Brevet FR2025802A1 — publié le 19700911

la présente invention concerne un procédé de purification par distillation d'acétone provenant de l'oxydation directe du propylène par de l'oxygène ou des gaz contenant de l'oxygène. 5 L'oxydation directe du propylène par de l'oxygène ou des gaz contenant de l'oxygène dans des solutions de catalyseurs aqueuses contenant un composé d'un métal du 8ème sous-groupe de la classification périodique et des halogénures d'un métal lourd existant à au moins deux degrés de valence, 10 fournit de l'acétone comme produit principal à côté d'une petite quantité d'aldéhyde propionique et de composés carbo-nyliques chlorés, tels que la monochloracétone, les dichloro-acétones et l'aldéhyde oc-chloropropionique. D'autres produits secondaires sont formés par oxydation d'autres oléfines con-15 tenues dans le propylène techniquement pur, par exemple l'acétaldéhyde à partir d'éthylène et la méthyléthyl-cétone à partir de butylène. Par distillation on peut extraire de ce mélange une acétone pure conforme aux spécifications (ASTM D329). Il faut 20 tenir compte du fait que l'acétone "brute contient non seulement des produits secondaires à "bas point d'ébullition, comme l'acétaldéhyde et le propionaldéhyde, mais encore des composés à point d'ébullition plus élevé, tels que des composés carbonyliques chlorés et la méthyléthyl-cétone. 25 Dans le brevet français n° 1 389 807 (brevet belge n° 64-5 090) on a décrit un procédé de distillation en continu de l'acétone brute préparée de manière connue. Après avoir séparé les composés passant à une température inférieure au point d'ébullition de l'acétone dans une colonne préalable, 30 on introduit l'acétone dans une colonne de rectification (colonne principale) dans laquelle on lave, dans le tiers supérieur, les vapeurs d'acétone avec une solution aqueuse alcaline et de laquelle on retire comme courant latéral les composés bouillant à une température supérieure au point 35 d'ébullition de l'acétone et qui forment un mélange azéo- tropique avec l'eau ainsi que d'autres produits secondaires, la base de la colonne principale est pratiquement totalement dépourvue d'acétone, la fraction de composantes à haut point-d'ébullition retirée de la colonne principale comme'courant 4-0 latéral contient encore des quantités plus ou moins grandes 69 42663 2 2025802 d'acétone selon la répartition des concentrations dans la colonne principale. Il est donc nécessaire de distiller cette fraction dans une colonne supplémentaire pour récupérer l'acétone. 5 Le "brevet "belge n° 696 324 a pour objet un perfection nement selon lequel la colonne supplémentaire pour le traitement du courant latéral de produits secondaires est remplacée par un appareil de séparation de phases. On obtient l'effet de séparation et d'extraction désiré par addition 10 d'eau. Deux phases liquides se séparent : la phase inférieure à plus haut poids spécifique contient la majeure partie des produits secondaires que l'on élimine, tandis que la phase supérieure à poids spécifique plus faible contenant la majeure quantité de l'acétone entraînée est recyclée dans la dis-15 tillation. Une autre modification du procédé décrit ci-dessus a été proposée dans le "brevet belge n° 70$ 248. On effectue le lavage des vapeurs d'acétone dans la colonne principale non pas avec une solution aqueuse alcaline mais avec une stis-20 pension d'hydroxyd^s ou de carbonates alcalins dans de l'acétone. Dans tous les procédés connus on utilise les appareils de distillation suivants : une colonne préalable pour séparer les composantes à bas point d'ébullition, une colonne prin-25 cipale pour obtenir de l'acétone pure, une colonne supplémentaire pour traiter le courant latéral contenant les composantes peu volatiles de la colonne principale, ou remplacement de cette colonne par un appareil d'extraction et de séparation des phases. Dans ce système la colonne principale 30 doit simultanément remplir plusieurs fonctions de sorte que son fonctionnement est compliqué. De petits écarts par rapport aux conditions opératoires optima influent de différentes manières sur les fonctions de la colonne de sorte qu'une surveillance soigneuse de cette colonne est constamment indis-35 pensable. De plus, il s'est avéré que des composantes à bas point d'ébullition se forment dans la colonne principale, / parmi lesquelles l'acroléine est particulièrement nuisible. Des traces de ce composé à raison d'environ 1 ppm dans l'acétone pure réduit déjà considérablement la stabilité à 40 l'oxydation de l'acétone, qui est déterminée par la méthode au 69 42663 3 2025802 permanganate de potassium (ASTM D 1363). Avec une construction convenable de la colonne préalable