Brevet FR2160253A1 — publié le 19730629

La orésente invention concerne la séparation du nitrile téréphtalique des mélanges le contenant, et plus particulièrement de ses mélanges avec du nitrile toluique et du xylène. Elle s'ap- plique notamment, avec grand avantage, à la séparation du téréphtalonitrile des nroduits de l'ammoniumoxydation du xylène. L'invention comprend ainsi un nouveau procédé de senaration, et également une installation utile à la réalisation de ce procédé. L'ammonoxydation en phase vapeur du p-xylène nour produire le nitrile téréphtalique est un procédé bien connu ; le nitrile toluique y constitue un sous-nroduit qui doit être séparé et recyclé avec du xylène frais dans le réacteur d'ammonoxydation, lorsqu'on cherche à obtenir le nitrile téréphtalique d'une manière efficace Des techniques antérieures anpliquent, à la séparation du nitrile toluique, l'entraînement à la vapeur d'eau, le lavage au chloroforme, le lavage au xylène ou une évaporation contrôlée de l'eau0 Ces procédés de purification et/ou de séparation presentent tous des inconvénients qui limitent leur efficacité glo bale. Par exemple, l'entraînement à la vapeur d'eau dénend, pour que la séparation se produise, de la différence de tension de vapeur entre le nitrile toluique et le nitrile téréphtalique ; il est par conséquent limité au point de vue du degré de purification obtenue. La technique de lavage au chloroforme élimine seulement le nitrile toluique à la surface des cristaux de nitrile téréphta lique et laisse plus de nitrile toluique occlus dans les cristaux de nitrile térénhtalique. En plus, une opération de récupération du chloroforme et de purification est nécessaire pour recycler le nitrile toluique. De meme, quand on utilise les lavages au xylène, on enlève seulement le nitrile toluique à la surface du nitrile téréphtalique.L'operation d'évaporation de l'eau par distillation exige un contrôle très précis de la température qutil est certes souhaitable de pouvoir éviter. Le nouveau oroccdé , suivant l'invention, évite les inconvénients de l'art antérieur et permet l'obtention économique de nitrile téréohtalique à ltétat de pureté très poussée, Le procédé de l'invention consiste à introduire le produit contenant du téréphtalonitrile dans du xylène chaud, et à soumettre le mélange, ainsi obtenu, aux deux opérations successives suivantes : 10 prélèvement et refroidissement d'une partie de ce mélange, et séparation du téréphtalonitrile solide, précipité. tandis que la phase liquide séparée est réunie au mélange initial; 20 distillation d'une partie de ce dernier et condensation des vapeurs du distillat, le téréphtalonitrile solide étant sépare du condensat refroidi, alors que le liquide est recyclé dans le mélange initial. Dans le cas particulièrement important au pont de vue industriel, où le produit à traiter est comnosé de téréphtalonitrile, tolunitrile et xylène provenant de l'ammonoxydation du p-xylène, ce produit gazeux et chaud est d'abord introduit dans une masse de xylène liquide. Une partie de mélange chaud, ainsi obtenu, est prélevée (étape 10) pour être refroidie en vue de la cristallisation du nitrile téréphtalique ; après séparation de ce nitrile cristallisé, sa liquer-mère est réintroduite dans le mélange chaud initial ; ce-tte liqueur est éventuellement additionnée d'un peu de xylène frais, utilisé aux lavages du nitrile séparé. Le mlange xylánique chaud, résultant, subit une distillation (2ème étape opératoire) ; les vapeurs émises alors sont condensées, tandis que les gaz non condensés vont à une installation de récuzzé- ration et d'assainissement ; le condensat refroidi laisse cristalliser du nitrile téréphtalique qui est réuni à celu de l'ooératlon 10 ; quant au liquide séparé des cristaux, il est réuni au mélange xylénique initial ; éventuellement, une partie de ce liquide retourne à l'ammonoxydation, un autre pouvant servir aux lavages du éré- phtalonitril. Dans une autre réalisation de l'invention, le nitrile téréphtalique, obtenu par le procédé décrit ci-dessus, est purifié par une série d'extractions et/ou de