WO2012034905A1 - Procede de fabrication de dioxolane - Google Patents

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WO2012034905A1
WO2012034905A1 PCT/EP2011/065438 EP2011065438W WO2012034905A1 WO 2012034905 A1 WO2012034905 A1 WO 2012034905A1 EP 2011065438 W EP2011065438 W EP 2011065438W WO 2012034905 A1 WO2012034905 A1 WO 2012034905A1
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glycerol
dioxolane
ketone
solvent
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PCT/EP2011/065438
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Sergio Mastroianni
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Rhodia Operations
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D317/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D317/08—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms having the hetero atoms in positions 1 and 3
    • C07D317/10—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms having the hetero atoms in positions 1 and 3 not condensed with other rings
    • C07D317/14—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms having the hetero atoms in positions 1 and 3 not condensed with other rings with substituted hydrocarbon radicals attached to ring carbon atoms
    • C07D317/18—Radicals substituted by singly bound oxygen or sulfur atoms
    • C07D317/20—Free hydroxyl or mercaptan

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing dioxolane from crude glycerol obtained from raw materials such as crude glycerol obtained during the manufacture of biodiesel or glycerol obtained during transformation of fats or oils.
  • the invention aims in particular to dissolve glycerol in an organic solvent and form an insoluble phase comprising the salts included in the crude glycerol; and then reacting the obtained glycerol with an aldehyde or a ketone.
  • Glycerol is also a by-product of biodiesel which is generally obtained by the transesterification of glycerides with short chain alcohols, for example methanol or ethanol.
  • the transesterification reaction is catalyzed by an acid or a base, depending on the characteristics of the oils and / or greases used.
  • the resulting esters are separated from excess reactants, catalyst and by-products by a two-step process. First, the glycerol is separated by decantation or centrifugation, then the soaps, the catalyst and alcohol residues are removed by washing with water and bubbling or using magnesium silicate with filtration.
  • the significant production of biodiesel as an alternative to fossil sources is accompanied by a high production of crude glycerol obtained as a by-product.
  • the crude glycerol obtained includes impurities such as glycerides and salts that involve many complex processing steps before it can be used to make dioxolane.
  • a purity greater than 95% of glycerol containing very small amounts of residual salts is obtained; and the solvent used can be perfectly recycled.
  • the dioxolane obtained has a purity quite equivalent with a dioxolane conventionally manufactured from pure glycerol.
  • the present invention thus relates to a process for the manufacture of dioxolane comprising at least the following stages:
  • step (d) adding to the liquid phase or glycerol (if step (c)) a catalyst, and optionally a ketone or an aldehyde, to form a dioxolane by catalyzed reaction between glycerol and the ketone or aldehyde; and
  • the insoluble phase is generally a heterogeneous dispersed phase in the majority phase and may be related to a precipitate.
  • the process of the invention can be carried out continuously or discontinuously.
  • the steps mentioned can be performed successively and one after the other or not.
  • Each of the steps of the process can be carried out continuously or discontinuously.
  • the crude glycerol is preferably obtained from renewable raw materials, in particular the crude glycerol is obtained during the manufacture of biodiesel or obtained during the transformation of fats or oils, particularly animal or vegetable fats or oils.
  • the crude glycerol is generally obtained by saponification reaction, transesterification and / or hydrolysis of animal or vegetable fats or oils.
  • the crude glycerol generally comprises from 5 to 95% by weight of glycerol, in particular from 40 to 90% by weight of glycerol.
  • Crude glycerol also includes inorganic salts, glycerides, water and other organic compounds.
  • the crude glycerol may optionally be treated for the process of the invention, in particular for example by adjusting the pH, filtration or distillation. It is thus possible to filter the crude glycerol to remove insoluble organic material and / or distill it generally at temperatures between 100 and 120 ° C at atmospheric pressure to remove water and volatile compounds. Part or all of the water contained in the crude glycerol can also be evaporated before glycerol is dissolved in the solvent.
  • Step a) of the process according to the invention aims at dissolving the glycerol in the organic solvent and forming an insoluble phase comprising the salts of the crude glycerol.
  • the solvent according to the invention may in particular be a ketone, an alcohol, an aldehyde, an acetal and / or a ketal.
