Brevet FR2003850A1 — publié le 19691114

La présente invention concerne un procédé .de: traitement d'un mélange réactionnel contenant un hydroperoxyde aralkylique obtenu par mise en contact d'un hy'drocarbore aromatique alkylé avec de l'oxygène gazeux ou un gaz contenant de l'oxygène molécu-5 laire. Le liquide réaccicnrel susindiqué. est appelé ci-après mélange contenant un hydroperoxyde• Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à ur/procédé de traitement du mélange contenant un hydroperoxyde ainsi obtenu en une série d'étapes comprenant une étape de scission catalysée par^m acide, avec ob-10 tention d'un composé aromatique hydroxylé etd'une cétone aliphati-que à partir dudLt .hydroperoxyde. On connaît déjà diverses méthodes pour produire un composé hydroxylé aromatique et une cétone aliphatique à partir d'un hydrocarbure aromatique alkylé, ces procédés consistant à mettre 15 en contact ledit hydrocarbure aromatique alkylé avec de l'oxygène gazeux ou un gaz contenant de l'oxygène moléculaire pour obtenir 1'hydroperoxyde aralkylique correspondant, qui est ensuite scindé en' présence d'une substance acide, pour fournir ledit composé hydroxylé aromatique et ladite cétone aliphatique. Parmi ces pro-20 cédés, on connaît très bien, par exemple, celui consistant à produire le phénol et l'acétone à partir du cumène. Ces procédés sont extrêmement efficaces pour produire des' phénols. De plus, ilsfcnt partie des méthodes les plus avantageuses du point de vue économique parce/qu'ils fournissent simultanément '25 des cétones âliphatiques, qui sont également des produits très utiles . Cependant, un très gros problème pour la mise en oeuvre de ces procédés à l'échelle industrielle est qu'ils nécessitent un appareillage oxirâmement important et compliqué pour les scpara-30 tiens e+- le^ purifications, parce que le mélange contenant les produits désirés, à savoir le composé hydroxylé aromatique et la cétone aliphatique, contient aussi de nombreuses autres serres de substances qui doivent être séparées, comme, 'par exemple, l'hydrocarbure aromatique alkylé n'ayant pas réagi, de nombreux scus-35 produits indésirables, des substances goudronneusesf de l'eau, 69"06061 2 2003850 De plus, on considère comme inévitable la nécessité de/construire la plupart des dispositifs de séparation de purification, qui comprennent essentiellement des tours de fractionnement, avec un matériau cher comme l'acier inoxydable, parce que ledit mélange 5 exerce une action corrosive extrêmement forte sur l'acier doux, particulièrement à température élevée. Pour ce motif, la construction de dispositifs de raffinage est extrêmement onéreuse, ce qui diminue considérablement l'intérêt que pouvait présenter le procédé à partir du cumène du point de vue économique. 10 la demanderesse a maintenant découvert, après des études poussées et répétées relativement'à l'action corrosive des mélanges contenant un composé hydroxylé aromatique et une cétone aliphatique, obtenu par scission catalysée par un acide d'un hydroperoxyde aralkylique (mélange appelé ci-après mélange brut contenant les 15 produit^, que (1) l'action corrosive est due à une substance organique acide formée comme sous-produit au cours de l'étape d'oxydation et qui se retrouve dans ledit mélange brut contenant les produits, bien qu'il n'ait pas été possible d'identifier exactement la nature de cette substance organique acide et que (2), en con-20 séquence, lorsque ladite substance organique acide est pratiquement exclue avant le traitement dans le dispositif de séparation et de purification, la corrosion de la plus grande partie de l'appareillage employé pour séparer et purifier chaque composant dudit mélange brut contenant les produits peut être substantiellement empêchée, 25 même si ledit appareillage est fabriqué en acier doux. Compte tenu de cette découverte, un but de la présente invention est de fournir un procédé pour réduire l'action corrosive du mélange brut contenant les produits dans les étapes de séparation et purification duoit mélange brut, cela en empêchant la substance 30 acide corrosive susindiquée de parvenir aux étapes de séparation et de purification. Ainsi donc, la présente invention est caractérisée en ce qu'en met en contact un mélange contenant un hyircperoxy-de, qui est obtenu par oxydation d'un hydrocarbure arc~atique alkylé, avec une solution aqueuse alcaline, avant de soumettre ledit 35 hydreperoxyde à la scission catalysée par un acide. 