Brevet FR2061640A1 — publié le 19710625

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour améliorer la qualité des sulfates et sulfonates organiques obtenus par réaction d'anhydride sulfurique gazeux avec une mince couche liquide du composé organique à traiter, réaction suivie de 5 la neutralisation du produit résultant. Suivant une caractéristique, l'invention concerne un procédé et un appareil pour régler la durée de contact entre le composé à traiter et l'anhydride sulfurique. Suivant une autre caractéristique, l'invention concerne un procédé et un appareil pour neutraliser immédiatement le 10 produit de la réaction. Il est connu de faire réagir de l'anhydride sulfurique avec différents composés organiques, comme des hydrocarbures d'alkaryle, des alcools et des éthoxylates, pour en réaliser la sulfatation ou la sulfonation, puis de neutraliser ensuite le produit résultant 15 avec une base. Une technique relativement récente de mise en oeuvre de la réaction avec l'anhydride sulfurique implique la formation d'une mince couche liquide du composé organique à traiter et l'exposition de cette couche aux vapeurs d'anhydride sulfurique lequel est habituellement en mélange avec un diluant gazeux inerte. 20 Cette technique peut être mise en oeuvre dans un appareil tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n°3.169.142. Le diluant gazeux facilite le contrôle de la vitesse de la réaction et permet un rapport approprié entre le gaz et le liquide, faisant circuler çe dernier dans le réacteur en régime turbulent. 25 Le produit résultant de la réaction avec l'anhydride sulfurique est ensuite neutralisé, de façon classique, avec un hydroxyde d'un métal alcalin. La qualité du produit résultant de ces réactions n1est malheureusement pas uniforme et hautement reproductible. 30 La présente invention se propose, par conséquent, de fournir un procédé et un appareil pour faire réagir l'anhydride sulfurique avec un composé organique permettant de contrôler de façon certaine la durée de la réaction, ainsi que la neutralisation ultérieure. 35 D'autres caractéristiques et les avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé qui représente, schématiquement, une installation convenant pour la mise en oeuvre de l'invention. En se référant à ce dessin, le liquide organique à faire 40 réagir avec l'anhydride sulfurique est introduit par la conduite 70 32740 2 2061640 10 à l'entrée d'un réacteur 11, lequel peut être du type décrit dans le brevet rappelé ci-dessus.; il est, de préférence, muni d'une chemise pour le réglage de la température. L'anhydride sulfurique gazeux introduit par la conduite 12 est mélangé à la quan-5 tité désirée d'un gaz diluant admis par la conduite 13 à travers un dispositif approprié de réglage du débit (non représenté) ; ce mélange est alors admis dans le réacteur 11. L'effluent provenant du réacteur 11 peut être dirigé suivant plusieurs voies dans un réacteur de neutralisation 14, suivant la position.des vannes 15 10 à 19„ Ainsi, si la vanne 15 est ouverte et que les vannes 16 à 19 sont fermées, cet effluent passe directement, par la conduite 20, dans le réacteur de neutralisation 14. Si les vannes 15, 17 et 18 sont fermées et que les vannes 16 et 19 sont ouvertes, l'effluent provenant du réacteur 11 passe, par le serpentin 21, dans lé réac-15 teur de neutralisation 14. Si les vannes 15, 16 et 19 sont fermées et que les vannes 17 et 18 sont ouvertes, 1'effluent provenant du réacteur 11 passe, par le serpentin 22, dans le réacteur de neutralisation 14o Enfin, si les vannes 15, 17 et 19 sont fermées et que les vannes 16 et 18 sont ouvertes ~ 1*effluent provenant du 20 réacteur 11 passe successivement dans les serpentins 21 et 22, puis dans le réacteur de neutralisation 14. Les serpentins 21 et 22, comme cela sera décrit ci-après, peuvent être munis de dispositifs (non représentés) de réglage de la température et, en fait-, ils prolongent, lorsqu'on les utilise, le réacteur 11 lui-même. 25 Le