lavages au xylène, à des températures décroissantes, ce qui permet d'obtenir un nitrile téréphtalique de haute pureté. Le courant de produits gazeux, provenant de l'ammonoxydation du xylène en nitrile téréphtalique, contient du xylène, du nitrile téréphtalique et du nitrile toluique ; l'extraction du téréohtalonitrile de ce mélange, par le procédé de l'invention, peut être effectuée dans un appareil pouvant travailler en continu, dont le schéma est donné sur le dessin annexé Cet appareil fait partie de l'invention 10 Le courant de gaz, provenant de l'installation d'ammonoxydation, contient généralement en poids % 10 à 99 de nitrile téréphtalique, t à 50 de nitrile toluique, 0 à 30 de xylène, 0,1 à 25 de C02, 0 à 10 de NH3, 0 à 40 d'azote, 0 à 8 d'oxygène, et 0 à 5 de HCN; il est à une température d'environ 450 C, et oasse d'abord dans un échanger, de chaleur 11 où la température est chaissée jusqu'à environ 250 C à 400 C. Ce courant gazeux oasse ensuite, de préférence avec barbotage, dans du xylène, contenu dans vue cuve 12 munie d'un agitateur, à environ 140 C. ne partie du liquide 13 de la cuve 12 est envoya dans un refroidisseur à vaporisation 14; le liquide refroidi, généralment entre 25 et 100 C, mais de préférence entre environ 40 C et environ 60 C, est filtré en 15 Four donner un gâteau de nitrile éréphtalique 24. Le filtrat du filtre 15 est renvoyé à a cuve 12 par la canalisation 16. Du nitrile téréphtalique supplémentaire est récupéré à sortir as vapeurs émises par le liquide dans le haut de 13. Pour cela, les vapeurs 17 sont envoyées au condenseur 1S, où l'on obtient un condensr't liquide 19 à environ 135 C. On a trouvé, d' une façon surprenante, que le distillat 17 comprend un azéotrope des nitriles téréphtalique et toluique. Le condensat liquide est ensuit a refroidi en 20 et filtré en 21. Une partie du filtrat 22 est renvoyée au réacteur d'ammonoxydation 22-A tandis qu'une autre partie, 22-B, retourne à la cube 12. Une troisième partie 22-C est retenue dans un réservoir 22-C et ce produit est employe, selon les besoins,à la première extraction au p-xylène du produit cristallisé et/ou pour l'alimentation du réacteur d'ammonoxyda Lion. Le gâteau de filtration de nitrile téréphtalique 21-A est repris avec la rartie principale du nitrile téréphtalique sous forme de gâteau 24 obtenu à partir du liquide prélevé par 14. Le gaz 23 résiduaire de la condensation en 13 est purifié par des moyens habituels, pour récupérer l'azote, l'oxygène, HCN et 1' ammoniac, ce dernier étant de préférence recyclé au réacteur d' ammonoxydation. Le gâteau de filtration du nitrile téréphtalique 24 est ensuite purifié jusqu'à l'obtention d'un produit pur par une série d'extractions au o-xylène. La première des extractions, selon la schème, du gâteau 24-A au xylène est réalisée 3 environ 60 C et le filtrat 25 de ce te opération est recyclé dans le mélange au p-xylène de la cuve 12. Une seconde extraction du gâteau 26 au p-xylène a lieu à environ 40 C et une troisième, facultative, du gâteau 27, avec du p-xylène frais 31, achève la purification et permet d'obtenir du nitrile téréphtalique très pur 28. Le filtrat 29 de la deuxième extraction au p-xylène peut êtrerenvoyé à la première extraction, tandis que le filtrat 30 de la troisième extraction peut être em- ployé dans la deuxième extraction. Le processus d'extraction à des températures dégressives, comme il vient d'être décrit, est une tape importante en ce sens qu oermet un traitement efficace de petites quantités de nitrile toluique dans les gâteaux de filtration. Par conséquent, le filtrat de l'extraction la olus froide, qui contient la quantité la moins grande d'impuretés extraites, es-t recyclé dans une extraction à température plus dlevée, où il sert à extraire davantage de nitrile toluique. Le même processus est appliqué à l'extraction suivante et de cette façon on réalise un système de purification efficace. Suivant le procédé de l'invenWion, décrit ci-dessus, on obtient un nitrile térénhtaiique de haute pureté, qui peut être hydrolysé en l'acide téréDhtalique,utile comme intermédiaire