Brevet FR2009667A1 — publié le 19700206

La présente invention a pour objet un procédé pour la préparation d'acide acrylique par oxydation de propylène avec des gaz renfermant de il oxygène moléculaire. On sait, par le brevet anglais No 903 034, que l'on obtient de l'acide acrylique par oxydation de propylène en présence de cataly saros qui, outre du molybdène et de l'oxygène, renferment du fer et du tungstène0 Selon un autre procédé décrit dans le brevet français 1 429477, on utilise, pour l'oxydation de propylène en acide acrylique, des catalyseurs qui, outre de l'antimoine, du vanadium et de 11oxygène, renferment du molybdène et du tungstène. Ces procédés présentent l'inconvénient que l'on obtient l'acide acrylique avec des rendements ntatteignant qu'enrivon 15 %, rapportés au propylène mis en oeuvre.On sait d'autre part, par le brevet français No 1 425 871, que l'on obtient de l'acide acrylique avec de bons rendements lorsqu'on utilise des catalyseurs renfermant du tungstène, de l'étain, du molybdène, du tellure et de l'oxygène pour l'oxydation de propylène enoeide acrylique. Afin d'obtenir de bons rendements, on doit mettre en oeuvre des températures de 4000C et plus. Cependant, à ces hautes températures, dans les conditions de la réaction, l'anhydride tellureux et le trioxyde de molybdène sont en partie volatils ce qui influence sensiblement l'activité du catalyseur.Dans le brevet belge No 641 143, est encore décrit un procédé selon lequel on peut oxyder du propylène en présence de catalyseurs qui, outre oxygène, le fer et l'antimoire, renferment comme activateurs des oxydes d'au moins un des métaux bismuth, cui vre, étain, germanium, tellure, cobalt, manganèse, plomb, molybdène, potassium, baryum ou arsenic Comme produit réactionnel, on obtient cependant essentiellement de l'acroléine0 Or on a trouvé que l'on obtient de façon plus avantageuse que jusqu'à maintenant de l'acide acrylique par oxydation de propylène avec des gaz renfermant de oxygène moléculaire, en phase gazeuse, à température élevée, en présence de vapeur d'eau et de catalyseurs qui renferment, outre de l'oxygène, du molybdène, du tungstène, du tellure et du fer et/ou du nickel et/ou du cuivre et/ou du manga nèset lorsquton utilise des catalyseurs que l'on prépare en mélangeant des sels des métaux qui se transforment facilement en les oxydes correspondants sous l'effet de la chaleur, et en chauffant le mélange à des températures comprises entre 200 et 5000C. Le nouveau procédé a l'avantage que l'on obtient l'acide acry lique avec des rendements élevés En outre, la teneur en tellure dans les catalyseurs reste presque constante, méme après une utilisation assez longue, ce qui fait que les catalyseurs conservent leur haute activité pendant lontteEpse D'autre part, le procédé présente l'avantage que l'on utilise des catalyseurs d'une qualité toujours égale à elle-memeO Le propylène utilisé renferme, outre le propylène, en général de faible quantités d'autres hydrocarbures, tel que l'éthane, le propane, le butane ou le butylène. La teneur en propylène est avantageusement supérieure à 85 % (en volume), de préférence supérieure à 98 % (en volume). Les gaz renfermant de l'oxygène moléculaire ont en général une teneur en oxygène de 10 à 30 % (en volume). On utilise de préférence des gaz qui renferment 15 à ?5 % (en volume) d'oxygène mo léculaire, notamment l'air. Outre oxygène, les gaz renferment des composants inertes, tels que l'azote, l'anhydride carbonique ou 1' argon. Pour une partie en volume de propylène gazeux, on met en oeuvre de préférence plus de 1,5 partie en volume d'oxygène mòlécu- laire, notamment 2 à 3 parties en volume0 Le rapport volumique, propylène/vapeur d'eau, atteint en général 1/1,0 à 10, de préférence 1/3 à 80 La réaction est avantageusement effectuée à des températures comprises entre 300 et 4000 C. On obtient des rendements particu fièrement bons à des températures comprises entre 320 et 35000c L'odation est réalisée en phase gazeuse, auquel cas on doit avantageusement veiller à ce que le temps