Brevet FR2505822A1 — publié le 19821119

-1- La présente invention concerne un procédé pour la production industrielle d'acide fumarique à partir d'eaux de lavage de gaz d'échappement provenant de l'oxydation d'hydrocarbures, avec des rendements élevés et des carac- téristiques spéciales de pureté du produit obtenu, en raison essentiellement d'un traitement préalable en combinaison avec une isomérisation ultérieure d'un produit spécialement pur Actuellement, le procédé le plus couramment utilisé pour la production d'acide fuma- rique consiste en une isomérisation, en utilisant des catalyseurs connus, tels que par exemple la thio-urée, un mercaptan ou des catalyseurs similaires, de l'acide maléique en acide fumarique, avec cristallisation ulté- rieure de l'acide obtenu, séparation du précipité, disso- lution du précipité lui-même dans l'eau chaude, décolo- ration de la solution en utilisant des décolorants tels que, en particulier, du charbon, filtration à chaud, cris- tall isation par refroidissement, séparation du précipité d'acide fumarique et séchage ultérieur. En raison de la variété extrême des matières de départ, des conditions opératoires et des activités des catalyseurs, des impuretés sont présentes dans'la solution initiale, telles que par exemple des quinones, et spécialement la naphtaquinone, l'acide benzoïque, des acides toluiques, des acides citraconiques, le phtalide, l'acide phtalique, d'autres acides aliphatiques et aromatiques et des aldé- hydes, des produits condensés, des produits polymérisés et des acides et sels inorganiques En conséquence, les pro- cédés connus ne sont-pas capables d'éliminer totalement et complètement toutes les impuretés mentionnées ci-dessus qui, en conséquence, restent présentes dans le produit final et empêchent son utilisation ultérieure en chimie d'une manière générale et dans des produits pharmaceutiques et produits alimentaires en particulier Il y a lieu de noter, à ce propos, que si l'acide fumarique est pur, il peut être -2- utilisé, selon les réglementations de divers pays qui sont extrêmement stricts sur ces matières, pour remplacer l'acide citrique, l'acide tartrique et/ou l'acide ascor- bique traditionnels Il est clair et évident que la présence d'impuretés telles que spécifiées ci-dessus dans le produit final limite sévèrement les domaines et les moyens d'utilisation industrielle. Afin de surmonter ces difficultés, la présente invention fournit un nouveau procédé industriel visant à produire de l'acide fumarique à partir des eaux de lavage de gaz d'échappement industriels provenant d'installations qui oxydent des hydrocarbures en général, comme en parti- culier l'ortho-xylène, le naphtalène, leurs mélanges, des alcoylnaphtalènes, le benzol, des substances analogues au benzol, le butane, le butylène, etc, ou leurs mélanges, ou à partir de mélanges d'eaux de lavage provenant d'un type quelconque d'installation oxydant les hydrocarbures indiqués ci-dessus, avec la possibilité d'obtenir un produit plus pur et ayant de meilleures caractéristiques chimiques et physiques que le produit pouvant être obtenu selon la technique antérieure. En particulier, la solution d'acide maléique, quelle que soit la façon dont elle est obtenue et à une concentration quelconque, est purifiée et traitée par isomérisation en acide fumarique de l'acide maléique obtenu L'acide fuma- rique obtenu de cette manière est séparé par cristalli- sation et ensuite est purifié et séché. La présente invention peut être mieux comprise d'après la description détaillée suivante, donnée seulement à titre d'exemple non limitatif concernant un mode de mise en oeuvre possible pour l'obtention d'acide fumarique selon l'invention. Plus précisément La figure 1 est un schéma de principe illustrant la production d'acide fumarique selon l'invention. -3- La figure 2 présente des diagrammes temps/température du dépôt et refroidissement et du traitement préalable effectué ensuite, respectivement, selon l'invention. La figure 3 présente les diagrammes temps/température de la phase d'isomérisation et de la phase de filtration/ lavage du filtre, respectivement. La figure 4 présente les diagrammes temps/température des phases dissolution/décoloration et des phases cristallisation/centrifugation, respectivement. Pour permettre de mieux comprendre l'objet de l'in- vention, on donne ci-dessous à titre d'indication générale une composition possible des matières de départ. Exemple 1 On donne ci-dessous la composition indicative moyenne