Brevet FR2060083A1 — publié le 19710611

L'invention concerne un procédé de vaporisation d'un liquide sensible à la chaleur et plus particulièrement un procédé de vaporisation d'acide adipique et de réaction des vapeurs avec de l'ammoniac pour la production d'adiponitrile. 5 On a déjà produit de 1'adiponitrile, qui est un intermé diaire pour la fabrication de Nylon 6.6 (polyhexaméthylèneadipa-mide), par mise en contact d'un mélange de vapeur d'acide adipique et d'ammoniac avec un catalyseur. Un tel procédé pose comme difficulté de vaporiser l'acide adipique sans provoquer sa dégrada-10 tion en cyclopentanone et en autres composés, tels que des goudrons et du carbone. Cette décomposition, non seulement réduit le rendement en adiponitrile, mais se traduit par un produit impur nécessitant des purifications onéreuses et posant des difficultés du fait de dépôts dans l'appareil de vaporisation, dans le lit 1? catalytique et dans les conduites. Jusqu'à présent, on a visé à réalisation une évaporation rapide pour minimiser la décomposition. Suivant l'invention, un procédé pour vaporiser un composé sensible à la chaleur consiste à amener cette substance à l'état liquide par passage dans une conduite chauffée, à envoyer 20 avec le liquide un véhicule gazeux suivant l'axe de cette conduite à une vitesse telle que l'écoulement du liquide le long des parois de la conduite reste annulaire sur une distance assurant la vaporisation de la majeure partie du liquide, puis à maintenir l'apport de chaleur au mélange gaz-liquide pour assurer une vapo-25 risation sensiblement complète. Avantageusement, le liquide pénétrant dans la conduite chauffée peut être chauffé au préalable jusqu'à une température à laquelle la dégradation est négligeable, par exemple jusqu'à 250 à 300°C dans le cas de l'acide adipique. 30 La température à laquelle le composé sensible à la cha leur à l'état liquide est chauffé dans le procédé de l'invention est.avantageusement la température la plus basse à laquelle la vaporisation a lieu à une allure convenable, dans le cas de l'acide adipique vaporisé dans de l'ammoniac, cette température est d'en-35 viron 300°C. Afin de maintenir le transfert de chaleur dans le liquide, les parois de la conduite doivent être chauffées à une température supérieure à celle du liquide et avantageusement juste suffisante pour maintenir le liquide à la température la plus basse de vaporisation à une allure efficace. Pour l'acide adipi-kO que vaporisé dans l'ammoniac, des températures avantageuses pour 70 28859 2060083 les parois sont de 3M) à 380°C. Pour une plus grande efficacité, le véhicule gazeux peut également être chauffé au préalable, et sa température initiale peut être supérieure à celle à laquelle a lieu la vaporisation. 5 Lorsque le véhicule gazeux pour la vaporisation de l'acide adipique est l'ammoniac, sa température initiale est avantagéusement de 350 à M)0oC. ■ La vitesse du véhicule gazeux doit être inférieure à la vitesse assurant la formation d'une pulvérisation importante, du 10 fait que l'écoulement de liquide doit rester annulaire, de sorte que la vaporisation progresse par transfert de chaleur à une température relativement basse des parois de la conduite. Pour une vaporisation efficace, les débits d'écoulement en masse,en kg/heure, du véhicule gazeux (x) et du liquide (y) dans 15 la conduite doivent être liés au diamètre intérieur de la conduite (z), en cm, par les relations suivantes : (a) dans le cas d'un gaz ayant un poids spécifique de d g/ cm^ à l'entrée et d'un liquide ayant une viscosité de ,u centipoi-ses, la densité du mélange D (en g/cm0) et la tension superficiel' 20 le cr (en dynes/cm) à l'entrée doit répondre aux limites pour une vaporisation la plus efficace aux relations suivantes : 2 2/ï xy xl '3 , t - ,n > 156 z6 cr2 D2 d1/2 25 d z2 259 30 (b) dans le cas d'acide adipique liquide et d'ammoniac ga- 2 zeux sous une pression d'admission de P kg/cm : xy2 > 1550 z6 Pz2 35 A mesure que la vaporisation progresse, l'écoulement an nulaire du liquide diminue en épaisseur et est éventuellement rompu. Ensuite, le liquide s'écoule sous forme d'onde ou de ride avec formation d'une certaine quantité de gouttelettes véhiculées par le gaz. Il est possible de contrecarrer là