de séjour des matières de départ au contact du catalyseur atteigne 1 à 20 secondes, de préférence 6 à 15 secondes. Des catalyseurs préférés renferment, outre l'oxygène, du mo lybdène, du tungstène et du tellure, du fer et/ou du nickel et/ou du cuivre et/ou du manganèse dans les rapports atomiques, molybdène: tungstène : tellure : fer/nickel/cuivre/manganèse tels que 1 à 20 : 0,01 à 20 : 0,001 à l : 1, notamment 2 à 10 : 0,1 à 4 : -0,01 à6 :1to Les éléments cités sont présents dans le catalyseur essentiel- lement sous forme de combinaisons les uns avec les autres.En outre, ils peuvent renfermer de-s supports, tels que des alumines naturelles ou synthétiques, des silicates, de l'acide silicique, des oxydes de titane ou des phosphatesO On utilise des catalyseurs, qui sont obtenus en mélangeant des composés des métaux se transformant facilement en les oxydes correspondants sous lteffet de la chaleur, et en chauffant le mélange à des températures comprises entre 200 et 50000. On prépare les catalyseurs de préférence en malaxant pendant 3 à 5 heures, éventuellement à une température supérieure, par exemple 40 à 600 C, un sel de tungstène facilement décomposable, de préférence du tungstate ammonique, avec des sels de fer, de nickel, de manganèse ou de cuivre facilement décomposable à la chaleur tels que des oxalates, d formiates, des carbonates, de préférence leurs nitrates. De préférence pendant l'étape de mala xage, on ajoute un liquide facilement vaporisable, par exemple de l'eau, de façon à obtenir une pate facilement malaxable. Ensuite on pétrit la masse obtenue avec un sel de molybdène facilement décomposable, de préférence du molybdate d'ammonium et on malaxe pendant encore 3 à 5 heures par exemple. Après addition du sel de molybdène, il est avantageux de régler la masse pétrie à un pH de 2, par exemple avec une solution aqueuse d'ammoniaque.On obtient cependant également de très bons catalyseurs en ne pétrissant dta- bord que les sels ammoniques du tungstène et du molybdène pendant quelques heures et ensuite, après addition des nitrates métalliques, pendant encore 2 à 5 heures. Des composés du tellure facilement décomposables, par exemple le tellurate de cuivre ou de manganèse, ou encore l'anhydride tellureux, mais surtout l'acide o ho-tellu- rique, peuvent titre ajoutés à chaque stade do préparation du cat*- lyseur.La masse pétrie est séchée à température élevée, par exemple 100 à 1500C, après la fin du malaxage, et chauffée ensuite, de préférence par étapes à des températures de 200 à 5000C, notamment de 350 - 45000. Pendant ce stade dit de calcination, on fait avantageusement passer un courant d'air ou de gaz inerte, par exemple un courant d'azote, sur la masse catalytique. il s'est révélé a vantageux que le catalyseur fini ait une superficie interne de plus de 8 m2/g, et notamment de 15 à 200 m2/g. Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre, par exemple, en disposant de façon fixe dans un tube de réaction un catalyseur de la composition et de la préparation décrites et en faisant passer sur la couche de catalyseur aux températures indiquées et avec les temps de séjour déterminés un mélange de propylène et de gaz renfermant de oxygène moléculaire et de la vapeur d'eau dans les proportions indiquées. À l'aide d'un liquide de réfrigération, par exemple de l'eau on refroidit rapidement les gaz réactionnels très chauds obtenus on les lave, l'acide acrylique formé se dissolvant dans le liquide de réfrigération.Au cas où il se forme un peu d'acroléine on peut la recycler après dépit et séparation d'avec l'acide acrylique, ou bien on peut ltoxyder en acide acrylique dans un deuxième étage distini.Il est cependant également possible de ramener à un deuxième étage dtoxydation, les gaz chauds renfermant l'acide acrylique et l'acroléine, sans les refroidir ni les laver, éventuellement avec addition supplémentaire de gaz renfermant de l'oxygène, l'acroléine étant alors oxydée en acide acrylique. il est avantageux de faire circuler l'eau de lavage en circuit fermé de façon que l'eau