69 06061 3 2003850 A première vue, on a tendance à supposer que ladite substance organique acide formée comme sous-produit est neutralisée et complètement éliminée après la réaction, par filtration, lorsque cette substance acide est sous forme solide, et par décantation, 5 lorsque cette substance acide est soluble dans une solution aqueuse alcaline, même suivant la méthode classique,: étant donné qu'une réaction d'oxydation d'un'hydrocarbure aromatique alkylé ayant pour but de fournir un hydroperoxyde est ordinairement effectuée avec addition d'une substance alcaline. Cependant, la demanderesse 10a maintenant découvert qu'une quantité considérable de la substance organique acide en fait demeure, n'étant pas éliminée dans un procédé . classique tel que décrit ci-dessus et que, par suite, la substance organique acide non éliminée provoque la corrosion dans les étapes finales de séparation et de raffinage. 15 l'exposé ci-dessus permet de comprendre parfaitement que la présente invention est d'une très grande utilité pour réduire la corrosion de l'appareillage de séparation et de raffinage ainsi que des appareils de séparation et de raffinage de chaque composant d'un mélange contenant un hydroxyde aromatique et une cétone ali-20 phatique, obtenu par une scission catalysée par un acide d'un hydroperoxyde aralkylique^et que cette invention permet par conséquent d'employer un matériau peu onéreux comme l'acier doux pour construire la presque totalité des dispositifs de séparation et de raffinage. L'invention sera décrite plus en détail ci-après. 25 Elle s'applique à tous les mélanges réactionnels contenant un hydroperoxyde aralkylique tertiaire. Au point de vue industriel, les plus importants d1 entre eux sont ceux qui sont obtenus par oxydation de dérivés du benzène-, du naphtalène et du biphényle portant 1 à 5 groupes alkylé secondaires contenant 3 à 6 atomes de carbone, "30 ces dérivés portant ou non, comme autres substituants, des groupes méthyle, éthyle ou butyle tertiaire. Plus particulièrement, comme hydrocarbures aromatiques alkylés pouvant être oxydés, on peut citer, par exemple, le cumène, le sec.-butylbenzène, le cycloéthylbenzène et chacun des isomères des compos 35 suivants ainsi que les mélanges de deux ou plusieurs de ces isomères 69 0606, 2003850 sec.-amylbenzène, cymène, isopropylxylène, éthylisopropylbenzère, diisopropylbenzène, isopropyl tert.-butylbenzène, isopropyl-naphtalène, isopropylbiphényle et . autres. Le procédé d'oxydation des hydrocarbures aromatiques 5 alkylés susindiaués et d'autres n'est pas limité à une méthode particulière, bien que l'on puisse s'attendre à un meilleur résultat en éliminant les stabilisants alcalins qui sont ajoutés au cours de l'étape d'oxydation et, s'il y a des substances insolubles dans ledit liquide réactionnel contenant un hydroperoxyde, en 10 éliminant ces substances insolubles par filtration, sédimentation, décantation, avant d'appliquer les procédés suivant l'invention. La substance alcaline pouvant constituer une solution aqueuse alcaline telle qu'employée dans le procédé selon 1'inventiorr peut être n'importe quel composé minéral se dissolvant dans l'eau 15 en fournissant une solution alcaline. Cependant, si l'on se place au point de vue de l'utilisation industrielle, les composés minéraux pouvant être utilisés sont, par exemple, les oxydes ou hydroxydes de sodium, potassium et