  • Acetals are obtained by nucleophilic addition of an alcohol to an aldehyde in an acidic medium, followed by removal of water.
  • the ketals are obtained by the same type of reaction performed on ketones.
  • the ketones preferentially used are acetone, cyclohexanone, methyl cyclohexanone, cyclopentanone, methyl cyclopentanone and methyl isobutyl ketone (MIBK).
  • the preferred aldehydes are formaldehyde, acetaldehyde and furfuraldehyde.
  • the alcohols preferentially used are ethanol, methanol and isopropanol.
  • the ketals and acetals are preferably dioxonales such as 2,2-dimethyl-1,3-dioxolane 4 methanol (solketal) for example.
  • Step a) no catalyst capable of catalyzing a reaction between the glycerol and the organic solvent or solvents of the medium, especially an esterification catalyst, will be used.
  • Step a) can last between 2 minutes and 1 hour. It can be carried out at a temperature of between 10 and 100 ° C., in particular between 20 and 50 ° C.
  • the pH during this step can be between 6 and 12, preferably between 7 and 12.
  • the mass ratio between the crude glycerol and the solvent is in particular a function of the solubility of the glycerol in said solvent, and for example preferably between 1/1 and 1/50.
  • Step b) aims at the separation of the precipitate obtained in step a) from the liquid phase comprising the solvent and the dissolved glycerol.
  • filtration, decantation or centrifugation can be carried out.
  • Step c) is optionally aimed at separating the solvent and glycerol which is dissolved in the solvent.
  • evaporation or distillation can be carried out for this purpose.
  • step c) it is also possible to separate the water contained in the crude glycerol.
  • the evaporation will include the passing of the organic solvent (s) in the gaseous state so as to recover the glycerol in the liquid state.
  • one or more distillation columns can be used.
  • the different compounds can be distilled on the same distillation column by varying the temperature, and possibly the pressure; for example proceed to the distillation of the organic solvent, then an increase in the temperature to distill the glycerol.
  • This step c) may in particular be used to purify the glycerol and to rid the medium of an organic solvent which may be involved in the catalyzed reaction forming dioxolane of step d).
  • Step d) is intended to form dioxolane by reacting the glycerol with an aldehyde or a ketone in the presence of a catalyst.
  • This reaction can be carried out in the liquid phase comprising glycerol or else with glycerol freed from the organic solvent or solvents if a step c) has been carried out.
  • a ketone or an aldehyde may be added, in particular if a step c) has been carried out and as a function of the solvent or solvents used in step a).
  • the ketones preferentially used are acetone, cyclohexanone, methyl cyclohexanone, cyclopentanone, methyl cyclopentanone and methyl isobutyl ketone.
  • the preferred aldehydes are formaldehyde, acetaldehyde and furfuraldehyde. It is particularly possible to use according to the invention one or more ketones and / or aldehydes to react with glycerol in the reaction medium.
  • glycerol and ketone or aldehyde in the reaction medium.
  • a molar ratio of 1 to 5 of ketone or aldehyde relative to glycerol may be used.
  • glycerol in a loop and add small proportions of ketone or aldehyde; in particular from 5 to 20 mol%.
  • the dioxolane formed generally corresponds to the following general formula (I):
  • R and R 1 represent, independently of one another, a hydrogen atom or an alkyl chain comprising from 1 to 10 carbon atoms, especially from 1 to 5 carbon atoms, such as in particular methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, pentyl and isopentyl.
  • R or R 1 In the case of a reaction with an aldehyde, one of the groups R or R 1 is a hydrogen atom. In the case of a reaction with a ketone, the groups R and R 1 do not represent a hydrogen atom.
  • the dioxolane formation reaction is generally conducted at a temperature between 0 and 150 ° C, preferably between 20 and 80 ° C.
  • This reaction can be carried out for 30 minutes to 8 hours, usually between 1 and 5 hours.
  • This reaction is preferably carried out in acidic medium, in particular with a pH ranging from 2.5 to 7.0.
  • acid catalysts for this reaction such as organic or inorganic acids or their salts, may be used.
  • acid catalysts for this reaction such as organic or inorganic acids or their salts.
