Brevet FR2308608A1 — publié le 19761119

La présente invention concerne un procédé de purification de l'isoprène obtenu par décomposition catalytique du diméthyldioxanne, visant à le débarrasser des dérivés carbonylés et du cyclopentadiène. L'isoprène purifié est utilisé en tant que monomère dans la production du caoutchouc stéréorégulier à base d'iso prène. On connaît déjà un procédé de purification de l'isoprène obtenu par décomposition catalytique du diméthyldioxanne visant à le débarrasser des dérivés carbonylés et du cyclopentadiène, par sous-fractionnement avec un nombre de plateaux théoriques au moins égal à 50 et un taux de reflux au moins égal à 3, suivi de lavage de l'isoprène à l'eau. La teneur résiduelle en dérivés carbonylés et en cyclopentadiène de l'isoprène purifié est respectivement de 0,0005 et de 0,0005 à 0,0004% en poids. (cf. le brevet français nO 1 381 848, classe C07 c). Un inconvénient du procédé indiqué tient à une teneur résiduelle relativement élevée en micro-impuretés (dérivés carbonylés et cyclopentadiène) de l'isoprène purifié ce qui entraîne une détérioration du caoutchouc à base d'isoprène synthétisé et une augmentation de la consommation en catalyseur de Ziegler dans la polymérisation de l'isoprène. La présente invention vise à éliminer l'inconvénient indiqué. On s'est donc proposé de modifier les conditions de purification dans un procédé de purification de l'isoprène obtenu par décomposition catalytique du diméthyldioxanne en vue de le débarrasser des dérivés carbonylés et du cyclopentadiène par un sousfractionnement (rectification de précision ayant un nombre de plateaux théoriques au moins égal à 50 et un taux de reflux au moins égal à 3, de façon à purifier l'isoprène pratiquement en totalité des dérivés carbonylés et du cyclopentadiène. Suivant l'invention la solution consiste en ce que, avant d'effectuer le sous-fractionnement, on fait passer l'isoprène à une température de 400 à 700C à travers un lit d'un produit solide tel qu'une résine échangeuse d'anions ou une base. Quand l'isoprène traverse le lit de produit solide aux températures susindiquées, les micro-impuretés (les dérivés carbo nylés et le cyclopentadiène) se transforment en produits macromoléculaires tels que des fulvènes et des polyesters qui se séparent facilement de l'isoprène par sous-fractionnement subséquent. Les résines échangeuses d'anions et la base jouent le rôle de catalyseur desdites transformations.La teneur en dérivés carbonylés de l'isoprène à sa sortie du lit de produits solides susindiqués tombe jusqu'à 0,0005-O,OOC08% en poids, alors que la teneur en cyclopentadiene baisse jusqu'à 0,0005 à 0,0001% en poids. après le sous-fracticnnement la teneur résiduelle de l'isoprène purifié en dérivés carbonylés ne dépasse pas 0,00005% en poids, celle en cyclopentadiène ne dépassant pas non plus 0,000058 en poids. Il est recommandé d'utiliser en tant que résine échangeuse d'anions le produit de traction d'un copolymère chlorométhylé styrène-butadiénylbenzène avec la triméthylamine ou le produit de réaction de l'épichlorhydrine avec une polyéthylènepolyamine. Pour élever le taux de purification de l'isoprène il est avantageux d'utiliser une base déposée sur un support inerte. Comme support inerte il est recommandé d'employer le gel de silice ou le corindon. Pour améliorer la purification de l'isoprène au maximum il est recommandé d'admettre après le sous-fractionnement de 20 à 80% en poids d'isoprène purifié en continu pour le mélanger à l'isoprène de départ dirigé vers la purification. On applique le procédé de purification de l'isoprène suivant l'invention de la manière suivante. On porte l'isoprène obtenu par décomposition catalytique du diméthyldioxanne et contenant de 0,1 à 0,2% en poids de dérivés carbonylés (tels que l'acétaldéhyde, l'acroléine, l'acétone, l'aldéhyde isovalérique, etc...) et de 0,05 à 0,1% en poids de cyclopentadiène à une température de 400 à 700C et on le fait passer à travers un réacteur cylindrique vertical garni d'un produit solide broyé en