Brevet FR2513246A1 — publié le 19830325

I La présente invention concerne un perfection- nement dans la préparation de complexes de nickel de valence zéro qui sont utilisés typiquement comme cata- lyseurs pour la production de dinitriles Plus parti- culièrement, le présent procédé concerne la récupéra- tion d'un catalyseur au nickel de valence zéro activé par un organoborane après que le catalyseur et le pro- moteur aient été utilisés dans la production d'adipo- nitrile par l'hydrocyanation de 5 et/ou 4-pentène- nitriles. Le brevet des E U A N 3 496 218 délivré le 17 Février 1970 décrit en termes généraux un procédé pour la préparation de dinitriles, spécialement d'adi- ponitrile par l'hydrocyanation de composés organiques éthyléniquement nonsaturés, non conjugatés, par exemple de 3 et/ou 4-pentène-nitriles en utili nt crtans complexes de nickel comme catalyseurs lies catalyseurs sont actives par des organoboranes tels que le triphé- nylborane Ce brevet décrit un large eventail do conditions opératoires et de quai Ltit As eelate et de types de corps en réaction. Une forme particulièrement utile de catalyseur au nickel de valence zéro est décrite dans le brevet des E U A N 3 766 237 délivré le 16 Octobre 1973 e Ce brevet décrit l'utilisation d'un excèe du ligand triarylphosphite dans l'hydrocyanation ainsi que l'ad- dition de certains éthers pour améliorer le tendement et augmenter le nombre de kg de produit qui eavant être formés par kg de catalyseur consomné Le brevet des E U A N O 3 903 120 délivré le 2 septembre 1975 décrit un procédé perfectionné pour la préparation de complexes de nickel de valence zéro avec des composés aromatiques du phosphore en utilisant un halogénure de phosphore comme catalyseur pour aug- menter la vitesse de réaction du nickel élémentaire. Il est décrit aussi que des mononitriles et/ou dini- triles organiques augmentent la vitesse de réaction quand on les utilise comme solvant. Le brevet des E U A NO 3 773 809 délivré le Novembre 1973 décrit un procédé pour séparer des composés organiques du phosphore et leurs complexes métalliques, par exemple les catalyseurs décrits ci- dessus, de nitriles organiques en soumettant le pro- duit fluide à une extraction par un solvant hydrocar- boné paraffinique ou cycloparaffinique à 0-1000 C Les composés organiques du phosphore et leurs complexes métalliques sont contenus principalement dans la phase hydrocarbonée et les mononitriles et dinitriles organiques sont contenus principalement dans une phase séparée. L'invention concerne un procédé pour la pro- duction de dinitriles par l'addition d'acide cyanhy- drique à des nitriles insaturés non-conjugués en présence d'un catalyseur au nickel de valence zéro contenant un ligand organophosphoré activé par un arylborane, dans lequel le produit fluide résultant de l'addition est mis en contact avec-une paraffine ou une cycloparaffine à une température d'au moins 60 O afin de former une phase d'extrait hydrocarboné léger primaire contenant les matières catalytiques et une phase lourde de dinitrile, ces phases sont séparées et le catalyseur est préparé initialement en faisant réagir du nickel élémentaire avec un composé organo- phosphoré, caractérisé en ce qu'on refroidit la phase d'extrait léger primaire dans une mesure suffisante pour former une phase légère secondaire et une phase lourde secondaire, on sépare ces phases, on élimine la quasi-totalité de l'hydrocarbure de la phase légère secondaire et on retourne le résidu ainsi obtenu de la phase légère secondaire à la préparation initiale du catalyseur pour réaction avec le nickel élémentaire. Il est préféré de refroidir l'extrait phase légère au-dessous d'environ 450 C et en particulier à une température comprise entre 20 et 3000. La présente invention peut gtre utilisée pour améliorer l'usage du catalyseur dans n'importe quel procédé d'hydrocyanation qui utilise le catalyseur au nickel de valence zéro comme décrit ici dans lequel le produit fluide est traité par extraction par une paraffine ou cycloparaffine Est particulièrement inté- ressante, l'hydrocyanation de 3 et/ou 4-pentènenitriles ou de leurs mélanges pour produire de l'adiponitrile (ADN) parce que l'ADN est un