réacteur 14 est muni d'un agitateur approprié et il re çoit la solution de neutralisation,par exemple, la solution d'un hydroxyde d'un métal alcalin, par la conduite 23, munie d'une pompe 24 et d'une vanne de réglage du débit 25. Le produit neutralisé est soutiré du réacteur de neutralisation 14 par la conduite 30 26, la pompe 27 et la vanne 28, Le diluant gazeux peut être évacué par un évent et la conduite 29 qui peut, si on le désire, être reliée à un dispositif à faire le vide (non représenté). La vanne de réglage du débit 25 peut être commandée en fonction de la mesure du pH du produit neutralisé, grâce à un- système de mesure du 35 PH 30 et la vanne 28 peut être commandée en fonction de la quantité de liquide dans le réacteur de neutralisation 14 par un appareil de mesure du volume du liquide 31 • Comme signalé ci-dessus, les serpentins 21 et 22 constituent en fait un prolongement du réacteur 11 et, par une manoeuvre ap-40 propriée des vannes 15 à 19, la durée de la réaction peut varier 70 32740 5 2061640 dans une large mesure. Une forme de réalisation préférée est celle dans laquelle le serpentin 22 a une longueur qui est sensiblement le double de celle du serpentin 21, si bien que ce dernier contribue à prolonger la durée de séjour d'une unité, alors que le ser-5 pentin 22 la prolonge de deux unités et les serpentins 21 et 22, lorsqu'ils sont branchés en série, peuvent ainsi prolonger cette durée de trois unités. Le serpentin hélicoïdal a environ le même diamètre que le tube du réacteur 11 et, de préférence, un diamètre légèrement plus petit. 10 Une caractéristique importante de la présente invention réside dans la découverte que la substance sulfatée ou sulfonée doit être neutralisée pratiquement immédiatement, c'est-à-dire en un laps de temps d'au plus une minute environ après la réaction avec SO^. Il a été montré que, lorsqu'on laisse reposer cette substance pendant 15 une durée aussi courte que 5 minutes, on assiste à une augmentation du rapport entre l'huile libre et la substance active de 1 à 3 Par ailleurs, la neutralisation immédiate conduit à une amélioration de la couleur du produit et évite d'avoir recours à une opération de désactivation intermédiaire. 20 II est à noter que l'opération classique de sulfatation et de sulfonation consiste à recueillir l'effluent du réacteur dans un récipient permettant une durée de séjour relativement longue, par exemple, d'au moins environ 5 minutes, réacteur dans lequel l'effluent est débarassé du diluant gazeux et de l'anhydride sul-25 furique gaz'eux qui n'a pas réagi. Il est envoyé ensuite par une pompe au stade de neutralisation qui comprend souvent un serpentin dans lequel on fait circuler le sulfate ou le sulfonate dégazé et l'agent de neutralisation et duquel on retire un produit neutralisé. Ce processus a été adopté du fait de sa commodité, mais 30 il ne permet pas d'apprécier la tendance de la substance non neutralisée à se dégrader-, ce qui se traduit par une coloration indésirable du produit et une élévation de sa teneur en huile libre et en sel. Ainsi, la présente invention permet d'effectuer la sulfatation 35 ou la sulfonation dans un temps le plus court possible et ensuite de neutraliser la substance aussi rapidement que possible. Ce stade de neutralisation peut être réalisé en combinaison avec la dégazéification dans le réacteur 14, comme décrit ci-dessus,/ §ien (et . cela est moins avantageux) cette neutralisation peut être effectuée 40 par un dégazage immédiat et une neutralisation séparée, comme dans 70 32740 4 2061640 le cas du réacteur de neutralisation en forme de serpentin. La sulfatation ou la sulfonation conforme à l'invention, peut être réalisée sur les composés habituellement traités par la technique antérieure telle que les suivantes : phénols et alkyl phé-5 nols ; hydrocarbures aromatiques tels que les divers dérivés ben-zéniques comprenant un atome d'hydrogène du noyau déplaçable, et les hydrocarbures aromatiques polycycliques comprenant