Brevet FR2295938A1 — publié le 19760723

L'invention concerne un procédé perfectionné de séparation des glycols contenus dans des solutions aqueuses qui permet, en particulier, de récupérer les glycols contenus dans des solutions résiduaires non valorisées jusqu'8 présent. I1 est courant, dans la fabrication des oxydes d'alcoylène, tels que l'oxyde d'éthylène, d'obtenir des liqueurs résiduaires constituées de solutions aqueuses contenant de petites quantités de glycol accompagné d'autres composés, tels que des aldéhydes et des acides carboxyliques. C'est ainsi, par exemple, qu'il se forme dans la fabrication industrielle de l'oxyde d'éthylène par oxydation directe de l'éthylène des quantités relativement im- portantes de solutions aqueuses résiduaires contenant entre 0,1 et 20 ffi en poids d'éthylèneglycol accompagné d'aldéhydes et d'acides carboxyliques. Ces derniers sont généralement neutralisés par des composés de métaux alcalins tels que le sodium.Les solutions contiennent également des petites quantités de composés d'autres métaux tels que le calcium, le magnésium et le fer. Il a déjà été proposé, dans le brevet No 43 911 de la République D & ocra- tique Allemande, de faciliter la séparation de petites quantités d'aldéhydes contenues dans des solutions concentrées de glycols par un traitement de ces dernières au moyen de résines échangeuses de cations, telles que des résines contenant des groupements acide sulfonique. Par condensation entre les alffiéhg- des et les glycols, au contact de ces résines, il se forme des acétals qui peuvent aisément oestre séparés des glycols par distillation. 1l est toutefois précisé que les solutions glycols à traiter doivent contenir moins de 15 g en poids d'eau pour que le traitement soit efficace. Contrairement à ce qui pouvait être attendu, la demanderesse a maintenant trouvé qu'il est possible de séparer des glycols tels que ltéthylèneglycol, partir de solutions de glycols contenant également des aldéhydes et des acides carboxyliques généralement présents sous la forme de sels métalliques, au moyen d'un traitement préalable de ces solutions par des composés échangeurs de cations et par des composés échangeurs d'anions. L'invention a donc pour objet la séparation de glycols à partir de solutions ;Lieuses contenant également des aldéhydes, des acides carboxyliques etZ ou des sels métalliques de ces acides carboxyliques selon un procédé qui consiste, dans une première étape, à mettre les solutions aqueuses au contact de composés échangeurs de cations et de composés échangeurs d'anions et, dans une seconde étape, à séparer par distillation les glycols contenus dans les solutions aqueuses obtenues dans la première étape. Les composés échangeurs d'ions svuseeptibles entre mis en oeuvre dans le procédé de l'invention sont constitués par des composés solides insolubles dans l'eau ou par des composés liquides non-miscibles à liteau. ces composés contenant, en tant qu'échangeurs de cations, des groupements acides tels que des groupements sulfonique, phosphorique ou carboxylique et, en tant qu'échangeurs d'anions, des groupements basiques tels que des groupements amines ou hydroxydes d'ammonium quaternaire. Les composés échangeurs d'ions sont de préférence choisis parmi des résines échangeuses d'ions constituées par des particules solides d'un polymère organique, tel que les copolymères du styrène et du divinylbenzène, sur lesquelles sont fixés des groupements réactifs acides ou basiques, tels que mentionnés ci-dessus.Les composés échangeurs d'ions sont généralement caractérisés par une capacité d'échange exprimée en milli équivalents moléoulaires de xxxix axé base ou d'acide. susoeptibles d'être fixés par unité de volume ou de poids d'échangeur. Le contact entre les solutions aqueuses de glycols et les échangeurs d'ions peut être effectué de différentes manières. La méthode préférée consiste à mettre en contact la solution à traiter, à une température comprise entre 5 et 90 