Brevet FR2474512A1 — publié le 19810731

La présente invention se rapporte à l'épu- ration dans une installation de polymérisation. En particu- lier elle concerne un procédé d'épuration de monomères et de solvants lors de la production de polymères par polymé- risation en solution. On connaît depuis longtemps des procédés de polymérisation en solution. Une difficulté rencontrée lors de la mise en oeuvre de ces procédés consiste en ce que les catalyseurs utilisés sont très sensibles à l'humidité, à l'oxygène et à d'autres impuretés. En conséquence, les mono- mères et solvants utilisés doivent être épurés avec soin. Les monomères frais provenant du stockage contiennent des inhibiteurs d'auto-polymérisation, de l'humidité et d'autres impuretés. Le solvant utilisé dans la polymérisation est, d'autant qu'il est possible,recyclé après la phase d'extrac- tion de solvant intervenant dans l'étape de récupération de polymère. Un sous-produit du processus de polymérisation est un polymère de faible poids moléculaire qui reste norma- lement dans le courant de solvant après cette phase. En plus de ce polymère, ou huile, de faible poids moléculaire, le sol- vant à recycler est humide et contient des traces d'impure- tés légères non réactives, de monomères non entrés en réac- tion, d'anti-oxydants et d'autres impuretés. Des procédés connus d'épuration de monomères et de solvants comprennent plusieurs étapes, notamment un traitement chimique, une distillation en colonnes multiples avec et un séchage,/pour résultat des consommations d'énergie é- levées. Un procédé d'épuration selon l'invention pour monomères et solvants utilisés pour la fabrication de polymères par polymérisation en solution consiste à intro- duire un mélange de monomère et solvant dans une colonne de distillation qui rejette les impuretés légères et lour- des respectivement en haut et en bas et qui sèche ledit mélange par distillation azéotropique, et à décharger une vapeur de monomère et solvant qui est pure sous forme d'un courant latéral en un point situé entre le haut et le bas de la colonne. L'invention concerne également la colonne de distillation et l'appareillage associé pour la mise en oeuvre du procédé d'épuration défini ci-dessus. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la des- cription, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin unique annexé qui représente schématiquement un mode particulier d'application du procédé selon l'invention à l'aide d'une colonne de distillation et de l'appareillage associé. En référence à ce schéma, un courant de mo- nomère frais est mélangé avec le courant de solvant récupé- ré et non traité dans des proportions prédéterminées par les conditions opératoires de polymérisation qui sont imposées. Ce courant combiné est préchauffé dans un échangeur de cha- leur 1 en utilisant la chaleur provenant du courant latéral extrait de la colonne de distillation 2. Le courant préchauf- fé est introduit en tete de la colonne de distillation 2 par l'intermédiaire d'une tubulure d'admission 3. La colon- ne de distillation 2 est chaufféepar de la vapeur à haute pression. Les queues légères et l'azéotrope aqueux sont éva- cués par le haut de la colonne par l'intermédiaire d'une tu- bulure 4 et ils sont envoyés par l'intermédiaire d'un con- denseur 5 jusqu'à une cuve de reflux 6. Les queues-légères et l'azéotrope aqueux sont séparés dans cette cuve de reflux et la matière pour reflux, servant à maintenir la colonne en équilibre, est réintroduite dans la colonne 2 par l'intermé- diaire d'une tubulure 7. L'eau qui s'est accumulée à la base de la cuve de reflux 6 est automatiquement vidangée. Une alimentation en inhibiteur d'auto-polymérisation est main- tenue pour la cuve de reflux 6 afin de faire fonctionner la colonne d'une façon correcte et sure. Les impuretés lourdes, telles que des huiles de faible poids moléculaire, des anti-oxydants et des mo- nomères lourds n'ayant pas réagi qui sont utilisés dans le processus de polymérisation (par exemple du styrène) sont rejetés de la base de la colonne 2 par l'intermédiaire de la tubulure 8. La colonne de distillation 2 comprend une série de plateaux 9, qui peuvent intervenir en nombre compris entre 10 et 30, qui est de 13 dans l'exemple considéré.Un mélange de monomère et solvant pur et sec est évacué sous forme de vapeur à partir du côté de la colonne de distil- lation 2 par l'intermédiaire d'une tubulure 10. La position optimale de cette tubulure 10 est déterminée par les con- ditions de colonne et par la pureté de la vapeur s'écoulant vers le haut de la colonne. Dans le mode particulier de ré- alisation de l'invention, la tubulure 10 est située immédia- tement au-dessus du quatrième plateau à partir de la base, indiqué en 9' sur le dessin. La vapeur déchargée passe par un cyclone 11 qui sépare le pulvérisat liquide et le ren- voie à la colonne par l'intermédiaire de la tubulure 12. Ce pulvérisat est de préférence renvoyé au plateau de colonne qui est situé immédiatement en dessous du point de décharge de vapeur (c'est-à-dire le plateau 9') maiseen cas d'impos- sibilité, il peut être renvoyé au plateau suivant placé im- médiatement plus bas. A la sortie du cyclone 11, le courant de monomèresolvant est condensé par échange de chaleur dans l'échangeur 1 et il est, si nécessaire, encore refroi- di en utilisant par exemple des refroidisseurs à air 13, avant d'être ensuite recueilli dans un collecteur de pro- duit 14. Le produit épuré peut ensuite être évacué pour son utilisation normale par l'intermédiaire d'une conduite et d'une pompe 16.Un