particules fines tel qu'une résine échangeuse d'anions ou une base (cette dernière pouvant être utilisée aussi bien sur un support inerte que sans support). On peut utiliser en qualité de résines changeuses d'anions des polymères variés de caractère basique répondant à la formule générale R4N OH , R étant un radical alcoyle, notamment le produit de réaction d'un copolymère chlorométhylé styrène-butadiénylbenzène avec la triméthylamine, le produit de réaction de l'épi- chlorhydrine avec une polyéthylènepolyamine, etc... Parmi les bases on peut utiliser la soude, la potasse caustique ou la lithine. Comme supports inertes on peut utiliser le gel d'alumine, le gel de silice, le corindon, la pierre-ponce, le carborundum. Il est recommandé de maintenir la vitessevDlunique hornrre de passage de l'isoprène à travers le réacteur garni d'un produit solide dans un intervalle de 0,5 à 2 heure l. A la sortie du réacteur l'isoprène est admis dans la colonne de sous fractionnement. Par le haut de la colonne on évacue l'isoprène purifié et par le bas on soutire les produits à haut point d'ébullition de conversion des micro-impuretés (les fulvènes et les polyesters). Pour réaliser la purification de l'isoprène avec un taux de purification maximal il est recommandé de recycler en continu 20 à 80% en poids d'isoprène purifié contenant des microquantités de dérivés carbonylés qui forment des mélanges azéotropes dans la purification, en le mélangeant à l'isoprène de départ. La mise en oeuvre du procédé indiqué aboutit à une purification pratiquement totale de l'isoprène des dérivés carbonylés et du cyclopentadiène. Quand on utilise l'isoprène purifié comme monomère dans la fabrication du caoutchouc isoprénique stéréorégulier le produit obtenu se distingue par sa haute qualité ; la consommation de catalyseur de Ziegler dans la synthèse du caoutchouc est réduite de 2 à 3 fois. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation. EXEMPLE 1 On porte à 600C l'isoprène obtenu par décomposition catalytique du diméthyldioxanne et contenant 0,2% en poids de dérivés carbonylés et 0,05% en poids de cyclopentadiène et on le fait passer à une vitesse volumique horaire de 1 heure à travers un réacteur cylindrique vertical garni de potasse caustique solide en particules de 5 à 30 mm. La teneur en dérivés carbonylés de l'isoprène à la sortie du réacteur est de 0,0005% en poids, celle en cyclopentadiène de 0,0004% en poids. L'isoprène à la sortie du réacteur est admis dans la colonne de sous-fractionnement (rectification de précision) de 50 plateaux théoriques. Le taux de reflux étant de 3, on fait sortir l'isoprène par le haut de la colonne. La teneur de l'isoprène purifié des dérivés carbonylés est de 0,00005% en poids, celle en cyclopentadiène de 0,00005% en poids. EXEMPLE 2 On porte à 500C l'isoprène obtenu par décomposition catalytique du diméthyldioxanne et contenant 0,15% en poids de dérivés carbonylés et 0,1% en poids de cyclopentadiène et on le fait passer à une vitesse volumique horaire de 1,5 heurte l à travers un réacteur cylindrique vertical rempli de résine échangeuse d'anions finement broyée (produit de réaction d'un copolymère chlorométhylé styrene- butadiénylbenzène avec la triméthylamine) en grains de 1 à 3 mm. La teneur de l'isoprène en dérivés carbonylés à la sortie du réacteur est de 0,0003% en poids, celle en cyclopentadiène est de 0,0005% en poids. A la sortie du réacteur l'isoprène arrive dans une colonne de sous-fractionnement à 55 plateaux théoriques. Le taux de reflux étant de 4, on fait sortir l'isoprène par le haut de la colonne. On envoie 20% d'isoprène purifié en continu pour mélange avec l'isoprène de départ admis dans le réacteur garni d'une résine échangeuse d'anions. La purification de l'isoprène par le procédé connu élimine pratiquement en totalité les micro-impuretés (dérivés carbonylés et cyclopentadiène). EXEMPLE 3 On porte à 400C l'isoprène obtenu par décomposition catalytique du diméthyldioxanne et contenant 0,1% en poids de dérivés carbonylés et 0,08% en poids de