Brevet FR2250755A1 — publié le 19750606

L'inventîon a pour objet un procédé et une installation pour le prétraitement thermique en continu dtanhydride phtalique brut. laquelle installation est constituée de plusieurs chambres, équipées, au moins partiellement, d'agitateurs et de surfaces chauffantes et disposées les unes derrière les autres dans le sens de llécoulement. L'anhydride phtalique brut formé par oxydation catalytique d'o-xylène au moyen d'air continent, à côté de l'acide phtalique, de faibles quantités d'acide malique, d'anhydride maléiquel d'acide fumariquel d'acide benzolque, d'acide oetoluique, du phtalide, des aldéhydes et des hydrocarbures non oxydés.Lors auton utilise, comme matière première, le naphtalène, le mélange continent surtout de la naphtoquinone. Avant de purifier le produit brut par distillation, on le soumet, avantageusement, à un prétraitement thermique à des températures comprises entre 190 et 285 C. Ce prétraitement a pour effet la déshydratation des acides phtalique et maléique, la décarboxylation de l'acide fumarique, la résinification de la naphtoquinone avec formation de produits non volatils et la séparation d'au moins une partie des composés plus volatils contenus dans l'anhydride phtalique brut, comme l'anhydride maléique, l'acide benzolque et des hydrocarbures non oxydés. On sait séparer et éliminer ensemble l'eau et les impuretés d'un point d'ébullition inférieur à celui de l'anhydride phtalique en chauffant dans un agitateur ou dans une cascade d'agitateurs la totalité du produit brut à des températures comprises entre 190 et 285 C. Dans un agitateur unique, on ne peut obtenir des résultats satisfaisants quten travaillant de façon discontinue, car le fonctionnement en continu ne permet pas de réaliser, indé- pendamment de la durée de séJour moyenne, une purification suffisante. Mais le prétraitement dans une cascade d'agitateurs nécessite la mise en oeuvre d'un équipement en appareils considérable.Puisque la température de prétraitement est sensiblement supérieure à la température ambiante, on doit staccommoder dans le cas d'une cascade d'agitateurs de pertes de chaleur importantes Le but de l'invention consiste à réaliser un procédé et une installation pour le prétraitement thermique en continu d'anhydride phtalique brut qui, d'un côté, assurent une bonne purification du produit brut et, de l'autre côté, nécessitent des dépenses moindres que la cascade d'agitateurs habituelle et ren dent, grâce aux pertes thermiques inférieures, l'opération plus économique. Le problème est résolu selon l'invention par un procédé pour le prétraitement thermique en continu d'anhydride phtalique. lequel procédé est caractérisé par le fait qu'on introduit l'anhy- dride phtalique dans un espace annulaire d'un côté d'une cloison radiale, qu'on le fait passer à travers ltespace annulaire et qu'on l'évacue de ltespace annulaire de l'autre côté de la cloison radiale. Du fait de la trajectoire annulaire du courant d'anhydride phtalique. la surface extérieure du récipient et, par consé- quint, la perte de chaleur par transmission à ltenvironnement se trouvent réduites comparativement au prétraitement dans une cascade de récipients séparés. Suivant l'un des modes de réalisation du procédé selon l'in- vention, on fait passer l'anhydride phtalique après son passage à travers l'espace annulaire dans ltespace central duquel on soutire le produit prétraité. Ce mode opératoire est avantageux dans le cas ou on applique la température la plus élevée vers la fin du prétraitement, puisqu'a-lors ltespace central, plus chaud, est entouré de l'espace annulaire moins chaud. Selon un autre mode de réalisation, on introduit l'anhydride phtalique brut dans l'espace central et on le fait passer à partir de celui-ci dans l'espace annulaire. Dans ce cas, on soutire le produit prétraité de l'espace annulaire pour ltenvoyer à la distillation. Le dispositif selon l'invention pour le prétraitement thermique en continu est réalisé de telle manière qu'un récipient intérieur. formant la chambre centrale, est entouré d'un récipient extérieur plus grand et que l'espace annulaire, formé entre les parois latérales des deux récipients,est pourvu d'au moins une cloison de séparation. essentiellement radiale, que la chambre centrale et les chambres de l'espace annulaire sont montées les unes derrière les autres dans le sens de l'écoulement au moyen d'ouvertures prévues respectivement dans la paroi du récipient intérieur et dans chacum des cloisons de séparation et que le volume gazeux est relié à un générateur de vide.Lorsque ltespace annulaire ne comporte qu'une seule cloison de séparation, le produit brut s'écoule d'un cté de la cloison de séparation à travers tout l'espace annulaire vers l'autre côté de la cloison de séparation, passe ensuite à travers une ouverture dans le récipient intérieur, à partir duquel il est amené vers l'installation de