l'acétone brute au bas de cette colonne est sans acroléine. Si l'on distille cette acétone dans la colonne principale on trouve dans le distil-5 lat environ 10 ppm et même plus d'acroléine. L'essai au KMnO^ de cette acétone ne remplit plus les conditions minimum pour un produit commercial. La raison en est que 1'acroléine se forme à partir de l'aldéhyde cc-chloropropionique, contenu en petites quantités dans les produits secondaires 10 chlorés du procédé, par départ d'acide crblorhydrique dans les conditions de la distillation. Cette réaction est catalysée par des surfaces en acier et en fer. Jusqu'à présent il était donc nécessaire d'éliminer 1'acroléine et d'autres impuretés gênantes par un lavage 15 alcalin, avantageusement dans la colonne principale. On peut obtenir ainsi de l'acétone pure, mais ce mode opératoire a des inconvénients graves, tels qu'une complication du procédé, la consommation d'alcali, la réduction du rendement en acétone par des réactions secondaires avec formation de 20 résines, augmentation des frais d'opération par la consommation d'énergie pour le recyclage de l'agent de lavage et son traitement. La présente invention a pour objet un perfectionnement apporté au procédé de distillation de l'acétone brute obte-25 nue par oxydation directe, tout en éliminant les inconvénients mentionnés ci-dessus des procédés connus, en particulier sans qu'un lavage de l'acétone à l'alcali soit nécessaire. La présente invention concerne un procédé de puri-50 fication par distillation d'acétone, obtenue par oxydation directe du propylène par de l'oxygène ou des gaz contenant de l'oxygène, en présence de solutions de catalyseurs aqueuses contenant les composés d'un métal noble du Sème soua-groupe de la classification périodique et des halogénures d'un métal lourd 35 existant à au moins deux valences, procédé qui est caractérisé en ce que l'on effectue la distillation dans un système à quatre zones, dans la première zone de distillation on libère le produit qui est en bas complètement de l'acétone, on retire en . tête une acétone aqueuse et latéralement, à partir d'une ou 69 42663 4 2025802 plusieurs sections d'enrichissement entre la tête et le bas, les produits secondaires ayant, soit isolément, soit sous formes de mélanges azéotropiques avec l'eau, un point d'ébullition entre celui de l'acétone et celui de l'eau, dans la 5 deuxième zone de distillation on soumet le distillât de la première zone à une distillation extractive avec de l'eau comme agent d'extraction pour séparer comme distillât les produits secondaires dont le point d'ébullition est inférieur à celui de l'acétone, on fait passer le produit qui est en bas de 10 la deuxième zone de distillation et qui est constitué par de l'eau et de l'acétone dans une troisième zone de distillation dans laquelle on obtient de l'acétone pure comme distillât, et dans la quatrième zone de distillation on soumet à une rectification les courants latéraux de la première zone de 15 distillation pour récupérer l'acétone entraînée. Selon un mode d'exécution avantageux du procédé conforme à l'invention on ajoute la partie, qui n'est pas recyclée-, du distillât de la zone de distillation dans laquelle on soumet à une rectification les courants latéraux de la pre-20 mière zone de distillation, à l'acétone brute à purifier ou on la combine avec le distillât de la première zone de distillation et ob l'introduit dans la deuxième zone de distillation. Selon un autre mode d'exécution avantageux du procédé conforme à l'invention on traite les courants latéraux 25 non pas dans une zone de distillation mais dans un appareil d'extraction liquide-liquide et de séparation des phases, dans lequel on recueille l'acétone entraînée dans les courants latéraux de la première zone de distillation dans une phase plus légère par addition d'eau. Cette phase légère est soutirée 30 séparément et ajoutée à l'acétone brute à purifier, tandis que la phase plus lourde contenant les produits secondaires est éliminée. Lorsque le produit qui est au bas de la troisième zone de distillation contient encore des fractions d'acétone on 35 l'ajoute à l'acétone brute à purifier, sinon on l'élimine comme eau résiduaire. Pour réaliser le procédé conforme à l'invention il est recommandé d'utiliser -une installation de distillation comme représentée sur le dessin annexé et comprenant 4- colonnes, 40 le réservoir pour l'acétone brute ainsi que les condenseurs, 69 42663 5 2025802 les séparateurs et les systèmes de circulation forcée, les pompes, les instruments de contrôle et les dispositifs de mesure ne sont pas représentés sur le dessin. Il est recommandé d'effectuer la distillation de 5 l'acétone brute conforme