cyclopentadiène et on le fait passer à une vitesse volumique horaire de 2 heure 1 à travers un réacteur cylindrique vertical garni de soude caustique déposée sur du corindon en particules de 2 à 5 mm. La teneur de l'isoprène en dérivés carbonylés à la sortie du réacteur est de 0,00008% en poids, celle en cyclopentadiène est de 0,00012% en poids. A la sortie du réacteur l'isoprène est admis dans une colonne de sous-fractionnement de 60 plateaux théoriques. Le taux de reflux étant de 3,2, on fait sortir I'isoprène'par le haut de la colonne.La teneur de l'iso prène purifié de dérivés carbonylés est inférieure à 0,00002% en poids, la teneur en cyclopentadiène est également inférieure à 0,00002% en poids. EXEMPLE 4 On porte à 700C l'isoprène obtenu par décomposition catalytique du diméthyldioxanne et contenant 0,15% en poids de dérivés carbonylés et 0,1% en poids de cyclopentadiène et on le fait passer à une vitesse volumique horaire de 0,8 heure 1 à travers un réacteur cylindrique vertical rempli de potasse caustique déposée sur du gel de silice, en particules de 2 à 5 mm, la teneur en dérivés carbonylés de l'isoprène à la sortie du réacteur est de 0,0005% en poids et celle en cyclopentadiène de 0,0002% en poids. A la sortie du réacteur l'isoprène est admis dans la colonne de sous-fractionnement de 60 plateaux théoriques. Le taux de reflux étant de 5, on fait sortir l'isoprène purifié par le haut de la colonne.On envoie en continu 80% en poids, l'isoprène purifié pour le mélanger à l'iso prène de départ qui arrive dans le réacteur garni de potasse caustique déposé sur un support. Après purification de l'isoprène par le procédé décrit la teneur du produit purifié des dérivés carbonylés est de 0,00005% en poids celle en cyclopentadiène est de 0,00005% en poids. EXEMPLE 5 On porte à 650C l'isoprène obtenu par décomposition catalytique du diméthyldioxanne et contenant 0,2% en poids de dérivés carbonylés et 0,08% en poids de cyclopentadiène et on le fait passer à une vitesse volumique horaire de 2 heurte l à travers un réacteur cylindrique vertical rempli de résine échangeuse d'anions finement broyée (produit de réaction de l'épichlorhydrine et d'une polyéthylène-polyamine) en particules de 1 à 3 mm. La teneur de l-'iso- prène en dérivés carbonylés à la sortie du réacteur est de 0,0004% en poids, celle en cyclopentadiène est de 0,0003% en poids. A la sortie du réacteur l'isoprène est admis dans la colonne de sousfractionnement de 50 plateaux théoriques. Le taux de reflux étant de 5, on fait sortir l'isoprène purifié par le haut de la colonne. Les micro-impuretés (telles que les dérivés carbonylés et le cyclopentadiène) sont presque totalement absentes. REVEND ICAT IONS 1. Procédé de purification de l'isoprène obtenu par décomposition catalytique du diméthyldioxanne en vue de le débarrasser des dérivés carbonylés et du cyclopentadiène, à l'aide d'un procédé de sous-fractionnement par rectification de précision ayant un nombre de plateaux théoriques au moins égal à 50 et un taux de reflux au moins égal à 3, caractérisé en ce qutavant d'effectuer le sousfractionnement on fait passer l'isoprène à une température de 400 à 700C à travers un lit d'un produit solide tel qu'une résine échangeuse d'anions ou une base. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise en tant que résine échangeuse d'anions le produit de réaction d'un copolymère chlorométhylé styrène-butadiénylbenzène avec la triméthylamine. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise en tant que résine échangeuse d'anions le produit de réaction de l'épichlorhydrine et d'une polyéthylènepolyamine. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise une base déposée sur un support inerte. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'on utilise en tant que support inerte le gel de silice ou le corindon. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'après le sous-fractionnement on recycle en continu de 20 à 80% en poids d'isoprène purifié pour le mélanger à l'isoprène de départ dirigé vers la purification.