tuyau de recyclage 17 est prévu pour renvoyer le courant latéral vers la canalisation d'alimenta- tion en vue de faciliter le démarrage pour le cas d'urgen- ce ou pour maintenir le débit de matière fournie à la co- lonne dans le cas o le taux de produit traité tombe en des- sous du niveau opérationnel, par exemple de 50%. Les conditions de fonctionnement de la colonne sont commandées par différents facteurs, par exemple la pres- sion et température dans la colonne, les débits d'entrée 2474512 4 et sortie, tous ces paramètres pouvant être intégrés par un ordinateur programmé de façon appropriée. La pression de co- lonne est commandée à l'aide d'une vanne de régulation de pression Ecommandant le collecteur de déchets gazeux. Par réglage de cette vanne 18, on peut agir sur le taux de re- jet de queues légères hors de la colonne. Le taux d'évacua- tion d'impuretés lourdes à la base de la colonne (purge) est réglé pour maintenir une relation stable entre la pression et la température à la base de colonne, les impuretés lour- des forment normalement entre 30 et 50% de ce courant de purge. L'efficacité de séparation est commandée par le dé- bit de reflux de la colonne, qui est habituellement compris en 20 et 40% du débit d'admission en colonne. L'ébullition en colonne est commandée automatiquement par le niveau dans la base de colonne. Le taux de décharge du courant la- téral sortant par la tubulure 10 est réglé à l'aide d'une vanne 19, en série, dont l'actionnement est corrigé en fonc- tion du niveau dans la cuve de reflux. La commande de la colonne est par conséquent effectuée en fonction d'un inventai- re constant des données et, par un réglage effectué avec soin, le système peut fonctionner sans flottement. Le procédé selon l'invention convient en particu- lier pour l'épuration d'un monomère de butadiène et d'un sol- vant tel que du n-hexane, qui peut en outre contenir des quantités connues de paraffine C5 et également de cycloparaf- fines C5 et C6. Cependant l'invention n'est pas limitée à l'épuration d'un tel mélange de monomère et solvant. Par un réglage des conditions opératoires, on peut utiliser la colon- ne et l'appareillage associé pour assurer l'épuration-d'au- tres monomères et solvants d'hydrocarbones, par exemple pour la fabrication de polymères et copolymères d'oléfines (par exemple des caoutchoucs EP et EPDM et du polypropylène). Cependant l'invention est en particulier applicable à l'épu- ration de monomères de diène conjugués, contenant par exem- ple 4 à 10 atomes de carbone, et d'un solvant hydrocarbo- né, notamment un solvant d'hydrocarbone saturé.. Dans un procédé typique d'épuration de buta- diène, on a fait fonctionner la colonne et l'appareillage associé représentés sur le dessin dans les conditions sui- vantes. Le monomère (1,3 butadiène) et le solvant (essen- tiellement du n-hexane) sont introduits dans l'échangeur 1 à des débits respectifs de 114 et 341 1/mn. La température du mélange à la tubulure 3 est de 381C. La colonne est maintenue en bas à une température de 1210C et en tête à une température de 570C. La température immédiatement en dessous du quatrième plateau est de 1180C etau-dessus, de 770C. Le débit de purge est de 9 1/mn et la pression à la vanne 18 est de 3,5 bars à 16%C. Le débit de recyclage à la tubulure 7 est de 182 1/mn. Dans ces conditions, on peut décharger un mélange épuré à un débit de 445 1/mn à la tu- bulure 10. En utilisant le principe du courant latéral de vapeur selon l'invention, il est possible de réaliser simultanément le séchage et l'épuration du mélange de mo- nomère et solvant, par élimination des impuretés légères (notamment des acétylènes) et lourdes de façon à obtenir un mélange pur, dans une seule colonne de distillation. Un gros avantage consiste en ce qu'il est possible d'utili- ser le procédé en présence de l'inhibiteur pendant la dis- tillation (en vue d'obtenir une sécurité de marche) mais ce- lui-ci n'est pas présent dans la vapeur de monomère pro- duite puisqu'il n'est pas volatil. Par le passé, il était nécessaire d'utiliser trois colonnes, à savoir une pour enlever les impuretés lourdes, une pour enlever les impuretés légères et une pour sécher le mélange de butadiène et solvant. Les avantages résultants consistent par consé- quent dans les frais d'investissement plus faibles, dans la réduction des dépenses d'exploitation (diminution de la con- sommation d'énergie),dans la plus grande fiabilité et dans la diminution des temps d'arrêt. Indépendamment de tout cela, on élimine l'opé- ration de lavage caustique du monomère, ce qui supprime le problème de la décharge de l'effluent caustique. 2474512 J REVENDICATIONS 1. Procédé d'épuration de monomères et sol- vants utilisés pour la fabrication de polymères par poly- mérisation en solution, caractérisé en ce qu'on introduit le mélange de monomère et solvant impur dans une colonne de distillation qui rejette les impuretés légères et lour- des respectivement en haut et en bas de la colonne et qui sèche le mélange de solvant et monomère par distil- lation azéotropique et en ce qu'on décharge une vapeur pure de monomère et solvant, sous forme d'un courant latéral à partir d'un point intermédiaire entre le haut et le bas de la colonne. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le monomère estune oléfine ou un diène conjugué. 3. Procédé selon l'une des revendications l et 2, caractérisé en ce que le monomère est du butadiène. 4. Installation comprenant une colonne de cis- tillation et l'appareillage associé, pour la mise en oeu- vre du procédé selon la revendication 1.