprend deux colonnes de distillation E1 et E2 reliées fluidiquement entre elles par le flux gazeux distillé en tête de la colonne E1 qui alimente en pied la colonne E2.
Chacune des colonnes E1 et E2 comporte un nombre de plateaux théoriques compris entre 8 et 15, de préférence entre 10 et 12.
Les colonnes E1 et E2 sont généralement des colonnes de distillation classiques pouvant comprendre au moins un garnissage, tel que par exemple un garnissage vrac et/ou un garnissage structuré, et/ou des plateaux tels que par exemple des plateaux perforés, des plateaux à clapets fixes, des plateaux à clapets mobiles, des plateaux à calottes, ou leurs combinaisons. De préférence, les colonnes E1 et E2 sont équipées de plateaux perforés.
Les colonnes E1 et E2 sont généralement stabilisées vis-à-vis de la polymérisation à l’aide de stabilisants bien connus de l’homme de l’art éventuellement avec injection d’air ou d’air appauvri en oxygène.
Les colonnes E1 et E2 fonctionnent sous une pression réduite généralement comprise entre 20 mm Hg et 150 mm Hg, de préférence entre 30 mm Hg et 100 mm Hg.
L’alimentation de la colonne E1 est réalisée de préférence dans le premier quart du bas de la colonne, de préférence au niveau d’un plateau allant des plateaux 2 à 7, de préférence des plateaux 3 à 5.
La phase gazeuse générée en tête de la colonne E1 alimente la colonne E2 dans le premier quart du bas de la colonne, de préférence au niveau d’un plateau situé allant des plateaux 1 à 3 de cette colonne.
En l’absence de traitement chimique des aldéhydes, une fraction gazeuse entrainant essentiellement les composés légers, tels que acroléine, acide acétique et eau est distillée en tête de colonne E2, et récupérée après condensation pour être traitée dans une station biologique ou lorsqu’on ne met en œuvre qu’un condenseur partiel ces composés légers sont directement envoyés vers une unité de traitement d’évent.
Selon un mode de réalisation, au moins une partie du flux condensé en tête de la colonne E2 est envoyée comme reflux dans la colonne E2 et par voie de conséquence dans la colonne E1.
Le taux de reflux que l’on peut définir comme le débit de recyclage de la tête de colonne E2 vers la colonne E2 rapporté à celui de soutirage latéral de la colonne E2 est compris entre 1,5 et 4, de préférence entre 2 et 3, par exemple est égal à 2,5. Ces conditions permettent de conduire au meilleur compromis entre la taille des colonnes / nombre d’étages de séparation à utiliser et l’énergie à mettre en œuvre pour assurer la distillation efficace.
L’acide acrylique de grade polymère est soutiré en phase liquide ou en phase gazeuse de préférence au premier tiers du haut de la colonne E2, en particulier entre les plateaux théoriques 1 à 5 plateaux en dessous de la tête de colonne. De préférence, l’acide acrylique de grade polymère est soutiré en phase liquide. Le rapport massique entre le flux soutiré latéralement de la colonne E2 et le flux d’alimentation de la colonne E1 est compris entre 60 et 90%, de préférence entre 70% et 80%.
Le rapport entre le flux soutiré en pied de la colonne E1 et le flux d’alimentation de la colonne E1 est compris entre 10% et 40% de préférence entre 20% et 30%.Le flux de pied de colonne E2 est envoyé sous forme liquide en tête de colonne E1
En pied de la colonne E1, un flux d’acide acrylique comportant l’essentiel des impuretés lourdes (en particulier furfural, benzaldéhyde, protoanémonine et inhibiteurs non phénoliques) séparées du flux d’acide acrylique alimentant la colonne E1, peut être avantageusement recyclé comme un grade technique d’acide acrylique vers une unité d’estérification, sans purification complémentaire.
La consommation énergétique dans le procédé selon l’invention est généralement plus élevée que celle nécessaire dans une séparation utilisant de l’hydrazine ou ses dérivés pour traiter les aldéhydes. Ce surcoût énergétique est cependant largement compensé par le gain obtenu du fait de l’absence des arrêts de production et des opérations de nettoyage et de maintenance suite aux encrassements liées à l’utilisation de composé aminé, et surtout par l’absence de produit CMR et son environnement industriel contraignant.
L’invention sera maintenant illustrée par les exemples suivants, qui n’ont pas pour but de limiter la portée de l’invention, définie par les revendications annexées.