rupture de l-'écou-J+O lement annulaire dans une certaine mesure en diminuant la section 70 28859 3 2060083 de la conduite, mais cette diminution provoque une chute indésirable de la pression. Pour assurer la vaporisation dans la mesure requise, on peut exécuter un chauffage supplémentaire après la rupture de l'écoulement annulaire dans un prolongement de la con-5 duite chauffée. Avantageusement cependant, la section de la conduite dans laquelle est exécuté ce chauffage supplémentaire doit être supérieure à celle de la conduite dans laquelle l'écoulement du liquide est annulaire. On a découvert que le dépôt de produits de dégradation solides augmente nettement après la rupture de l'é-10 coulement annulaire, et que par accroissement de la section, ce dépôt s'exécute dans une partie plus large de l'appareil où l'effet sur le transfert de chaleur et les chutes de pression dans la conduite est plus faible. Afin d'allonger la durée de service de l'appareil entre 15 deux nettoyages, la température de la conduite peut être augmentée lentement à mesure que le dépôt de solides augmente la résistance au transfert de chaleur. Dans le cas de l'acide adipique, par exemple, la température peut être élevée d'environ 15°C. Suivant l'un de ses aspects, l'invention a pour objet un 20 procédé de production d'adiponitrile, suivant lequel on forme un mélange de vapeur d'acide adipique et d'ammoniac conformément au procédé défini ci-dessus et on met ce mélange en contact avec un catalyseur de manière classique. La dégradation d'acide adipique dans un tel procédé peut être inférieure à 0,5%, cette dégradation 25 dans les procédés de vaporisation connus étant d'environ 3$ généralement. Le procédé ci-dessus convient cependant à d'autres fins. Il peut par exemple être appliqué pour distiller des composés sensibles à la chaleur dans de la vapeur surchauffée. Ainsi, on peut 30 distiller de cette manière le mélange d'acides connus sous le nom "d'acides usés du Nylon", consistant principalement en acides adipique, glutarique et succinique, ' qui est un sous-produit de la fabrication du Nylon. L'invention est décrite avec référence à une forme de 35 réalisation spécifique illustrée dans le dessin annexé, qui est une vue en coupe d'un appareil convenant pour la production d'un mélange de vapeur d'acide adipique et d'ammoniac pour la conversion en adiponitrile. L'appareil illustré à la figure comprend une zone A de ^•0 préchauffage de l'acide adipique, une zone B d'admission d'ammo- If 70 28859 2060083 niac, une zone C principale de vaporisation et une zone D de surchauffe. Les zones A, B et C sont constituées par une conduite cylindrique horizontale continue 1, contenant un grand nombre de tubes horizontaux. Dans cette conduite, les tubes sont supportés 5 par des plaques circulaires 2, 3, ^ et 5 les séparant en diverses sections, de telle sorte que les parties de la conduite situées entre 2 et 3 et entre ^ et 5 peuvent être utilisées comme enveloppes chauffantes. Un conduit semi-circulaire ouvert 6 relie la zone C principale de vaporisation à la zone D de surchauffe consis-10 tant également en une conduite cylindrique 7 contenant de nombreux tubes 8 et qui est avantageusement située en dessous de la zone C de manière à faciliter la circulation du fluide de chauffage dans le système de tuyau 9, 10, 11 et 12. Dans la zone B, les tubes horizontaux 13 débouchant de 15 la zone A s'élargissent en 1*+ et sont reliés aux tubes horizontaux plus larges 15 de la zone C. Chaque élargissement l*f est muni d'un ajutage interne 16 par lequel l'ammoniac est envoyé axiale-ment dans les tubes 15. Dans la zone D, la conduite est munie, en 17, d'un tuyau d'amenée d'ammoniac. En 18,. est établi un dis-20 positif d'admission d'acide adipique liquéfié dans la zone A et,en 19,une sortie pour le mélange d'acide adipique vaporisé et d'ammoniac est établie pour la sortie de la zone D. En pratique, cette sortie peut être reliée à un lit catalytique de type connu pour la conversion des mélanges gazeux en adiponitrile. 