Brevet FR2518891A1 — publié le 19830701

La présente invention concerne la purification de produits de carbonylation, et elle concerne plus parti- culièrement la purification d'acides carboxyliques, notamment l'acide acétique. Des procédés ont été mis au point pour la préparation d'acides carboxyliques, d'anhydrides d'acidescarbo- xyliques et d'esters d'acides carboxyliques par la réaction d'oléfines, d'alcools, d'esters, d'éthers -oxydes ou de leurs dérivés halogénés avec du monoxyde de carbone en présence d'un système de catalyseur qui comprend un constituant à base d'un métal et un constituant de type iodure, généralement un iodure d'hydrogène ou un iodure d'alkyle, notamment l'iodure d'hydro- gène (acide iodhydrique) ou l'iodure de méthyle Des procédés de ce genre, impliquant un catalyseur à base d'un métal noble du groupe VIII comme le rhodium, le palladium, l'iridium, etc, sont décrits, par exemple, dans les brevets US-A-3 579 551, US-A-3 579 552, US-A-3 769 329, US-A-3 772 380 et US-A-4 115 444 et dans les brevets GB-A-1 468 940 et GB-A-1 538 782 Des systèmes de catalyseur du genre indiqué, dans lesquels le cons- tituant métallique comprend du nickel o des composés du nickel, sont décrits, par exemple, dans les brevets US-A- 2 729 651, US-A-4 133 963 et US-A-4 218 340 Les effluents provenalit de ces procédés sont traités, habituellement par distillation, en vue de séparer le constituant de catalyseur contenant du métal et qui est relativement non volatil, et l'on soumet ensuite l'effluent liquide à une séparation, par exemple par distillation fractionnée, en ses divers consti- tuants, ce qui comprend le produit de la réaction, que ce produit soit un acide, un anhydride ou un ester Même dans le cas d'une distillation relativement efficace, les produits obtenus contiennent inévitablement une faible quantité d'iode ou d'un composé de l'iode, comme l'iodure d'hydrogène ou l'iodure de méthyle, cependant que la majeure partie du fragment iode ou iodure présent dans l'effluent peut être séparé par une telle distillation et recyclé vers la zone de carbonylation pour constituer le fragment iode ou iodure nécessaire pour la production de quantités supplémentaires de produits-de carbonylation du genre-décrit ci-dessus. La quantité du fragment iode ou iodure, qui reste dans les produits, est généralement-très faible, mais les produits sont ainsi contaminés au point d'être inintéressants dans de nombreux cas et cette présence gêne fréquemment leur utilisation Des tentatives visant, par distillation fraction- née, à éliminer l'impureté du type iode ou iodure ou à en réduire la quantité à des niveaux acceptables, ont posé des problèmes L'un des problèmes rencontrés résulte du fait que les produits de carbonylation contiennent des espèces d'impu- retés du type iode ou iodure qui résistent fortement à une séparation par distillation Le brevet US-A-4 246 195 propose, pour enlever des fragments du type iode ou iodure, notamment des composés organiques de l'iode, de produits de carbonylation, un procédé consistant à soumettre les produits, ainsi conta- minés par l'iode, à un traitement par l'acétate de césium, l'acétate de potassium ou l'acétate de sodium Pour enlever l'iode, le brevet US-A-3 772 156 propose de purifier l'acide acétique par une distillation multiple combinée à un traite- ment avec un agent chimique Si ces procédés sont efficaces, il est souhaitable de proposer-un procédé de traitement moins compliqué qui réduise à de faibles proportions la teneur en une impureté du type iode ou iodure. -Un objet de la présente invention consiste donc à proposer, pour enlever les impuretés du type iode ou iodure de produits de carbonylation, un procédé perfectionné qui peut efficacement réduire à de faibles niveaux les teneurs en de telles impuretés. Selon l'invention, il a été découvert, chose étonnante, que lorsqu'on traite par une résine d'échange d'anions,dans des conditions modérées de température et pendant un temps relativement court, le produit de carbonylation à purifier, on peut enlever quasi totalement les fragments du type iode ou iodure, présents à titre d'impuretés dans le produit de carbonylation et qui résistent normalement à une séparation par distillation, de manière à laisser un effluent qui peut ensuite être distillé pour donner un produit purifié ne comportant essentiellement pas de fragments -iode ou iodure (c'est-à-dire que ces fragments ne restent qu'en des concen- trations de quelques parties par million (ppm)) et qui est sous une forme entièrement acceptable pour son utilisation à l'échelle commerciale ou industrielle. Ainsi, selon le procédé de la présente invention, on met un courant liquide,-contenant le produit de carbonyla- tion à purifier et qui est contaminé par des fragments iode ou iodure, en contact intime avec-une résine d'échange