calcium, l'ammoniaque, les carbonates, bicarbonates, phosphates, hydrogénophosphates de sodium 20 ■ et de potassium, etc. La concentration de la substance alcaline a employer dana le procédé suivant l'invention peut être comprise entre 0,01% en poids et pratiquement la saturation, bien qu'on obtienne un meil^-""" leur résultat en employant une concentration allant de 0,1% à 10$ 25 en poids si la solubilité le permet. L'utilisation d'une substance alcaline en une concentration inutilement élevée aura dans/certains cas un effet néfaste, par exemple empêchera le transfert de substances corrosives dans la couche aqueuse ou, en cas d'emploi d'une substance alcaline forte, entraînera une perte de 1'hydroperoxyde 30 par formation d'un sel avec cet hydroperoxyde. Le rapport en poids de la quantité de la solution aqueuse alcaline à la quantité du liquide réactionnel comprenant 1'hydroperoxyde peut être de 1 : 20 à 20 : 1 et est de préférence de 1 : 5 à 5 : 1. 35 Quant à la méthode à employer pour mettre en contact ladite solution aqueuse alcaline avec ledit mélange contenant l'hydroperoxyde on peut -recommander par exemple la suivante : les deux phases liquides sont dispersées et mélangées à fond dans un 5 2003850 69 06061 réservoir mélangeur ou au moyen d'une pompe de recyclage mélangeuse et on sépare ensuite les deux liquides en les laissant reposer pour qu'ils se séparent. Une autre méthbde consiste à mettre en contact les deux liquides à contre courant dans une tour d'extraction à 5 plusieurs étages. la température à observer ordinairement au cours du procédé défini ci-dessus est de préférence comprise entre 0° et 1000_C, en tenant compte de la stabilité des hydroperoxydes et de leur solubilité dans la couche aqueuse. 10 Après que le mélange contenant un hydroperoxyde a été mis en contact avec ladite solution aqueuse alcaline suivant le procédé revendiqué, ledit mélange contenant 1'hydroperoxyde est soumis à une scission catalysée par un acide, tel qu'il est, ou après que sa teneur en hydroperoxyde a été élevée par élimi-15 nation, par distillation, de l'hydrocarbure aromatique alkylé n'ayant pas réagi. Pour mieux faire comprendre l'invention, les exemples suivants sont"donnés à titre illustratif mais, bien entendu, sans qu'ils restreignent en aucune façon la portée de l'invention. 20 EXEMPLE 1 On met en contact du cumène avec de l'air à une température de 120°C, en présence de 0,1% en poids d'hydroxyde de potassium, ce qui permet d'obtenir un mélange :à 24% d'hydroperoxyde de cumène. Après avoir retiré par filtration 1'hydroperoxyde de potas-25 sium, on divise le filtrat ainsi obtenu en deux parties. L'une des deux parties est secouée pendant 10 mn à la température ambiant avec 0,5 partie en poids cfune solution aqueuse à 1% en poids de bicarbonate de sodium, on laisse reposer pendant 15 mn, puis on sépare les couches liquides. A partir de la couche huileuse ainsi 30 obtenue , on sépare par distillation le cumène n'ayant pas réagi, ce qui amène la teneur en hydroperoxyde de cumène à 70%. On scinde 1'hydroperoxyde de cumène, par une addition de cétone et d'une pet: te quantité d'acide sulfurique concentré, en phénol et acétone et c neutralise ensuite l'acide sulfurique restant avec une solution 35 aqueuse à 5% de soude caustique, puis on sépare la couche aqueuse contenant du sulfate de sodium. On chasse par distillation du niélai brut contenant lesproduitsainsi obtenu l'acétone et une petite 6 .2003850 69 06061 quantité d'eau existant encore dans ledit mélange brut- et on ut-ili- \ se comme échantillon d'essai le liquide demeurant au fond du distillateur et qui contient 55% de phénol, 24% de cumène, 11% d'oc-méthylstyrène, 5% d'acétophénone et environ 5% de produits 5 lourds et autres. On immerge dans l'échantillon de liquide une plaque d'essai en acier doux, pendant 120 heures à une température de 160°C. On ne remarque ni taches ni trous de corrosion sur la plaque