à l'invention sous la pression atmosphérique. Pour éliminer des variations de la pression atmosphérique, il est avantageux d'opérer sous azote, par exemple sous une surpression correspondant à 20 - 100 cm d'eau, ce qui permet en même temps d'éviter l'action de 10 l'humidité atmosphérique sur les produits. Il est également possible, toutefois, d'opérer sous des pressions plus élevées pourvu que les colonnes conviennent à ce mode opératoire. On peut utiliser des colonnes à distiller quelconques , à savoir des colonnes garnies ainsi que des colonnes 15 à plateaux de différents types (plateaux perforés, plateaux à cloche ou plateaux à soupape) et des colonnes combinées. la description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. 20 On sépare l'acétone brute de la solution de cata lyseur et on l'amène dans le récipient 1 par la conduite 12. Du récipient 1 on l'amène par la conduite 13 dans la colonne 2. Dans la colonne 2 on distille l'acétone pratiquement quantitativement conjointement avec les composantes à bas point 25 d'ébullition, de sorte que le produit au bas de la colonne 2,. c'est-à-dire l'eau résiduaire, est dépourvue d'acétone. Juste au-dessus de l'amenée de la matière à distiller à la colonne 2 un ou plusieurs tuyaux d'écoulement sont installés pour éliminer par la conduite 15 les composantes peu volatiles, à 30 savoir un mélange constitué par des composés chlorocarbonyliques, la méthyléthyl-cétone et d'autres produits secondaires.. La partie supérieure de la colonne 2 qui est une zone d'enrichissement, est relativement courte pour qu'en tête de la colonne un mélange d'acétone et d'eau contenant environ 80 % 35 en moles d'acétone distille. Le distillât contient encore les composantes à bas point d'ébullition (cellesformées dans la réaction, et celles formées à nouveau lors de la distillation dans la partie inférieure de la colonne 2). La colonne 2 est munie d'un système de reflux 6 pour le dis'tillat, la 40 quantité recyclée étant ajustée de manière telle, que la 69 42663 6 2025802 température en tête de la colonne soit d'environ 60 à 70 °C à la pression atmosphérique. On peut ainsi éviter le passage de composés peu volatiles dans le distillât. La partie du distillât de la colonne 2, qui n'est pas recyclée, est trans-5 portée par la conduite 14 dans la colonne 4- où l'on sépare l'acétone des composantes à bas point d'ébullition dans les conditions d'une distillation extractive avec de l'eau comme agent d'extraction amenée par la conduite 22. On soumet à une condensation le distillât de la colonne 4- et on le recueille 10 dans un récipient 8. On recycle line partie comme reflux à la tête de la colonne 4 et on élimine le reste (composantes à bas point d'ébullition) par la conduite 18. Si ce produit éliminé contient encore des quantités notables d'acétone, on peut naturellement répéter la distillation d'extraction, dans 15 les conditions de la colonne 4, dans une étape ultérieure non représentée sur le dessin. Le produit en bas de la colonne 4 ne contient que de l'acétone et une quantité relativement petite d'eau. On le fait passer dans la colonne 5 par la con-20 duite 19. Dans cette colonne on obtient de l'acétone pure conforme à la spécifieatio». A cet effet elle a une grande section d'enrichissement et elle est conduite d'une manière telle que la teneur en eau du distillât satisfasse à la spécification. Conformément à cette exigence* 25 on règle le reflux du système 9 comprenant le condenseur et le récipient, vers la tête de la colonne 5» L'acétone pure quitte la colonne par la conduite 20. Il n'est pas nécessaire de distiller dans des conditions sévères le produit au bas de cette colonne. S'il contient encore une quantité notable d'acé-30 tone on recycle le produit au bas de la colonne 5 par la conduite 21 vers le récipient 1. Avec une construction appropriée de la colonne 5 et dans des conditions convenables de fonctionnement on peut obtenir un produit au bas de cette colonne qui est pratiquement privé d'acétone et que l'on élimine 35 dans la conduite d'eau d? écoulement par la conduite 23. On soutire la fraction de constituants peu volatils par les tuyaux latéraux de la colonne 2 et on la fait passer dans la colonne 3 par la conduite 15 pour récupérer l'acétone entraînée. L'acétone aqueuse séparée' par distillation est ren-40 voyée partiellement, par le condenseur et le récipient 7» 69 42663 7 2025802 comme reflux à la tête de la colonne 3- Le reste peut être ajouté à l'acétone "brute dans le récipient 1 par la conduite 16 ou il peut être introduit dans la colonne 4 par les conduites 16, 17 et 14. 