Brevet FR2496101A1 — publié le 19820618

Procédé pour séparer en continu des constituants peu vola- tils d'un anhydride phtalique brut fabriqué par oxydation de naphtalène. La présente invention concerne un procédé pour sé- parer en continu des constituants peu volatils d'un anhydride phtalique brut fabriqué par oxydation de naphtalène et ayant subi un traitement thermique préalable, cette sépara- tion s'effectuant avant la purificcation de l'anbydricue par distillation. L 'anhydride phtalique brut contient, en fonction de la substance à partir de laquelle il est obtenu et du procédé d'oxydation utilisé, des quantités variées d'impu- retés de diverses natures. Ces impuretés perturbent pour plusieurs raisons l'épuration du produit brut par rectifi- cation. C'est pourquoi le produit brut est soumis, avant la rectification, à un traitement thermique préalable au cours duquel entre autres les acides dicarboxvliques sont convertis en leurs anhydrides, les acides monocarboxyliques sont décar- boxylés et la naphtoquinone est transformée en produits de rxids moléculaire supérieur. Alors que dans un produit d'oxy- dation brut obtenu à partir d'o-xyltène la proportion des impuretés à poids moléculaire élevé est faible et ne pose guère de problèmes lors-de la rectification, de l'anhydri- de phtalique brut obtenu à partir de naphtalène contient entre autres en général de 1,0 à 1,3 % en poids de résidu et jusqu'à 0,5 % en poids de naphtoquinone. Etant donné que la naphtoquinone se transforme au cours du traitement pré- alable en composés résineuxde poids moléculaire supérieur, l'anhydride phtalique finalement soumis à la rectification peut contenir jusqu'à environ 2 % en poids de constituants formant résidu. Il s'est avéré que lors de la rectification en con- tinu, effectuée généralement en deux phases, ces résidus 2496 10 1 causent des perturbations du fait que leurs constituants se déposent sur les surfaces chauffantes des évaporateurs raccordés aux colonnes de rectification. Ceci conduit à des perturbations de sorte que le fonctionnement doit être interrompu en vue d'un nettoyage des évaporateurs. Il a dé- jà été proposé de soumettre l'anhydride phtalique brut d'a- bord à une distillation discontinue afin de séparer ce ré- sidu de l'anhydride phtalique et des impuretés plus vola- tiles (demande de brevet allemand mise à l'inspection pu- blicTue DF-AS 1 668 398)' En outre, il a été décrit, en relation avec un procédé en continu, une distillation d'anhydride phta- lique, obtenu à partir de naphtalène, effectuée en trois phases et au cours de la première phase de laquelle le ré- sidu est d'abord séparé par évaporation du produit brut (H. Suter, Phthalsâureanhydrid und seine Verwendung, 1972, page 45). Dans ce cas il se produit, au cours de la premiè- re phase d'évaporation, également une concentration des constituants de résidu qui mène rapidement à la formation d'un dépôt sur les surfaces chauffantes. Enfin, il est con- nu de faire subir à l'anhydride phtalique brut liquide pré- alablement traité une détente dans une colonne de distilla- tion fonctionnant sous vide, de retraiter le résidu de dis- tillation extrait de cette colonne dans une-colonne de dis- tillation sAparee et de soumfettre le produit de tête sortant de cette colonne a la purification par distillation. Dans ce procédé le produit brut doit être chauffé à une température élevée,. à savoir 450'C, pour évaporer l'anhydride phtalique dans une large mesure à partir du produit brut. Cette températu- re élevée favorise la décomposition d'anhydride phtalique et a pour effet de réduire le rendement en produit pur. D'autre part, lors du chauffage à 4500C il faut une pres- sion élevée correspondante pour maintenir le produit brut R l'état liquide dans l'échangeur de chaleur. Ceci entraîne des dépenses accrues en conséquence sur le plan de l'appa- reillage. Si l'on renonçait à la pression plus élevée, l'é- bullition de l'anhydride phtalique débuterait déjà dans l'échangeur de chaleur, auquel cas des résidus se dépose- raient à nouveau sur les surfaces de l'échangeur de chaleur (demande de brevet allemand mise à l'inspection publique DF-AS 1 295 540). L'invention a pour but de créer un procédé pour la séparation en continu des constituants formant résidu d'un anhydride pbtalicue brut fabriqué Dar oxydation de napbtalène et ayant subi un traitement thermique uréalable, selon lequel seraient évités les inconvénients se présentant lors de la puri- fication par distillation du fait que des constituants formant résidu se