  • acetic acid, sulfuric acid, methanesulphonic acid, ion exchange resins of carboxylic or sulfonic type may be used.
  • a base for example, sodium carbonate or sodium hydroxide may be mentioned.
  • Unreacted aldehyde and ketone can be removed by simple distillation. It is possible to separate the dioxolane formed from the reaction medium by distillation, preferably under reduced pressure. To carry out the distillation, one or more distillation columns can be used. In particular, the different compounds can be distilled on the same distillation column by varying the temperature, and possibly the pressure; for example, to distill the ketone or aldehyde, then increase the temperature to distill the water, and then increase the temperature to distill the dioxolane formed.
  • the commercially available crude glycerol has the following composition: 79.3% by weight of glycerol, 15.8% by weight of water, 1.61% by weight of Na + and 2.56% by weight of Cl-.
  • Example 1 The commercially available crude glycerol has the following composition: 79.3% by weight of glycerol, 15.8% by weight of water, 1.61% by weight of Na + and 2.56% by weight of Cl-.
  • the ketal can be further purified by distillation.
  • the amount of purified glycerol recovered is 106.7 g.
  • the amount of glycerol / 2,2-dimethyl-1,3-dioxolane-4-methanol mixture is 221.25 g.

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  • Heterocyclic Compounds That Contain Two Or More Ring Oxygen Atoms (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication de dioxolane à partir de glycérol brut obtenu à partir de matières premières telles que le glycérol brut obtenu au cours de la fabrication du biodiésel ou du glycérol obtenu au cours de transformations des graisses ou d'huiles. L'invention vise notamment à dissoudre le glycérol dans un solvant organique et former une phase insoluble comprenant les sels compris dans le glycérol brut;puis à faire réagir le glycérol obtenu avec un aldéhyde ou une cétone.

Description

PROCEDE DE FABRICATION DE DIOXOLANE
La présente invention concerne un procédé de fabrication de dioxolane à partir de glycérol brut obtenu à partir de matières premières telles que le glycérol brut obtenu au cours de la fabrication du biodiésel ou du glycérol obtenu au cours de transformations des graisses ou d'huiles. L'invention vise notamment à dissoudre le glycérol dans un solvant organique et former une phase insoluble comprenant les sels compris dans le glycérol brut ; puis à faire réagir le glycérol obtenu avec un aldéhyde ou une cétone.
ART ANTERIEUR
Il est bien connu de fabriquer un dioxolane à partir de glycérol et d'une cétone ou d'un aldéhyde. Cette réaction est notamment mentionnée dans les publications suivantes : R. J. Fessenden & J. F. Fessenden, Organic Chemistry, Second Edition, Page 524, 1982 and T. W. Greene, Protective Groups in Organic Chemistry, John Wiley & Sons, 1981 . II est toutefois plus délicat de fabriquer un dioxolane en utilisant du glycérol brut. Le glycérol, le 1 ,2,3-propanetriol, est présent sous forme combinée dans des huiles et graisses végétales et animales. Il est notamment présent sous forme de triglycérides combinés à des acides gras tels que les acides stéarique, oléique, palmitique et laurique. Le procédé industriel le plus répandu pour obtenir du glycérol à partir des huiles et graisses végétales et animales implique des réactions de saponification, d'hydrolyse haute pression et de transestérification avec des alcools, tels que l'éthanol ou le méthanol.
Le glycérol est également un sous-produit du biodiesel qui est obtenu généralement par la transestérification de glycérides par des alcools à chaînes courtes, par exemple le méthanol ou l'éthanol. La réaction de transestérification est catalysée par un acide ou une base, selon les caractéristiques des huiles et/ou des graisses utilisées. Après la réaction de transestérification, les esters résultants sont séparés des réactifs en excès, du catalyseur et des sous-produits par un procédé comportant deux étapes. D'abord, on sépare le glycérol par décantation ou centrifugation, puis, on élimine les savons, les résidus de catalyseur et d'alcool par lavage à l'eau et barbotage ou utilisation de silicate de magnésium avec filtration. La production importante de biodiesel comme alternative aux sources fossiles s'accompagne d'une production élevée de glycérol brut obtenu comme sous-produit.