d'anions, et l'on distille ensuite ce courant par une distillation frac- tionnée ordinaire pour obtenir un produit quasi totalement débarrassé des impuretés du type iode ou iodure Généralement, on effectue cette mise en contact en faisant passer le cou- rant, contenant les impuretés inopportunes du type iode ou iodure, à travers un lit de la résine d'échange d'anions et en récupérant, comme effluent du lit, le courant du produit de carbonylation, courant qui contient le produit de carbo- nylation, mais est quasi totalement débarrassé des fragments iode ou iodure qui résistaient à un enlèvement par distilla- tion et qui sont adsorbés sur le lit de résine. L'alimentation du procédé de la présente inven- tion, comportant du produit de carbonylation, est une alimçn- tation qui consiste essentiellement en un acide carboxylique, par exemple l'acide acétique, et/ou en un anhydride d'acide carboxylique, par exemple l'anhydride acétique et/ou en un alcanal, par exemple l'acétaldéhyde, et/ou en un diester d'alkylidène, par exemple du diacétate d'éthylidène, et/ou en un ester vinylique, par exemple l'acétate de vinyle, et/ou en un ester d'acide alcanolque, par exemple l'acétate de méthyle Ce produit de carbonylation contient des impuretés iodées correspondant aux fragments du type iode ou iodure, ou provenant de tels fragments, présents dans la zone de car- bonylation dans laquelle le produit est obtenu par carbonyla- tion d'alcools, d'oléfines, d'esters ou d'éthers en présence d'un catalyseur contenant un métal du groupe VIII et d'un fragment du type iode ou iodure, comme décrit dans les brevets précités US-A 2 729 651, US-A-3 579 551, US-A-3 579 552, - US-A-3 769 329, US-A-3 772 380, US-A-4 115 444, US-A-4 133 963 et US-A-4 218 340, et dans les brevets GB-A-1 468 940 et GB-A-1 538 782 On pourra se référer, pour plus de détails, à ces brevets britanniques et des Etats-Unis d'Amérique Le procédé de la présente invention peut être mis en oeuvre dans un système sensiblement anhydre ou dans un système aqueux. D'ordinaire, des courants d'acide carboxylique contaminés contiennent de l'eau et peuvent être traités avant ou après enlèvement de l'eau Selon les brevets US-A-4 238 294 (Takeuchi et al) et GB-A 899 288, on-utilise des résines d'échange dlionspour traiter des effluents provenant de l'oxydation catalytique, en présence de systèmes de cataly- seurs contenant du brome ou du chlore, de composés aromatiques substitués, mais de telles réactions d'oxydation diffèrent des réactions de carbonylation qui sont effectuées en l'absence d'oxygène, et l'halogène ou le composé halogéné con- tenu dans ces effluents d'oxydation diffèrent de ceux que le présent procédé concerne. La teneur en une impureté du type iode ou iodure du produit-de carbonylation d'alimentation du procédé de l'invention peut varier, le facteur de limitation étant, pour le niveau d'impureté présent dans l'alimentation, essen- tiellement un facteur économique L'enlèvement complet, par distillation, des impuretés de l'alimentation avant l'appli- cation du procédé de la présente invention n'est généralement pas économique et n'a pas été considéré comme réalisable du point de vue pratique Cependant, la profondeur du lit de résine nécessaire ou la fréquence de la nécessité de régé- nérer la résine d'échange d'anions sont d'autant plus grandes que la teneur en impuretés, du type iode ou iodures, dans l'alimentation du procédé de la présente invention est grande. Donc, dans chaque cas, la proportion des impuretés présentes dans l'alimentation implique un choix de compromis économique entre le coût d'une distillation préalable et l'utilisation de la résine de traitement De telles considérations dictent normalement de traiter par la-résine des alimentations conte- nant moins de 1 000 ppm d'impuretés du type iode ou iodure, généralement moins de 500 ppm et habituellement 300 ppm au maximum, toutes les quantités se référant à I contenu, par rapport à l'alimentation totale. Les résines d'échange d'anions pouvant servir selon la présente invention sont des résines d'échange d'anions du type fortement basique ou du type faiblement basique Les deux types sont facilement disponibles comme produits du com- merce Les résines fortement basiques contiennent généralement des groupes ammonium quaternaire fixés sur une composition ou matrice de base de type poly(styrène/divinylbenzène) On peut les produire par chlorométhylation de la perle de copoly- mère, en utilisant de l'oxyde de chlorométhyle et de méthyle et un catalyseur de condensation du type Friedel-Crafts comme Al C 13, Sn C 14, Fe C 13 ou Zn C 12 Des produits typiques sont ceux provenant de la triméthylamine, vendus dans le commerce sous des marques commerciales comme "Amberlite IRA-400 ", Amberlite IRA-401 ", "Amberlite IRA-402 ", "Amberlite IRA-900 ", "Duolite