Brevet FR2360566A1 — publié le 19780303

La présente invention se rapporte aux procédés d'obtention de nitriles aromatiques, et plus précisément, à un procédé d'obtention du benzonitrile qui est utilisé comme matière première dans la production de matières plastiques, de préparations pharmaceutiques, de substances tensio-actives, de colorants synthétiques, ainsi que comme solvant sélectif et comme produit demi-fini pour la fabrication de revêtements anticorrosifs. On conna un procédé d'obtention du benzonitrile dans lequel on fait réagir du toluène, de l'ammoniac et de Itoxygène en présence d'eau, pris en des rapports molaires resceptifs de 1/2 à 10/1,5 à 20/15 à 40, de préférence de 1:4,4:13:39 à une température de 450 à 5000 C en utilisant un catalyseur constitué d'un mélange de pento xyde de vanadium et d'oxyde de molybdène déposé sur de l'alumine, dans un rapport pondéral de 99 à 75 / 1 à 25 respectivement. la surface spécifique de 11 alumine est de 0,5 m2/g. La vitesse pondérale du débit du toluène est de 0,06 g/l.cat.h. le rendement en benzonitrile par rapport au toluène passé est de 91 % en moles. les inconvinients du procédé indique sont un rendement faible en benzonitrile par unité de volume de catalyseur en raison de sa basse productivité et l'utilisation dans le processus de grandes quantités d'eau qui compliquent la technologie du procédé. le but de la présente invention est de remédier aux inconvé- nients précités du procédé connu. Conformément à ce but on s'est proposé d'augmenter le rendement en produits visés en augmentant la productivité et la sélectivité du catalyseur. La présente invention a pour objet un procédé d'obtention du benzonitrile par interaction de toluène et d'ammoniac, en présence d'oxygène pur ou en mélange avec des gaz inertes et d'un catalyseur, à une température de 340 à 4800 C, avec séparation ultérieure du produit visé, caractérisé en ce qu'on utilise comme catalyseur un mélange d'oxydes de vanadium, de chrome, d'antimoine et de bismuth pris dans un rapport de I à 10 / 1 à 20 / 1 à 10 / 1 à 15 respectivement, déposé sur un support. il est préférable d'utiliser pour augmenter la productivité et la sélectivité du catalyseur un mélange constitué d'oxydes de vanadium, de chrome, d'antimoine et de bismuth pris dans un rapport de 1/3/3,5/2 respectivement, déposé sur un support. De préférence, on utilise comme support de l'alumine calcinée à une température de 9000 C, ou un gel de silice. le procédé proposé d'obtention du benzonitrile est réalisé de la manière suivante. On fait passer par un réacteur chargé de catalyseur, à une température de 340 à 4800 C, un mélange de toluène, d'ammoniac et d'oxygène dans un rapport molaire de 1/2 à 35/2 à 30 respectivement. La vitesse volumétrique du débit du toluène est de 0,10 à 0,35 h-l il est préférable de conduire le processus à une température de 400 à 4200 C, à une vitesse volumétrique du débit du toluène de 0,25 heure 1, en utilisant un mélange de toluène, d'ammoniac et d'air pris dans un rapport molaire de 1/5/40 respectivement. le mélange gaz-vapeur obtenu évacué du réacteur est condensé, et séparé ultérieurement du produit visé, à savoir le benzonitrile. le processus s'effectue en lit fixe ou fluidisé de catalyseur. Comme catalyseur on utilise un mélange d'oxydes de vanadium, de chrome, d'antimoine et de bismuth pris dans un rapport molaire de 1 à 10 / 1 à 20 / 1 à 10 / 1 à 15, de préférence de 1/3/3,5/2 respectivement, déposé sur un support, notamment sur de l'alumine, calcinée à une température de 9000 C, ou sur un gel de silice. le mélange d'oxydes est déposé sur le support dans un rapport pondéral