Selon les procédés de fabrication, le glycérol brut obtenu comprend des impuretés telles que des glycérides et des sels qui impliquent de nombreuses et complexes étapes de traitements avant de pouvoir être utilisé pour fabriquer du dioxolane.
Il est ainsi recherché le développement d'un procédé simple et industriel de fabrication de dioxolane à partir de glycérol brut qui soit peu coûteux et dans des conditions usuelles de températures et de pression ; permettant d'obtenir du dioxolane de haute pureté qui serait adéquate pour un certain nombre d'applications.
INVENTION
Il a maintenant été mis en évidence qu'il était possible de produire du dioxolane à partir de glycérol brut par un procédé simple a mettre en œuvre, efficace et qui par ailleurs n'altérait pas le glycérol ou sa couleur. Ce procédé consiste à ajouter au glycérol brut une quantité de solvant organique qui va dissoudre le glycérol et ainsi former une phase insoluble constituée d'un mélange hétérogène de sels et de quelques composés organiques. Cette phase insoluble va ensuite être séparée du milieu liquide et le glycérol purifié va pouvoir être utilisé pour la fabrication du dioxolane. Ce procédé permet une excellente purification et séparation du glycérol quel que soit le type de glycérol brut utilisé. On obtient notamment une pureté supérieure à 95% de glycérol contenant de très faibles quantités de sels résiduels ; et le solvant utilisé peut parfaitement être recyclé. Le dioxolane obtenu présente une pureté tout à fait équivalente avec un dioxolane classiquement fabriqué à partir de glycérol pur.
La présente invention concerne ainsi un procédé de fabrication de dioxolane comprenant au moins les étapes suivantes :
(a) mis en présence de glycérol brut et d'au moins un solvant organique comprenant de 1 à 10 atomes de carbone et comprenant au moins une fonction cétone, aldéhyde, alcool, acétal et/ou cétal ;de manière à former une phase liquide comprenant le glycérol dissous dans le ou les solvants et former également une phase insoluble ;
(b) séparation de la phase insoluble et de la phase liquide ;
(c) éventuellement séparation du solvant et du glycérol de la phase liquide ;
(d) ajout à la phase liquide ou au glycérol (si étape (c)) d'un catalyseur, et éventuellement d'une cétone ou d'un aldéhyde, pour former un dioxolane par réaction catalysée entre le glycérol et la cétone ou l'aldéhyde ; et
(e) récupération du dioxonale.
La phase insoluble est généralement une phase dispersée hétérogène dans la phase majoritaire et peut être apparenté à un précipité.
Le procédé de l'invention peut être réalisé en continu ou en discontinu. Les étapes mentionnées peuvent être réalisées successivement et les unes à la suite des autres ou non. Chacune des étapes du procédé peut être réalisée en continu ou en discontinu.
Le glycérol brut est préférentiellement obtenu à partir de matières premières renouvelables, en particulier le glycérol brut est obtenu au cours de la fabrication du biodiesel ou obtenu au cours de transformation de graisses ou d'huiles, particulièrement des graisses ou huiles animales ou végétales. Le glycérol brut est généralement obtenu par réaction de saponification, transestérification et/ou hydrolyse des graisses ou huiles animales ou végétales. Le glycérol brut comprend généralement de 5 à 95 % en poids de glycérol, notamment de 40 à 90 % en poids de glycérol. Le glycérol brut comprend également des sels inorganiques, des glycérides, de l'eau et d'autres composés organiques.
Le glycérol brut peut éventuellement être traité pour le procédé de l'invention, notamment par exemple par ajustement du pH, filtration ou distillation. Il est ainsi possible de filtrer le glycérol brut afin d'éliminer les matières organiques insolubles et/ou de le distiller généralement à des températures comprises entre 100 et 120°C à la pression atmosphérique pour éliminer de l'eau et les composés volatiles. On peut également évaporer une partie ou la totalité de l'eau contenue dans le glycérol brut avant la dissolution du glycérol dans le solvant.
L'étape a) du procédé selon l'invention vise à dissoudre le glycérol dans le solvant organique et former une phase insoluble comprenant les sels du glycérol brut.
