Brevet FR2475036A1 — publié le 19810807

I La présente invention concerne un procédé d'amélioration de la qualité de l'acide monocarboxylique aliphatique -satiréde7à9ames caboneprhydogénaticn,enDhase finale, du produit acide en présence d'un catalyseur au palladium à température et pressionr modérées. Il existe de nombreuses références à des techniques connues d'hydrogénation des hydrocarbures insaturés. Sonttypiques de ces références, les brevets U.S. A. 1 023 753; 1 174 245; 2 331 915; 3 123 574 et 3 198 816 qui décrivent divers procédés d'hydrogénation d'huiles grsses irzaturées en utilisant différentes formes de catalyseurs au palladium. Cependant ces références ne mentionnent pas l'hydrogénation comme étape de puri- fication des acides saturés. Le brevet U.S.A. 3 271 410 décrit un procédé d'amélioration de la qualité d'un acide gras hydrogéné par catalyse par réhydrogénation de cetacide gras, en présence d'un catalyseur au palladium, à des tempéra- tures élevées (930 C à 260 C) et à des pressions de O, 7 à 344 bars. Plus d'impuretés peuvent apparaître pendant l'hydrogénation à températures élevées qu'à températures et pressions modérée.C'est pourquoi le produit final désiré est distillé à partir du produit hydrogéné plutôt que par hydrogénation en phase finale. Le brevet U.S.A 3 775 450 décrit l'hydrogénation d'acides aliphatiquessatbir de5à10 C produite par oxydation' à l'acide nitrique à des températures allant de la température ambiarte àenr-i'on 3000 C, et à des pressions d'hydrogène élevées allant de 7 à138 bars. Les catalyseurs au palladium sont satisfaisants comme catalyseurs d'hydrogénation.Les hautes température et lesprsonsdhydogàm élevées entraînent en général la production d'impuretés supplémentaires et les produits désirés sont obtenus par distillation plutôt que par hydrogénation en phase finale. Enfin, le brevet U.S.A. 2 884 451 décrit un procédé de purification d'un mélange d'acide bruts produit par oxydation d'hydrocarbures paraffiniques pour former des acides aliphatiques ayant 1 à 4 atomes de carbone. L'acide désiré est d'abord enlevé par distillationdu mélange réactionnel et ensuite hydrogéné par l'utilisa- tion d'un catalyseur d'hydrogénation typique. Les catalyseurs de palladium et de platine sont tous les deux connus pour leur capacité d'éloigner les impuretés à température ambiante etàla pression atmosphérique, particulièrement les impuretés odorantes et celles de nature réduisante, forméespendant la réaction d'oxyda- tion. Cependant ce brevet ne dit rien de la purification des acides supérieursproduits ou non par oxydation des aldéhydes correspondants, lesquels acides sont eux-mêmes très odorants. Il sembleraitraisonnable de supposer que ces acides supérieurs contiennent également des impuretés différentes de celles contenues dans les acides C1-C4 produits par oxydation des hydrocarbures paraffiniques. De plus le brevet U.S.A. N 2 884 451 n'indique pas si le palladium est un catalyseur plus efficace que le platine pour la purifi- cation par hydrogénation des acides autres que es acides Ci - C4 objetsdu brevet et particulièrement dans l'hydrogénation des acides C7-C9 purifiés selon la procédé de la présente invention. On a maintenant trouvé un procédé d'amélioration de la quplité des acides monocarboxyliques aliphatiques srés79a9 amesdecarbcneproidtspar oxdation des aldéhydes C7-C9 correspondants. Après récupération par distillation ou autre procédé, le produit acide est soumis à, hydrogénation en présence d'un catalyseur au palladium dans des conditions o ie températurtet une pression douces sont combinées de sorte que la température varie de 200 C à 50 C et les pressions d'hydrogène d'environ 1 à environ 5 bars. Dans la production d'acidemonocarboxyliques aliphatiques saturés ayant 7 à 9 atomes de carbone, une petite quantité d'impuretés indésirables peut être produite