Brevet FR2471363A1 — publié le 19810619

"Procédé de préparation de carbonate de diméthyle". La présente invention concerne un procédé pour la préparation de carbonate de diméthyle par réaction du méthanol avec un mélange gazeux contenant de l'oxyde de carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène. Donc,afin de préparer du carbonate de diméthyle, un gaz de synthèse peut être utilisé constitué par de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, et il n'est pas nécessaire d'uti- liser de l'oxyde de carbone pur. L'avantage principal de la présente invention est d au fait que simultanément avec la production de carbonate de diméthyle, un enrichissement en hydrogène du mélange C0/H2 est obtenu. La demanderesse connatt un brevet (brevet Belge n 859 272) qui concerne un procédé basé sur la réaction entre un alcool, l'oxyde de carbone et l'oxygène effectué en présence d'un catalyseur constitué par un sel d'un métal des groupes IB, IIB cuVIII de la classification périodique, de préférence un sel de cuivre monovalent. Les auteurs de la présente invention ont maintenant découvert d'une façon tout à fait surprenante qu'il est pos- sible d'effectuer la même réaction en utilisant des mélanges gazeux contenant de l'oxyde de carbone et l'hydrogène (gaz de synthèse) à la place de l'oxyde de carbone pur, sans que la présence de l'hydrogène, même à concentration élevée, modifie la réaction de production du carbonate de diméthyle ou donne naissance à des réactions secondaires telles que la réactivité normale de ce gaz aurait pu le laisser prévoir. Par exempleil ne se forme pas d'eau due à la réaction entre l'hydrogène et l'oxygèe nécessaires à la réac- tion, ni il ne se produit une réduction quelconque de l'alcool ou de l'ester carbonique, ni il ne se produit une désactiva- tion quelconque du système catalytique doeà la réduction du sel métallique en métal en son état de valence zéro bien que des réactions de ce type soient bien connues. Par conséquent, le procédé est approprié pour l'enrichissement des gaz de synthèse de diverses compositions 2471 363 avec l'hydrogène,tout en produisant simultanément le carbo- nate de diméthyle, pour offrir un double avantage du point de vue technique, du fait que deux opérations d'intérgt in- dustriel sont réalisées au moyen d'un seul procédé. En particulier la production du carbonate de dim6- thyle n'exige pas l'utilisation d'oxyde de carbone pur. De plus par ce procédé il est possible d'obtenir des mélanges d'oxyde de carbone et d'hydrogène ayant la composition exigée, en partant de mélangesqui sont plus riches en oxyde de carbone, appropriés par exemple pour la synthèse du méthanol qui constitue un des composés de départ pour la synthèse du carbonate de diméthyle. Selon le procédé de la présente invention un mé- lange d'oxyde de carbone et d'hydrogène contenant entre 0,1 et 90% d'hydrogène en volume est mis à réagir avec du métha- nol et de l'oxygène en présence d'un sel d'un métal appar- tenant aux groupes IB, IIB et VIII de la classification pério- dique, avec l'ion métal lié au nombre le plus petit possible d'anions minéraux, de préférence un sel de cuivre. La réac- tion est effectuée en dispersant, u dissolvantle sel métal- lique dans le méthanol, éventuellement en présence d'un autre solvant ou diluant liquide, qui peut être le produit de la réaction lui-même, et en envoyant dans la dispersion ainsi obtenue les flux gazeux d'oxyde de carbone d'hydrogène et d'oxygène soit mélangés entre eux soit séparéset soit en continu soit en cycles alternés. La réaction donne du carbonate de diméthyle et de l'eau selon l'équation stoechiométrique 2 CH3 OH + C+2O.. CH 0+ H20 3O avec l'absorption pratiquement quantitative de l'oxygène alimenté, et