On peut utiliser un ou plusieurs solvants. Le solvant selon l'invention peut notamment être une cétone, un alcool, un aldéhyde, un acétal et/ou un cétal. Les acétals sont obtenus par addition nucléophile d'un alcool sur un aldéhyde en milieu acide, suivie d'une élimination d'eau. Les cétals sont obtenus par le même type de réaction effectuée sur les cétones.
Les cétones préférentiellement utilisées sont l'acétone, la cyclohexanone, la méthyl cyclohexanone, la cyclopentanone, la méthyl cyclopentanone et la méthyl isobutyl cétone (MIBK). Les aldéhydes préférentiellement utilisés sont le formaldéhyde, l'acétaldéhyde et la furfuraldehyde. Les alcools préférentiellement utilisés sont l'éthanol, le méthanol et l'isopropanol. Les cétals et acétals sont préfentiellement des dioxonales tel que le 2,2 diméthyl 1 ,3-dioxolane 4 méthanol (solketal) par exemple.
On préfère notamment un mélange de solvants organiques, tel qu'un mélange d'alcool et de cétone, particulièrement un mélange d'acétone et d'éthanol. Dans l'étape a), on n'utilisera pas de catalyseur susceptible de catalyser une réaction entre le glycérol et le ou les solvants organiques du milieu, notamment pas un catalyseur d'estérification. L'étape a) peut durer entre 2 minutes et 1 heure. Elle peut être réalisée à une température comprise entre 10 et 100°C, notamment entre 20 et 50°C. Le pH lors de cette étape peut être compris entre 6 et 12, préférentiellement entre 7 et 12.
Le rapport massique entre le glycérol brut et le solvant (glycérol brut/solvant) est notamment fonction de la solubilité du glycérol dans ledit solvant, et par exemple préférentiellement compris entre 1/1 et 1/50.
L'étape b) vise à la séparation du précipité obtenu à l'étape a) de la phase liquide comprenant le solvant et le glycérol dissous. On peut notamment procéder à une filtration, une décantation ou une centrifugation.
L'étape c) vise éventuellement à la séparation du solvant et du glycérol qui est dissous dans le solvant. On peut notamment procéder à une évaporation ou une distillation pour ce faire.
Dans l'étape c) on peut également procéder à la séparation de l'eau contenue dans le glycérol brut.
L'évaporation va notamment consister à faire passer le ou les solvants organiques à l'état gazeux de manière a pouvoir récupérer le glycérol à l'état liquide.
Pour procéder à la distillation, on peut utiliser une ou plusieurs colonnes de distillation. On peut notamment distiller les différents composés sur une même colonne de distillation en faisant varier la température, et éventuellement la pression ; par exemple procéder à la distillation du solvant organique, puis une augmentation de la température pour distiller le glycérol. On utilise habituellement des températures comprises entre 60 et 190°C, et des pressions comprises entre 2 et 1000 m bars.
Cette étape c) peut être notamment util isée pour purifier le glycérol et débarrasser du milieu un solvant organique qui risquerait d'intervenir dans la réaction catalysée de formation du dioxolane de l'étape d).
L'étape d) vise à former le dioxolane en faisant réagir le glycérol avec un aldéhyde ou une cétone en présence d'un catalyseur. Cette réaction peut être effectuée dans la phase liquide comprenant le glycérol ou alors avec le glycérol débarrassé du ou des solvants organiques si une étape c) a été conduite. Il est à noter que l'on peut éventuellement ajouter une cétone ou un aldéhyde, notamment si une étape c) a été conduite et en fonction du ou des solvants utilisés à l'étape a).
Les cétones préférentiellement utilisées sont l'acétone, la cyclohexanone, la méthyl cyclohexanone, la cyclopentanone, la méthyl cyclopentanone et la méthyl isobutyl cétone. Les aldéhydes préférentiellement utilisés sont le formaldéhyde, l'acétaldéhyde et la furfuraldehyde. Il est notamment possible d'utiliser selon l'invention un ou plusieurs cétones et/ou aldéhydes pour réagir avec le glycérol dans le milieu réactionnel.