PARTIE EXPERIMENTALE
Les pourcentages sont exprimés en pourcentages massiques.
Les abréviations suivantes sont utilisées dans les tableaux :
AA : acide acrylique
ACO : acroléine
ACOH : acide acétique
Furfural : furfuraldéhyde
Benzal : Benzaldéhyde
PTA : protoanémonine
HZ : hydrate d’hydrazine
Des simulations à l'aide de modèles thermodynamiques et du logiciel ASPEN ont été utilisées pour illustrer un procédé selon l'art antérieur et le procédé selon l’invention.
Dans ces exemples n'apparait pas la protoanémonine, car cette impureté est instable et non décrite dans les modèles thermodynamiques existants. Toutefois, la distillation expérimentale d'un mélange d'acide acrylique contenant les impuretés furfural (120ppm), benzaldéhyde (80ppm) et protoanémonine (50ppm) montre que la volatilité de la protoanémonine est comprise entre celle du benzaldéhyde (composé le moins volatil) et celle du furfural (composé le plus volatil). Ce faisant, on peut conclure que les concentrations de protoanémonine sont forcément plus faibles que celles du furfural (bien décrit dans les modèles thermodynamiques).
Exemple 1 (comparatif)
Selon un procédé de l’art antérieur, un flux d’acide acrylique de grade technique est soumis à une opération de distillation à l’aide de deux colonnes E3 et E4 en série en présence d’hydrate d’hydrazine.
La première colonne E3 (avec 12 étages théoriques, et fonctionnant sous une pression de 45 mm de Hg)) est alimentée par le flux d’acide acrylique à purifier et l’hydrazine comme composé aminé réagissant avec les aldéhydes, au niveau du plateau théorique 3 compté à partir du bas de colonne. En tête de la colonne E3 (colonne d’étêtage) sont éliminées les impuretés légères comme l’eau générée lors de la réaction de l’hydrazine avec les impuretés aldéhydiques et l'acide acétique. Le taux de reflux massique de cette colonne / débit de distillat est fixé entre 0.5 et 0.7.
Le flux de pied de la colonne d’étêtage E3 alimente une seconde colonne de distillation E4 (avec 12 étages théoriques et fonctionnant sous une pression de 8500 Pa). La colonne E4 réalise, en tête, la distillation de l’acide acrylique purifié, et, en pied, l’élimination des composés lourds, comprenant notamment les produits de réaction de l'hydrazine avec les impuretés aldéhydiques et avec l'acide acrylique (réactif en excès). L’alimentation de cette colonne est réalisée sous le premier plateau du bas de la colonne.
Le tableau 1 ci-après rassemble la composition massique des différents flux.
Selon ce procédé mis en œuvre en présence d’hydrate d’hydrazine, de l’acide acrylique répondant aux spécifications d’un grade polymère est obtenu en tête de la seconde colonne E4, dans une proportion de 17510 kg pour 22525 kg d’acide acrylique technique alimenté. Le coût énergétique global pour le fonctionnement des 2 colonnes a été estimé à 4,54 Gcal/h. Le titre en acide acrylique est de 99,9% et les impuretés furfuraldéhyde, benzaldéhyde et acroléine sont présents à une teneur inférieure à 1 ppm. Le flux de pied de colonne E4 contient les composés issus de la réaction de l'hydrazine avec les aldéhydes et des réactions secondaires avec l'acide acrylique. Ce flux riche en acide acrylique est impropre à la fabrication d'esters.
Exemple 2 (comparatif)
La configuration du procédé de l’exemple 1 est utilisée, mais aucun ajout d’hydrate d’hydrazine n’est effectué.
Le tableau 2 ci-après rassemble la composition massique des différents flux.
Dans la configuration du procédé selon l’art antérieur, en l’absence de réactif aminé, l’acide acrylique distillé en tête de la seconde colonne ne satisfait pas les spécifications d’un grade polymère pour les aldéhydes résiduels notamment pour le furfural qui présente une teneur de 85 ppm pour une spécification inférieure à 5 ppm.
Exemple 3 (selon l’invention)
Une configuration telle que représentée à la Figure 1 est utilisée pour la simulation du procédé selon l’invention.
La colonne E12 comporte 24 plateaux théoriques et elle est équipée en tête d’un condenseur partiel et d’un soutirage latéral au plateau n°5compté à partir de la tête de colonne.On alimente la colonne E12 par un flux d’acide acrylique technique, sans ajout d'agent de traitement des aldéhydes. La colonne fonctionne sous une pression de 100 mm Hg. La température au niveau du soutirage latéral est de 90°C, et celle de pied de 111°C.