5 Le produit au "bas de la colonne 3 est constitué par les composantes peu volatiles et de l'eau. On le refroidit dans le réfrigérant 10 et on le recueille dans le séparateur 11 où les composantes peu volatiles se séparent comme phase plus lourde et l'eau forme la phase supérieure. On élimine 10 les deux phases séparément. Il va de soi que l'on peut également transporter les courants latéraux 15 de la colonne 2 directement dans le réfrigérant 10 et le séparateur 11, éventuellement avec addition d'eau fraîche pour effectuer ainsi une extraction au 15 lieu d'une séparation par distillation de l'acétone entraînée. Dans ce cas il faut ajouter la phase aqueuse du séparateur 11 à l'acétone "brute dans le récipient 1, ou on doit l'introduire dans la conduite 13 pour récupérer l'acétone. Cette variante du procédé n'est pas représentée sur le dessin. 20 Par rapport aux procédés connus de distillation d'acétone brute provenant du procédé par oxydation directe, le système de distillation conforme à l'invention présente les avantages suivants : l'eau résiduaire est séparée dans la première zone de distillation de sorte que le volume de ma-25 tière à distiller transportée d'une zone à l'autre est considérablement réduit et que l'on peut économiser des frais d'investissement et d'énergie. De plus, chaque colonne du système de distillation conforme à l'invention a une seule fonction essentielle à remplir, toutes les autres conditions 30 opératoires peuvent être choisies librement. Il est ainsi beaucoup plus facile de surveiller la distillation. Le fonctionnement compliqué et difficile de la colonne principale dans les procédés connus, qui a 4 fonctions à remplir simultanément, n'est plus nécessaire. Dans le système 35 de" distillation conforme à l'invention tous les produits secondaires chlorés sont séparés dans la première colonne 2 et traités dans la colonne 3» montée en dérivation par rapport au courant principal de la matière à distiller. On j peut ainsi éviter une nouvelle formation de composantes à 40 bas point d'ébullition, telles que 1'acroléine, dans les 69 42663 8 2025802 colonnes 4 et 5 et un lavage alcalin de l'acétone pour éliminer ces impuretés n'est plus nécessaire. Dans les procédés de distillation connus les composés chlorés arrivent jusqu'à la colonne principale, montée comme 5 dernière colonne de la série. Une hydrolyse de ces composés chlorés libère, selon les conditions opératoires, des quantités plus ou moins grandes de chlorure d'hydrogène formant de l'acide chlorhydrique en présence d'eau. Il est donc nécessaire de fabriquer toutes les colonnes ou leurs parties 10 essentielles à partir de matériaux précieux, résistant aux acides, ou de les protéger contre la corrosion par des mesures spéciales. Ce problème de corrosion est simplifié par le procédé conforme à l'invention car de l'acide chlorhydrique ne peut se former que dans les colonnes 2 et 3 15 et provoquer une corrosion, tandis que dans les colonnes 4 et 5 le danger d'une corrosion de ce genre n'existe pas. Il est ainsi possible de fabriquer ces colonnes à partir des matériaux moins chers. Finalement, les colonnes utilisées dans le procédé conforme à l'invention sont plus légères 20 que les colonnes des procédés connus de sorte que les fondations et l'ancrage exigent moins de frais et les installations de mesure et de contrôle sont moins coûteuses. Grâce, aux avantages susmentionnés et à la mise en oeuvre plus simple du procédé conforme à l'invention, la 25 distillation de l'acétone brute est moins chère et moins dangereuse que dans les procédés de distillation connus. L'exemple suivant illustre la présente invention. EXEMPLE : On utilise une installation de distillation con-30 forme au dessin. Dans la zone de distillation, la colonne 2 est remplie de trois couches de garnitures (entre l'amenée de l'acétone brute et la base), dans la zone d'enrichissement la colonne est munie de 15 plateaux à cloche (entre l'amenée de l'acétone et la tête), des points de soutirage latéraux 35 étant placés au premier et au troisième plateaux au dessus de l'amenée pour éliminer les composantes à haut point d'ébullition. Les colonnes 3 et 4 sont des colonnes garnies et la colonne 5 est une colonne munie de plateaux à cloches avec 6 plateaux à cloches dans la zone de distillation et 42 pla— 40 teaux à cloches dans la zone d'enrichissement. Les colonnes 2 69 42663 9 2025802 et 3 sont chauffées à la vapeur directe tandis que les colonnes 4 et 5 sont munies d'évaporateurs. Toutes les colonnes possèdent des systèmes de reflux. Dans la colonne 2 on introduit par heure 260 kg d'acé-5 tone "brute provenant d'une oxydation directe et contenant 12,1 % en poids d'acétone. Quand l'état de régime station-naire est réalisé dans toutes les colonnes, le "bilan d'acétone pendant une période de 24 heures donne les valeurs suivantes : 10 Quantité mise en jeu : colonne 2 : 260 kg/heure d'acétone -"brute contenant 12,1 % en poids d'acétone, soit 31,46 kg/h (100 % en poids) Quantité soutirée : Distillât de la colonne 3 ' 0,725 kg/h contenant 88,3 % en 15 poids d'acétone soit 0,64 kg/h Distillât de la colonne 4 : 2,87 kg/h contenant 5»2 % en poids d'acétone soit 0,15 kg/h Distillât de la colonne 5 30,27 kg/h contenant 99,84 % d'acétone soit 30,22 kg/h 20 Produit au "bas de la colonne 5 '• 9,18 kg/h contenant 1,6 % en poids d'acétone soit 0,15 kg/h Quantité totale : 31--» 16 kg/h d'acétone soit 99 % de la quantité mise en jeu Perte de distillation environ 1%. 