Brevet FR2703678A1 — publié le 19941014

La présente invention concerne un procédé de préparation d'isobutylbenzène par réaction de toluène et de propylène en présence d'un catalyseur supporté contenant des particules de carbonate de potassium sur lesquelles a été dispersé du sodium liquide. De tels procédés sont utilisés depuis longtemps. La présente invention propose un perfectionnement à ce procédé consistant à préparer le catalyseur avec des particules fines de carbonate de potassium et dans des conditions d'agitation suffisantes pour obtenir une bonne co-dispersion du sodium liquide sur ces particules, ledit catalyseur préparé dans du toluène étant ensuite mis au contact du toluène et du propylène. Plus précisément, dans ledit procédé, le catalyseur est obtenu par addition de sodium solide à un mélange de particules de carbonate de potassium solide et de toluène, 50 % au moins desdites particules ayant une taille inférieure à 50 Sem, le mélange résultant de cette addition est chauffé jusqu'à ce que le sodium soit fondu, puis est soumis à une très forte agitation dans un appareil de type turbine avec un effet de cisaillement et, une vitesse périphérique comprise entre 5 et 30 m/s et de préférence entre 15 et 30 m/s, ledit catalyseur est ensuite activé dans le toluène à une température comprise entre 150 et 250 OC et le propylène est ajouté, I'isobutylbenzène formé est ensuite extrait. L'invention concerne également un procédé de préparation de catalyseur à base de sodium et de carbonate de potassium, dans lequel le sodium fondu est co-dispersé sur les particules de carbonate, procédé dans lequel lesdites particules sont mélangées à du toluène avant d'être co-dispersées, 50 % au moins desdites particules présentent une taille inférieure à 50 ,um, et la co-dispersion avec le sodium fondu ayant lieu sous une très forte agitation dans un appareil de type turbine avec effet de cisaillement et avec une vitesse périphérique comprise entre 5 et 30 m/s, et de préférence entre 15 et 30 m/s. Le carbonate de potassium solide est donc mis en suspension dans du toluène. La taille des particules de carbonate introduites étant généralement supérieure à 50 Fm, le mélange carbonate/toluène est soumis à des conditions d'agitation suffisantes pour réduire la taille. On peut ainsi utiliser un appareil de type turbine produisant des vitesses périphériques comprises entre 5 et 30 m/s, et de préférence entre 13 et 30 m/s, et mieux entre 15 et 30 m/s et encore plus avantageusement entre 18 et 25 m/s. Le temps d'agitation s'établit alors le plus souvent autour de 1 heure, et généralement entre 1/4 heure et 2 heures. Avantageusement, le mélange est effectué à une température de 90-100 "C. On dispose ainsi d'un mélange ("slurry") de toluène et de particules de carbonate de potassium, avec 50 % au moins (et de préférence 60%) desdites particules qui présentent une taille inférieure à 50 Rm. Avantageusement 70 à 80 % des particules ont une taille comprise entre 5 et 25 Lm. La distribution des particules est en général centrée sur 10 clam, mais sans que cela soit obligatoire. Le sodium solide est ajouté à ce mélange, par exemple au moyen d'un sas. Le sodium est sous forme de morceaux de façon à favoriser sa fusion. Le mélange obtenu est alors porté à une température supérieure à la température de fusion du sodium (qui est de 100 "C), et de préférence le mélange est porté à une température supérieure à 105 "C, et avantageusement supérieure à 110 "C. Cette température, pour des conditions de coût d'appareillage, est généralement maintenue en dessous de 150 "C, et de préférence 130 C. L'addition de sodium a lieu sous agitation, dans les conditions d'agitation habituellement employées en chimie. Lorsque le sodium est fondu, le mélange est soumis à une très forte agitation à l'aide d'un appareil de type turbine, c'est-à-dire un appareil susceptible de produire un effet de cisaillement. Cette agitation est un élément essentiel de l'invention qui permet d'obtenir une très bonne co-dispersion du sodium liquide et des particules de carbonate. Un tel résultat est obtenu par l'emploi combiné de particules fines de carbonate et de vitesses périphériques d'agitation s'établissant entre 5 et 30 m/s. Une valeur comprise entre 13 et 30 m/s est préférée, ou mieux entre 15 et 30 m/s, et entre 18 et 25 m/s encore plus avantageusement. Le