des gaz d'échappement résultant de l'oxydation d'un mélange d'ortho-xylène ( 30 %) et de naphtalène ( 70 %), après sépa- ration de l'anhydride phtalique. Composition indicative du gaz d'échappement Anhydride phtalique 0,5 g/N m 3 Anhydride maléique 2,0 g/N m 3 Acide sulfurique 0,27 g/N m 3 l,4naphtaquinone 0,1 g/N m 3 Acide benzoique 0,05 g/N m 3 Autres sousproduits 0,01 g/N m 3 Total 2,93 g/N m Exemple 2 Teneurs indicatives d'une solution d'acide maléique Acide maléique 25 % en poids Naphtaquinone 0,65 % en poids Acide phtalique 2,5 % en poids Autres acides organiques 0,7 % en poids Acide sulfurique 0,2 % en poids Essentiellement, le procédé selon la présente invention est constitué des phases suivantes: -4- PHASE 1 Traitement thermique préalable de la solution d'acide maléique, de quelque manière qu'elle soit obtenue, et impure, spécifiquement du type indiqué dans l'exemple 2, avec la présence des impuretés indiquées Ce traitement consiste à chauffer la solution à une température de plus de 900 C suivant une courbe telle que celle représentée sur le diagramme de la figure 2. Cette opération peut coïncider avec une concentration de la solution, si cette concentration est nécessaire Le traitement préalable produit une transformation d'une partie des impuretés de manière à les empêcher d'être présentes dans le produit final Du charbon décolorant ou d'autres substances agissant de manière similaire peuvent être ajoutés même durant ces phases de traitement préalable. PHASE 2 Filtration à chaud à travers un filtre approprié, sous pression, sous vide, plat, rotatif, continu ou interrompu, avec ou sans lavage et avec ou sans séchage à l'air. PHASE 3 L'acide maléique contenu dans la solution qui a été filtrée peut alors être isomérisé, en utilisant de la thio-urée comme catalyseur, en acide fumarique, qui est cristallisé par refroidissement Cette phase est clairement indiquée sur le schéma de principe de la figure 1, et peut être conduite conformément au diagramme de la figure 3. L'opération entière d'isomérisation et de cristalli- sation est conduite conformément à un diagramme temps/ température spécifique de façon que l'on obtienne des rendements maximaux ( 92 %) et de façon à produire des cristaux ayant des grosseurs et des formes telles qu'ils englobent les plus petites quantités possibles d'impuretés et qu'ils conviennent pour les opérations ultérieures de traitement (voir photographie annexée). -5- Il y a lieu de noter que si on opère dans des con- ditions différentes, le produit fini sera de qualité inférieure etle coût de production sera plus élevé. Il y a lieu de noter aussi que le diagramme présenté doit être considéré comme un diagramme optimal pour une production industrielle, car des rendements encore plus élevés que celui indiqué ici pourraient être obtenus en augmentant la durée de l'isomérisation, même si la lenteur de la réaction rend cela peu commode. PHASE 4 On sépare les cristaux d'acide fumarique des eaux-mères par filtration, en utilisant un filtre approprié plat ou rotatif, continu ou interrompu Cette filtration, accom- pagnée de traitements de lavage appropriés en utilisant des solutions saturées à 250 C d'acide fumarique pur et des techniques de séchage par l'air ou d'autres gaz, peuvent utiliser des unités sous pression à filtres rotatifs de type FRP fabriquées par COGEIM, ou des filtres sous pression à décharge automatique plats fabriqués par Seitz and Funda, avec des centrifugeuses de type à panier ou continues avec lavage du panneau En particulier, on peut conduire l'opération en utilisant l'appareil dit filtre- presse "pressofiltro" fabriqué par Comber. Les diagrammes temps/température sont très importants dans cette phase également, et en particulier ceux repré- sentés dans la partie droite de la figure 3 concernant la filtration et le lavage en suspension en utilisant le "pressofiltro" de Comber. Comme indiqué sur le schéma de la figure 1, les eaux- mères qui résultent de cette opération doivent être détruites dans un incinérateur ou purifiées biologiquement dans une installation de traitement à boue activée. PHASE 5 L'acide fumarique brut en cristaux est dissous dans de l'eau ou dans une solution saturée d'acide fumarique à 250 C, c'est-à-dire dans les eauxmères provenant de la -6 - deuxième cristallisation Cette phase est indiquée clai- rement sur le schéma de principe de la figure 1 On optimise cette opération en réglant de manière appropriée la température, qui doit être comprise entre 95 et 98 