A-101-D", "Duolite ES-ill", "Dowex-l", "Dowex-11 ", "Dowex- 21 K", et "Ionac A-540 ", et certains produits proviennent de la diméthyléthanolamine, par exemple "Amberlite IRA-410 ", "Amberlite IRA-911 ", "Dowex 2 ", "Duolite A-102-D", "Ionac A- 542 " et "Ionac A-550 " Plusieurs résines présentant un carac- tère mixte de basicité, certaines étant faibles et d'autres fortes, sont probablement préparées par alkylation d'une résine faiblement basique à l'aide d'un halogénure ou sulfate d'alkyle Des exemples de ce type de résines sont "Duolite A-30 " et "Ionac A-300 " Des résines faiblement basiques pour échange d'anions contiennent des groupes amines primaires, secondaires et/ou tertiaires, et elles contiennent générale- ment un mélange de ces groupes Des produits trèsdivers sont disponibles et sont généralement des produits de condensation de polyamines aliphatiques avec du formaldéhyde ou avec des dihalogénures d'alkyles, comme du dichlorure d'éthylène, ou avec l'épichlorhydrine Des exemples de ces produits sont "Dowex 44 ", "Duolite A-7 ", "Ionac A-260 " et "Ambertite IRA-68 ". Un autre groupe de résines faiblement basiques d'échange d'anions est celui préparé par la réaction d'une amine ou d'une 251889:1 polyamine avec la perle de copolymère styrène/divinylbenzène chlorométhylé ("Amberlite IR-45 "-, "Amberlite IRA-93 ", "Dowex 3 ", "Dowex MWA-1 " et "Duolite-A-14 ") Le type gel ou le type macroréticulaire de résine convient bien, mais on préfère ce dernier, puisque des constituants organiques sont présents dans les courants que l'on traite. La mise en contact du courant du produit de carbonylation et de la résine'peut être réalisée dans un réci- pient comportant un dispositif d'agitation et dans lequel la résine est mise en suspension dans le courant liquide, avec une bonne agitation, et le courant liquide est ensuite recueilli par décantation, filtration, centrifugation ou une opération analogue Cependant, on effectue habituellement le traitement de ce courant en le faisant passer à travers une colonne contenant un lit fixe de la résine Le traitement peut être effectué de manière discontinue, semi-continue ou continue, avec commande manuelle ou automatique, en utilisant des procé- dés et des techniques bien connus dans l'art de l'échange d'ions. Le traitement d'échange d'ions peut être effec- tué à des températures se situant-entre environ 10 et environ C, bien qu'on puisse utiliser des températures supérieures ou inférieures, qui ne sont limitées que par la stabilité de la résine en cause Des températures préférées sont celles comprises entre environ 20 et environ 60 C Si l'on utilise des températures supérieures-au point d'ébullition du courant liquide, il faut opérer sous pression pour maintenir la solu- tion en phase liquide Cependant, la pression ne constitue pas une variable fondamentale Généralement, on utilise la pression atmosphérique ou une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique, mais l'on peut aussi utiliser, si on le désire, des pressions supérieures ou inférieures à la pression atmosphérique - Le débit d'écoulement du liquide de carbonyla- tion à travers la résine va, en général, être celui recommandé par-le fabricant de la résine et se situera habituellement entre 0,081 et 0,489 ms par minute par mètre carré de surface de section. Lorsqu'elle est devenue épuisée, c'est-à-dire lorsque des quantités importantes de fragments de type iode ou iodure passent et-se retrouvent dans l'effluent, la résine peut être régénérée par son passage dans une solution d'hydroxyde de sodium Généralement, l'agent de régénération présente une concentration comprise entre environ 2 % et environ 4 % Les quantités que l'on utilise et les modes opératoires sont ceux bien établis en pratique et recommandés par les fabricants de résine. Comme mentionné, le traitement du courant du produit de carbonylation peut être une opération discontinue ou continue Le type préféré d'opération est continu, et l'on fait alors passer le courant liquide à travers la résine d'échange d'anions; les fragments du type iode ou iodure s'adsorbent sur la résine et l'on recueille l'effluent essen- tiellement débarrassé de ces impuretés L'opération d'échange d'anions peut être cyclique Lorsque la résine devient épuisée dans un lit, le courant du produit de carbonylation peut être dévié vers un lit frais pendant que le lit épuisé est soumis à régénération Comme le comprendront les experts en ce domaine, la nécessité d'une régénération sera d'autant moins fréquente que la profondeur du lit de résine-est plus grande. D'ordinaire, la profondeur minimale d'un lit est d'environ 0,91 m. Lorsque le traitement avec la résine d'échange d'ions a été effectué par mise en contact dans un récipient comportant un dispositif d'agitation et contenant la résine en suspension dans le courant