temps d'agitation doit être d'au moins 1/4 heure pour obtenir l'effet voulu et plus généralement il sera compris entre 1/2 heure et 1h30. Le mélange catalytique obtenu renferme donc le carbonate de potassium et le sodium liquide dispersés dans du toluène. La concentration en catalyseur (carbonate + sodium) est comprise entre 1 et 30 %, et généralement elle est de 15-20 % (en poids). Le rapport molaire sodium/carbonate de potassium peut être avantageusement inférieur à 0,5:1. Ce mélange catalytique est mélangé au toluène réactionnel de façon à obtenir lors de la réaction avec le propylène par exemple une concentration en catalyseur comprise entre 1 et 15 %, et plus généralement entre 5 et 12 %. Des concentrations supérieures ou inférieures sont également possibles mais elles ne sont économiquement pas rentables. Le mélange est fait sous une agitation normale. II est porté à une température de 150 à 250 "C en général pour activer le catalyseur, et de préférence 180 à 220 OC, et avantageusement 190 à 200 C. Cette opération dure en général entre 1/2 heure et 2h30. Ce mélange au toluène est effectué généralement (mais sans que ce soit obligatoire) dans un réacteur réservé à cet usage, puis transféré dans le réacteur d'alkylation et mélangé au complément de toluène nécessaire pour la réaction. Le mélange est alors chauffé pour activer le catalyseur. Le propylène est ajouté à ce mélange de façon contrôlée. L'isobutylbenzène est ainsi produit. Cette opération a lieu généralement à une température comprise entre 140 et 200 OC, de préférence 160-180 "C, et sous une pression de 15 à 50 bars, 30 bars de préférence. On est donc amené généralement à refroidir le mélange avant addition du propylène. Le produit contenant l'isobutylbenzène formé peut être alors traité de façon à extraire l'isobutylbenzène avant son utilisation. On procède généralement de la façon suivante. Après consommation du propylène et refroidissement, le catalyseur est détruit par action d'un alcool, puis après au moins une opération de lavage à l'eau, décantation, les phases organique et aqueuse sont séparées. La phase organique est alors traitée de façon à extraire l'isobutylbenzène. Cette opération peut être menée de différentes manières : extraction au solvant ou de façon préférée distillation. De façon encore préférée l'installation de distillation comporte une colonne assurant un superfractionnement en continu pour récupérer en tête de ladite colonne l'isobutylbenzène. Les exemples suivants illusteront mieux l'invention. EXEMPLE Préparation du catalyseur: Le carbonate de potassium en poudre (dont 96 % environ des particules a une taille inférieure à 1 mm mais environ 17 % une taille inférieure à 0,3 mm) est séché sous vide 2 heures à 230 OC, puis conservé sous atmosphère d'azote. II est ensuite transvasé peu à peu dans un réacteur de 1 litre, maintenu sous atmosphère d'azote, et contenant 450 g de toluène agité par une turbine fonctionnant à pleine vitesse (vitesse périphérique de 21 m/s). L'agitation dure 20 minutes et la température est alors comprise entre 70 et 100 C. Puis le sodium en morceaux (10 g) est introduit et le mélange est chauffé à 120 "C pour fondre le sodium. Le sodium est ensuite dispersé au moyen de la turbine fonctionnant à pleine vitesse pendant 30 minutes. Le catalyseur ainsi obtenu est transféré par gravité dans un réacteur de 5 litres, contenant le complément de toluène 1100 grammes, puis chauffé à 190 "C pendant 1h30. On constate que 70 % des particules de carbonate de potassium et une taille comprise entre 5 et 25 clam. Réaction avec le propylène: Le mélange est refroidi vers 175 OC et le propylène est introduit de façon à maintenir une pression totale de 30 bars. Au bout de 6 heures à 175 "C la réaction a consommé 800 grammes de propylène et son introduction est arrêtée. La réaction est poursuivie encore 2 heures. Le réacteur est ensuite refroidi jusqu'à 40 "C et dépressurisé. Après destruction du catalyseur au méthanol et lavage à l'eau, l'analyse de la phase organique par chromatographie en phase gazeuse donne les résultats suivants % poids Produits légers 6,7 Toluène 27,8 Isobutylbenzène 54,6 Normalbutylbenzène 5 Produits lourds 4,9 Ce qui correspond à une production d'isobutylbenzène de 1206 g en 8 heures. Mesure du taux d'échange: Après activation, le taux d'échange (KI(Na + K) % molaire) est déterminé par destruction du catalyseur, sous atmosphère d'azote, avec de l'isopropanol sec. Après filtration, évaporation à sec et dilution dans l'eau Na et K sont dosés par absorption atomique. Taux d'échange i production d'isobutylbenzène i Exemple 37% ! 1,2 kg en 8 heures Notre méthode de préparation du catalyseur permet donc d'obtenir lors de l'activation un taux d'échange Na-K élevé sans qu'il soit nécessaire d'opérer à une température élevée (300-400 OC), du à une dispersion efficace et au choix des particules de carbonate de potassium. La présente invention a donc l'avantage de conduire à des productions d'isobutylbenzène satisfaisantes tout en maintenant une grande facilité de mise en oeuvre. En effet, le mélange catalytique formé de phases solides fines dispersées dans du toluène ("slurry") est facilement transférable dans l'installation, sans risque de bouchage des conduites de transfert, ce qui se produirait inévitablement si on avait à faire à des mélanges catalytiques de solides. REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation d'isobutylbenzène, par réaction de toluène et de propylène en présence d'un catalyseur à base de sodium et de carbonate de potassium caractérisé en ce que 1) ledit catalyseur est obtenu par addition de sodium solide à un mélange de particules de carbonate de potassium solide et de toluène, au moins 50 % desdites particules ayant une taille inférieure à 50 Fm, le mélange résultant de cette addition est chauffé jusqu'à ce que le sodium soit fondu, puis est soumis à une très forte agitation dans un appareil de type turbine avec effet de cisaillement et une vitesse périphérique comprise entre 5 et 30 m/s, 2) que ledit catalyseur est activé dans le toluène à une température comprise entre 150 et 250 OC et le propylène est ajouté, 3) et que l'isobutylbenzène formé est extrait. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 70 à 80 % des particules ont une taille comprise entre 5 et 25 pm. 3 - Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le carbonate de potassium dont plus de 50 % des particules a une taille supérieure à 50 ,um et le toluène sont soumis à une agitation dans un appareil de type turbine avec effet de cisaillement et une vitesse périphérique comprise entre 5 et 30 m/s. 4- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse périphérique est comprise entre 15 et 30 m/s. 5- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse périphérique est comprise entre 18 et 25 m/s. 6- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps d'agitation sous effet de cisaillement est au moins égal à 15 mn. 7- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport molaire sodium/carbonate de potassium est inférieur à 0,5:1. 8- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la concentration du catalyseur dans le toluène réactionnel est compris entre 1 et 15 % (en poids). 9- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit obtenu après addition du propylène est refroidi, et après destruction du catalyseur, les phases aqueuse et organique sont séparées. 10- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la phase organique est soumise à au moins une distillation de façon à séparer l'isobutylbenzène. 1 1 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'isobutylbenzène est séparé par superfractionnement en continu. 12- Procédé de préparation d'un catalyseur à base de sodium et de carbonate de potassium, dans lequel le sodium fondu, est co-dispersé sur les particules de carbonate, procédé caractérisé en ce que lesdites particules sont mélangées à du toluène avant d'être co-dispersées, 50 % au moins desdites particules présentent une taille inférieure à 50clam, et la co-dispersion avec le sodium fondu ayant lieu sous une très forte agitation dans un appareil de type turbine avec effet de cisaillement et avec une vitesse périphérique comprise entre 5 et 30 m/s. 13 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que avant d'être co-dispersées avec le sodium, les particules de carbonate initialement mises au contact du toluène sont soumises à une très forte agitation dans un apparail de type turbine avec effet de cisaillement et avec une vitesse périphérique comprise entre 5 et 30 m/s. 14- Procédé selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que la vitesse périphérique est comprise entre 15 et 30 m/s.