conduit à un enrichissement en hydrogène du gaz de synthèse. Le procédé peut être effectué sur une large gamme de pressionset de températures. La température utilisée est de préférence entre 70 et 150 C, et la pression totale du système réactionnel est choisie de façon à obtenir une pression partielle de l'oxyde de carbone supérieure à la pression atmosphérique. Le rapport CO/02 peut varier largement selon la teneur en oxyde de carbone exigéedu gaz évacué, qui peut 9tre ramenée à 1% en volume. En plus de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, le gaz fourni peut contenir d'autres gaz qui sont introduits dans les conditions de la réaction tels queazote, méthane ou gaz carbonique. La présente invention est illustrée par les exemples descriptifs et non limitatifs ci-après. EXEMPLE 1 3 litres de méthanol et 480 g de CuCl sont envoyés dans un autoclave revêtu intérieurement d'une matière en céra- mique. Le système est élevé à une température de 120 C, et un flux gazeux contenant CO et H2 dont l'hydrogène occupe 33% en volume est envoyé avec un débit de 140 Nl/hr en même temps qu'un flux d'oxygène gazeux est envoyé avec un débit de 40 Nl/hr, sous une pression totale de 25 bars. Nl/hr constitués par 65 % de H2, 32 % de CO, 3% de C02 et 0,1 à 0,2 % de 02 sont continuellement dégagés du système. Après 4 heures la conversion du méthanol est de 32,5%, la sélectivité en carbonate de diméthyle étant de % par rapport au méthanol et de 95% par rapport à l'oxyde de carbone. EXEMPLE 2 3 1 de méthanol et 480 g de CuC1 sont alimentés dans un autoclave ayant une capacité d'environ 6 litres. Le système est monté à 70C et l'oxygène est alimenté par inter- mittence sous 4 bars Jusqu'à ce que le cuivre soit complètement oxydé (environ 30 minutes). L'oxygène en excès est purge, la température est montée à 120 C et un mélange de CO et de H2 contenant 33% d'hydrogène en volume est alimenté dans l'autoclave par inter- mittence de façon à maintenir le système sous une pression de bars. En tout 93 Nl sont alimentés. La réaction est terminée en environ 20 minutes. 2471 363. du L'analyse/liquide à la fin de la réaction montre qu'il s'est formé 8, 20 % en poids de carbonate de diméthyle et 1,8 % d'eau, avec une sélectivité en carbonate-de diméthyle de 93% par rapport à l'oxyde de carboneset totale par rapport au méthanol. L'analyse du gaz à la fin de la réaction donne une composition en volume de 20% de CO, 7 % de C02, 73 % de H2. Trois autres cycles d'oxydation-réduction sont réalisés de la même façon que décrit ci-dessus donnant un comportement sen- siblement similaire sauf une légère augmentation du C02 et de la durée de la réaction. A la fin des quatres cycles, la phase liquide con- tient 28,9% de carbonate de diméthyle et 5,9% d'eau. EXEMPLE 3 Un mélange de 1670 g (67 %)de méthanol, 740 g (30 %) de carbonate de diméthyle et 65 g (2,7 %)d'eau est alimenté dans l'appareil de l'exemple 1 en même temps que 480 g de chlorure cuivreux. Le système est monté à une tempé- rature de 120 C et un mélange de CO et H2 contenant en volume 33% de H2 est alimenté avec un débit de 130 Nl/hr simultané- ment avec un flux d'oxygène ayant un débit de 30 Nl/hr sous une pression totale de 25 bars. Nl/hr de gaz ayant une composition de 40 % de CO, 53 % de H2, 7 % de C02 et 0,2 % de 02 sont purgés continuel- lement. Après 2 heures de réaction, une analyse de la phase liquide montre une composition de 51% en poids de CH30H; 43 % de carbonate de diméthyle, 6 % de H20,avec une sélectivité de % par rapport au méthanol et de 89 % par rapport à l'oxyde de carbone (conversion du méthanol 16,5%). Après 4 heures l'analyse dar une composition de 38% en poids de CH30H, 54 % de carbonate de diméthyle, 8 % de H20 (conversion du