Brevet FR2012826A1 — publié le 19700327

l'objet de la présente invention est un procédé d'élimination de substances solides des vapeurs d'acides benzènecarboxyliques sublimables et de leurs sels d'ammonium. Jusqu'à présent, on a effectué le procédé de purification 5 par sublimation proprement dit de diverses substances chimiques, en soumettant la substance respective, soit à 1'évaporation spontanée sous pression réduite, soit à 1'évaporation dans le courant d'un gaz inerte sous pression atmosphérique, en éliminant ensuite les composants solides de la phase vapeur formée et 10 en récupérant la substance de la phase vapeur restante par condensation. Les détails de ce procédé, d'élimination de substances solides de la phase vapeur dépendent du degré de pureté exigé. Des impuretés grossières restent tantôt comme résidu dans l'appareil 15 de sublimation, tantôt elles sont écartées, au cas où. elles sont entraînées par le .mélange gazeux, par sédimentation libre ou dans un cyclone. Pour éliminer des particules solides finement dispersées, on utilise la filtration par diverses matières poreuses telles par exemple la laine de verre, des filtres à manche en 20 matières résistant à la chaleur ou des dispositifs similaires. Dans la plupart des cas, ces types de filtres ne peuvent malheureusement pas être régénérés. Les substances organiques purifiées de cette manière contiennent fréquemment des produits de polycondensation, des composés goudronneux qui amènent eh peu de 25 temps l'obstruction de ces filtres» Un procédé de purification de l'acide téréphtalique ou de ses sels d'ammonium peut servir d'exemple typique des avantages offerts par la purification de substances organiques par. sublimation. La pureté de l'acide téréphtalique utilisé pour la préparà-30 tion de fibres polyester est soumise à des exigences sévères, la teneur admissible en métaux, lourds doit être extrêmement faible '' et se situe dans la pratique dans la région des ppm, tandis que la teneur en potassium et en acide benzoïque est indiquée en dizaines de ppm. 35 Un cles processus technologiques utilisés pour la préparation d'acide téréphtalique consiste en la transformation de benzoate de potassium en téréphtalate de potassium par dismutation (voir brevet allemand U° 958 920). On précipite ensuite de la solution de ce produit brut le téréphtalate d'ammonium par réaction avec 40 du carbonate d'amaonium. Pour obtenir line séparation totale des 69 22914 2 2012826 ions de potassium de l'acide téréphtalique et un térépïrtalate d'ammonium de pureté appropriée pour la transformation ultérieure en fibres polyester, il est nécessaire de répéter plusieurs fois la précipitation du téréphtalate d'ammonium, en redissolvant le 5 produit de l'opération de précipitation précédente dans de l'eau et en précipitant de nouveau à l'aide de carbonate d'ammonium. Quelques opérations de ce procédé, à savoir la séparation des phases et la désorption de gaz des solutions, comportent des inconvénients d'ordre économique à cause des grandes quantités de 10 suspensions à transporter et de la consommation démesurée d'énergie. Si l'acide téréphtalique est destiné à être utilisé comme matière première pour la préparation de fibres polyester, il est nécessaire d'effectuer au cours de l'opération suivante une décomposition thermique du téréphtalate d'ammonium (voir par exem-15 pie le brevet britannique JT® 801 126). Il est également possible de préparer l'acide téréphtalique à partir de téréphtalate d'ammonium en décomposant celui-ci par sublimation. Après avoir éliminé du mélange gazeux les impuretés solides, on peut.récupérer par condensation l'acide téréphtalique ou ses sels d'ammonium 20 chimiquemènt purs, à condition qu'ils aient été présents dans la matière brute soumise à la sublimation, l'acide téréphtalique peut aussi être"purifié de manière analogue par une opération.de sublimation (voir brevet britannique ÏT° 824 367 et brevet américain 3tf° 2 923 736). 