s'enrichisse en acide acrylique0 À partir de la solution enrichie, on extrait l'acide acrylique avantageusement avec des solvants organiques, tel que l'acétate d'éthyle.Après séparation de la phase aqueuse, par exemple par décantation, l'acide acrylique est isolé par distillation fractionnée à partir de l'extrait. L'acide acrylique préparé selon le procédé de l'invention est approprié à la préparation de hauts polymères. Les parties citées dans les exemples suivants sont en poids0 Elles se rapportent aux parties en volume comme le kilogramme au litre, EXEMPLE ?o- On dissout 250 parties d'acide tungstique dans une so- lution aqueuse concentrée d'ammoniaque, on fait évaporer la solution et on sèche à 1000C, Le tungstate d'ammonium ainsi obtenu est malaxé avec 50 parties d'acide tellurique et 606 parties de nitrate ferrique (Fe(N03)39 H20) pendant 3 heures0 Ensuite, on ajoute 1060 parties d'heptamolybdate d'ammonium (NH4)6Mo702404H20) et on malaxe pendant encore 2 heures, on ajoute une solution aqueuse diluée d'ammoniaque jusqu'à atteindre un pH de 2, et on malaxe pendant encore 1 heure, La masse pétrie est séchée pendant 12 heures à 1200C et chauffée pendant 2 heures chaque fois à 200 et à 3000C et ensuite pendant 4 heures à 4000C dans un courant d'azote. La masse obtenue est broyée avec 2 r en poids de graphite et comprimée en pilules de 3 mm de diamètre, Dans un tube de réaction, on dispose de façon fixe 100 parties en volume du catalyseur ainsi préparé et on fait passer à travers le tube, à 5050O, un mélange de 3000 parties en volume de propylène, de 36 000 parties en volume d'air et de 26 000 parties en volume de vapeur d'eau. Selon l'analyse chromatographique en phase gazeuse du gaz réactionnel obtenu, 85 % (moles) du propylène se sont transformés dont 51 % en acide acrylique, 5 % en acide acétique et 10 % acroléine. EXEMPLE TEMOIN.- Si l'on opère comme décrit à l'exemple 1, mais en calcinant le catalyseur à 5200C et si l'on effectue lsoxydation du propylène de la façon décrite à l'exemple 1, on obtient un taux de conversion du propylène de 50 % et un rendement en acide acrylique de 15 %, pour un rendement en acroléine de 20 %. -REVENDICBTIONS- 1.- Procédé pour la préparation d'acide acrylique par oxydation de propylène avec des gaz renfermant de l'oxygène moléculaire, en phase gazeuse à température élevée, en présence de vapeur d'eau et de catalyseurs qui renferment, outre de l'oxygène, du molybdène, du tungstène, du tellure, du fer et/ou du nickel et/ou du cuivre et/ou du manganèse, procédé caractérisé en ce que l'on utilise des catalyseurs que l'on prépare en mélangeant des sels de métaux, qui se transforment facilement en les oxydes correspondants sous l'ef- fet de la chaleur, et en chauffant le mélange à des températures comprises entre 200 et 5000 G. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise de l'air comme gaz renfermant de l'oxygène mOléculairX 30- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on utilise, pour une partie en volume de propylène, plus de 1,5 partie en volume d'oxygène moléculaire. 40- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on utilise conjointement 1 à 10 parties en volume de vapeur d'eau pour une partie en volume de propylène. 50- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on effectue la réaction à des températures comprises entre 300 et 4000C. 6.- Procédé selon l'une des revendications i. à 5, caractérisé en ce que l'on maintient un temps de séjour des matières de départ au contact du catalyseur de 1 à 20 secondes. 70- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on utilise des catalyseurs dont les rapports atomiques entre le molybdène et le tungstène, le tellure et le fer/nickel/ cuivre/manganèse sont de 1 à 20/0,01 à 20/0,001 à 1l 1. 8.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on prépare les catalyseurs à partir de molybdate d'ammonium, de tungstate d'ammonium, d'oxalates, de formiates, de carbonates ou de nitrates du fer/nickel/cuivre ou manganèse et d'anhydride tellureux ou d'acide e-tellurique.