de 1 à 35 / 99 à 6,5, de préférence de 1/4. le catalyseur est préparé de la manière suivante. On additionne successivement à une solution acide de métavanadate d'ammonium, à une température de 50 à 600 C et sous agitation, des quantités respectives de sels solubles de bismuth, d'antimoine et de chrome, puis la température de la solution est portée jusqu'à 90 - 950 C et on ajoute le support. La solution est maintenue pendant 5 à 6 heures à cette température, puis on réduit le volume de la solution par évaporation. La masse restante de support imprégné des sels de bismuth, d'antimoine, de chrome et de vanadium, est séchée à une température de 150 à 2000 C durant 3 à 4 heures, puis on calcine dans un courant d'air sec à une température de 500 à 6000 C pendant 10 à 15 heures. il en résulte, un catalyseur constitué dsun mélange d'oxydes de vanadium, de chrome, de bismuth et d'antimoine déposé sur un support. les avantages du procédé proposé de fabrication du benzonitrile par rapport aux procédés connus consistent en ce que l'utilisation d'un catalyseur constitué d'un mélange d'oxydes de vanadium, de chrome, d'antimoine et de bismuth déposé sur un support permet d'augmenter le rendement en benzonitrile par litre de catalyseur et par heure jusqu'à la valeur de 228 g, grâce à une productivité et une sélectivité accrues du eatalyseur. L'absence d'eau dans la mise en oeuvre du procédé simplifie notablement la technologie du procédé. La sélectivité augmentée du catalyseur, permet de réduire la quantité de produits secondaires qui sont facilement séparables du produit visé. D'autres caractéristiques et avantagès de l'invention seront mieux compris à 12 lecture de la description qui va suivre des exemples concrets de réalisation du procédé. Exemple 1 On fait passer dans un réacteur à lit fluidisé de catalyseur, à une température de 4200 C et à une vitesse volumétrique du débit du toluène de 0,25 heure 1, un mélange de toluène, d'ammoniac et d'oxygène dans un rapport molaire de 1/5/8 respectivement. le catalyseur est constitué d'un mélange d'oxydes de vanadium, de chrome, d'antimoine et de bismuth pris respectivement dans un rapport molaire de 1/3 à 3,5/2, déposé sur de l'alumine calcinée à une température de 9000 C, le rapport pondéral du mélange d'oxydes ou support étant égal à 1/4. le mélange gaz-vapeur obtenu issu du réacteur est condensé avec séparation ultérieure du produit visé. le taux de conversion du toluène est de 100 do. le rendement en benzonitrile par rapport au toluène passé est de 95,4 fo en moles. le rendement en benzonitrile est de 228 gil de catalyseur-heure. Exemple 2 On fait passer dans un réacteur à lit fluidisé de catalyseur, à une température de 3800 C et à une vitesse volumétrique du débit du toluène de 0,25 heures , un mélange de toluène, d'ammoniac et d'oxygène dans un rapport molaire de 1/10/20 respectivement. le catalyseur est analogue à celui décrit dans l'exemple 1. le mélange gaz-vapeur issu du réacteur est condensé avec séparation ultérieure du produit visé. Le taux de conversion du toluène est de 75,8 %. le rendement en benzonitrile par rapport au toluène passé est de 73,7 % en moles le rendement en benzonitrile est de 177 g/l de cat.h. Exemple 9 -On fait passer par un réacteur à lit fluidisé de catalyseur, à une température de 360 O. C et à une vitesse volumétrique du débit du toluène de 0,25 heure 1, un mélange de toluène, d'ammoniac et d'air dans un rapport molaire de 1/4/20 respectivement. le catalyseur est constitué d'un mélange d'oxydes de vanadium, de chrome, d'antimoine et de bismuth pris respectivement dans un rapport molaire de 1/10/5/15, déposé sur de