25 les travaux de recherche effectués par la demanderesse per fectionnent les procédés antérieurement connus de purification d'acides benzènecarboxyliques qui"reposent sur la sublimation de ces acides ou sur la sublimation de leurs sels accompagnés de décomposition thermique et de l'élimination de particules solides 30 des vapeurs» la présente invention est destinée à supprimer les inconvénients ci—dessus mentionnés de l'état connu de.la technique et offre à cet effet un procédé dé purification d'acides benzènecarboxyliques ou dé leurs sels par sublimation accompagnée de 35 décomposition thermique de ces sels et de l'élimination de particules solides des vapeurs, procédé qui consiste selon l'invention à éliminer d'un mélange gazeux les particules solides, par voie électrostatique et "à récupérer du mélange gazeux purifié de cette manière l'acide respectif par condensation» 40 Le procédé selon l'invention résulte de la découverte que bad original 69 2291f 3. 2012826 des résidus d'ions de potassium.sous forme de sels tels que par exemple le benzoate, le" téréphtalate, le carbonate et d'autres, présents comme phase solide.dans un mélange de gaz et/ou de vapeurs en écoulement, constitué par des vapeurs d'acide téréphta-5 lique, d'acide benzoïque et d'acides benzènecarboxyliques analogues et en outre par un milieu gazeux porteur inerte contenant de l'ammoniac, de la vapeur d'eau et des vapeurs de solvants organiques, peuvent être captés par un filtre électrostatique, à condition que celui-ci soit chauffé à une température supérieure à la 10 température de condensation de l'acide respectif ou de ses dérivés dans le mélange. Un autre avantage de l'invention consiste en ce que le filtre peut retenir aussi d'autres substances entraînées par le mélange gazeux, comme par exemple des impuretés colorées, principalement des composés aromatiques;polycondensés^. et 15 d'autres impuretés mécaniques telles que des composés métalliques. Le fait que des sels de potassium sont entraînés hors du dispositif de sublimation par le mélange gazeux a été prouvé par l'observation drune brusque élévation de la teneur du mélange ga-20 zeux en sels de potassium après la mise hors circuit du filtre électrostatique. On doit considérer comme tin autre avantage du procédé selon l'invention la possibilité de mettre en oeuvre pour son exécution un filtre électrostatique fréquemment utilisé dans des procédés industriels de dépoussiérage de gaz» 25 L'utilisation de ce filtre pour l'élimination de composants solides de vapeurs d'acides benzènecarboxyliques ou de leurs sels d'ammonium dans des procédés de purification par sublimation comportant l'application de températures relativement élevées n'a pas encore été décrite antérieurement dans la bibliographie spé-30 cialisée accessible» Le filtre électrostatique utilisé dans les expériences ci-après décrites est constitué par un tube de verre de sial chauffé de l'extérieur afin d'empêcher la condensation de la substance sublimée aux parois du tube. Les parois du tube chauffées à une 35 température supérieure à 130°C ont une conductibilité électrique suffisante et servent d'électrode de captage, L'électrode de charge est formée par un fil métallique d'un diamètre .de 0,6 mm,, A une température du gaz de 340°C, la tension d'effluve en couronne est d'environ 7kV. On a utilisé comme gaz porteur l'azote;, 40 le gaz carbonique ou .la vapeur d'eau. La matière brute soumise à 69 22914 4f 2012626 l'opération de sublimation contenait 2 à 6 fo d'eau. Les exemples ci-après sont destinés à illustrer davantage le procédé selon l'invention sans délimiter ni restreindre d'aucune manière cette dernière, 5 Exemple 1 i Dans une couche tourbillonnaire vibratoire de 4 cm de diamètre et de 18 cm de hauteur constituée par des particules sphéri-ques d'alumine frittée à grains de 200 jum de diamètre, on introduit à une température de 340°C et à une vitesse d'écoulement de 10 150 Nl/h de l'azote préchauffé à 340°C et contenant 20 ppm d'oxygène conjointement avec du téréphtalate d'ammonium brut contenant 0S6 i° de potassium et 6 d'eau à raison de 60 g/h. Ce mélange gazeux est ensuite introduit dans un filtre électrostatique, la température des parois du filtre étant de 340°C et la tension 15 d'effluve en couronne de 7 kY. Après le passage par le filtre, on isole du mélange de l'acide téréphtalique d'une teneur en potassium inférieure à 9 ppm. Dans une expérience