pour la synthèse de polytéréphtalates, en particulier de celui de l'é- thylène glycol servant à la fabrication de fibres, pellicules et autres produits. Les exemples suivants sont donnés pour mieux illustrer l'invention, mais ils ne sont nullement limitatifs. EXEMPLE 1 Une ammonoxydation du p-xylène est menée à bien à la manière habituelle, comme décrite dans l'exemple 2 du brevet des EUA n 3 479 385. Le gaz, ainsi obtenu, contenant en parties en poids 62;7 de p-xylène, 18,6 de nitrile toluique et 18,7 de nitrile téréphtalique, est passé dans un échangeur de chaleur pour être refroidi d'environ 4500C à environ 300 Ca Le courant gazeux refroidi est ensuite injecté avec barbotage dans une cuve cylindrique contenant du p-xylène, où l'on pratique la distillation sans reflux. Des fractions du distillat nrélevé sont analysées par chroma tographie en phase gazeuse, dont les résultats sont donnés en en poids dans le tableau suivant. TABLEAU I Fraction 1% en poids : Raoport n0 p-xylène tolunitrile téréphtalonltrlle TN/TPN (TN) (TPN) 1 99,80 1,06 0,13 8,16 2 99,48 1,27 0,14 9,00 3 98,20 1,63 0,2C 8,15 4 97,74 1,98 0,28 7,08 5 97,26 2,45 0,29 8,45 6 99,40 0,50 0,07 7,16 7 98,04 1,66 0,25 6,65 8 97,66 2,04 0,30 6;80 9 97,C6 2,46 0,49 5,02 Une portion du contenu de la cuve est refroidie par vaporisation à environ 60 C et filtrée ; le produit, ainsi séparé, contient entre 75 et 95% . en noids de nitrile térénhtalique, le reste étant du nitrile toluique.Ce gâteau est ensuite soumis a une purification, par extraction, au xylène comme indiqué dans l'exemple suivi @ant. Le tableau I montre que le rapport nitrite toluique au nitrile téréphtalique, TN/TPN, est sensiblement constant dans les fractions 1 à 9 ; cela prouve la nature azéotropique du distillat Il en résulte une séparation très effieace du nitrile toluique de la mousse de nitrile térénhtalique qui reste dans la cuve ; cela assure également un rapport: TN/TPN constant dans le courant de dis-tillation 17. Ce raoport constant permet une ooération continue d'une manière aisée et commode. EXEMPLE 2 Un gâteau humide, obtenu par filtration de la partie du liquide de la cuve 12, refroidi a 60 C par vaporisation, contient en ooids 9,7 oarties d'un mélange de 95,G de nitrile téréphtalique, 4% de nitrile toluique, et 1% de p-xylène ; il est extrait trois respectivement à 60 C, 45 C et 28 C, avec du xylène. Après l'extraction a 45 C, la pureté du nitrile térénhta- lique dans le gâteau de filtration est de 98,5% et après le lavage final, elle monte à 99,5%, la quantité de nitrile toluique présent étant inférieure à 0,2%. EXEMPLE 3 Une opération typique, effectuée selon la présente invention, est illustrée dans le tableau II qui fait état du débit, de la température et de la distribution des produits dans chacune des zones du circuit dans l'appareil du schéma identitiées Far les repères correspondants du schéma. TABLEAU II Zone Débit: parts % en poids Tempér. (repè- re) poids/heure TPN TN o-xylène C 10 40 50 12,5 37,5 450 -500 C 11 40 50 12,5 37,5 200 -400 C 12 222 6,6 3,8 90 140 C 13 322 6,6 3, 9G 140 C 14 100 6,6 3,8 90 56 C 15 22;1 97 3 0,1 40 C 16 78 0,1 0,8 99 30 C 17 200 0,2 2,3 98 140 -153 C 18 200 0,2 2,3 98 1350C 19 200 0,2 2,3 98 1 35 20 200 0,2 2,3 98 300C 21 0,5 98 2 0 3000 22-A 22,1 20,1 3 97 - 22-B 100 20,1 3 97 - 22-C 80 20,1 3 97 - 23 -- -- -- -- 1500C 24 22,6 96,5 2,5 1,0 56 C 25 104 1 4 95 56 C 26 20,4 98 2 0 56 C 27 20,2 99 1 0 400U 28 20 99,9 -- -- 2800 29 100,4 0,5 0,5 99 5600 30 100,2 0,01 0,1 99,2 400C 31 100 0 0 100 280V Comme on peut le voir sur le procédé global figuré au tableau, un nitrile téréphtalique de très haute pureté est obtenu ce produit convient parfaitement aux transformations ultérieures en vue de la préparation de produits tels que l'acide térénhtalique et les fibres de polyester. REVENDICATIONS 1. Procédé de séparation du nitrile téréphtalique des produits le contenant, par traitement au xylène, caractérisé en ce que le produit renfermant ce nitrile est introduit dans du xylène chaud, et le mélange, ainsi obtenu, est soumis à deux opéra tions successives: 1 - prélèvement et refroidissement d'une partie de ce mélange, puis séparation du téréphtalonitrile solide, précipité, tandis que la phase liquide, séparée de ce solide, est réunie au mélange initial ; 2 -distillation d'une partie de ce dernier et condensation des vapeurs du distillat, ou téréphtalonitrile solide étant séparé du condensat refroidi, alors que le liquide est recyclé dans le mélange initial. 