l'alumine dans une proportion pondérale du mélange d'oxydes et du porteur de 1/9. le mélange gaz-vapeur issu du réacteur est condensé avec séparation ultérieure du produit visé. Le rendement en benzonitrile par rapport au toluène passé est de 52,5 % en moles. le taux de conversion du toluène est de 70 /?o. le rendement en benzonitrile est de 117 g/l.cat.h. Exemple 4 On fait passer dans un réacteur à lit fixe de catalyseur, à une température de 3400 C et à la vitesse volumétrique du débit du toluène de 0,15 heure-1, un mélange de toluène, d'ammoniac et d'oxygène dans un rapport molaire de 1/20/5 respectivement. le catalyseur est le même que celui de l'exemple 1. le mélange gaz-vapeur évacué'du réacteur est condensé avec séparation ultérieure du produit visé. le taux de conversion du toluène est égal à 60 zou le rendement en benzonitrile par rapport au toluène débité est de 59,1 % en moles. le rendement en benzonitrile est de 85-g/l.cat.h. Exemple 5 On fait passer dans un réacteur à lit fluidisé de catalyseur, à une température de 4400 C et à une vitesse volumétrique du débit du toluène de 0,25 heure 1, un mélange de toluène, d'ammoniac et d'oxygène dans un rapport molaire de 1/5/8 respectivement. le catalyseur est analogue à celui indiqué dans l'exemple 1. le mélange gaz-vapeur obtenu à la sortie du réacteur est condensé avec séparation ultérieure du produit visé. le taux de conversion du toluène est de 100 zou le rendement en benzonitrile par rapport au toluène passé est de 88,1 % en moles. le rendement en benzonitrile est égal à 212 g/l.cat.h. Exemple 6 On fait passer dans un réacteur à lit fixe de catalyseur, à une température de 3800 C et à la vitesse volumétrique d'alimentation en toluène de 0,25 heures , un mélange de toluène, d'ammoniac et d'oxygène dans un rapport molaire de 1/25/15 respectivement. le catalyseur est constitué d'un mélange d'oxydes de vanadium, de chrome, d'antimoine et de bismuth pris dans un rapport molaire de 5/2/7/3 respectivement, déposé sur du gel de silice dans une proportion pondérale du mélange d'oxydes et du support égale à 1/3. le taux de conversion du toluène est de 87 %. le rendement en benzonitrile par rapport au toluène admis est de 80,9 % en moles. le rendement en benzonitrile est égal à 194 g/l.cat.h. Exemple 7 On fait passer dans un réacteur à lit fixe de catalyseur, à une température de 4800 C et à une vitesse volumétrique de débit du toluène de 0,25 heure , un mélange de toluène, d'ammoniac et d'air pris dans un rapport molaire de 1/5/25 respectivement. le catalyseur est constitué d'un mélange d'oxydes de vanadium, de chrome, d'antimoine et de bismuth pris en une proportion molaire de 1/1/3/15 respectivement, déposé sur un gel de silice dans un rapport pondéral du mélange d'oxydes et du support de 1/24. le mélange gaz-vapeur issu du réacteur est condensé avec séparation ultérieure du produit visé. Le taux de conversion du toluène est égal à 100 zou le rendement en benzonitrile par rapport au toluène admis est de 55,0 ffi en moles. le rendement en benzonitrile est de 132 g/l.cat.h. Exemple 8 On fait passer dans un réacteur à lit fluidisé, à une température de 4000 C et à une vitesse volumétrique du débit du toluène de 0,25 heure , un mélange de toluène, d'ammoniac et d'oxygène pris respectivement dans un rapport molaire de 1/5/8. le catalyseur est analogue à celui de l'exemple 1. le mélange gaz-vapeur obtenu à la sortie du réacteur est condensé avec séparation ultérieure du produit visé. le taux de conversion du toluène est égal à 95 %. le rendement en benzonitrile par rapport au toluène admis est de 91,7 % en moles. le rendement en