25 Le nombre de tubes et la dimension de l'installation dé pendent dé l'échelle à laquelle on désire opérer. Ainsi, par exemple, la conduite 1 peut avoir 35,6 cm de diamètre et contenir 3? tubes. La zone A de préchauffage peut avoir une longueur de 7,8 mètres et contenir des tubes d'un diamètre de 12,7 mm, la zone C 30 principale de vaporisation pouvant avoir une longueur de 7,3 mètres et pouvant contenir des tubes de 31,8 irnn de diamètre et la zone D de surchauffe pouvant avoir une longueur de ^-,3 mètres et pouvant contenir des tubes de 38,1 mm de diamètre. L'appareil ci-dessus convient pour la vaporisation d'acide adipique dans 35 l'ammoniac, les températures étant les suivantes : température d'admission de l'acide adipique 170°C température de l'acide adipique en B 256°'C température d'admission de 1'-ammoniac 380°C Température du fluide chauffant kO à l'admission en D 360°C BAD ORIGINAL 70 28859 2060083 entre D et G entre C et A à la sortie 356°C 3¥f°C 339 °C Le débit d'acide adipique dans un tel appareil peut être de 3600 5 kg/heure et le débit de l'ammoniac de 3600 kg/heure également. adipique liquide est maintenu sur presque toute la longueur des conduites 15 de la zone C et par conséquent, le dépôt de solides a presque entièrement lieu dans les tubes de l'a zone D et dans le 10 conduit coudé 6. La dégradation de l'acide adipique est faible, inférieure à 0,5$. Dans la forme de réalisation illustrée à la figure, tous les tubes sont horizontaux mais ceci n'est pas un paramètre critique, les tubes pouvant être inclinés ou même être verticaux. Ce-15 pendant, lorsque les tubes de l'appareil de vaporisation ne sont pas horizontaux, il est désirable pour un rendement efficace que le liquide y circule dans un mouvement descendant. Dans ces conditions, l'écoulement annulaire de l'acide 70 28859 2060083 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour vaporiser un composé sensible à la chaleur, caractérisé en ce qu'on fait s'écouler la substance à l'état liquide dans une conduite-chauffée,- on fait passer un véhicule ga-5 zeux avec le liquide suivant l'axe de cette conduite à une allure telle que le l'écoulement du liquide reste annulaire le long des parois de la conduite sur une distance assurant l'évaporation de la majeure partie du liquide et on poursuit l'apport de chaleur au mélange gaz-liquide pour assurer l'évaporation sensiblement complète. 10 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide entrant dans la conduite chauffée est chauffé au préalable jusqu'à une température à laquelle la dégradation est négligeable. 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé 15 en ce que le véhicule gazeux est chauffé au préalable jusqu'à line température initiale supérieure à la température à laquelle progresse la vaporisation. If.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les débits d'écoulement, en kg/heure, 20 du véhicule gazeux (x) et du liquide (y) dans la conduite sont. 1 liés au diamètre intérieur de la conduite (z) en cm, par les relations : xy2 /«2/3 6 _ / > 156 z 25 cr^d1'2 V dz 30 où d est la densité du gaz à l'admission en kg/cm^, yu. est la viscosité du liquide en centipoises, D est la densité du liquide . en kg/cm^ et 5.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en 35 ce que le composé sensible" à la chaleur est l'acide adipique et le • véhicule gazeux est l'ammoniac. 6.- Procédé suivant la revendication 5i caractérisé en ce que l'acide adipique est chauffé au préalable jusqu'à une température de 250 à 300°C. tfO 7.- Procédé suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé 70 28859 2060083 10 ®n ce que les parois de la conduite sont chauffées à 3^ - 380°C. 8.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'ammoniac est chauffé jusqu'à une température de 35° à. ifOCC. 9.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les débits d'écoulement en kg/heure du véhicule gazeux (x) et du liquide (y) dans la conduite sont liés au diamètre interne de la conduite (z), en cm, par les relations : xy2 > 1550 z6 Pz x 2 2 où P est la pression d'admission en kg/cm . 15 10.- Procédé de production d'adiponitrile, caractérisé en ce qu'on forme un mélange d'acide adipique vaporisé et d'ammoniac conformément au procédé suivant l'une quelconque des revendications 5 à. 9 et on met ce mélange en contact avec un catalyseur d'une manière classique.. 20 11.- Appareil pour l'exécution du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9» caractérisé par le dessin.