comparative effectuée dans des conditions identiques mais sans utilisation du filtre électrostatique, la teneur en potassium du produit final, c'est-20 à-dire de l'acide téréphtalique, est de 0,58 Exemple 2 s Dans le même dispositif et dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1 ci-dessus, on introduit du téréphtalate d'ammonium contenant 3 ^ de potassium et 5 5^ de substances colorées 25 (composés aromatiques polycondensés). L'acide téréphtalique obtenu contient moins de 5 ppm de potassium et la coloration d'un é-chantillon de 1 g chauffé pendant une heure à la température de 90°C avec 100 ml d:acide sulfurique concentré correspond au degré tO de l'échelle AFHA» 30 Exemple 3s Dans le même dispositif et dans les mêmes conditions que dans 1Jexemple 1, on introduit du téréphtalate d'ammonium contenant 0',14 $ de fers 3»27.10-' % de zinc, 0,12'-$6 de potassium, 8,5.10"3 $> d3aluminium, 3,37.10"' ^ de :cuivre: et 1,6.10~2 ^ de 35 nickel. L'acide téréphtalique obtenu contient 1,8 ppm de fer, -moins de 2 ppm de zinc, moins de 2 ppm de nickel, 1,1 ppm de cuivre et moins de 5 ppta de potassium. . r Exemple 4 î ■ '1 \ ' Dans le même dispositif que-dans-l'exemple 1, on introduit à . la .température de 170°0 de l'acide benzoïque préparé par oxydation BAD ORIGINAL 69 22914 5 2012826 de toluène, La matière brute contient 3 ,fi> de substances colorées (composés aromatiques polycondensés), 0,2 $ de ccbalt et 0,05 i» de fer. Le produit final, c'est-à-dire l'acide benzoïque, contient moins de 2 ppm de cobalt et moins de 2 ppm de.fer ; la co-5 loration constatée à l'épreuve à l'acide sulfurique (90°C, une heure) est meilleure que le degré 15 de l'échelle APHA.. Exemple 5 : Dans le même dispositif et dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1, on introduit de l'acide trimésique contenant 10 0,02 $ de potassium et 2.10"' $ de zinc. Le mélange gazeux sortant du filtre électrostatique contient 4 i° en volume d'acide trimésique. L'acide obtenu contient moins de 5 ppm de potassium et moins de 2 ppm de zinc» Exemple 6 l 15 Dans le même dispositif que dans l'exemple 1, chauffé à 300®C, on introduit de l'acide isophtalique contenant 18.10"' # de potassium, 5.10"' d'aluminium, 15.10"' # de fer et 3,2 $> d'eatu Le mélange gazeux contient 4 $ en volume d'acide isophtalique. Le produit final contient moins de 5 ppm de potassium, moins de 20. 2 ppm d'aluminium et moins de 2 ppm de fer» Exemple 7 t Dans le même dispositif que dans l'exemple 1, chauffé à 170°C, on introduit du benzoate d'ammonium contenant 0,03 ia de zinc et 0,013 i° de fer à raison de 40 g/h conjointement avec de 25 la vapeur d'eau préchauffée à 170°G à raison de 150 litres normalisée par heure. L'acide benzoïque obtenu contient moins de 2 ppm de fer et moins de 2 ppm de zinc ; sa coloration constatée par l'épreuve à l'acide sulfurique (90°C, une heure) est meilleure que le degré 15 de l'échelle APHA» 30 Exemple 8 » Dans le même dispositif que dans l'exemple 1, on introduit sous la pression habituelle et à une température de 340°0 un courant (260 Kl/h) de vapeur d'eau préchauffée à 340°C et chargée d'une quantité totale de 150 g/h de téréphtalate d'ammonium (con-35 tenant 0,08 # de potassium et 0,05 1° de fer). L'acide téréphtalique obtenu comme produit contient moins dé 5 ppm de potassium, moins de 2 ppm de fer et 0,03 i° d'acide benzoïque. L'a coloration d'un échantillon de 4 g de ce produit, chauffé avec 28 ml de tri-éthylèneglycol pendant 60 minutes à une température de 265°0 40 dans une atmosphère d'azote (comportant moins de 2 ppm d'oxygène) et dilué après le refroidissement avec de l'isopropanol dans la proportion de 1:1, correspond au degré 125 de- l'échelle APHA (American Public Health Association). bad original 69 22914 £ 2012826 BETEUDIOAIIOH Procédé de purification d'acides benzènecarboxyliques ou de leurs sels d'ammonium par sublimation accompagnée de décomposition thermique de ces sels et de séparation de particules soli-5 des des vapeurs, caractérisé par le fait que les particules solides sont éliminées du mélange gazeux par voie électrostatique et que l'acide respectif est récupéré du mélange gazeux purifié de cette manière par condensation*