produit intermédiaire uti- lisé dans la production d'hexaméthylènediamine qui à son tour est utilisée pour produire du polyhexaméthylène- adipamide, un polyamide du commerce utile dans la forma- tion de fibres, de pellicules et d'articles moulés. Une préparation de catalyseur au nickel de valence zéro lNi(o)l à laquelle la présente invention s'applique se trouve dans le brevet des E U A. N 3 903 120 délivré le 2 septembre 1975, dont le contenu est incorporé ici par cette référence Est particulière- ment intéressante, la préparation d'un catalyseur ayant la formule générale Ni 14 dans laquelle L est un ligand neutre tel qu'un triarylphosphite de la formule (P(O Ar)3 dans laquelle Ar est un groupe aryle ayant jusqu'à 18 ato- mes de carbone Des exemples des groupes aryle sont les groupes méthoxyphényle, tolyle, xylyle et phényle Des groupes méta et para-tolyle, tolyle, xylyle et phényle. Des groupes méta et para-tolyle et leurs mélanges sont les groupes aryle préférés On peut utiliser un exces de ligand. Des promoteurs qui sont utilisés avec le ca- talyseur décrit ci-dessus sont des trîarylboranes compre- nant ceux de la formule BR 3 dans laquelle R est un groupe aryle ou aryle substitué ayant de 6 à 12 atomes de car- bone, par exemple les groupes phényle, ortho-tolyle, para-tolyle, naphtyle, méthoxyphényle, biphényle, chloro- phényle et bromophényle On préfère le triphénylborane (TPB). Le mode de conduite de l'hydrocyanation n'est pas critique Il est préféré d'utiliser une multi- plicité d'étages en série, le produit d'un étage étant passé directement de manière continue à un étage suivant et l'acide cyanhydrique étant divisé entre les étages. Pour séparer les produits dinitrile des matières de départ n'ayant pas réagi et du catalyseur qui doivent 8 tre recyclés pour des raisons d'économie, le produit fluide résultant de l'hydrocyanation est mis en contact initialement avec une paraffine ou cycloparaffine selon le procédé décrit dans le brevet des E U A. N 3 773 809 dont le contenu est incorporé ici par cette référence Dans le cas de l'hydrocyanation de 3-pentène- nitrile ( 3 PN) et/ou de 4-pentènenitrile ( 4 PN) pour pro- duire de l'adiponitrile (ADN) en utilisant Ni L 4, o L est un phosphite de tritolyle (mixte, méta et para) (TPP) comme catalyseur et du triphénylborane (TPB) comme promoteur, un produit fluide typique a la composi- tion moyenne suivante: Constituant Quantité (% en poids) Ni L 4 0,4-0,8 (en Ni) 3 et 4-P 10-20 TTP 20-40 ADN + DN* 40-60 TPB 0,2-0,8 *Dinitriles autres que l'ADN tels que le 2-néthylglutaro- nitrile et l'éthylsuccinonitrile. L'agent d'extraction préféré est le cyclo- hexane utilisé dans un rapport en volume de 1-5, de préférence 1-2 fois le volume de produit fluide Pour obtenir une séparation rapide de phases et pour éviter la formation d'une émulsion tout en utilisant des quan- tités acceptables d'agent d'extraction, il est nécessaire de conduire l'extraction à une température d'au moins -60 O C C'est la phase hydrocarbonée légère qui contient le catalyseur et qui a été séparée de la phase lourde de dinitrile à laquelle la présente invention s'applique. Durant l'hydrocyanation, une portion du catalyseur au nickel est désactivée dans une mesure qui exige que le nickel actif soit régénéré avant que le catalyseur soit réintroduit dans la réaction On effectue cette régéné- ration en introduisant le catalyseur recyclé dans la préparation du catalyseur à l'étape o le nickel élémen- taire est mis à réagir a-mec le ligand libre comme décrit particulièrement dans la colonne 3, lign Ei 10-45 dlu brevet des E 'U N' 3 903 120 Toutefoin, cotte rêgéné- ration doit ttre effectué dans des c;nditious o 'éc 2 ilibro défavorables et donc il est particulièrement important de maintenir une réaction aussi rapide que possible pî 3 ur une opération économique. Le brevet des E U A No 3 903 120 enseigne que des mononitriles ou des dînitrilse peuvenit 8 tro utilisée comme solvants pour augmenter la vitesse de réaction entre les composés organo-phosphorés et le nickel élémentaire et comme la phase hydrocarbonée légère obtenue comme décrit ci-dessus contient des mno:ni-rile S, des dinitriles, du ligand et du nickel de valence zéro, on