et transportée avec le produit désiré même silbnemploie une distillation complète ou d'autres systèmes de récupération pourla purification du produit. Ces impuretés, qu'il s'agisse de sous- produits organiques insaturés ou autres matériaux réductibles peuvent donner au produit final des caractéristiques indésirables. Par exemple, de telles impuretés peuvent entrainer la formation de corps colorés indésirables dans le produit acide. Ces impuretés réagissent également au matériaux avec lesquels les produits acides sont utilisés ou réagissent, formant d'autres impuretés instables thermiquement et chimiquement. La présenteinvention concerne un procédé d'amélioration de la qualité d'acidesmonocarboxyliquoealiphatiques saturés C7- C9 produits par oxydation des aldéhydes C7 - C9 correspondants. D'une manière généralece procédé suppose l'hydrogénation des acides saturés C - C9 à des conditions de température et de pression d'hydrogène exceptionnellement modérées en utilisant un catalyseur de palladium. Les aldéhydes C7 - C 9 utilisés pour produire les acides correspondants purifiés selon le procédé de cette invention peuvent être preparéspar hydroformylation catalytique d'alcénes C6-C8 tels que n-hexene, n-heptene ou n-octeène en présence d'un catalyseur approprié avec de l'oxyde de csarbeetdel'hydrogere; voir par exemple le brevet U.S.A. N 3 239 566 de Slaugh et autres; le brevet U.S.A. N 3 511 880 de Booth; le brevet U.S.A. 4 158 020 de Stautzenberger et autres, entre autres. La présente invention peut être utilisée avantageusement comme étape finale (c'est-à- dire sans distillation ou système de récupération ultérieur) pour obtenir des acides saturés C - i de haute qualité, puisqu 'aucune impureté n'apparaitdans ces conditions modérées d'hydrogénation. L'sideMnal, hgénésaturé -% prodtauninice d'iode très réduit mesurant l'insaturation et peut être une indication sur la manière dont les acides réagiront en ce qui concerne la stabilité thermique et le développement de couleurs. Les acides purifiés selon le procédé de cette invention sont produits par oxydation du n-heptanal, n-octanal et n-nonanal en présence d'un catalyseur tel que du manganèse, du cuivre ou une combinaison des deux, suivie par une distillation pour obtenir le produit d'acide désiré contenant de petites quantités d'impuretés. Selon le procédé de l'invention, les acides C7-C9 peuvent être hydrogénés doucement et ce en phase finale à température et pression modérées pour éliminer les effets nuisibles des impuretés et ne pas produire d'impuretés supplémentaires comme montré par les explorationschromatographiques typiques en phase gazeuse. Le procédé de cette invention implique l'utilisation d'hydrogénation douce à basse température et à basse pression d'hydrogénation. Les températures utilisées au stade d'hydrogénation peuvent être comprises entre environ 20 C et 50 C de préenoeD Cet 35 C. Les pressionéd'hydrogénation peuvent être comprises entre environ 1 et 5 bars, de préférence environ 1,4 bars à 4 bars. Le catalyseur d'hydrogénation utilisé pour la présente invention contient du palladium sous diverses formes telles que poudres boulette tiges et similaires. On peut utiliser comme catalyseur du palladium non supporté ou du palladium supporté par de la silice,du rbre,cdakieselguhr ou autre. On préfère en particulier comme catalyseur le palladium saipporté par une boulette de charbon. Lorsqu'on utilise descatalyseursde palladium supporté, la quantité de palladium sur le support peut varier d'environ 0 01 % à 10 % en poids ou plus sur la base du catalyseur total, de préférence d'environ O, 5 % à 5 % sur la même base. La quantité de catalyseur présent doit être suffisante pour permettre d'effectuer l'ydinaticn jusqu'à lbtiEniicn dtn iundice diodele pl1us faible possible dupointde vue écoromique La quantité de palladium utilisée peut varier d'environ 0,001 % à environ 1 % en poids (sans le poids du support) sur la base de la quantité d'acide monocar- boxylique aliphatique saturé à traiter. Normalement, la quantité de palladium utilisée variera d'environ 0, 001 % à environ 0,15 % en poids de la quantité totale d'acide à traiter. Un catalyseur tout à fait souhaitable est formé de 0,5 % en poids de palladium sur du chaCrb on, 4 x 8 maille (mesh), pour obtenir au moins environ 0,01 % en poids de palladium sur la totalité de l'acide traité. L'équipement utilisé selon le procédé de cette invention peut être n'importe quel équipement utilisé normalement pour l'hydrogénation, soit en opérations disontinuessoit en continu. Une bombe de Parr ou élément équivalent d'équipement peut être utilisée en opération discoetinue. Nrmalement, une filtration du catalyseur à -I partir du produit hydrogéné est nécessaire pour ce procédé d'hydrogénation. Les procédés d'hydrogénation continue peuvent être réalisés soit en lit de ruissellement (transfert de masse non limité) soit en lit à déborde- ment (tranfert de masse limité) et le même équipement peut être utilisé pour les deux procédés. Cet équipement comprend une unité de pression contenant une section qui contintle catalyseur et à travers laquelle l'acide à.traiter déborde ou ruisselle, selon le cas, dans une atmosphère chargée d'hydrogène. Le produit traité ou hydrogéné est alors récupéré. La production de poudres fines de catalyseur, possible selon le procédé du lit à débordement, est minimisée selon le procédé de lit à ruisselLement et par conséquent, la technique du lit à ruissellement est le mode de réalisation préféré. Les exemples qui suivent sont présentés comme une illustration spécifique de la présente invention. On comprendra cependant que l'invention n'est pas limitée aux détails spécifiques indiqués dans les exemples. -2475036 EXEMPLES I à 8 Delàcide nonylique produit par oxydation de n- nonanal en présence d'une combinaison d'acétate de man- ganèse et d'acétate cuprique comme catalyseurs, a été distillé du mélange de réaction et ensuite traité en une série d'opérations selon le procédé suivant: une bombe en verre de Parr (ayant un volume d'environ 300 millilitres) a été chargée d'environ 100 millilitres d'acide nonylique(indice d'iode 0,047 meq/g) et de 10 millilitres de catalyseur d'hydrogénation, puis a été pressurisée à l'hydrogène. Après agitation pour une durée déterminée à température ambiante, (environ 20 C0 l'hydrogène a été éventé à l'atmosphère et les contenus du réacteur ontété filtrés (filtre millipore 0,451)et analysés pour déterminer l'indice d'iode. Le tableau I indique les différences obtenues par l'utilisation du palladium sur charbon et du platine sur charbon comme catalyseurs d'hydrogénation. TABLEAU 1 COMPARAISON DES CATALYSEURS AU PLATINE ET AU PALLADIUM POUR L'HYDROGENATION DE L'ACIDE NONYLIQUE Catalyseur Pression H2 (Bars) Temps de séjour (Mn) Indioe d'iode ( meq/g) Alimentation nonylique Exemple 1 Exemple 2 Exemple 3 Exemple 4 Exemple 5 Exemple 6 Exemple 7 Exemple 8 en acide % de Platine sur charbon % Palladium sur charbon % Platine sur charbon % Palladium sur charbon 0,5 % Platine sur charbon 0,5 % Palladium sur charbon 0,5 % Platine sur charbon 0,5 % Palladium sur charbon X* 0, 047 4,13 4, 13 4, 13 4, 13 4,13 4, 13 4, 13 4, 13 0,015 0,006 0,010 0,004 0,027 0,011 0,016 0,004 -J, Co 0s * Indice d'iode = quantité d'iode en milli-équivalents absorbée par I gramme d'acide nonylique comme déterminé par la Méthode Wijs selon norme ASTM D 1959 La comparaison du palladium sur charbon et du platine sur charbon pour l'hydrogénation de l'acide nonylique indique qu'à une température ambiante modé (environ C) et à basse pression d'hydrogène, les catalyseurs palladium sur charbon sont plus efficacespour ce qui est de la réduction de l'indice d'iode, que les catalyseurs équivalents platine sur charbon METHODE WIJS POUR L'INDICE D'IODE SELON LA NORME ASTM D 1959 Un bàlon d'iode de-500 millilitres est empli d'un échantillon de 15 grammes, de 25 millilitresde - solvant de tetrachlorure de carbone et de 20 milliltres de solution de Wijs*. Le ballon est ensuite bouché et placé en chambre noire pour trente minutes. Après avoir retiré le balon de la chambre noire on y ajoute 20 millilitres d'une solution d'iodre de potassium ** et 100 millilitres d'eau distillée. Le contenu du ballon est alors titré à 0,1 N de thiosulfate jusqu'à un point final d'amidon. Un blanc, en omettant le seul échantillon sera effectué simultanément avec chaque groupe d'échantillons. Calcul: indice d'iode (B-S) x N x 12,69 (meq/g) = poids de l'échantillon o B = titrage du blanc S = titrage de l'échantillon N = normalité de la solution de thiosulfate * la solution de Wijs consiste en 5 millilitres de monochlorure d'iode de qualité réactif dans un litre d'acide acétique glacial. ** 15 % en poids d'iodure de potassium de qualité réactLf dans de l'eau distillée. EXEMPLES 9 à 12 L'acide heptylique produit par oxydation de n- heptanal en présence d'une combinaison de catalyseurs d'acetate de manganèse et d'acétate cuprique a été distillé du mélange de réaction et a ensuite subi une série de traitements selon le processus suivant Une bombe en verre de Parr (volume approximatif 300 millilitres) a été chargée de 100 millilitres d'acide hepty.lique (indice d'iode 0,012 meq/g) et de 10 millilitres de catalyseur d'hydrogénation et ensuite pressurisée à l'hydrogène. Après agitation pour une durée déterminée à température ambiante (environ 200 C) l'hydrogène a été dégagé à l'atmosphère et le contenu du réacteur a été filtré (filtre millipore 0, 45 j-) et analysé pour l'indice d'iode. Le tableau 2 indique les différences obtenues en utilisant le palladium sur charbon et le platine sur charbon comme catalyseurs d'hydrogénation. J,,. 4.- TABLEAU 2 COMPARAISON DU PLATINE ET DU PALLADIUM COMME CATALYSEURS POUR L'HYDROGENATION DE L'ACIDE HEPTYLIQUE Catalyseur Pression H2 (Bars) Temps de séjour (Mn) indice d'iode Alimentation en acide heptylique Exemple 9 Exemple 10 Exemple 11 Exemple 12 0,5 % de Palladium sur charbon 0, 5 % Platine sur charbon % Palladium sur charbon % Platine sur charbon 4,13 0, 012 4,13 0,006 4,13 4,13 o 0,008 0,002 0,004 rlo n as l1 EXEMPLE 13 Dans un réacteur d'hydrogénation à lit de ruissellement contenant un lit catalyseur de 50, 8 x 304, 8 mm à 0,5 % de palladium sur carbone, de dimension 4 x 8 maille(mesh), de l'acide nonylique produit conformément aux exemples I à 8 ruisselle au dessus du liteatalyseur à un taux contrôlé. La pression d'hydrogène du réacteur est de 1,38 bars et la tempé- rature d'hydrogénation est de 30 C. Le tableau 3 illustre les résultats obtenus à l'hydrogénation de l'acide nonylique dans diverses conditions. TABLEAU 3 HYDROGENATION DE L'ACIDE NONYLIQUE SUR LIT DE RUISSELLEMENT Flux massique* (Kg/m2 sec) Indice d'iode Meq/g Alimentation Produit 0,53 0,05 0,015 0,30 0,05 0,020 0,23 0,05 0,015 0,15 0,05 0,015 0,08 0,05 0,009 * Taux d'alimentation du liquide par coupe transversale unitaire-kilogrammes par m2 par seconde. Le tableau 3 indique que la qualité de l'acide nonylique peut s'améliorer par un procédé continu d'hydrogénation douce. EXEMPLE 14 En utilisant un équipement d'hydrogénation identique dans les conditions de réaction de l'exemple 13 et en remplaçant l'acide heptylique produit selon description des exemples 9 à 12 par de l'acide nonylique, on obtient les résultats suivants: TABLEAU 4 HYDROGENATION DE L'ACIDE HEPTYLIQUE SUR LIT DE RUISSELLEMENT Flux massique Indice d'iode (Kg/m2 sec) Meq/g Alimentation Produit 0,15 0,011 0,004 Le tableau 4 montre que la qualité de l'acide heptylique peut s'améliorer par un procédé continu d'hydrogénation douce. EXEMPLE 15 En théorie, l'hydrogénation peut se faire avant ou après traitement final en colonne. En d'autrestermes l'hydrogénation du produit de l'oxydation de n-heptanal ou n- nonanal avant la distillation serait très souhaitable à par-r du point de départ selon lequel la distillation en vue d'obtenir le produit acide désiré agirait comme protection contre l'entrainement de poudresfines du catalyseur dans le produit fini. Une comparaison blapat-hydrogénationetde la pré-bydrognatkian de l'acidenmylique a été effectuée sur le lit de ruissellement décrit à l'exemple 14. Le produit de réaction à l'acide nonylique obtenu à partir de l'oxydation de-n-nononal a été séparé en deux parties. Une partie de ce produit de réaction a été hydrogénée dans le réacteur à lit de ruissellement décrit à l'exemple 14 dans les conditions d'hydrogénation et avec un catalyseur identiques. Le produit a ensuite été distillé pour donner un produit qu'on pourrait appeler produit pré-hydrogéné. L'autre partie du produit de réaction decl'acide nonyliquea été d'abord distill- pour isoler l'acide nonylique des produits de réaction restants. L'acide nonylique distillé a ensuite été hydrogéné dans l'équipement d'hydrogénation à lit de ruisselement selon description de l'exemple 14 dans des conditions d'hydrogénation et avec un cata- lyseur identiques pour obtenir un produit que l'on pourrait appelerproduit post-hydrogéné. On a obtenu les résultats suivants: Produit de réaction de l'acide nonylique Acide nony- Acide nonylique distillé non hydro- lique post- pré-hydrogéné géné hydrogéné Indice d'iode Meq/g 0,048 0,010 0,025 Les données ci-dessus montrent que la pré-hydrogéna- tion est moins efficace que la post-hydrogénation pour la réduction de l'indice d'iode. Cependant les deux produits sont plus satisfaisants que le produit de réaction d' acide nonylique distillé non hydrogéné. On a observé que le produit de réaction au stade de la pré-hydrogénation désactivait rapidement le catalyseur d'hydrogénation tandis qu'il n'y avait pas désactivation à la phase finale de post-hydrogénation selon la présente invention. Par conséquent le processus de pré-hydrogénation ne peut être considéré comme fiable à cause de la désactivation du catalyseur d'hydrogénation. Dans tous les exemples décrits ci-dessus, illustrant les procédés de la présente invention, aucun produit supplémentaire n'a été observéda2sles produits hydrogénés des acides heptylique et nonylique comme montre par les explorations chromatgahiques typiquesen phase gazeuse Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinai- sons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé d'amélioration de la qualité des acides monocarboxyliques aliphatique satu rgs C7- produits par oxydation des aldéhydes C7-C9 correspondants et récupération du produit désiré, caractérisé en ce que l'hydrogénation dudit produit acide s'effectue comme phase finale en présence d'un catalyseur au palladium sous une pression d'hydrogène allant d'environ I à environ 5 bars et à température d'environ 20 à 50 C. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le catalyseur est du palladium sur charbon et en ce que la quantité de palladium varie de 0,1 à % en poids du catalyseur total. 3. Procédé selon la revendication I caractérisé en ce que la température varie d'environ 25 C à 350. 4. Procédé selon la revendication I caractérisé en ce que la pression d'hydrogène varie d'environ 1 4 bars à 4 bars. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le catalyseur est un palladium sur charbon et en ce que la quantité de palladium varie d'environ 0,5 à environ 5 % en poids, du poids total du catalyseur. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'acide monocarboxylique saturé hydrogéné est de l'acide heptylique. 7. Procédé selon la revend!cation 5, caractérisé en ce que l'acide monocarboxylique saturé hydrogéné est de l'acide nonylique.