25 L'acétone pure obtenue (distillât de la colonne 5) a les propriétés suivantes : densité d2° =0,790 teneur en eau (titration avec la solution Karl Fischer) 0,16 % 30 essai au permanganate (ASTM D 1363)>5 heures résidu de 1'évaporation : pas de poids décelable. La qualité de cette acétone satisfait donc à toutes les exigences. Le distillât de la colonne 3 et le produit au bas de la colonne 5 sont ajoutés à l'acétone brute dans le récipient 1. 69 42663 10 2025802 REVENDICATIONS 1.- Procédé de purification par distillation de l'acétone "brute provenant de l'oxydation directe du propylène par de l'oxygène ou des gaz contenant de l'oxygène, en présence 5 de solutions aqueuses de catalyseurs contenant des composés d'un métal noble du 8ème sous-groupe de la classification périodique et des halogénures d'un métal lourd existant à au moins deux valences, procédé qui est caractérisé en ce que l'on réalise la distillation dans un système à quatre zones, dans la première 10 zone on libère le produit qui est en bas complètement de l'acétone, on soutire en tête une acétone aqueuse et on soutire les produits secondaires dont le point d'ébullition soit isolément soit sous forme de mélanges azéotropiques est compris entre le point d'ébullition de l'acétone et le point d'ébullition de 15 l'eau d'une ou plusieurs sections d'enrichissement entre la tête et le bas de la première zone de distillation par des tuyaux latéraux, on soumet dans une deuxième zone de distillation le distillât de la première zone à une distillation extractive avec de l'eau comme agent d'extraction pour séparer 20 les produits secondaires ayant un point d'ébullition inférieur à celui de l'acétone, on fait passer le produit qui est en bas de la deuxième zone de distillation et qui est constitué par de l'eau et de l'acétone dans une troisième zone de distillation dans laquelle on obtient de l'acétone pure comme 25 distillât, et on rectifie simultanément dans la quatrième zone de distillation les courants latéraux de la première zone pour récupérer l'acétone entraînée. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajoute à l'acétone brute à purifier la partie 30 non recyclée du distillât de la zone de distillation dans laquelle les courants latéraux sont rectifiés. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajoute la partie non recyclée du distillât de la zone de distillation dans laquelle les courants latéraux sont 35 rectifiés, au distillât de la première zone de distillation et en ce qu'on l'introduit dans la deuxième zone de distillation.. 4.- Procédé selon la revendication 1-, caractérisé en ce que l'on soumet les courants latéraux de la première zone de distillation non pas à une rectification par distil- 40 lation mais à une extraction et séparation de phases dans 69 42663 n 2025802 laquelle on ajoute de l'eau pour recueillir l'acétone entraînée dans une phase supérieure que l'on ajoute à l'acétone "brute à purifier pendant que l'on élimine la phase inférieure contenant les produits secondaires. 5 5-- Procédé selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 4, caractérisé en ce que l'on ajoute le produit au bas de la troisième zone de distillation et contenant encore de l'acétone à l'acétone brute à purifier. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendica-10 tions 1 à 4, caractérisé en ce que l'on élimine le produit au bas de la troisième zone de distillation qui ne contient plus d'acétone. 7»- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé spécifié dans la revendication 1, dispositif comprenant un sys 15 tème de quatre colonnes de distillation munies de plateaux et/ou garnies, dans lequel la première colonne a des tuyaux de soutirage latéraux raccordés à une deuxième colonne, la tête de la première colonne est reliée à la conduite d'amenée la troisième colonne de distillation qui possède un tuyau 20 d'aménée d'eau dans sa partie supérieure et le bas de la troisième colonne est reliée à la conduite d'amenée de la quatrième colonne.