d'essai lorsqu'elle est retirée du liquide après le temps 10 d'immersion, l'éclat de la surface étant seulement très légèrement amoindri. L'épaisseur de la corrosion après "un an,calculée d'après la perte de poids, est de.0,026 mm. EXEMPLE COMPARATIF 1 On obtient un liquide d'essai de composition presque 15 identique à celle du liquide d'essai obtenu dans l'exemple 1 ci-dessus en soumettant la seconde des deux parties du liquide réac -tionnel contenant 1'hydroperoxyde obtenu dans l'exemple 1 et divisé en deux.parts aux mêmes processus que dans l'exemple 1, sauf que l'on omet le traitement par le bicarbonate de sodium. 20 Une plaque d'essai en acier doux est immergée dans ce.. liquide d'essai pendant 72 heures à une température de 160°C. On constate que la totalité de la surface de la plaque d'essai est corrodée, lorsqu'on retire cette plaque du liquide d'essai après le temps d'immersion. L'épaisseur de la corrosion au bout d'un an, 25 calculée d'après la perte de poids mesurée après l'enlèvement par lavage des taches de corrosion5atteint 1,9 mm. EXEMPLE 2 On soumet en continu à un contact avec l'air un "mélange d'isomères du cymène, sous pression et à une température de 135°C, 30 en présence d'un même poids d'une solution aqueuse à 3% de carbonate de sodium et de 0,01% en poids de stéarate de sodium, un mélange d'une couche huileuse et d'une couche aqueuse alcaline étant ainsi obtenu, ladite couche huileuse contenant 45% en poids d'hydroperoxydes de cymène et ladite couche aqueuse contenant de l'isopropyl benzoate de 35 sodium. On sépare en continu ces deux couches. La couche huileuse est mélangée avec son poids d'une solution aqueuse à 3% de carbonate de sodium dans un réservoir de mélange en continu à une température de. 50°Cj les couches huileuse et aqueuse étant ensuite séparées. 69 06061 7 2003850 10 15 20 25" On sépare par distillation de la couche huileuse, qui a ainsi été mise en contact avec la solution alcaline, le cymène n'ayant pas réagi et une petite quantité d'eau existant encore dans la couche huileuse, ce qui porte à 60?? en poids la concentration des hydroperoxydesoEnsuite, le liquide résultant est scindé , en présence d'acétone et d'une petite quantité d'acide sulfurique. concentré, en un mélange d'isomères du crésol et en acétone, le liquide réactionnel est alors neutralisé par de la soude caustique. On sépare la couche aqueuse contenant à l'état dissous du sulfate de sodium et l'on obtient un mélange brut contenant les produits. On retire par distillation de ce mélange brut l'acétone et l'eau simultanément avec une partie du cymène n'ayant pas réagi et qui forme avec l'eau un mélange azéotropique et il demeure au fond du distillateur -un liquide contenant environ 1$ d'une fraction à bas point d'ébullition. 31$ de cymène, 8$ de ar-oc-diméthylstyrène. 47$ de crésol, 5$ de ar-méthylacétophénone, environ 8$ d'une fraction à point d'ébullition élevé et moins de 0,1$ d'eau . On effectue, en opérant comme dans l'exemple comparatif 1, des essais similaires avec les deux sortes suivantes de liquides d'essai : (1) liquide d'essai obtenu en opérant exactement comme décrit ci-dessus dans l'exemple 2, sauf que l'on omet l'étape de mise en contact avec une solution aqueuse alcaline du même liquide réactionnel contenant des hydroperoxydes que dans l'exemple 2 ci-dessus^ et (2) échantillon de liquide obtenu en employant la solution aqueuse alcaline décrite ci-dessus dans l'exemple 2. la température des essais est de 180°C.et la/lurée des essais est de 72 heures, les résultats des essais sont indiqués dans le tableau 1 ci-après. TABLE AU 1 30 C0ER0SI0IT DE P1ACITES D'ESSAI EN ACIER DOUX 35 :Echantillon de liquide îj-O 1 ' 2 'Qualité ïu liquide d' : essai Non traité par une; solution aqueuse alcaline : Traité par une co-, lution aqueuse alcrline ; Yitesse de corrosion • mm/an 2,3 ; 0,024 "Apparence Surface entière:, ent corrodée, tâches : Prssqu'aucun : chr ngement BAD ORIGINAL 69 06061 8 2003850 REVENDICATIONS 1Procédé de traitement d'un mélange contenant un hydropero-t- xyde, caractérisé en ce qu'on met en contact un mélange contenant un hydroperoxyde aralkylique , obtenu par mise en contact d'un hydrocarbure aromatique alkylé avec un gaz contenant de l'oxygène moléculaire, avec une solution aqueuse alcaline d'un composé minéral, à une température comprise entre la température ambiante-1q et 100°C, avant que ledit hydroperoxyde ait été soumis à une scission catalysée pai/an acide. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue ledit traitement du mélange contenant un hydroperoxyde par " une solution aqueuse alcaline, après avoir éliminé de ce mélange ^ leStabilisants alcalins et les substances insolubles. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mélange contenant un hydroperoxyde contient un hydroperoxyde aralkylique tertiaire. 4.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 2q ledit mélange contenant un hydroperoxyde est un liquide réactionnel obtenu par oxydation d'un dérivé du benzène, du naphtalène ou du biphényle portant un ou plusieurs groupes alkylé secondaires contenant de 3 à 6 atomes de carbone, ledit dérivé'portant éventuellement en outre des groupes méthyle, éthyle ou butyle tertiaire. 2g 5.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mélange contenant des hydroperoxydes est obtenu par oxydation du cumène, du sec.-butylbenzène, du cyclohexylbenzène, ou de chacun des isomères ou d'un mélange de deux ou plusieurs des isomères des composés suivants : sec.-amylbenzène, cymène, isopropylxylène, éthylisopropylbenzène, diisopropylbenzène, isopropyl-tert.-butyl-benzène, isopropylnaphtalène ou isopropylbiphényle . 6.- -Procédé suivant larevendication-1, caractérisé en ce que ledit composé alcalin minéral est un oxyde ou hydroxyde de sodium, potassium ou calcium, l'ammoniaque, ou un carbonate, bicarbonate, phosphate ou hydrogénophosphate de sodium ou potassium. • 3AD ORIGINAL 69 06061 9 2003850 7.- Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la concentration de ladite solution aqueuse alcaline est comprise entre 0,01$ en poids et pratiquement la saturation. 8.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé- en ce que 5 la concentration de ladite solution aqueuse alcaline en ledit composé minéral alcalin est comprise entre 0,1$ et 10$ en poids par rapport à la solution. 9.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité à employer de ladite solution aqueuse alcaline est 10 de 1/20 du poids à 20 fois le poids dudit liquide réactionnel contenant les hydroperoxydes. 10.- Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la quantité à employer de ladite solution aqueuse alcaline est de 1/5 du poids à 5 fois le poids dudit liquide réactionnel con-15 tenant les hydroperoxydes. 11.- Procédé de fabrication d'un composé hydroxylé aromatique et d'une cétone aliphatique comprenant la mise en contact d'un hydrocarbure aromatique alkylé avec un gaz contenant de l'oxygène moléculaire pour obtenir un mélange contenant un hydroperoxyde aral- 20 kylique, et la mise en contact de 1'hydroperoxyde aralkylique résultant avec un acide pour obtenir un composé hydroxylé aromatique et une cétone aliphatique, caractérisé en ce qu'on met en contact ledit mélange contenant un hydroperoxyde aralkylique avec une solution aqueuse alcaline, avant l'étape de scission catalysée par 25 un acide» 12.- Procédé de fabrication d'un composé hydroxylé aromatique et d'une cétone aliphatique consistant essentiellement en les étapes suivantes : (1) mise en contact d'un hydrocarbure aromatique al -kylique avec un gaz contenant de l'oxygène moléculaire , [2) mise 30 en contact du mélange résultant contermt un hydroperoxyde aralkylique avec une solution aqueuse alcaline et (3) mise en contact du mélange résultant avec un acide pour obtenir un composé hydroxylé aromatique et une cétone aliphatique.