Selon le procédé utilisé, il est possible d'utiliser diverses proportions de glycérol et de cétone ou d'aldéhyde dans le milieu réactionnel. Par exemple en discontinu on peut utiliser un rapport molaire de 1 à 5 de cétone ou d'aldéhyde par rapport au glycérol. Dans un procédé continu, on peut par exemple utiliser du glycérol en boucle et ajouter de faibles proportions de cétone ou d'aldéhyde ; notamment de 5 à 20 % en mole. Le dioxolane formé répond généralement à la formule générale (I) suivante :
Figure imgf000008_0001
dans laquelle R et Ri représentent indépendamment l'un de l'autre un atome d'hydrogène ou une chaîne alkyle comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, notamment de 1 à 5 atomes de carbone, telle que notamment les groupements méthyl, éthyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, pentyl et isopentyl. Dans le cas d'une réaction avec un aldéhyde, un des groupements R ou Ri est un atome d'hydrogène. Dans le cas d'une réaction avec une cétone, les groupements R et Ri ne représentent pas un atome d'hydrogène.
La réaction de formation du dioxolane est généralement conduite à une température comprise entre 0 et 150 °C, préférentiellement entre 20 et 80 °C .
Cette réaction peut être réalisée pendant 30 minutes à 8 heures, généralement entre 1 et 5 heures. Cette réaction est préférentiellement conduite en milieu acide, notamment avec un pH variant de 2,5 à 7,0.
On peut notamment utiliser des catalyseurs acides pour cette réaction, telles que des acides organiques ou inorganique ou leurs sels. On peut citer l'utilisation d'acide acétique, d'acide sulfurique, d'acide méthane sulfonique les résines échangeuses d'ion de type carboxylique ou sulfonique. Ces résines peuvent se présenter sur un lit fixe dans le réacteur.
En fin de réaction il est préférable de neutraliser le catalyseur, notamment par ajout d'une base. On peut citer par exemple le carbonate de sodium ou hydroxyde de sodium. L'aldéhyde et la cétone n'ayant pas réagit peuvent être éliminés par simple distillation. II est possible de séparer le dioxolane formé du milieu réactionnel par distillation, préférentiellement sous pression réduite. Pour procéder à la distillation, on peut utiliser une ou plusieurs colonnes de distillation. On peut notamment distiller les différents composés sur une même colonne de distillation en faisant varier la température, et éventuellement la pression ; par exemple procéder à la distillation de la cétone ou de l'aldéhyde, puis une augmentation de la température afin de distiller l'eau, puis encore une augmentation de la température pour distiller le dioxolane formé. On utilise habituellement des températures comprises entre 60 et 190°C, et des pressions comprises entre 2 et 1000 mbars. Un langage spécifique est utilisé dans la description de manière à faciliter la compréhension du principe de l'invention. Il doit néanmoins être compris qu'aucune limitation de la portée de l'invention n'est envisagée par l'utilisation de ce langage spécifique. Des modifications, améliorations et perfectionnements peuvent notamment être envisagés par une personne au fait du domaine technique concerné sur la base de ses propres connaissances générales.
Le terme et/ou inclut les significations et, ou, ainsi que toutes les autres combinaisons possibles des éléments connectés à ce terme. D'autres détails ou avantages de l'invention apparaîtront plus clairement au vu des exemples donnés ci-dessous uniquement à titre indicatif.
PARTIE EXPERIMENTALE
Le glycérol brut disponible commercialement présente la composition suivante : 79,3 % en poids de glycérol, 15,8 % en poids d'eau, 1 ,61 % en poids de Na+ et 2, 56 % en poids de Cl-. Exemple 1
A 15.13 g de glycérol brut sont ajoutés 180,4 g d'acétone à température ambiante. Le mélange est chauffé à 45°C et agité pendant 15 minutes jusqu'à dissolution du glycérol dans l'acétone et formation d'une phase insoluble. La phase liquide est filtrée en utilisant un filtre en PTFE avec un diamètre de pores de 0,2 pm et 191 ,23 g de solution limpide sont récupérés. 307,9 mg d'acide méthane sulfonique sont ensuite ajoutés à température ambiante et le mélange est agité pendant 1 heure. L'apparition de floculats est observée. 3, 140 g de carbonate de sodium sont ensuite ajoutés et la phase liquide est récupérée par filtration. Les composés volatiles sont ensuite évaporés sous vide à une température de 60°C et une pression de 0,3 bar absolu.