2. Procédé dé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ledit produit est un mélange gazeux de téréphtalonitrile, tclunitri le et p-xylène chaud, plus particulièrement tel qu'il résulte de l'ammonoxydation du p-xylène, sa température étant: ramenée à environ 250 C à 400 C. 3. Procède suivant le revendication 1 OU 2, caractérisé en ce que le p-xylène provennant de l'opération 1 , réuni eu mélange ini tial, est additionné de p-xylène frais qui a été employé au lavage du téréphtalonitrile solide, séparé. 4. Procédé suivant une des revendications à à 3, caractérisé en ce qu'une partie du p-xylène du condensat résultant de l'opé ration 2 , est utilisée à l'ammonoxydation. 5. Procédé suivant une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mélange du produit avec le xylène est à environ 140 C, et la température de la partie prévelée et refroidie, dans l'opération 1 , est de 25 à 100 C, et de préférence 40 et 60 C. 6. Procédé suivant une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les portions de téréphtalonitrile solide, provenant respectivement des opérations 1 et 2 , sont réunies et sou mises à des lavanges au p-xylène, à des températures décroissan tes, de préférence de 60 à 28 C. 7. Procédé suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les gaz provenant de l'ammonoxydation du p-xylène, refroidis vers 250 à 400 C, sont injectés en continu dans le bas d'une colonne de p-xylène à environ 140 C; dans région supérieure de la colonne on prélève continuelle ment une partie du liquide qui est ensuite refroidi vers 250 à 100 C par vaporisation du xylène; le térephtalonitrile ainsi précipité est séparé de sa liqueur mère, et celle-ci est ré injectée dans le bas de ladite colonne de xylène ; en même becs, le haut de cette colonne est maintenu à l'ébullition, et les vaneurs, qui sten dégagent, sont condensées à part ; le ondenset est refroIdi et filtré, le téréphtalonitrile formé .-st séparé, tandis que Sa liqueur mère est réintroduite dans la colonne de p-xylène, dans la région médiane de celle-ci. 8. Appareil nour la réalisation du croc dé suivant une des reven dications 1 à 7, comportant une cuve destinée à contenir du xylène, caractérisé en ce que: la cuve est fermée, sa hauteur est plus grande que la largeur, et elle est munie, dans la région de son fond, dune canalisation d'arrivée de produit à traiter et d'une ou de plusieurs tubulures pour l'introduction de xylène un peu au-dessus de cette canalisation ; une autre entrée pour le xylène aboutit à la cuve dans la région médiane de celle-ci ; un tuyau de départ de liquide est branché sur la cuve entre le sommet de celle-ci et le niveau où aboutit ladite autre entrée ; la cuve est munie de moyens permettant de faire distiller son contenu dans la partie située au-dessus du dit tuyau de départ, tandis que l'entrée d'un condenseur est en communication avec le haut de la cuve, la sortie de ce conden seur étant reliée à un réceptacle extérieur ne communiquant pas avec la cuve. 9. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ledit tuyau de départ conduit à un refroldisseur qui est suivi d'un filtre dont l'évacuation de filtrat est reliée à une des tubu lures d'introduction de xylène dans la cuve. 10. Appareil suivant une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le réceptacle du condenseur communique avec un refroidisseur suivi d'un filtre dont l'évacuation de filtrat est reliée à ladite autre entrée de xylène dans la région mé diane de la cuve. 11. Appareil suivant une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'un échangeur de chaleur est monté sur la canalisation, par laquelle le produit à traiter arrive au bas de la cuve.