Le tableau 3 ci-après rassemble la composition massique des différents flux.
Le flux soutiré latéralement correspond à un acide acrylique de grade polymère.
Pour une même production que celle obtenue dans le procédé conventionnel de l’exemple 1, la consommation énergétique dans cette configuration est de 7,15 Gcal/h au bouilleur. Cette surconsommation d’énergie est compensée par le gain obtenu du fait de l’absence des arrêts de production et des opérations de nettoyage suite aux encrassements liées à l’utilisation de composé aminé, et du fait de l’économie réalisée en termes d’investissement pour les équipements de production et leur maintenance (colonnes, échangeurs, pompes, filtres).
En outre, le flux d’acide acrylique récupéré en pied de la colonne E12, exempt de produits de réaction entre les aldéhydes avec un composé aminé comme l’hydrazine, peut être valorisé directement vers une unité d’estérification sans nécessiter de purification complémentaire.
Claims (12)
- Procédé de purification d’un acide acrylique comportant des composés aldéhydes à faible teneur, caractérisé en ce que ledit acide acrylique est soumis à une distillation dans une unité de distillation en l’absence de réactif chimique de traitement des aldéhydes, produisant un flux d’acide acrylique de grade polymère qui est soutiré par une sortie latérale de l’unité de distillation, un flux comportant essentiellement des composés légers étant extrait en tête de l’unité de distillation, et un flux d’acide acrylique comportant des composés lourds étant récupéré en pied de l’unité de distillation.
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’unité de distillation comprend une unique colonne de distillation E12 équipée d’un soutirage latéral pouvant comporter un nombre de plateaux théoriques compris entre 15 et 30, de préférence entre 20 et 25.
- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l’unité de distillation comporte une première colonne de distillation E1 dont le flux généré en tête alimente une seconde colonne de distillation E2 équipée d’un soutirage latéral, chacune des colonnes E1 et E2 pouvant comporter un nombre de plateaux théoriques compris entre 8 et 15, de préférence entre 10 et 12.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’unité de distillation comprend au moins un reflux en tête.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’unité de distillation comporte en tête un condenseur qui peut être total ou partiel.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le flux récupéré en pied de l’unité de distillation est recyclé vers une unité d’estérification sans traitement supplémentaire.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’acide acrylique est d’origine pétrochimique, de préférence utilisant le propylène ou le propane comme matière première.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l’acide acrylique est au moins en partie d’origine renouvelable.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’acide acrylique dérive d’un procédé de purification comprenant l’extraction de l’acide acrylique par absorption à contre-courant sous forme d’une solution aqueuse d’acide acrylique .
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que l’acide acrylique dérive d’un procédé de purification comprenant l’extraction de l’acide acrylique par absorption à contre-courant au moyen d’un solvant lourd hydrophobe.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que l’acide acrylique dérive d’un procédé de purification sans solvant organique externe.
- Acide acrylique de grade polymère obtenu selon le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1903519A FR3094716B1 (fr) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | Production d’acide acrylique de grade polymere |
| BR112021017825A BR112021017825A2 (pt) | 2019-04-02 | 2020-03-20 | Produção de ácido acrílico de grau polímero |
| PCT/FR2020/050607 WO2020201661A1 (fr) | 2019-04-02 | 2020-03-20 | Production d'acide acrylique de grade polymere |
| CN202080023488.3A CN113614060A (zh) | 2019-04-02 | 2020-03-20 | 聚合级丙烯酸的生产 |
| EP20731162.2A EP3947340A1 (fr) | 2019-04-02 | 2020-03-20 | Production d'acide acrylique de grade polymere |
| US17/442,335 US20220169589A1 (en) | 2019-04-02 | 2020-03-20 | Polymer grade acrylic acid production |