On récupère 1 1 ,92 g de produit que l'on analyse par différentes techniques :
- 2,2-diméthyle-1 ,3-dioxolane-4-méthanol : 94,2 % (chromatographie en phase gazeuse)
- eau : 0,8 % (chromatographie en phase gazeuse)
- glycérol : 5 % (chromatographie en phase gazeuse)
- Na+ : 0,07 % (absorption atomique)
- Cl- : 0,04 % (argentimétrie)
Le cétal peut être purifié davantage par distillation. Exemple 2
A 120,2 g de glycérol brut sont ajoutés à température ambiante 2464 g d'acétone. Le mélange est agité pendant 15 minutes jusqu'à dissolution du glycérol dans l'acétone et formation d'une phase insoluble. La phase liquide est filtrée en utilisant un filtre en PTFE avec un diamètre de pores de 0,2 m et le solvant est évaporé sous vide à une température de 60°C et une pression de 0,3 bar absolu. La quantité de glycérol purifié récupéré est de 88.93 g.
Analyses :
- glycérol : 97,5 % (CPG) - eau : 1 ,5 % (CPG)
- Na+ : 0, 12 % (Absorption atomique)
- Cl- : 0, 18 % (Argentimétrie) Synthèse de 2,2-diméthyle-1 ,3-dioxolane-4-méthanol
Dans un réacteur sous agitation sont introduits 30.77 g de glycérol à 97.5% obtenu dans l'étape précédente et 38.04 g d'acétone à 40°C (rapport molaire acétone/glycérol=2). 95,7 mg d'acide méthane sulfonique est ensuite ajouté et le mélange est agité pendant 1 heure. L'analyse chromatographique en phase gaz du milieu composé d'une seule phase liquide parfaitement homogène montre une conversion de glycérol de 56% et la formation correspondante de 2,2-diméthyle- 1 ,3-dioxolane-4-méthanol. Le cétal peut être séparé du mélange par distillation.
Exemple 3
A 150,8 g de glycérol brut sont ajoutés à température ambiante 91 ,3 g d'éthanol et 1754,3 g d'acétone. Le mélange est agité pendant 20 minutes jusqu'à dissolution du glycérol dans l'acétone et formation d'une phase insoluble. La phase liquide est filtrée en utilisant un filtre en PTFE avec un diamètre de pores de 0,2 pm. Le solvant est alors évaporé sous vide à une température de 75°C et une pression de 0,3 bar absolu.
La quantité de glycérol purifié récupéré est de 106.7 g.
Analyses :
- glycérol : 98,3 % (CPG)
- Na+ : 0,32 % (Absorption atomique)
- Cl- : 0,46 % (argentimétrie)
Synthèse de 2,2-diméthyle-1 ,3-dioxolane-4-méthanol
Dans un réacteur sous agitation sont introduits 30,62 g de glycérol à 98,3 % obtenu dans l'étape précédente et 38, 10 g d'acétone à 40°C (rapport molaire acétone/glycérol=2). 94,6 mg d'acide méthane sulfonique est ensuite ajouté et le mélange est agité pendant 1 heure. L'analyse chromatographique en phase gaz du milieu composé d'une seule phase liquide parfaitement homogène montre une conversion de glycérol de 54% et la formation correspondante de 2,2-diméthyle- 1 ,3-dioxolane-4-méthanol. Le cétal peut être séparé du mélange par distillation. Exemple 4
A 140,7 g de glycérol brut sont ajoutés à température ambiante 140,3 g de 2,2- diméthyle-1 ,3-dioxolane-4-méthanol (produit commercial) et 2190 g d'acétone. Le mélange est agité pendant 20 minutes jusqu'à dissolution du glycérol dans l'acétone et formation d'une phase insoluble. La phase liquide est filtrée en utilisant un filtre en PTFE avec un diamètre de pores de 0,2 pm. Les composés les plus volatiles sont évaporés sous vide à une température de 75°C et une pression de 0,3 bar absolu.
La quantité de mélange glycérol/2,2-diméthyle-1 ,3-dioxolane-4-méthanol est de 221 ,25 g.