C, avec un composé échangeur de cations, de sorte que la solution traitée contienne moins de 0,5 milliéquivalents d'ions métalliques par litre, puis avec un composé échangeur d'anions de sorte que la solution traitée contienne moins de 0,5 milliéquivalents d'acides carboxyliques par litre. Cette mise en contact est avantageusement -réalisée par percolation des solutions à traiter à travers un lit de résine échangeuse de cations, puis à travers un lit de résine échangeuse d'anions. I1 est nécessaire de régénérer périodiquement les échangeurs d'ions, par un traitement des échangeurs d'anions au moyen de bases et des échangeurs de cations au moyen d'acides, de manière à reformer les groupements réactifs des échangeurs dotions. Pour des rai- sons économiques, il est favorable de mettre en oeuvre les résines en quantités telles que les opérations de régénération ne perturbent pas d'une-façon sensible le fonctionnement de l'installation. Le contact entre les solutions aqueuses de glycols et les échangeurs d'ions peut être également effectué, d'abord au moyen de l'échangeur d'anions puis de l'échangeur de cations. I1 est également possible de mettre en oeuvre un mélange d'échangeur d'anions et d'échangeur de cations, mais dans ce cas la régénération des échangeurs est plus complexe, car il est nécessaire de séparer les deux types d'échangeurs avant de les régénérer. I1 a été constaté qu'après traitement par les échangeurs d'ions, les solutions obtenues contenaient sensiblement les mêmes quantités de glycols et d'aldéhydes que les solutions aqueuses non traitées et que les aldéhydes ne- se trouvaient pas substantiellement sous une forme combinée, telle que des acétals, par exemple. La seconde étape du procédé consiste à séparer par distillation les glycols des solutions traitées par les échangeurs d'ions. Cette séparation peut être réalisée de toute manière connue, par exemple par une distillation de liteau sous la pression atmosphérique ou sous une pression plus élevée, suivie d'une rectification des glycols sous une pression inférieure à la pression atmosphérique. Cette rectification est avantageusement effectuée sous une pression comprise entre 1 et 100 millibars. Les aldéhydes distillent en grande partie en même temps que 1 1eau, car ils sont en règle générale plus volatils que les glycols possédant le mXme nombre d'atomes de carbone. De ce fait, la rectification des glycols ne présente pas de difficultés particulières. Le procédé de l'invention est particulièrement applicable au traitement de solutions aqueuses contenant 1 à 20 % en poids d'éthylèneglycol ; ces solutions contiennent eouramxent des quantités d'aldéhydes et de sels d'acides carboxyliques de l'ordre de O,1 A 1 % en poids. Le procédé de l'invention peut toutefois être appliqué à des solutions aqueuses plus concentrées en glycols, contenant jusqu'à 80 % en poids d'éthylèneglycol ; de telles solutions concentrées peuvent par exemple entre obtenues par concentration de solutions plus diluées, telles que celles mentionnées ci-dessus.I1 convient également au traitement de solutions aqueuses contenant des proportions de glycols inférieures A 1 % en poids, mais le traitement de solutions aussi diluées se heurte évidemment à des difficultés économiques dues à la grande quantité d'eau à évaporer. Grée au procédé de l'invention, il est possible, comme le montre l'exe- ple qui suit, de séparer les glycols de solutions aqueuses contenant également des aldéhydes et des sels métalliques d'acides carboxyliques, sans qu'il se forme des produits de condensation au coUrs de la distillation de l'eau ou de la rectification des glycols.De plus, les glycols obtenus sont de meilleure qualité que ceux qui sont séparés par distillation directe, selon la méthode antérieurement connue ; en effet ces glycols peuvent couramment être classés dans la qualité "techniquement pure", grace à leur faible teneur en substances odorantes et à leur absence de coloration, alors que ceux