aurait pu penser que l'on pourrait recycler ccs cox- posés directement à la prépareti X 5 P dv cata 17 seur cprc élimination de l'agent d'extract on pour augmenter l'efficacité du procédé To,)teofoi oin a troivé que aliac on essaie un tel recyclage, la v Ces ____ nickel élémentaire dimin ue J-nqu'à u, 12 icu__tcqb;, On a découvert que J 'On Peut àerla. vitesse réduite de réaction causée par le recerctge cln catalyseur en refroidissant la phase hydr, arb lgc, obtenue comme ci-dessus jusqu'à O, Qu U e; Seud' Phace lourde soit tormée et en éliminant alw la pha Ge la plus lourde avant d'élimin "r lyebr Habitnlle- meut, la phase hydrocarbonée doit 8 tre reifroidîe aui- dessous de 4500 environ et do préf 4 rence Év 3 o e 300 C environ et dana leinte 3 r Talle de 220-7400 poie:r former une quantité suffisante d'unp aeicond-, 7-bas 3 E, Io-tkrclc la phase lourde rémiltant de ce efidsaotqui n'est pas recyclée contient dea dinîtriles, p ar ADE. Il est surprenant que l'élimination de cette Dobase plua lourde ait un effet avalltageux, compte tenu du briet des E 'U N' 3 903 12 _ 0 qui enseigne que les dîzi 13 es augmentent la vitesse de réaction dut nickel L'honz de l'art aurait pu s'attendre à ct qu'il ne 2 cit pas néces- saire et qu'il soit peut-8 tre nuisible d'éliminer toute quantité de dinitrile en plus de celle nécessaire pour former un mélange & phases multiples Comme le présent procédé élimine le dinitrile et augmente pourtant la vitesse de réaction du nickel, on peut supposer que quelque autre composé qui est un poison pour la réaction de la poudre de nickel avec le ligand libre est éliminé en m Sme temps que le dinitrile Evidemment, AMN n'est pas le poison, comme montré par les exemples III et IV dans lesquels on ajoute ADN pur au courant recyclé refroidi. Les exemples suivants sont présentés pour illustrer, mais pas pour limiter, la présente invention. Les parties et les pourcentages sont en poids, à moins d'indication contraire. Dans les exemples et les expériences compara- tives ci-après, la matière de départ est un produit fluide résultant de l'hydrocyanation de 3 et/ou 4-pentènenitriles, en utilisant un catalyseur tétrakis (tri-m et p-tolyl- phosphite) nickel (O) lNi L 4 l avec un excès de TTP en utilisant l TBP comme promoteur Ce produit a la composition approximative suivante: Constituant Quantité (% en poids) Ni L 4 0,6 (en Ni ) TP 30 Mononitriles* 14 Dinitrilea** 55 TBP 0,4 Produits de dégradation 1 I *Principalement 53-, 4-pentènenitriles **Principalement adiponitrile avec des quantités moindres de 2-méthylglutaronitrile et d'éthylsuccinonitrile. Un volume de ce produit fluide est traité par extraction Jusqu'à épuisement au moyen de 1,5 volume de cyclohexane & la température indiquée conformément au procédé décrit dans le brevet des E U A N 3 773 809. On dépare les phases résultantes et la phase de cyclo- hexane est traitée comme décrit. Exemple I (E-1) L'extraction est conduite & 590 C et on re- froidit la phase de cyclohexane à environ 23 C, de manière qu'il se forme une seconde phase plus lourde. On élimine la phase plus lourde, apr O S quoi la phase de cyclohexane plus légère est placée dans un évapora- teur rotatif sous une atmosphère d'azote On chauffe l'évaporateur au bainmarie à 82 C tout en le soumettant au vide d'une trompe à eau Jusqu'A ce que la quasi- totalité du cyclohexane soit éliminée On analyse le concentré résultant et les résultats sont rapportés dans le Tableau. Dans un ballon de 250 cm 3 à fond plat équipé d'un thermomètre et d'un agitateur magnétique, on intro- duit environ 130 grammes du concentré ci-dessus en mrme temps que 20 grammes de 3 et 4-pentènenitriles mélangés (environ 97 % de 3pentènenitrile et 3 % de 4-pentènenitrile), 0,022 cm 3 de trichlorure de phosphore et-6 grammes de poudre de nickel (grosseur moyenne de particules 3-7 microns, surface spécifique 0,32-0,44 m 2/g, produite par la décomposition thermique de nickel-tétracarbonyle). On analyse le contenu du ballon en ce qui concerne le nickel soluble (moins la poudre de nickel). Les résultats sont reportés dans le Tableau On chauffe le contenu du ballon à 90 * O et on le maintient à cette température pendant cinq heures en agitant, après