dé- posent sur les surfaces chauffantes des évaporateurs. Il s'a- git en particulier également d'éviter la formation de dé- p8ts sur les surfaces chauffantes lors d'une séparation pré- alable du résidu. Enfin, l'invention vise à ce que lors de cette séparation préalable soit extrait un résidu pauvre en anhydride phtalique de façon que la distillation du résidu puisse s'effectuer à peu de frais. L'invention part, en ce qui concerne le procédé men- tionné au début, du fait que l'anhydride phtalique brut liquide préalablement traité est détendu dans un espace de détente maintenu sous vide, de l'anhydride phtalique brut liquide à teneur accrue en constituants peu volatils est extrait de l'espace de détente et soumis à une distillation de résidu et la fraction évaporée dans l'espace de détente est soumise à la rectification. le procédé est caractérisé selon l'invention en ce qu'une partie de l'anhydride phtalique brut extrait de l'espace de détente est comprimée jusqu'1 une pression dans la gamme de 1 à 5 bars, est chauffée à une température inférieure au point d'ébullition sous la pression réqnante et est ensuite retournée dans l'espace de détente en se détendant, et l'autre partie de l'anhydride phtalique brut extrait est soumise à une distil- lation en vue de la séparation du résidu. L'anhydride phta- lique brut ayant subi le traitement thermique préalable, qui s'effectue notamment à des tentpératures dans la gamme de 220b 2850C, est d'abord amené directement dans l'espace de détente. A ce stade il se-produit déjà une évaporation partielle de l'an- hydride phtalique si la température du traitement préalable est supérieure à la température d'ébullition de l'anhydride phtalique sous la pression régnant dans l'espace de détente. T'tant donné que la chaleur contenue dans l'anhydride phtalique brut préalablement traité est cependant insuffisante pour per- mettre à l'anhydride phtalique, même en présence d'un vide poussé dans l'espace de détente, de s'évaporer dans une très large mesure, le complément de chaleur nécessaire à l'évaporation du produit brut est apporté à un courant de circulation par un échangeur de chaleur. A cet égard le cou- rant de circulation est maintenu, au niveau de l'échangeur de chaleur, sous une pression suffisante pour interdire l'ébullition. On évite ainsi que, par suitede l'ébullition, des résidus se déposent sur les surfaces chauffantes de l'échangeur de chaleur et conduisent ainsi à des incidents de fonctionnement. Etant donné que la compression de l'an- hydride phtalique a essentiellement pour but d'éviter une ébullition due au chauffage, on peut évidemment aussi le comprimer jusqu'à obtention d'une pression supérieure à bars, ce qui n'offre cependant aucun avantage mais pré- sente sur le plan des conditions d'exploitation un incon- vénient par suite du travail de compression accru et de la pompe plus puissante nécessaire. Qrâce à l'évaporation par détente suivant l'invention il se forme au fond de l'es- pace de détente une fraction fortement concentrée en rési- du qui contient encore 20 à 80, de préférence 50 à 70 % en poids d'anhydride phtalique. Cette fraction de résidu est séparée de manière connue en soi en un résidu et un produit de tête au - cours d'une distillation en vue de séparer le résidu. Suivant le mode de réalisation préféré du procédé de l'invention on laisse l'anhydride phtalique brut chauffé se détendre dans un espace maintenu sous vide, de Préférence sous uné pression de 0,04 à 0,9 bar. Lors de la détente sous vide, il suffit que l'anhydride phtalique bru.t comprimA soit chauffé à une température dans la gamme de à 3500C, de préférence dans la gamme de 2(O a 3000C, Dour évanorer une partie substantielle de l'anhydride phta- liaue amené dans le circuit. Il va sans dire aue la nro- nortion de l'anhydride phtalique évaporé au cours d'un cy- cle neut varier très sensiblement en fonction de la tempé- rature de chauffage et de la pression régnant dans l'esnace de détente. Avec dés taux d'évaporation relative- ment réduits par cycle, il est nécessaire que le produit brut circule d'autant plus fréquemment.Avantageusement, l'anhy- dride phtalique brut comprimé se trouve, en étant détendu dans l'espace de détente, refroidi à une température dans la gamme de 165 à 2850C. La fraction évaporée par suite de la détente est avantageusement condensée par refroidissement ultérieur, puis épurée par une rectification à deux étages. La condensation se réalise avantageusement dans un échan- geur de chaleur qui est également de préférence