obtenus par la méthode antérieure ne pouvaient pas, le plus souvent, être classés dans cette qualité. Exemple On traite une solution glycolée, provenant d'un atelier d'oxyde dtéthy lène, dont l'analyse est la suivante - pH : 6,5 - sels métalliques d'acides carboxyliques (exprimés en sodium): 0,18 % en poids - aldéhydes ( " en formaldéhyde)0,07% n n - éthylèneglycol : 2,5 % " " Sous un débit de trente litres par heure, cette solution est mise en contact à 20"C avec 3 litres d'une résine échangeuse de cations, du type polystyrène- divinylbenzène, comportant des groupements acide sulfonique, et dont la capa cité d'échange,mesurée sur la résine humide, est de 1,8 m.éq./ml à 200C.La solution résultante est ensuite mise en contact au même débit avec 3 litres d'une résine échangeuse d'anions, du type polystyrène-divinylbenzène compor tant des groupements ammonium quaternaire, dont la capacité d'échange, mesu rée sur la résine humide, est de 1 m.éq./ml à 20 C. Après passage d'environ 40 litres de solution, les résines sont régéné rées, la première au moyen de 10 litres d'une solution à 10 % en poids d'aci de chlorhydrique et la seconde au moyen de 10 litres d'une solution à 4 % en poids de soude. Les caractéristiques de la solution résultante sont les suivantes - pH : 8 - sels métalliques d'acides carboxyliques : C 1 ppm (exprimés en sodium) - Aldéhydes ( " " formaldéhyde) : 6 ppm - Ethylèneglycol : 2,7 % ( -ppm : parties en poids par million) L'eau contenue dans la solution est ensuite distillée sous la pression atmosphérique dans un concentrateur à multiples effets9 muni d'un déflegma- teur qui rétrograde l'éthylèneglycol. La quasi-totalité des aldéhydes conte nues dans la solution initiale est séparée avec l'eau. La solution concentrée de glycol est rectifiée dans une colonne à pla teaux de 10 étages théoriques, sous une pression résiduaire de 13 millibars. Pour 100 litres de solution initiale, on recueille 2,4 kg d'éthylène- glycol de qualité "techniquement pure", dont l'analyse est la suivante - pH : 6,5 - cendres : - aldéhydes (expriméa en formaldéhyde) : ClO ppm - coloration : "10 hazen Après 1.000 heures de fonctionnement de ltinstallation, on ne constate aucun dépôt sur les rébouilleurs du concentrateur et de la colonne de recto fication. REVENDICATIONS 1/ Procédé de séparation de glycols, notamment de 1 'éthylèneglycol, à partir de solutions aqueuses contenant également des aldéhydes, des acides carboxy- liques et/ou des sels métalliques de ces acides carboXyliques qui consiste, dans une première étape, à mettre les solutions aqueuses au contact de compo- sés échangeurs de cations et de composés échangeurs d'anions et, dans une seconde étape, à séparer par distillation les glycols contenus dans les solutions aqueuses obtenues dans la première étape. 2/ Procédé revendiqué en 1/, qui consiste à effectuer la première étape par percolation des solutions aqueuses de glycols à travers un lit de résines échangeuses de cations et un lit de résines échangeuses d'anions, jusqu'à ce que la solution traitée contienne, par litre de solution, moins de 0,5 milliéquivalent d'ions métalliques et moins de 0,5 milliéquivalent d'acides carboxyliques. 3/ Procédé revendiqué en 1/, qui consiste à effectuer la seconde étape du procédé par distillation, sous une pression sensiblement égale ou supérieure à la pression atmosphérique, de l'eau contenue dans les solutions de glycols résultant de la première étape, puis par rectification des glycols sous une priez sion inférieure à la pression atmosphérique, cette pression étant, en valeur absolue, de préférence comprise entre 1 et 100 millibars. 4j Application du procédé revendiqué en 1/, à la séparation de glycols contenus dans des solutions aqueuses renfermant jusqu'à 80 % en poids de ces glycols, et généralement entre 1 et 20 % en poids de ces glycols, ainsi que des aldéhydes et des sels métalliques carboxyliques en quantités supérieures à 0,1 % en poids par rapport aux glycols.