des noyaux naphtyle, phénantryle, et antryle, des séries aliphatique et cy-cloaliphatique ; composés hétérocycliques tels que thiophène, py-10 ridine et analogues ; hydrocarbures oléfiniques tels que octène, décène, etc. ; cyclooléfines et leurs dérivés alkyl substitués, tels que cyclohexène et éthylcyclohexène ; éthers et esters, tels que esters méthyliques, éther phénylméthylique et glycérides d'acide gras respectivement, cette dernière classe comprenant des com-15 posés les glycérides monoesters de l'acide oléique, etc. ; acides tels que acide benzoique ; et divers dérivés des classes indiquées de composés comprenant des substituants tels que un ou plusieurs radicaux du type halogène, nitro, amino, céto, carboxylique, etc. On peut également traiter au SO^ les éthoxylates de certains de 20 ces composés. La sulfonation de l'un des composés organiques mentionnés ci-dessus est effectuée,, conformément à l'invention, en provoquant une nette turbulence dans la couche en circulation du composé en insufflant dans cette couche un courant sous pression d'un diluant 25 inerte et de vapeur d'anhydride sulfurique. Le diluant gazeux inerte peut se présenter sous des formes diverses, telles que :-un courant d'air sec, d'azote, d'anhydride carbonique, d'oxyde de carbone, d'anhydride sulfureux, d'un hydrocarbure halogéné ou d'un hydrocarbure paraffinique de bas poids moléculaire, tel que méthane, 30 éthane, propane, butane, ou un de leur mélange avec d'autres gaz inertes, comme le sous-produit gazeux d'une réaction de craquage d'un hydrocarbure contenant de l'hydrogène, du méthane, de l'éthane, du propane, etc. Par ailleurs, l'anhydride sulfurique peut être fourni par de 35 l'anhydride sulfurique liquide stabilisé présentant une teneur en SO^ disponible supérieure à 99 %> tel que celui qu'on trouve sur le marché sous le nom de "Sulfan". Si on le désire, cependant, l'anhydride sulfurique peut se présenter sous la forme d'un gaz purifié. Comme signalé, l'anhydride sulfurique est. dilué au moyen 40 d'un diluant gazeux anhydre, dans un rapport air:S.0^ allant de 70 32740 5 2061640 5:1 à 50;1j en volume. lies conditions de pression et de température dans la zone réactionnelle constituée par le réacteur 11 et, lorsqu'on les uti-" lise, par les serpentins 21 et/ou 22, varient dans une large me-5 sure suivant la matière à traiter. De façon particulière, la pression à l'entrée du réacteur 11 est inférieure à environ 0,3 bar et la température est comprise entre environ 27 et environ 50°C. Il est bien entendu que ces conditions ne constituent pas des caractéristiques de l'invention. La durée de séjour dans le 10 réacteur qui est une caractéristique importante de l'invention est réglée de manière telle que l'on obtient la sulfatation ou la sulfonation désirée sans que cette durée soit excessive, si bien que le produit en résultant puisse être immédiatement neutralisé. Le réglage principal de la durée de séjour se fait grâce à la longueur 15 du réacteur (comme décrit ci-dessus) et les autres réglages moins importants peuvent se faire en faisant varier la pression du gaz dans les conduites 12 ët 13. Les exemples suivants sont donnés à titre illustrâtif et nullement limitatif de l'invention. 20 EXEMPLE 1 On procède à la sulfatation, dans une installation telle qu'illustrée, d'un mélange d'alcools primaires à chaine droite, renfermant un nombre pair d'atomes de carbone compris entre 10 et 25 14. Le tube dans le réacteur 11 présente un diamètre intérieur d'environ 15 mm et une longueur de 3 mètres, et, pour obtenir une durée de contact d'environ 0,2 minute, on utilise un serpentin hélicoïdal supplémentaire de diamètre intérieur d'environ 10 mm pour une longueur d'environ 1,50 piètre, ce serpentin étant disposé 30 en série avec le réacteur 11. On neutralise immédiatement le sulfate d'alcool au moyen d'hydroxyde de sodium ; il présente un rapport huile libre/composé actif d'environ 2. On applique des conditions analogues pour la sulfatation des dérivés éthoxylés de ces alcools et pour la sulfonation d'un alkyl-benzène de poids molécu-35 laire moyen d'environ 238. EXEMPLE 2 On procède à la sulfatation, dans un réacteur 11 présentant les mêmes dimensions que dans l'exemple précédent, d'un mélange 40 d'alcools primaires à chaine droite de poids moléculaire supérieur 70 32740 6 2061640 et présentant un nombre pair d'atomes de carbone, compris entre 16 et 22. Une durée de contact désirée d'environ 0,08 minute est obtenue sans utiliser le serpentin hélicoïdal. 