WC/min, et, si nécessaire, en réglant la pression de manière à élever la température et à augmenter en consé- quence la solubilité de l'acide fumarique. PHASE 6 On ajoute du charbon décolorant à la solution ci-dessus, maintenue à une température comprise entre 95 et 98 WC quand on opère à la pression ambiante Ce charbon peut être celui/sous les noms commerciaux Anticromos 00, Carboraffin C, Darco S 51 Le mélange est agité et filtré à chaud dans le "presso-filtro" Cette phase est clairement indiquée dans la partie gauche de la figure -4. PHASE 7 Le refroidissement du produit filtré fait cristalliser l'acide fumarique Celui-ci est séparé par une centrifu- geuse, qui peut être de type semi-automatique, ayant un axe horizontal et une décharge automatique L'utilisation de ce type de centrifugeuse laissera environ 5 à 7 % d'humidité résiduelle. PHASE 8 Un appareil de séchage par air chaud à lit fluide peut être utilisé pour le séchage Evidemment, on peut utiliser n'importe quel dispositif qui élimine l'humidité et toutes traces des impuretés qui peuvent être éliminées par des courants d'air ou de vapeur d'eau, comme l'acide benzolque. En particulier, le procédé peut utiliser l'appareil de séchage appelé T S, fabriqué par la firme S I E Soc. Ital Essicatoi de Caleppio (MI). Exemple 3 L'acide fumarique obtenu en utilisant le procédé industriel décrit cidessus a les caractéristiques suivantes: la -7- Acide fumarique: 99,7 % Couleur ( 5 % dans l'alcool) 0-10 Hazen Humidité 0,2 % Cendre 0,01 % Fer 2 ppm Exemple 4 A titre complémentaire, on donne ci-dessous des indications générales concernant les rendements: Rendement de l'isomérisation: 92 % de l'acide maléique présent dans la solution initiale Rendement de la purification: 94 % de l'acide fumarique brut Rendement total:86,5 % de l'acide maléique Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits et qu'on peut y apporter toutes variantes, en particulier en ce qui concerne les temps, les quantités, les températures et les catalyseurs. -8 - REVENDICATIONS 1 Procédé pour la production d'acide fumarique, à partir des eaux de lavage de gaz d'échappement résultant de l'oxydation d'hydrocarbures, caractérisé par le fait qu'on effectue un traitement thermique préliminaire de la solution d'acide maléique, de quelque manière qu'elle soit obtenue, et impure, avec transformation d'une partie des impuretés de manière à éliminer leur présence dans le produit final, et ensuite filtration à chaud, isoméri- sation en acide fumarique, cristallisation conformément à un diagramme temps/température prédéterminé, séparation des eaux-mères par filtration, dissolution ultérieure dans l'eau ou dans une solution d'acide fumarique, décoloration, recristallisation et séchage. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il combine la phase d'isomérisation avec la phase de traitement thermique préalable de la solution d'acide maléique. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le traitement thermique préa- lable spécifié consiste à chauffer la solution à une température comprise entre 70 et 1000 C et de préférence au-dessus de 90 'C. 4 Procédé de production d'acide fumarique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il combine la phase de traitement thermique préalable avec une phase éventuelle de concentration simultanée de solution d'acide maléique (obtenue de manière quelconque et impure). Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qui est mis en oeuvre conformément à un diagramme temps/température pour la phase d'isoméri- sation qui comporte une phase de chauffage, de manière que la masse de produit soit portée, suivant une courbe -9- exponentielle, de 30 à 100 'C en une période d'environ quatre heures, suivie d'une phase de maintien à cette température durant approximativement quatre heures, et d'une phase ultérieure de refroidissement et de cristal- lisation dans laquelle la température tombe, en trois heures environ,-à 50 C, ce mode opératoire donnant un rendement optimal, compris entre 85 et 95 %. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'en opérant selon le diagramme temps/température spécifié, on obtient des cristaux ayant des grosseurs et des formes telles qu'ils englobent la plus petite quantité possible d'impuretés et conviennent ainsi pour les opérations ultérieures de traitement - 7 Acide fumarique de pureté spéciale, dans une forme cristalline, obtenu par le procédé de l'une quelconque des revendications précédentes, à titre de produit industriel nouveau.