| JP2021558956A JP7470134B2 (ja) | 2019-04-02 | 2020-03-20 | ポリマーグレードのアクリル酸の生成 |
| KR1020217035484A KR20210146383A (ko) | 2019-04-02 | 2020-03-20 | 폴리머 등급 아크릴산 생성 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1903519A FR3094716B1 (fr) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | Production d’acide acrylique de grade polymere |
| FR1903519 | 2019-04-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3094716A1 true FR3094716A1 (fr) | 2020-10-09 |
| FR3094716B1 FR3094716B1 (fr) | 2021-06-04 |
Family
ID=67185484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1903519A Active FR3094716B1 (fr) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | Production d’acide acrylique de grade polymere |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220169589A1 (fr) |
| EP (1) | EP3947340A1 (fr) |
| JP (1) | JP7470134B2 (fr) |
| KR (1) | KR20210146383A (fr) |
| CN (1) | CN113614060A (fr) |
| BR (1) | BR112021017825A2 (fr) |
| FR (1) | FR3094716B1 (fr) |
| WO (1) | WO2020201661A1 (fr) |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3725208A (en) | 1971-08-20 | 1973-04-03 | Nippon Kayaku Kk | Process for purification of acrylic acid from aldehydes by distillation with a reagent |
| US5504247A (en) | 1993-03-26 | 1996-04-02 | Sulzer Chemtech Ag | Method and apparatus for purifying acrylic acid, and acrylic acid purified by the method |
| US6207022B1 (en) | 1993-10-15 | 2001-03-27 | Basf Aktiengesellschaft | Purification of crude (meth) acrylic acid |
| EP1110940A2 (fr) | 1999-12-22 | 2001-06-27 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Procédé de purification de l'acide acrylique |
| WO2008033687A2 (fr) * | 2006-09-15 | 2008-03-20 | Dow Global Technologies Inc. | Procédé de production d'acide acrylique |
| US7393976B2 (en) | 2003-11-26 | 2008-07-01 | Rohm And Haas Company | Process for manufacturing reduced water content (meth)acrylic acid |
| WO2010031949A1 (fr) | 2008-09-16 | 2010-03-25 | Arkema France | Procede de fabrication d'acide acrylique bio-ressource de grade polymere a partir de glycerol |
| WO2011010035A1 (fr) | 2009-07-22 | 2011-01-27 | Arkema France | Procede de fabrication d'acide acrylique bio-ressource a partir de glycerol |
| WO2011114051A1 (fr) | 2010-03-18 | 2011-09-22 | Arkema France | Procede de fabrication d'acide acrylique bio-ressource de grade polymere a partir de glycerol |
| WO2015126704A1 (fr) * | 2014-02-20 | 2015-08-27 | Arkema Inc. | Procédé et système de production d'acide acrylique |
| US20160090347A1 (en) | 2014-09-30 | 2016-03-31 | Basf Se | Process and plant for recovering acrylic acid |
| WO2017050583A1 (fr) | 2015-09-24 | 2017-03-30 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Module de détection pour capteur, capteur et système de mesure formé dudit module |
| WO2018185423A1 (fr) | 2017-04-04 | 2018-10-11 | Arkema France | Procede de purification d'acide (meth)acrylique incluant une colonne de distillation a paroi separatrice. |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3041958B1 (fr) * | 2015-10-06 | 2019-06-14 | Arkema France | Procede ameliore de production d’acide (meth)acrylique de grade polymere |
| CN110099889B (zh) | 2016-12-22 | 2023-04-04 | 伊士曼化工公司 | 经由分隔壁塔的丙烯酸提纯 |
-
2019
- 2019-04-02 FR FR1903519A patent/FR3094716B1/fr active Active
-
2020
- 2020-03-20 EP EP20731162.2A patent/EP3947340A1/fr active Pending
- 2020-03-20 CN CN202080023488.3A patent/CN113614060A/zh active Pending
- 2020-03-20 WO PCT/FR2020/050607 patent/WO2020201661A1/fr active Application Filing
- 2020-03-20 US US17/442,335 patent/US20220169589A1/en active Pending
- 2020-03-20 BR BR112021017825A patent/BR112021017825A2/pt unknown
- 2020-03-20 KR KR1020217035484A patent/KR20210146383A/ko active Search and Examination
- 2020-03-20 JP JP2021558956A patent/JP7470134B2/ja active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3725208A (en) | 1971-08-20 | 1973-04-03 | Nippon Kayaku Kk | Process for purification of acrylic acid from aldehydes by distillation with a reagent |
| US5504247A (en) | 1993-03-26 | 1996-04-02 | Sulzer Chemtech Ag | Method and apparatus for purifying acrylic acid, and acrylic acid purified by the method |
| US6207022B1 (en) | 1993-10-15 | 2001-03-27 | Basf Aktiengesellschaft | Purification of crude (meth) acrylic acid |