5 EXEMPLE 3 On fait réagir, avec une proportion de 1,08 mole d'anhydride sulfurique. dans un réacteur tubulaire chemisé à 35°Cs un mélange d'alcools primaires à chaine droite de 16 à 18 atomes de carbone et on neutralise ensuite pour former le sel de sodium. On en main-LO tient une fraction pendant environ 5 minutes après réaction avec l'anhydride sulfurique et avant neutralisation et on neutralise une seconde fraction au bout d'environ 1 minute seulement. Les propriétés du produit obtenu sont les suivantes : Propriété Durée de Durée de 15 5 minutes 1 minute Poids en % du composé actif 41,0 38,8 Rapport pondéral, huile : composé actif 7,7 5,7 Rapport pondéral, 20 sel : compose actif 2,9 . Couleur Klett (5%) 112 98 EXEMPLE 4 On procède à un autre essai, sous les conditions de l'exemple 25 33 à l'exception du fait que la charge contient moins d'alcools en Cl4 à C20„ Les propriétés du produit obtenu par neutralisation au bout d'environ 1 minute seulement sont respectivement de 36,6, 4,6, 1,5 et 98. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à 30 titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification utile pourra y être apportée sans sortir de son cadre tel que défini dans les revendications ci-après. 70 32740 ' 2061640 RSTOTOICATIOMS 1. Procédé perfectionné de sulfatation ou de sulfonation d'un composé organique liquide, dans lequel le composé est amené, sous la forme d'une couche liquide sur une surface d'échange de chaleur 5 et-dans un volume définissant une zone de réaction dans laquelle on admet sous pression un mélange d'un gaz inerte et d'anhydride sulfurique, au contact de cette couche liquide, à une vitesse créant la turbulence de cette couche, procédé caractérisé par le fait qu'on neutralise le produit liquide de la zone de réaction 10 par mélange avec un sel d'un métal alcalin au bout d'environ 1 minute, après que ce produit ait quitté la zone de réaction. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le composé organique est un alkyl-benzène, un alcool ou un alcool éthoxylé. 15 3- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on peut régler la durée d'exposition de la couche liquide au contact du mélange gazeux sous pression. 4. Appareil pour la mise en réaction d'un composé organique liquide avec de l'anhydride sulfurique gazeux, caractérisé par le 20 fait qu'il comprend un premier réacteur tubulaire, des dispositifs d'introduction du composé liquide sous la forme d'une mince couche à l'une des extrémités de ce réacteur, des dispositifs d'introduction d'un mélange d'un gaz inerte et d'anhydride sulfurique gazeux à cette même extrémité, un second réacteur tubulaire essen-25 tiellement constitué par un serpentin hélicoïdal, un réacteur de neutralisation, des dispositifs d'admission d'un sel de métal alcalin dans ce réacteur de neutralisation, des dispositifs pour faire passer sélectivement le fluide provenant de l'autre extrémité du premier réacteur dans le réacteur de neutralisation ou vers 30 une des extrémités du second réacteur, deg dispositifs pour faire coia-muniquer l'autre extrémité de ce second réacteur avec le réacteur, de neutralisation et des dispositifs pour soutirer le produit liquide provenant du réacteur de neutralisation. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait 35 qu'il comporte des dispositifs pour mesurer le pH du liquide dans le réacteur de neutralisation et des dispositifs pour régler le débit du sel du métal alcalin en fonction de ce pH.