benzonitrile est de 219 g/l.cat.h. Exemple 9 On fait passer dans un réacteur à lit fluidisé de catalyseur, à une température de 4000 C et à une vitesse volumétrique du débit du toluène de 0,25 heure 1, un mélange de toluène, d'ammoniac et d'oxygène dans un rapport molaire de 1/10/10 respectivement. le catalyseur est constitué d'un mélange d'oxydes de vanadium, de chrome, d'antimoine de bismuth pris respectivement dans un rapport molaire de 10/2/6/7, déposé sur de l'alumine, en une proportion pondérale du mélange d'oxydes et du support de 1/12. le taux de conversion du toluène est égal à 85 %. le rendement en benzonitrile par rapport au toluène admis est de 75 % en moles. le rendement en benzonitrile est de 176 g/l.cat.h. Exemple 10 On fait passer dans un réacteur à lit fluidisé de catalyseur, à une température de 4400 C et à une vitesse volumétrique du débit du toluène de 0,25 heure -, un mélange de toluène, d'ammoniac et d'oxygène dans un rapport molaire de 1/12/8 respectivement. le catalyseur est constitué d'un mélange d'oxydes de vanadium, de chrome, d'antimoine et de bismuth pris respectivement dans un rapport molaire de 1/20/5/1; déposé sur de l'alumine en une proportion pondérale du mélange d'oxydes et du support de 1/8. le taux de conversion du toluène est de 100 Xo. le rendement en benzonitrile par rapport au toluène admis est égal à 65 so en moles. le rendement en benzonitrile est de 153 g/l.cat.h. Exemple 11 On fait passer dans un réacteur à lit fluidisé de catalyseur, à une température de 3800 Cet à une vitesse volumétrique du débit du toluène de 0,25 heure 1, un mélange de toluène, d'ammoniac et d'oxygène pris dans un rapport molaire de 1/20/15 respectivement. le catalyseur est constitué d'un mélange d'oxydes de vanadium, de chrome, d'antimoine et de bismuth pris en une proportion molaire de 2/3/9/2 respectivement, déposé sur de l'alumine dans un rapport pondéral du mélange d'oxydes et du support de 1/6. le taux de conversion du toluène est égal à 75 %. le rendement en benzonitrile par rapport au toluène admis est de 60 %en moles. le rendement en benzonitrile est de 141 g/l.cat.h. Exemple 12 On fait passer dans un réacteur à lit fluidisé de catalyseur, à une température de 3600 C et à une vitesse volumétrique du débit du toluène- de 0,25 heure , un mélange de toluène, d'ammoniac et d'oxygène pris dans un rapport molaire de 1/8/22 respectivement. le catalyseur est constitué d'un mélange d'oxydes de vanadium, de chrome, d'antimoine et de bismuth pris en une proportion molaire de 4/2/3/10 respectivenent, déposé sur de l'alumine dans un rapport pondéral du mélange d'oxydes et du support de 1/4. le taux de conversion du toluène est égal à 65 o. le rendement en benzonitrile par rapport au toluène admis est de 50 % en moles. le rendement en benzonitrile est de 118 g/l.cat.h Revendications 1 - Procédé de préparation du benzonitrile par réaction de toluène et d'ammoniac, en présence d'oxygène pur ou en mélange avec des gaz inertes et d'un catalyseur, à une température de 340 à 4800C, et séparation ultérieure du produit -désiré, caractérisé en ce qu'on utilise comme catalyseur un mélange d'oxydes de vanadium, de chrome, d'antimoine et de bismuth pris dans un rapport molaire de 1 à 10 / 1 à 20 / 1 à 10 / 1 à 15 respectivement, dépose sur un support. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise comme catalyseur un mélange d'oxydes de vanadium, de chrome, d'antimoine et de bismuth pris dans un rapport molaire de 1/3/3,5/2 respectivement. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise comme support de l'alumine calcinée à une température de 9000 C, ou un gel de silice.