maintenu sous vide. Grâce à la séparation préalable du résidu, prévue suivant l'invention, la formation de dépôts sur les surfaces chauffantes des deux étages du système de rectification se trouve extraordinairement réduite. Si dans le premier étage de rectification les impuretés très volatiles sont séparées et dans le deuxième étage de rectification l'anhydride phtalicue pur passe (à l'état de vapeur),alors l'enrichissement en résidu doit s'effectuer au fond du second étage. Alors que dans le pro- cédé classique ce résidu doit être extrait au bout d'inter- valles de temps relativement courts afin d'éviter une dimi- nution du transfert de chaleur dans le rebouilleur corres- pondant, dans le procédé suivant l'invention à séparation préalable du résidu cette extraction n'est nécessaire qu'au bout de laps de temps très prolongés. Avantageusement, la distillation en vue de la sépa- ration de résidu s'effectue sous une pression dans la gam de 0,04 b 0,9 bar et le produit de tête est rajouté à l'anhy- dride phtalique-brut. Le résidu est en général brûlé. Une forme de réalisation du procédé suivant l'inven- tion est décrite plus en détail ci-après à l'aide du dessin annexé qui représente le schéma de fonctionnement d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé. Comme représenté sur la figure unique, l'anhydride phtalique brut amené par l'intermédiaire du conduit 1 passe d'abord par une cascade formée de deux chaudières à agita- tion 2 et dans laquelle le produit est chauffé, par exemple sous la pression atmosphérique, à 2801C. Le produit s'écou- lant de la seconde chaudière à agitation 2 par le conduit 3 passe dans le récipient de détente 8. Lors de ce passage le produit est détendu dans la valve 3a jusqu'à la dépression régnant dans le récipient de détente. Dans ce récipient une partie de l'anhydride phtalique contenu dans le produit brut s'évapore spontanément. Un produit brut à teneur en ré- sidu accrue est extrait du fond du récipient de détente 8 en passant par le conduit 13. Un courant partiel de ce pro- duit brut est comprimé dans le compresseur 4, puis amené par le conduit 6 au réchauffeur 5 o il est chauffé pour être enfin, dans la valve d'étranglement 7, à nouveau dé- tendu jusqu'à la dépression du récipient de détente 8. Par l'intermédiaire d'un conduit 9, dans lequel est monté le condenseur 10, le récipient 8 est raccordé au conduit com- mun sous vide 11 qui est maintenu sous vide par une pompe à jet 'de vapeur 12. La fraction évaporée au cours de la détente arrive, en passant par le conduit 9, dans le condenseur 10 o elle est condensée. L'autre courant partiel du produit liquide sortant du récipient 8 passe par le conduit 13 et arrive dans l'é- vaporateur à agitation 14 pour la séparation du résidu. Dans cet évaporateur il est séparé, sous vide, en un résidu à peu près sec et un produit de tête riche en anhydride plbtalicque. L'evanoration de résidu dans le récipient 14 neut s'effec- tuer de manière discontinue. De préférence, elle est cepen- dant, comme représenté, effectuée en continu, par exemple dans un évaporateur à couche mince comportant des organes d'essuyage passant sur les surfaces chauffantes ou dans un récipient muni d'un agitateur passant sur sa paroi. Ces récipients évaporateurs sont chauffés en surface par l'enveloppe. Le résidu est extrait en 15. Au moyen du conduit 16, dans lequel se trouve le condenseur 17, le récipient 14 est raccordé à la pompe à jet de vapeur 18. Le produit de tête issu de l'évaporateur 14 destiné à la sé- paration de résidu est condensé dans le condenseur 17 et évacué par le conduit 19. Il peut être réuni avec le produit brut dans le conduit 1 ou 3 ou êtrb utilisé à d'autres fins. Le produit condensé dans le condenseur 10 est amené par le conduit 20 dans la première colonne 21 d'un système de rectification à deux étages. Dans la coloànne 21 les im- puretés les plus volatiles sont séparées, sous un faible vide, de l'anhydride phtalique par distillation et prélevées au moyen du conduit 22. Le produit recueilli au fond de la colonne 21 passe par le conduit 23 équipé d'une pompe 24 de façon à être amené dans la colonne sous vide 25 o l'anhy- dride phtalique pur est distillé. Le produit pur est ex- trait en 26. Le procédé suivant l'invention permet de pro- téger les surfaces chauffantes des évaporateurs 27 et 28 associés respectivement aux colonnes 21 et 25,dans une lar- ge mesure,contre la formation de dépôts. EXEMPLE 10 000 kg/h d' anhydride phtalique brut fabriciué par oxy- dation de naphtalène sont traités