| EP1110940A2 (fr) | 1999-12-22 | 2001-06-27 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Procédé de purification de l'acide acrylique |
| US7393976B2 (en) | 2003-11-26 | 2008-07-01 | Rohm And Haas Company | Process for manufacturing reduced water content (meth)acrylic acid |
| EP2066613A2 (fr) | 2006-09-15 | 2009-06-10 | Dow Global Technologies Inc. | Procede de production d'acide acrylique |
| WO2008033687A2 (fr) * | 2006-09-15 | 2008-03-20 | Dow Global Technologies Inc. | Procédé de production d'acide acrylique |
| WO2010031949A1 (fr) | 2008-09-16 | 2010-03-25 | Arkema France | Procede de fabrication d'acide acrylique bio-ressource de grade polymere a partir de glycerol |
| WO2011010035A1 (fr) | 2009-07-22 | 2011-01-27 | Arkema France | Procede de fabrication d'acide acrylique bio-ressource a partir de glycerol |
| WO2011114051A1 (fr) | 2010-03-18 | 2011-09-22 | Arkema France | Procede de fabrication d'acide acrylique bio-ressource de grade polymere a partir de glycerol |
| WO2015126704A1 (fr) * | 2014-02-20 | 2015-08-27 | Arkema Inc. | Procédé et système de production d'acide acrylique |
| US20160090347A1 (en) | 2014-09-30 | 2016-03-31 | Basf Se | Process and plant for recovering acrylic acid |
| WO2017050583A1 (fr) | 2015-09-24 | 2017-03-30 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Module de détection pour capteur, capteur et système de mesure formé dudit module |
| WO2018185423A1 (fr) | 2017-04-04 | 2018-10-11 | Arkema France | Procede de purification d'acide (meth)acrylique incluant une colonne de distillation a paroi separatrice. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022528886A (ja) | 2022-06-16 |
| BR112021017825A2 (pt) | 2021-11-30 |
| JP7470134B2 (ja) | 2024-04-17 |
| FR3094716B1 (fr) | 2021-06-04 |
| EP3947340A1 (fr) | 2022-02-09 |
| US20220169589A1 (en) | 2022-06-02 |
| WO2020201661A1 (fr) | 2020-10-08 |
| KR20210146383A (ko) | 2021-12-03 |
| CN113614060A (zh) | 2021-11-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3606903B1 (fr) | Procede de purification d'acide (meth)acrylique incluant une colonne de distillation a paroi separatrice. | |
| EP3268345B1 (fr) | Procede ameliore de production d'acide (meth)acrylique | |
| FR3041958B1 (fr) | Procede ameliore de production d’acide (meth)acrylique de grade polymere | |
| FR3062652A1 (fr) | Procede de purification de la vanilline naturelle | |
| WO2015015100A1 (fr) | Procede de production en continu d'acrylates legers par esterification d'un acide acrylique de grade ester brut | |
| FR2798382A1 (fr) | Procede de purification de l'acide acrylique obtenu par oxydation du propylene et/ou de l'acroleine | |
| FR2948366A1 (fr) | Procede de fabrication d'acide acrylique bio-ressource a partir de glycerol | |
| EP1680389A2 (fr) | Procede de purification de l'acide (meth)acrylique obtenu par oxydation d'un substrat gazeux | |
| FR2771089A1 (fr) | Procede de production d'acide acrylique | |
| FR3094716A1 (fr) | Production d’acide acrylique de grade polymere | |
| WO2023073303A1 (fr) | Procede perfectionne de fabrication d'acrylate de butyle de purete elevee | |
| EP3551603A1 (fr) | Procede pour eviter le depot de polymeres dans un procede de purification d'acide (meth)acrylique | |
| EP3107885A1 (fr) | Procede de production d'acide acrylique bio-source | |
| EP2525894B1 (fr) | Procede d'oxydation d'hydrocarbures | |
| FR3096368A1 (fr) | Procede perfectionne de fabrication d’acrylates d’alkyle de purete elevee | |
| WO2021205090A1 (fr) | Procede de purification d'acide (meth)acrylique | |
| EP3887349A1 (fr) | Purification de solutions aqueuses contenant du formaldehyde, et utilisation de la solution purifiee dans un procede de production d'acide acrylique | |
| WO2023025999A1 (fr) | Procede perfectionne de fabrication d'acrylate de butyle de purete elevee | |
| FR3140083A1 (fr) | Procede de fabrication d’acide (meth)acrylique | |
| FR3137088A1 (fr) | Procede de valorisation en batch de sous-produits lourds issus de la fabrication d’acide acrylique | |
| FR3137089A1 (fr) | Procede de valorisation de sous-produits lourds issus de la fabrication d’acide acrylique |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20201009 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |