Brevet FR2696171A1 — publié le 19940401

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de préparation du divinylbenzène. Arrière-plan technologique de l'invention Le divinylbenzène est un composé polymérisable qui donne, par polymérisation, un polymère qui ne se dissout pas dans les solvants ou un polymère réticulé à réseau dénommé polymère "popcorn" (maïs grillé). Lorsqu'un tel polymère est produit au cours de la distillation, de la récupération, du transport ou du stockage des monomères, la tour de distillation est dérangée et/ou le produit est rejeté. Le styrène, par ailleurs, est moins polymérisable, et un polymère de styrène est relativement soluble dans les solvants, posant à peine des problèmes sérieux rencontrés avec le divinylbenzène. Par conséquent, on doit considérer que l'inhibition de la polymérisation lors de la distillation du divinylbenzène ne peut pas être obtenue selon le même concept que celui dans le cas du styrène. Par rapport à l'inhibition de la polymérisation du styrène, divers inhibiteurs de polymérisation ont été jusqu'à présent proposés, incluant par exemple les inhibiteurs de polymérisation du phénol, par exemple t-butylcatéchol, p-méthoxyphénol et hydroquinone; les inhibiteurs de polymérisation du nitrophénol, par exemple, dinitrobenzène et trinitrophénol; le soufre; et les composés nitroso (comme décrits par exemple dans les demandes de brevet JP-A-49-81326 et JP-A-49-94634, le terme "JP-A" utilisé ici désignant une "demande de brevet japonais publiée non examinée"). I1 a également été rapporté que le 2,6-dinitrocrésol est efficace pour inhiber la polymérisation des styrènes contenant du divinylbenzène (comme décrit dans la demande de brevet JP-A-53-105433). Toutefois, les techniques conventionnelles sont difficiles à mettre en oeuvre sur une échelle industrielle. La raison en est que, bien que la polymérisation du divinylbenzène puisse être inhibée dans une certaine mesure, il y a toujours la possibilité d'introduire une situation sérieuse selon laquelle la tour de distillation peut être dérangée en raison de l'accumulation des polymères auxquels sont attribuées les caractéristiques mentionnées ci-dessus du divinylbenzène. Ainsi, étant donné que la distribution du divinylbenzène sur une échelle industrielle se poursuit pendant une période étendue de temps, et également qu'il est très vraisemblable que le divinylbenzène soit exposé à des températures élevées, les techniques conventionnelles pour le styrène ne peuvent pas être appliquées à la distillation du divinylbenzène, telles quelles. Sommaire de l'invention Un objet de la présente invention est de fournir un procédé de préparation du divinylbenzène avec une production réduite de polymères. Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé de préparation du divinylbenzène qui est particulièrement approprié pour éliminer les impuretés plus lourdes que le divinylbenzène. Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé de préparation du divinylbenzène selon lequel le résidu est facile à manutentionner. D'autres objets et effets de la présente invention seront mis en évidence dans la description qui suit. Comme résultat des recherches intensives pour trouver un procédé de préparation du divinylbenzène, les présents inventeurs ont trouvé qu'un inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol est efficace pour l'inhibition de la polymérisation du divinylbenzène, et qu'une combinaison d'un inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol et d'un inhibiteur de la polymérisation de la quinone ou du phénol est efficace pour inhiber la polymérisation du divinylbenzène lors de la distillation. La présente invention a été complétée sur la base de ces découvertes. La présente invention concerne un procédé de préparation du divinylbenzène comprenant les étapes suivantes : distillation d'une huile contenant du divinylbenzène obtenue par déshydrogénation du diéthylbenzène, en présence de (i) un inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol et de (ii) un inhibiteur de la polymérisation de la quinone ou du phénol. La présente invention concerne également, en tant que second mode de réalisation, un procédé de préparation du divinylbenzène comprenant les étapes suivantes: distillation d'une huile contenant du divinylbenzène obtenue par déshydrogénation du diéthylbenzène dans une première tour de distillation pour séparer une fraction à bas point d'ébullition par le sommet de la première tour de distillation; distillation d'une fraction à haut point d'ébullition soutirée du fond de la première tour de distillation dans une seconde tour de distillation pour récupérer le divinylbenzène du sommet de la seconde tour de distillation; et séparation d'une fraction lourde du fond de la seconde tour de distillation, un inhibiteur de polymérisation étant ajouté à l'huile chauffée à reflux au sommet de la première tour de distillation, et un inhibiteur de la polymérisation du phénol étant ajouté à l'huile chauffée à reflux au sommet de la seconde tour de distillation. La présente invention conceme également, en tant que troisième mode de réalisation, un procédé de préparation du divinylbenzène comprenant l'étape suivante : distillation d'une huile contenant du divinylbenzène obtenue par déshydrogénation du diéthylbenzène, en présence de 2,4-dinitrophénol. Description détaillée de l'invention La réaction de déshydrogénation pour la préparation du divinylbenzène à partir du diéthylbenzène peut être conduite en amenant le diéthylbenzène ensemble avec la vapeur d'eau en contact avec un catalyseur de déshydrogénation, par exemple un catalyseur contenant de l'oxyde de fer, en phase vapeur. Le procédé de la présente invention est efficace lorsque la réaction de déshydrogénation est conduite à une conversion de 70 % ou plus, de préférence de 80 à 90 %, et en particulier lorsque la sélectivité du divinylbenzène dans la réaction de déshydrogénation est de 40 % en poids ou plus.Les autres conditions pour la réaction de déshydrogénation sont dans les intervalles connus de l'art. I1 est souhaitable de conduire la réaction dans les conditions selon lesquelles la température est de 600 à 7000C, le rapport de vapeur d'eau/diéthylbenzène (en poids) est de 5 à 8, et la pression est normale ou réduite. Lorsque la réaction de déshydrogénation du diéthylbenzène est conduite à 600 à 7000C, le produit réactionnel sortant du réacteur est gazeux et le produit réactionnel gazeux est condensé, séparé en une huile et en eau et récupéré sous la forme d'une huile contenant du divinylbenzène. Les huiles contenant du divinylbenzène qui peuvent être distillées selon la présente invention (désignées ici par huile de DVB) incluent de préférence celles ayant une teneur en divinylbenzène d'au moins 30 % en poids, et en particulier d'au moins 50 % en poids. L'huile de DVB peut en outre contenir des composés monovinyliques (par exemple éthylvinylbenzène) et des composés non polymérisables (par exemple diéthylbenzène). L'huile de DVB qui peut être utilisée particulièrement selon la présente invention est un mélange comprenant principalement du divinylbenzène, de l'éthylvinylbenzène et du diéthylbenzène, typiquement exemplifié par l'huile déshydrogénée de diéthylbenzène. L'huile déshydrogénée de diéthylbenzène a habituellement, bien que ceci varie selon le procédé de préparation, un rapport de divinylbenzène à l'éthylvinylbenzène de 7-5 à 3-5 en poids. Lors de la distillation de l'huile de DVB, I'emplacement auquel les inhibiteurs de polymérisation sont ajoutés n'est pas particulièrement limité et ils peuvent être ajoutés à l'huile de DVB avant l'introduction dans l'étape de distillation ou durant l'étape de distillation. Si on le désire, d'autres inhibiteurs de distillation connus peuvent être utilisés en combinaison avec les inhibiteurs de polymérisation de la présente invention. Dans la présente invention, une combinaison d'un inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol et un inhibiteur de la polymérisation de la quinone ou du phénol est utilisé comme inhibiteur de polymérisation pour la distillation de l'huile de DVB. Les exemples d'inhibiteurs de la polymérisation du nitrophénol utilisés dans la présente invention incluent les mononitrophénols, les dinitrophénols, les trinitrophénols, et les composés alkyles substitués de ceux-ci. Parmi eux, les composés dinitrophénols sont préférés, et le 2,4-dinitrophénol est encore plus préféré. Les exemples d'inhibiteurs de la polymérisation de la quinone ou du phénol utilisés dans la présente invention incluent les composés quinoniques, par exemple benzoquinone et naphtoquinone; les composés phénol polyhydriques, par exemple hydroquinone et t-butylcatéchol ; et les composés phénols monohydriques, par exemple p-méthoxyphénol et di-t-butylphénol, les composés phénols polyhydriques étant préférés. Le composé le plus préféré le t-butylcatéchol. Le terme "composés phénols" utilisé ici n'inclut pas les composés nitro tels que les nitrophénols. La quantité d'inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol et la quantité de l'inhibiteur de la polymérisation de la quinone ou du phénol utilisées dans la présente invention sont de préférence une quantité telle que la concentration dans l'huile de DVB dans la tour de distillation soit d'au moins 0,1 % en poids, plus préférablement d'au moins 0,2 % en poids, et une quantité de 0,5 à 5 % en poids est particulièrement préférée ; et la concentration dans l'huile à reflux est d'au moins 0,01 % en poids, et plus préférablement de 0,01 à 0,5 % en poids. Les composés dinitrophénols tels que le 2,4-dinitrophénol sont ajoutés à l'huile de DVB en quantité décrite précédemment, ils sont susceptibles de précipiter, ce qui est défavorable d'un point de vue inhibition de la polymérisation. La précipitation de l'inhibiteur de polymérisation peut être empêchée par addition d'un diluant choisi parmi les huiles à haut point d'ébullition comme décrit ci-après. Lorsque la présente invention est conduite en utilisant une tour de distillation, l'inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol peut être ajouté à l'huile de DVB avant l'introduction dans l'étape de distillation ou durant l'étape de distillation. L'inhibiteur de la polymérisation de la quinone ou du phénol tel que t-butylcatéchol est de préférence introduit dans une tour de distillation en une partie située au-dessus du milieu. Par exemple, il est efficace de chauffer à reflux de distillat au sommet d'une tour de distillation et d'ajouter le t-butylcatéchol à l'huile chauffée à reflux. Etant donné que le distillat provenant du sommet d'une tour de distillation ne contient pas d'inhibiteur de polymérisation, la polymérisation peut se produire dans une ligne de vapeur, dans une ligne de reflux, dans une ligne de soutirage, etc. Les inventeurs ont trouvé qu'une telle polymérisation peut effectivement être empêchée par alimentation d'un inhibiteur de la polymérisation de la quinone ou du phénol à la ligne de vapeur et/ou à la ligne de reflux, par exemple par injection. Dans ce cas, l'inhibiteur de la polymérisation du phénol est préférablement ajouté sous forme diluée par un solvant tel que le distillat. L'inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol, ayant une action inhibitrice de la polymérisation excellente à des températures élevées, peut être incorporé dans une position quelconque d'une tour de distillation. Toutefois, lorsqu'il est ajouté à la ligne de reflux ou à la ligne de soutirage, il sera incorporé dans le distillat. il est préférable I'éviter une telle addition à la ligne de reflux ou à la ligne de soutirage où le distillat obtenu est utilisé comme produit final. Etant donné qu'un inhibiteur de la polymérisation du phénol est souvent laissé dans le produit final et qu'il manifeste également son effet inhibiteur de la polymérisation à des températures relativement basses, il est préférable que l'inhibiteur de la polymérisation soit ajouté à la ligne de distillation. Par conséquent, il est préférable que l'inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol soit ajouté à une huile de DVB ou à la partie supérieure ou inférieure d'une tour de distillation et, de préférence, à la partie inférieure à la partie où l'huile de DVB est alimentée, et que l'inhibiteur de la polymérisation de la quinone ou du phénol soit ajouté à la partie supérieure d'une tour de distillation ou à la ligne de vapeur et/ou à la partie de reflux au sommet d'une tour de distillation. ll est également préférable que l'inhibiteur de la polymérisation de la quinone ou du phénol soit ajouté à une partie située au-dessus de la partie où l'huile de DVB est ajoutée, et que l'inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol soit ajouté à la partie inférieure de la tour de distillation. L'inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol peut être fourni ensemble avec un diluant. Dans ce cas, un diluant est utilisé de préférence en quantité de 10 à 30 parties en poids pour 100 parties en poids d'huile de DVB. Les exemples préférés de diluants incluent les hydrocarbures ayant un point d'ébullition de 250il ou plus, et plus préférablement des huiles à haut point d'ébullition, telles que les polyaLkylbenzènes, (alkyl)biphényléthanes et (poly)alkylbiphényles qui sont des sous-produits dans la production de l'éthylbenzène ou du diéthylbenzène par éthylation du benzène. La tour de distillation utilisée dans la présente invention peut être composée d'une tour simple, et est de préférence composée de deux tours, dans lesquelles une fraction à bas point d'ébullition est distillée depuis le sommet d'une première tour de distillation, une fraction à haut point d'ébullition contenant le divinylbenzène est soutirée du fond de la première tour de distillation et alimentée dans une seconde tour de distillation, le divinylbenzène est récupéré du sommet de la seconde tour de distillation, et une fraction lourde est séparée du fond de la seconde tour de distillation. Dans ce cas, un inhibiteur de polymérisation quelconque, tel qu'un inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol, peut être ajouté à l'huile à reflux au sommet de la première tour de distillation, et un inhibiteur de polymérisation du phénol est ajouté à l'huile à reflux au sommet de la seconde tour de distillation, qui contient le divinylbenzène. Le procédé de distillation de la présente invention est particulièrement efficace lorsqu'il est appliqué à la distillation sous vide. L'effet est particulièrement remarquable lorsque la distillation est conduite sous une pression réduite d'environ 1 à 40 mm de Hg. Le procéde de distillation de la présente invention permet d'élever la température du fond d'une tour de distillation jusqu'à lOO-C ou plus et, si on le désire, jusqu'à 125-C ou même plus, donnant ainsi un débit fortement accru de purification par distillation. En vue d'inhiber la polymérisation au sommet d'une tour de distillation, il est particulièrement préféré d'ajuster le degré de vide de façon à fixer la température au sommet de la tour dans l'intervalle de 40 à 1000C et, de préférence, de 60 à 90-C. Lorsque la distillation se poursuit pendant longtemps à une température au sommet de la tour dépassant 1000C, un polymère produit tend à se déposer pour rendre la tour inopérante. A une température au sommet de la tour inférieure à 40'C, une charge trop lourde est imposée à la pompe à vide. il est également efficace de souffler une quantité prescrite d'un gaz contenant de l'oxygène dans la tour de distillation. Lorqu'un inhibiteur de la polymérisation du phénol, tel que le t-butylcatéchol, est utilisé, il a été confirmé que la présence de l'oxygène améliore l'effet de l'inhibition de la polymérisation. Le gaz contenant de l'oxygène, par exemple l'air, est alimenté en quantité habituellement de 20 à 100 ppm et, de préférence, de 50 à 80 ppm, en terme d'oxygène basé sur l'huile de DVB. L'introduction d'une quantité d'oxygène supérieure à celle nécessaire n'est pas préférée car il en résulte non seulement un accroissement de la charge imposée à la pompe à vide, mais également la production de sous-produits peroxydes. Dans un troisième mode de réalisation de la présente invention, le 2,4-dinitrophénol peut être utilisé seul comme inhibiteur de polymérisation, et tout autre inhibiteur de polymérisation peut être utilisé en combinaison. La présente invention sera maintenant illustrée en plus ample détail par des exemples. Toutes les parties et tous les pour-cents sont donnés en poids, à moins d'indication contraire. Exemple 1 Un mélange constitué de 100 parties d'une huile de DVB obtenue par déshydrogénation du diéthylbenzène (teneur en divinylbenzène: 40 % ; teneur en éthylvinylbenzène : 20 %) et de 25 parties d'une huile obtenue comme sousproduit dans l'éthylation du benzène par de l'éthylène pour la production du diéthylbenzène (teneur en éthyldiphényléthane : 40 % ; teneur en diphényléthane: 30 to) comme diluant est alimenté au milieu d'une première tour de distillation ayant 23 plateaux théoriques et distillé dans les conditions de température du fond de la tour de llOC, de température au sommet de la tour de 80il, de pression au sommet de la tour de 30 mm de Hg et de rapport de reflux de 5.Une solution contenant 3 parties de 2,4-dinitrophénol et 1,5 partie de t-butylcatéchol est injectée dans la ligne de vapeur au sommet de la tour. Le distillat est condensé dans un condenseur, et une partie du condensat est soutirée, tandis que le restant est chauffé à reflux. A partir du fond de la tour est soutiré un résidu contenant du divinylbenzène, que l'on alimente au milieu d'une seconde tour de distillation ayant 8 plateaux théoriques, et que l'on distille dans les conditions de température de fond de la tour de 1300C, de température au sommet de la tour de 85il, de pression au sommet de la tour de 30 mm de Hg, et de rapport de reflux de 6, tandis que l'on insuffle de l'air depuis le fond en quantité de 100 ppm sur la base de l'huile de DVB.Une solution contenant du t-butylcatéchol est injectée dans la ligne de vapeur au sommet de la tour d'une manière telle que la concentration en t-butylcatéchol dans le distillat soit de 0,05 %, et le distillat est condensé dans un condenseur. Une partie du condensat est soutirée en tant que produit divinylbenzène, et le restant est chauffé à reflux. Du fond, on soutire la fraction lourde. Le produit divinylbenzène séparé de l'huile à reflux soutirée du sommet de la seconde tour de distillation a une teneur en divinylbenzène de 58,8 %, une teneur en diéthylbenzène de 38,0 % et une teneur en naphtalène aussi faible que 0,07 %. La teneur en substance à poids moléculaire élevé (teneur en matière insoluble dans le toluène) dans le fond de la seconde tour de distillation est d'environ 2 %. Le 2,4-dinitrophénol présent dans le fond peut être récupéré facilement par extraction par solvant dans du méthanol. Lorsque la distillation est poursuivie dans les conditions précédentes pendant plus de 1 mois, seulement un léger dépôt d'un polymère est observé au sommet de la tour de distillation. Exemple 2 A 100 parties de divinylbenzène, on ajoute 1 partie ou 3 parties de 2,4-dinitrophénol comme inhibiteur de polymérisation, et le mélange est chauffé à 130'C ou 1500C pendant 1 à 3 h. Après refroidissement à la température ambiante, on mesure la teneur en polymère dans le divinylbenzène. Les résultats obtenus sont montrés dans le tableau 1 ci-après. A titre de comparaison, lorsqu'un mélange de 100 parties de divinylbenzène et de 3 parties de 2,6-dinitrophénol comme inhibiteur de polymérisation est chauffé à 1300C pendant environ 2 h, le divinylbenzène subit une gélification. Après refroidissement à la température ambiante, la teneur en polymère dans le divinylbenzène est d'environ 15 %. TABLEAU 1 Température de Quantité d'inhibiteur Durée du Teneur en chauffage de polymérisation chauffage polymère ('C) (% en poids) (h) (% en poids) 130 3 1 0,3 130 3 2 0,3 130 3 3 0,3 130 1 1 0,5 130 1 2 1,3 130 1 3 2,0 150 3 1 1,3 150 3 2 3,2 150 3 3 6,0 150 1 1 3,7 150 1 2 10,5 Conformément à la présente invention, le divinylbenzène peut être distillé alors que sa polymérisation est effectivement empêchée en particulier aux températures élevées. Bien que l'invention ait été décrite en détail et en référence aux exemples spécifiques, il est clair pour l'homme du métier que divers changements et modifications peuvent être faits sans sortir de l'esprit et du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Un procédé de préparation du divinylbenzène, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de distillation d'une huile contenant du divinylbenzène obtenue par déshydrogénation du diéthylbenzène, en présence de (i) un inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol et de (ii) un inhibiteur de la polymérisation de la quinone ou du phénol. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de distillation est conduite dans une tour de distillation, cet inhibiteur de la polymérisation de la quinone ou du phénol est ajouté à la ligne de vapeur et/ou à une partie chauffée à reflux de ladite tour de distillation, et ledit inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol est ajouté à la partie supérieure ou inférieure de ladite tour de distillation. 3. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de distillation est conduite dans une tour de distillation, cet inhibiteur de la polymérisation de la quinone ou du phénol est ajouté à une partie située au-dessus de la partie où ladite huile contenant le divinylbenzène est alimentée, et ledit inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol est ajouté à une partie inférieure de ladite tour de distillation. 4. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol est un composé dinitrophénol. 5. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit inhibiteur de la polymérisation du phénol est le t-butylcatéchol. 6. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit inhibiteur de la polymérisation du nitrophénol est présent à une concentration d'au moins 0,1 % en poids dans ladite huile contenant le divinylbenzène. 7. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite huile contenant le divinylbenzène comprend principalement le divinylbenzène, l'éthylvinylbenzène et le diéthyléthylbenzène. 8. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température du sommet d'une tour de distillation par laquelle est distillé le divinylbenzène est contrôlée à 60 à 90-C. 9. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un gaz contenant de l'oxygène est introduit dans la partie inférieure d'une tour de distillation. 10. Un procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit gaz contennt de l'oxygène est introduit à une concentration de 20 à 100 ppm en terme d'oxygène gazeux basée sur ladite huile contenant le divinylbenzène. 11. Un procédé de préparation du divinylbenzène, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: distillation d'une huile contenant du divinylbenzène obtenue par déshydrogénation du diéthylbenzène dans une première tour de distillation pour séparer une fraction à bas point d'ébullition du sommet de ladite première tour de distillation; distillation d'une fraction à haut point d'ébullition soutirée du fond de ladite première tour de distillation dans une seconde tour de distillation pour récupérer le divinylbenzène depuis le sommet de ladite seconde tour de distilla tion; et séparation d'une fraction lourde du fond de ladite seconde tour de distillation, un inhibiteur de polymérisation étant ajouté à une huile chauffée à reflux au sommet de ladite première tour de distillation, et un inhibiteur de la polymérisation du phénol étant ajouté à l'huile chauffée à reflux au sommet de ladite seconde tour de distillation. 12. Un procédé de préparation du divinylbenzène, caractérisé en ce qu'elle comprend l'étape de distillation d'une huile contenant du divinylbenzène obtenu par déshydrogénation du diéthylbenzène en présence du 2,4-dinitroFilénol.