dans une installation comme celle représentée sur la figure. Ils s'écoulent par une cascade formée de deux récipients à agitation o ils sont maintenus au total 12 heures à 25000. Le produit brut est alors détendu jusqu'à 0,14 bar dans un récipient de dé- tente. Au cours de ce processus s'évaporent environ 1850 kg/h du produit brut amené. La partie non évaporée est ex- traite du fond du récipient, comprimée jusqu'à environ 2 bars et chauffée à 230 0 par échange thermique avec un liquide caloporteur présentant une température de 3100C pour être ensuite détendue à nouveau jusqu'à 0,14 bar dans le récipient de détente. Dans celui-ci s'établit une tempé- rature de 21000. Avant la compression 1667 kg/h sont amenés à partir du courant de circulation à l'appareil de distil- lation destiné à la séparation du résidu et y sont séparés en 500 kg/h de résidu et 1167 kg/h de produit de tête riche en anhydride phtalique. La phase gazeuse sortant du récipient de détente est aspirée par un condenseur et ainsi condensée. On ob- tient ainsi 8333 kg/h de produit brut liquide qui sont épu- rés dans un système de rectification à deux étages. Dans le premier étage les impuretés les plus volatiles sont, pour une pression de tête de 200 mbars et une température de 1850C, distillées avec un débit de 10 kg/h. Le produit de fond de cette colonne est rectifié dans une se- conde colonne de rectification présentant une pression de tete de 330 mbars et une température de tête de 16500. On obtient ainsi,en tant que produit de tête 8320 kg/h d'anhy- dride phtalique pur. Du fond de la seconde colonne sont ex- traits, à des intervalles de 12 heures chaque fois,36 kg de produit de fond. Au bout de 1000 heures de fonctionnement aucune formation de dépôts sur les surfaces chauffantes du réchauffeur situé dans la zone de compression ou des éva- porateurs raccordés aux colonnes de rectification n'a pu être observée. L'invention n'est pas limitée à la forme de réalisa- tion représentée. Ainsi notamment l'espace de détente peut être soumis à la même pression que celle des récipients de traitement préalable de sorte qu'aucune détente ne se pro- duit lors du passage à partir du dernier récipient de trai- tement préalable à l'espace de détente. L'espace de détente peut par exemple se trouver sous la pression atmosphérique de sorte que seul le courant partiel comprimé en circula- tion y est détendu. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour séparer en continu des constituants peu volatils d'un anhydride phtalique brut fabriqué Dar oxyda- tion de naphtalène et ayant subi un traitement thermique préalable, cette séparation s'effectuant avant la rectifi- cation de l'anhydride, procédé dans lequel l'anhydride phta- lique brut liquide préalablement traité est détendu dans un espace de détente maintenu sous vide, de l'anhydride phta- lique brut liquide à teneur accrue en constituants peu vo- latils est extrait de l'espace de détente et soumis à une distillation en vue de la séparation de résidu et la frac- tion évaporée dans ltespace de détente est soumise à la rectification, caractérisé en ce qu'une partie de l'anhy- dride phtalique brut extrait de l'espace de détente est comprimée jusqu'à une pression dans la gamme de 1 a 5 bars, est chauffée à une température inférieure au point d'ébulli- tion sous la pression régnante et est ensuite re- tournée dans l'espace de détente en se détendant, et l'au- tre partie de l'anhydride phtalique brut extrait est soumi- se à une distillation en vue de la séparation du résidu. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'anhydride phtalique brut chauffé est détendu dans un espace maintenu sous vide, de préféren- ce sous une pression de 0,04 à 0,9 bar. 3 - Procédé suivant la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que l'anhydride phtalique brut comprimé est chauffé à une température dans la gamme de 175 à 3500C, Se préférence de 200 à 3000C. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'anhydride phtalique brut comprimé est refroidi, par la détente, à une tempéra- ture dans la gamme de 165 R 2Rq0C. - Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que la fraction évaporée par suite de la détente est condensée par un refroidissement ultérieur et ensuite encore épurée par une distillation ef- fectuée en deux étapes. 6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que la distillation en vue de la séparation du résidu s'effectue sous une pression de 0,04 à 0,9 bar et le produit de tête est réuni avec l'anhy- dride phtalique brut.