distillation. Il va de soi qu'on peut inverser aussi le sens de l'écoulement. Lorsque l'espace annulaire est subdivisé par deux ou plus de deux cloisons de séparation en plusieurs chambres de section en forme de secteur annulaire, le produit brut peut passer successivement å-travers toutes ces chambres de section en forme de secteur annulaire et entrer ensuite dans la chambre centrale. Les cloisons de-séparation comportent dans ce cas des ouvertures pour le passage du produit brut, à l'exception de celle qui est voisine de l'endroit de chargement, de sorte que le produit s'écoule, en partant d'un côté de cette cloison de séparation et en traversant l'espace annulaire, vers l'autre côté de cette :loison de séparation. L'installation selon l'invention se distingue, comparàtive- ment à la cascade connue de récipients individuels, par une éco- nomie considérable de matériau et de coft de fabrication. De la disposition compacte des chambres résulte non seulement une ré duction de lå surface au sol et du volume nécessaires, mais aussi une diminution de la perte thermique par transmission à l'en vironnement et, de ce fait, de la quantité de chaleur totale nécessaire pour le prétraitement. Selon le mode de réalisation préférentiel, les récipients intérieur et/ou extérieur sont cylindriques et, de préférence, approximativement de même hauteur. Les récipients intérieur et extérieur sont emboîtés, avantageusement, concentriquement l'un dans l t autreX de sorte que l'espace annulaire présente sur tout le pourtour la meme section transversale et que la vitesse d'écoulement de l'anhydride phtalique le long de la périphérie est sensiblement constante. Il est prévu en outre que les ouvertures sont disposées, de préférence, alternativement en haut et en bas des cloisons de séparation. De cette façon, on évite la formation de régions d'écoulement privilégiées dans les chambres et, en somme, on régularise les durées de séjours c'est-à-dire qu'on resserre le spectre des durées de séjour. I1 est avantageux de faire communiquer entre elles les parties supérieures des chambres. c'est-à-dire leurs volumes gazeux. et de les relier au manchon d'aspiration dune pompe à vide. On peut réaliser la communication entre Ies différentes chambres de façon à aménager des ouvertures dans les cloisons de séparation dans la région du volume gazeux.I1 est également possible d'arrêter juste en dessous du niveau du liquide les possible cloisons de séparation formant déversoir par en haut et d'éléver jusqu'à légèrement au-dessus du niveau du liquide les cloisons de séparation prévues pour le passage par en bas, de sorte qu'il reste entre les bords supérieurs des cloisons de séparation et le plafond du dispositif de prétraitement une distance suffisante pour le passage libre du gaz. I1 suffit alors de disposer d'un seul manchon d'aspiration pour l'élimination, lors du passage du produit brut à travers le dispositif selon l'invention, des composés volatils qui se dégagent tels que lteau, le dioxyde de carbone, l'anhydride maléique; l'acide benzoïque et les hydrocarbures non oxydés.La pression dans le volume gazeux au-dessus du produit brut liquide est comprise, avantageusement, entre 400 et 760 mm, de préférence entre 550 et 750 mm de Hg. Les gaz aspirés traversent un condenseur maintenu dans un intervalle de tempérarure de 140 à 170 C, dans lequel les parties d'anhydride phtalique également volatilisées se recondensent. Le produit de condensation ainsi formé est recyclé dans le dispositif de prétraitement, de préférence dans la chambre première par rapport au sens de l'écoulement. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, les espaces annulaires 1 à 6, de préférence 2 à 4, comportent des cloisons de séparation essentiellement radiales. La division de 1'espace annulaire en chambres individuelles conduit à une plus grande uniformité de la durée de séjour du produit brut dans le dispositif de prétraitement. Le produit prétraité contient alors une faible quantité constante d'impuretés qui sont facilement éliminables par distillation. I1 est avantageux d'effectuer la subdivision de l'espace annulaire de telle manière que les volumes des chambres ainsi formées sont approximativement identiques à ceux de la chambre centrale. Selon le modé de réalisation préférentiel de l'invention. c'est la chambre centrale qui constitue la dernière chambre suivant le sens de ltécoulement et c'est elle qui comporte un manchon d'évacuation pour lsanhydride phtalique prétraité. La température de prétraitement le plus élevée règne généralement dans la dernière chambre, les pertes de chaleur pår transmission à l'environement sont donc les plus faibles, lorsque cette tempé rature la plus élevée règne dans la chambre centrale. Les parois latérales du récipient intérieur ne nécessitent évidemment pas d'isolation thermiques puisque la chaleur qu'elles transmettent est absorbée par l'anhydride phtalique brut qui s'écoule à travers les chambres de l'espace annulaire. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, il est prévu en outre qu'au moins une chambre est pourvue d'un manchon de vidange qui est relié par un circuit de recyclages comportant une pompe et un réchauffeur, au manchon d'alimentation de la première chambre recevant 17 anhydrida phtalique brut. Il est ainsi possible de recycler de l'anhydride phtalique, provenant du dispositif de prétraitement, à travers le réchauffeur et d'établir dans la première chambre dans le sens de l'écoulement a température d'entrée desirée. Avantageusement, toutes les chambres soni pourvues de manchons de vidange relies au circuit de recyclage du côté de ltaspiration de la pompe.Des soupapes pré wes dans les circuits de vidange de ces chambres permettent de régler individuellement les quantités recyclées å partir de ces chambres. On explique l'invention plus en détail ci-après à l'aide d'un exemple illustratif, mais nullement limitatifs de réalisation en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représenter schématlquement, une vue en plan du dispositif selon l'invention et - la figure 2 représente, schématiquemont, une we latérale du dSs- positif, vue selon-laquelle, les chambres parcourues successivement par le produit se suivent de gauche à droite. Dans les modes de réalisation du dispositif selon l'inven- tion représentés sur les figures 1 et 2, un récipient cylindriques intérieur la est entouré concentriquement d'un récipient cylindrique extérieur 1C. L'espace annulaire entre les deux récipients est divisé par 6 cloisons de séparation 1k en chambres d de section en forme de secteur annulaire et de dimensions égales. La chambre centrale lb du récipient intérieur 1a et plusieurs des chambres 1d de section en forme de secteur annu- laire sont équipées d'agitateurs 2. En outre, certaines des chambres 1d de section en forme de secteur annulaire sont equibées d'éléments de chauffage 3.La paroi du récipient intérieur a ainsi que les cloisons de séparation 1k entre les chambres 1d de section en forme de secteur annulaire sont poar wes d'ouvertures de déversement 1 et 1m, situées alternativement en haut et en bas des cloisons. Les volumes gazeux 1P communiquent entre eux du fait que les cloisons de séparation lk et la paroi du récipient intérieur 1 ne s'élèvent pas jusqu'au plafond 10 -re couvrant l'ensemble du dispositif. Le volume gazeux 1P est relié par l'intermédiaire d'un conduit 9 à une pompe à vide 11. Dans le conduit est disposé un condenseur 10s dans lequel se condense l'anhydride phtalique contenu dans les gaz aspirés.Le produit de condensation est reconduit à travers le conduit 12 dans la cham hre centrale lb. Les composants volatils contenus dans le gaz aspiré, tels que l'eau, le dioxyde de carbone, l'anhydride ma léique et l'acide benzolque, passent à travers le condenseur 10 et peuvent être éliminés le cas échéant, encore en amont de la pompe à vide 11, dans un sublimateur, non représenté sur la figure. L'alimentation de la chambre centrale 1 en anhydride phta lique brut s'effectue à travers le conduit 8,8 . Un conduit de circu ation 5 avec la pompe 6 et le réchauffeur 7 permet la ré gulation de la température dans la chambre centrale lb. A travers le conduit 4 avec les manchons de vidange 4a, aménagés dans le fond de chambre ln, on peut soutirer L'anhydride phtalique des différentes chambres pour le recycler à travers le réchauffeur 7. Le produit prétraité est évacué de la chambre ld, qui est la dern ière dans le sens de l'écoulement, à travers le conduit 13 avec la pompe 14 pour être amené vers l'installation de distillation. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure, l'anhy- druide phtalique s'écoule de la chambre centrale 1 dans le sens de la flèche 15 à travers les chambres 1d de section en forme de secteur annulaire. Il va de soi qu'on peut choisir aussi le sens d'écoulement inverse, surtout lorsque la température de prétrai tement la plus élevée règne dans la chambre qui est la dernière dans le sens de l'écoulement. Le procédé et le dispositif selon l'invention se distinguent, comparativement au prétraitement dans une cascade d'agitateurs, par nombre d'avantages, notamment par des frais dtinvestissement plus faibles, par le fait que linstallation du dispositif n'exige qu'une surface de base plus petite et, en particulier, par un besoin en chaleur plus faible pour le maintien de la température de prétraitement1 grâce à la réduction des pertes de chaleur. EXEMPLE. une installation selon l'invention d'une volume total Dans la 100 m , dont l'espace annulaire est divisé en quadrants de volumes égaux à celui de la chambre centrale, on traite 11,8 tonnes par heure d'anhydride phtalique brut. Le diamètre exté- rieur de l'installation est de 4,9 m, sa hauteur est de 5,4 m et le diamètre intérieur de la chambre centrale est de 2,2 m. On a besoin pour cette installation de 177 m de matérieu pour 2 la construction de la paroi et de 81 m de matière isolante (uniquement pour la paroi extérieure). Cette installation occupe 2 une surface au sol d'environ 19 m . Pour amener latempérature de 1'anhydride phtalique traité de 160 à 270 C, il faut, y compris la perte de chaleurs 5,40 .10 kcalfheure, dont 0,2 . 