quoi on refroidit le contenu du ballon et on l'analyse de nouveau en ce qui concerne le nickel soluble (moins la poudre de nickel n'ayant pas réagi) Les résultats de l'analyse et l'accroissement calculé du nickel soluble sont rapportés dans le Tableau. Expérience comparative I ( 0-1) On répète l'exemple I, à ceci près qune l'extraction initiale est conduite à environ 57 'C et qu'on ne sépare pas de phases supplémentaires avant le traitement Les résultats sont rapportés dans le Tableau. Exemple II (E-2) On répète l'exemple I, à ceci près que l'extraction initiale est conduite à 59-60 C Les résul- tats sont rapportés dans le Tableau. Expérience comparative II(C-2) On répète l'expérience comparative I, à ceci près que l'extraction initiale est conduite à 590 C. Les résultats sont rapportés dans le Tableau. Exemple III (E-3) On répète l'exemple I, à ceci près que l'ex- traction initiale est conduite à 60 O C, que l'évaporation est conduite à 110 O et qu'on introduit dans le ballon à réaction 70,06 grammes de concentré, 4,0 grammes de poudre de nickel, 0,011 cm 3 de trichlorure de phosphore et 4,94 grammes d'adiponitrile (à ce moment, l'analyse du contenu du ballon indique 1,26 % de nickel (O), 68,6 % de phosphite de tritolyle, 6,6 % de mononitriles et ,3 % de dinitriles) Les résultats sont rapportés dans le Tableau. Expérience comparative III ( 0-5) On répète l'exemple III, à ceci près qu'on ne sépare pas de phases avant le traitement, qu'on intro- duit 75,0 grammes dans le ballon A réaction et qu'on n'ajoute pas d'adiponitrile Les résultats sont rapportés dans le Tableau. Exemple IV (E-4) On répète l'exemple III, à ceci près qu'on introduit dans le ballon à réaction 68,72 grammes de con- centré et 6,28 grammes d'adiponitriie L'analyse du contenu du ballon à ce moment indique 1,67 % de nickel ( 0), 68,0 de phosphite de tritolyle, 5,4 % de mononitriles et 11,9 % de dinitriles Les résultats sont donnés dans le Tableau. Exprience comarative IV ( 0-) On répète l'exemple IV, à ceci près qu'on ne sépare pas de phases avant le traitement, qu'on introduit ,0 grammes de concents dans le ballon à réaction et qu'on n'ajoute pas d'ad 4 nitrile. % O le clu M) Ir-, VI (M TABILEAU ,Yj en poidzi' % ç z L Abouti -, de Nî(O) dans le produ,2 t cata 17 tique EXP 5 rîences cedm Paratives ( 0) ou Exemples Fi(O) 21 P:-M DN Initî,,--tl Final Accroissement Il 0 04 0 e,,P,5 " 4 01 79 Ili 01171 il 1,26 2 lt 22 -, ', 6,? 1 mal 0-1 E-2 0-2 E-,4 0-3 E-4 0-4 1791 M 79 6 ? 559 73 I&E 71 t 4 74 2 681,7 (.ffi 1,31 1 $ 67 M e 1 ,5 r # 1 719 M 6,8 C: "s, ci 6 e 7 e 2 8,3 1 cJG l.à 4 O 1, 16 1 * 39 1 $ 27 1 937 1 * 66 09 56 Ot 6 o 09 'r'o 01,62 0 * 15 0,57 0109 -7 -1 Cr\ 1 Comme résultat de la dilution par les pentênenitriles 2 Comme résultat de la dilution par l'adîponïtrile 3 Variation analytique REVENDICATIONS 1 Procédé pour la production de dinitriles par l'addition d'acide cyanhydrique à des nitriles in- saturés, non-oonjugués, en présence d'un catalyseur au nickel de valence zéro contenant un ligand organo- phosphoré activé par un arylborane, dans lequel le produit fluide résultant de cette addition est mis en contact avec une paraffine ou cycloparaffine & une température d'au moins 60 O C afin de former une phase d'extrait hydrocarboné légère primaire contenant les matières catalytiques et une phase lourde de dinitrile, ces phases sont séparées et le catalyseur est préparé initialement en faisant réagir du nickel élémentaire avec un composé organophosphoré, caractérisé en ce qu'on refroidit la phase d'extrait légère primaire dans une mesure suffisante pour former une phase légère secondaire et une phase lourde secondaire, on sépare les phases secondaires, on élimine la quasitotalité de l'hydrocarbure de la phase légère secondaire et on retourne au moins une partie du résidu ainsi obtenu à partir de la phase légère secondaire à la préparation initiale du catalyseur pour réaction avec le nickel élémentaire. 2 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'extrait de phase légère est refroidi au-dessous de 450 C environ. 3 Procédé selon la revendicatien 1, earacté- risé en ce que l'extrait de phase légère est refroidi à une température comprise entre 20 et 30 0.