Analyse :
- glycérol : 44,2 % (CPG)
- 2,2-diméthyle-1 ,3-dioxolane-4-méthanol : 55,5 % (CPG)
- Na+ : 0,2 % (absorption atomique)
- Cl- : 0, 15 % (argentimétrie)
Synthèse de 2,2-diméthyle-1 ,3-dioxolane-4-méthanol
Dans un réacteur sous agitation sont introduits 44,8 g du mélange glycérol/2,2- diméthyle-1 ,3-dioxolane-4-méthanol purifié obtenu dans l'étape précédente et 25,3 g d'acétone à 40°C (rapport molaire acétone/glycérol=2). 63,7 mg d'acide méthane sulfonique est ensuite ajouté et le mélange est agité pendant 1 heure. L'analyse chromatographique en phase gaz du milieu composé d'une seule phase liquide parfaitement homogène montre une conversion de glycérol de 41 % et la formation correspondante de 2,2-diméthyle-1 ,3-dioxolane-4-méthanol. Le cétal peut être séparé du mélange par distillation. Exemple 5 (comparatif)
Synthèse de 2,2-diméthyle-1 ,3-dioxolane-4-méthanol en utilisant glycerol brut Dans un réacteur sous agitation sont introduits 37,86 g de glycérol brut (correspondant à 30,0 g de glycérol pur) et 38,04 g d'acétone à 40°C (rapport molaire acétone/glycérol=2). 95,4 mg d'acide méthane sulfonique est ensuite ajouté et le mélange est agité pendant 1 heure. L'analyse chromatographique en phase gaz du milieu, correspondant à un mélange de deux phases liquides et d'un précipité blanc (majoritairement composé de NaCI), montre une conversion du glycérol de seulement 17 % et la formation correspondante de 2,2-diméthyle- 1 ,3-dioxolane-4-méthanol.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication de dioxolane comprenant au moins les étapes suivantes :
(a) mis en présence de glycérol brut et d'au moins un solvant organique comprenant de 1 à 10 atomes de carbone et comprenant au moins une fonction cétone, aldéhyde, alcool, acétal et/ou cétal ;de manière à former une phase liquide comprenant le glycérol dissous dans le ou les solvants et former également une phase insoluble ;
(b) séparation de la phase insoluble et de la phase liquide ;
(c) éventuellement séparation du solvant et du glycérol de la phase liquide ;
(d) ajout à la phase liquide ou au glycérol (si étape (c)) d'un catalyseur, et éventuellement d'une cétone ou d'un aldéhyde, pour former un dioxolane par réaction catalysée entre le glycérol et la cétone ou l'aldéhyde ; et
(e) récupération du dioxonale.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le glycérol brut provient de matières premières renouvelables.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le glycérol brut est obtenu au cours de la fabrication du biodiesel ou au cours de transformation de graisses ou d'huiles, particulièrement des graisses ou huiles animales ou végétales.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cétone est choisie dans le groupe comprenant l'acétone, la cyclohexanone, la méthyl cyclohexanone, la cyclopentanone, la méthyl cyclopentanone et la méthyl isobutyl cétone.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aldéhyde est choisi dans le groupe comprenant le formaldéhyde, l'acétaldéhyde et la furfuraldehyde.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alcool est choisi dans el groupe comprenant sont l'éthanol, le méthanol et l'isopropanol.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cétal ou l'acétal est un dioxolane.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport massique entre le glycérol brut et le solvant (glycérol brut/solvant) est compris entre 1/1 et 1/50.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la séparation de l'étape b) est réalisée par filtration.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la séparation de l'étape c) est réalisée par évaporation.
1 1 . Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dioxolane répond à la formule générale (I) suivante :
Figure imgf000015_0001
dans laquelle R et R1 représentent indépendamment l'un de l'autre un atome d'hydrogène ou une chaîne alkyle comprenant de 1 à 10 atomes de carbone.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu réactionnel de l'étape d) comprend un catalyseur acide.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu réactionnel de l'étape d) comprend un catalyseur acide choisi dans le groupe comprenant l'acide acétique, l'acide sulfurique, l'acide méthane sulfonique et les résines échangeuses d'ion de type carboxylique ou sulfonique.
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