10 kcalXheure pour les pertes de chaleur. Exemple de comparaison. On effectue le traitement thermique de 11,8 tonnes par heure d'anhydride phtalique brut dans une cascade constituée de 3 derrière les autres. 5 récipients de 20 m3 chacun, montés les uns Chacun des récipients présente un diamètre de 2,85 m et une hauteur de 3,15 m. Pour l'ensemble de la cascade, on a besoin de 2 2 207 m de matériau pour la construction des parois et de 141 m le matière isolante. La place nécessaire pour les fondements et les récipients est d'environ 32 m. Le besoin en chaleur de l'ensemble de l'installation est, pour la charge en question,-de 5,55 . 10 kcal/ heure, dont 0,35 . 1G5 kcal/heure pour la compensation des pertes de chaleur. La comparaison montre qu'on réalise par ltinstallation selon l'invention les économies suivantes : pour le matériau des parois environ 15%, pour la matière isolante environ 40%, en ce qui concerne la surface au sol environ 40% et en ce qui concerne la dépense de chaleur pour la compensation des pertes de chaleur également environ 40%. I1 sty ajoute encore les économies réalisées lors du transport et du mortage et les économies en tuyauterie- Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le prétraitement thermique en continu d'anhy dride phtaliques lequel procédé est caractérisé par le fait qu'on introduit l'anhydride phtalique dans un espace annulaire d'un cté d'une cloison radiale, qu'on le fait passer à travers l'espace annulaire et qu'on ltévacue de l'espace annulaire de l'autre coté de la cloison radiale. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on fait passer l'anhydride phtalique, après le passage à travers l'espace annulaire, dans ltespace central, duquel on évacue l'anhydride phtalique prétraité. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on introduit l'anhydride phtalique brut dans ltespace central d'où on le fait passer dans l'espace annulaire. 4. Dispositif pour le prétraitement thermique en continu d'anhydride phtalique brut par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 i 3, lequel dispositif, constitué de plusieurs chambres équipées, au moins partiellement, d'agitateurs et de surfaces chauffantes et montées les unes derrière les autres dans le-sens de l'écoulement, est caractérisé par le fait qu'un récipient intérieur (la) formant la chambre centraS(lb) est entouré d'un récipient extérieur (1c) plus grand et l'espace annulaire formé entre les parois latérales des deux récipients (la,lc) est subdivisé par au moins une cloison de séparation (1 ) essentiellement radiale, que la chambre centrale (1b) et les chambres (ld) de l'espace annulaire sont montées les unes derrière les autres dans le sens de l'écoulement au moyen d'ouvertures (1l, 1m) prévues respectivement dans la paroi du récipient intérieur (la) et dans chacune des cloisons de séparation (lk) et que les volumes gazeux (1P) des chambres (lb, 1d) sont reliés à un générateur de vide (11). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les récipients intérieur et/ou extérieur (la, 1C) sont cylindriques et, de préférence, de hauteur approximativement égale. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que les ouvertures constituent des déversoirs disposés, dans le sens de l'écoulement, alternativement en bas (1l) et en haut (1m) 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 s, catactérisé par le fait que les parties supérieures des chambres (1b, 1d) communiquent entre elles et sont reliée par un manchon d'aspiration (9) à une pompe à vide (11). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 71 caractérisé par le fait que l'espace annulaire comporte de 1 à 6, de préférence de 2 à 4, cloisons de séparation (lk) essentiellement radiales. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à , caractérisé par le fait que la chambre centrale (1b) constitue, dans le sens de l'écoulement, la dernière chambre et comporte le manchon d'évacuation pour l r anhyd-ride phtalique prétraité. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé par le fait qu'au moins une des chambres (1b, ld) est pourvue dtun manchon drévacuation (48) qui est relie par lrintermédiaire d'un conduit de recyclage (5), équipe d'une pompe (6} et d'un réchauffeur (8), au manchon d'alimentation (8) en anhydride phtalique brut de la première chambre 11. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que toutes les chambres (1b, 1d) sont pourvues de manchons d'évacuation (4a} qui sont reliés, du côté aspiration, à la pompe (6) et par l'intermédiaire de celle-ci au conduit de recyclage (5).