méthanol 35 %). EXEMPLE 4 L'essai décrit dans l'exemple 1 est répété en utilisant un mélange de CO et H2 contenant en volume 33% d'hydrogèneavec un débit de 115 Nl/hr, en maintenant le débit d'oxygène à 40 Nl/hr, sous une pression totale de 25 bars à une température de 155 C. Le gaz continuellement purgé du système contient 8% de CO, 84 % de H2, 8% de C02 et 0,4% de 02, et le carbonate de diméthyle est produit dans la solution(à environ 90 g litres/heure)avec une sélectivité de 100 % par rapport au méthanol et de 94% par rapport à l'oxyde de carbone. EXEMPLE 5 L'essai décrit dans l'exemple 1 est répété en utilisant un mélange de CO et H2 contenant en volume 10 % d'hydrogène, avec un débit de 85 Nl/hr tout en maintenant le débit de l'oxygène à 40 Nl/hr sous une pression totale de bars et à une température de 90 C. Un gaz contenant 49 % de H2, 33% de C0, 18% de COD et 0,2% de 02 est continuelle- ment purgé avec un débit de 10 Nl/hr et le carbonate de aimé- thyle se forme dans la phase liquide avec une vitesse et une sélectivité analoguesà celle de l'essai précédent. EXEMPLE 6 L'essai décrit dans l'exemple 1 est répété en utilisant un mélange de CO et H2 contenant en volume 67 % d'hydrogène,avec un débit de 250 N1/hr tout en maintenant le débit de l'oxygène à 40 Nl/hr, sous une pression totale de 50 bars et à une température de 135 C. Un gaz contenant en volume 91 % de H2, 7% de CO, 2% de C02 et 0,3 % de 02 est purgé continuellement avec un débit d'environ 180 Nl/hret le carbonate de diméthyle est obtenu dans la phase liquide avec une vitesse et une sélec- tivité analogues à celles des essais précédents. EXEMPLE 7 L'essai décrit dans l'exemple 3 est répété avec un débit de 390 Nl/hr pour le flux de C0/i2 contenant 33% d'hy- drogène;et avec un débit de 90 Nl/hr pour le flux d'oxygène sous une pression totale de 35 bars et à une température de C. Le gaz purgé continuellement a une composition de % de CO, 53% de H2, 6% de C02 et 0, 5% de 02 Après une heure de réaction l'analyse de la phase liquide donne une composition de 49% en poids de CH3 OH, -45% de carbonate de diméthyle et 6% de H20 (conversion du méthanol 20 %). REVENDICATIONS 1. Procédé pour la préparation du carbonate de diméthyle consistant à faire réagir l'oxyde de carbone et l'oxygène avec du méthanol, ou avec un J2eu contenant ce dernier,en présence d'un catalyseur constitué par un sel d'un métal appartenant au groupe iB, IIE ou VIII de la classi- fication périodique, caractérisé par le fait que la réaction est effectuée en envoyant dans le méthanol un mélange gazeux constitué par de l'hydrogène, de l'oxyde de carbone et de l'oxygène. 2. Procédé pour la préparation de carbonate de diméthyle selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le mélange gazeux envoyé dans le méthanol contient entre 0,1 et 90 % en volume d'hydrogène. 3. Procédé pour la préparation de carbonate de diméthyle selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé- par le fait que le mélange gazeux enrichi en hydrogène est prélevé à la sortie du réacteur. 4. Procédé pour la préparation de carbonate de diméthyle selon la revendication 1,caractérisé par le fait que la réaction est effectuée en présence d'un catalyseur constitué par un sel de cuivre. 5. Procédé pour la préparation de carbonate de diméthyle selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la réaction est effectuée de préférence dans une gamme de températures allant de 700 à C. 6. Procédé pour la préparation de carbonate de diméthyle selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que dans la réalisation de la réac- tion, la pression partielle de l'oxyde de carbone présent dans le mélange gazeux envoyé dans le méthanol est supérieure à la pression atmosphérique.