du produit liquide de carbony- lation, il sera, bien entendu, nécessaire de filtrer le courant ainsi traité pour en enlever la résine en vue de sa réutilisation Lorsque l'on fait passer le courant liquide contenant le produit de carbonylation à travers un lit de la résine, aucune filtration de ce genre n'est nécessaire mais, dans l'un ou l'autre cas, on soumet le produit ainsi traité à une distillation finale pour recueillir le produit voulu sous une forme aussi pure que possible Lorsque le cou- 25188 91 rant résultant de la carbonylation contient de l'eau, ce qui est généralement vrai dans le cas d'un courant comportant du produit de carbonylation contenant de l'acide carboxylique, -on soumet le-produit ainsi traité à une distillation de déshy- dratation pour enlever la-plupart, sinon la totalité, de l'eau. Une distillation subséquente peut ne pas s'avérer nécessaire, bien qu'on puisse appliquer, si on le désire, une distillation finale De telles distillations sont, bien entendu, connues des experts en ce domaine et ne constituent pas des caractéris- tiques de la présente invention Il faut généralement un mini- mum de 20 plateaux théoriques dans l'étape de distillation. Les exemples suivants d'une application spécifi- que vont servir à permettre une compréhension plus complète de l'invention, mais il va de soi que ces exemples sont fournis -à titre illustratif seulement et ne doivent pas être interpré- tés comme limitant l'invention. EXEMPLE 1 Dans le présent exemple, on place 150 ml d'une résine faiblement basique, vendue dans le commerce sous la désignation "Dowex MWA-l"dans un tube en verre de 19,05 mm de diamètre, pour former un lit de 53,3 cm de hauteur et l'on fait passer à travers ce lit, à un débit de-4 000 ml à l'heure, un courant composé d'environ 86-% en poids d'acide acétique et de 14 % en poids d'eau, et contenant 220 ppm d'un composé de l'iode On a obteni le courant à partir du produit résultant de la réaction de carbonylation du méthanol en présence d'un catalyseur à-base d'un métal du groupe VIII et d'iodure de méthyle On distille le produit de réaction pour le séparer du catalyseur et on le soumet ensuite à une distillation pour séparer l'acétate de méthyle constituant un sous-produit', le méthanol inaltéré et autant d'iodure de méthyle que possible - On fait continuellement passer le courant de liquide à travers le lit durant 10 heures L'analyse de l'effluent du lit de résine indique que la teneur en iode total de cet effluent est de 27 ppm. On soumet ensuite l'effluent à une distillation dans une colonne Oldershaw de 5,08 cm, de 70 plateaux, à un taux de reflux de 2:1, pour séparer l'eau de l'acide acétique. Les queues de la colonne, composées d'acide acétique essen- tiellement pur, contiennent 1 à 3 ppm d'iode total. EXEMPLE 2 On répète l'exemple 2, sauf que l'on distille, comme décrit, le courant traité-sans l'avoir tout d'abord fait passer à travers le lit de résine Les queues (acide acétique) de la colonne contiennent alors 100 ppm d'iode total. EXEMPLE 3 On répète le procédé de l'exemple 1, mais l'on distille tout d'abord l'alimentation pour en enlever l'eau avant d'envoyer çette alimentation traverser le lit du cata- lyseur, et l'on distille l'effluent du catalyseur en opérant comme décrit dans l'exemple 1 pour obtenir un produit équiva- lant à celui obtenu dans l'exemple 1. EXEMPLE 4 Dans deux expériences, on répète l'exemple 1 sauf que les courants que l'on traite sont composés d'anhy- dride acétique, l'un étant obtenu par carbonylation de l'acétate de méthyle et l'autre par carbonylation de l'oxyde de diméthyle Les courants d'alimentation sont sensiblement anhydres et ils contiennent environ 225 ppm du composé de l'iode Après passage à travers le lit de résine et distilla- tion comme décrit à l'exemple 1, la teneur en iode des efflu- ents contenant le produit correspond à celle du courant contenant le produit obtenu à l'exemple 1. EXEMPLE 5 On répète l'exemple 4,,sauf que l'anhydride acétique est accompagné d'environ 25 % d'un ester, dans ce cas l'acétate de méthyle Les résultats obtenus pour l'enlève- ment du composé de l'iode correspondent à ceux obtenus dans l'exemple 4. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, de nombreuses modifications peuvent être appor- tées au procédé décrit ci-dessus. REVENDICATIONS 1 Procédé de -purification de produits de carbo- nylation pour en enlever les impuretés à base d'iode, procédé caractérisé en ce qu'il comprend le traitement de ces produits par une résine d'échange d'anions. 2 Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les produits de carbonylation que l'on traite contiennent moins de 1 000 ppm des impuretés à base d'iode. 3 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'on réduit à un maximum d'environ 3 ppm la quantité de l'impureté à base d'iode. e