Brevet FR2720735A1 — publié le 19951208

PROCEDE DE RECUPERATION DE L'ACIDE ACETIQUE CONTENU DANS UN EFFLUENT EN PRESENCE D'IMPURETES ORGANIQUES La présente invention concerne un procédé de récupération de l'acide acétique contenu dans un effluent en présence d'impuretés organiques. Les procedés de synthèse organique que l'on rencontre par exemple dans l'industrie des terpènes, conduisent fréquemment à la formation d'effluents contenant de grandes quantités d'acide acétique, (jusqu'à 50% en masse). Ces effluents contiennent également des impureeés organiques telles que des hydrocarbures, des alcools ou des esters. Dans l'industrie des terpènes, ces impuretés sont par exemple des hydrocarbures et des esters terpéniques. Les effluents contenant de l'acide acétique présentent une demande chimique en oxygène (D.C.O.) élevée. La D.C.O. correspond à la quantité d'oxygène nécessaire à la dégradation chimique de ces effluents. Or, pour respecter les normes anti-pollution extrémement strictes en vigueur, on ne peut rejeter dans l'environnement des effluents présentant une trop grande D.C.O. La quasi-totalité de la D.C. O. étant due principalement à l'acide acétique, il est nécessaire de séparer cet acide du reste des effluents qui poseront alors moins de problèmes de rejet dans l'environnement. De nombreuses techniques de séparation ont été proposées et mises en oeuvre en fonction de la concentration en acide acétique de l'effluent. Seules quelques unes de ces techniques restent d'un usage industriel courant. Dans le cas d'effluents contenant de fortes concentrations en acide acétique (supérieures à 50% en masse), la distillation fractionnée peut permettre d'obtenir un acide acétique très pur (qualité dite "acide glacial"). Cou:efois, cette technique nécessite un grand nombre d'étages de séparation et un taux de reflux assez impor:ant pour obtenir le résultat escompté. En outre, f aut éviter que les impuretés présentes ne se réparT:ssent sur toute la hauteur de la colonne de séparation. Une autre techni pue peut être envisagée afin de réduire ia consommation energétique du procédé. Il s'agit de a déshydratation azéotropique. Cette O0 technique met en oeuvre un additif dénommé "entraîneur", peu miscsb!e dans l'eau et qui abaisse le point d'ébullition de l'eau par rapport à celui de -l'acide acétique par a formation d'un azéotrope. Toutefois, ce procédé ne permet pas de séparer directement l'acide acéeicue de ces impuretés. L'article de P. Eaglesfield et al., "Recovery of Acetic Acid from Dilute Aqueous Solutions by Liquid- Liquid Extraction", the Industrial Chemist, avril 1953, 147-151, décrit l'emploi de divers entraîneurs du type hydrocarbure, dichloromeétane, etc... Dans le cas d'effluents présentant une concentration moyenne en acide acétique (comprise entre et 50% en masse), les procédés actuellement connus sont l'extraction liquide-iiquide avec un solvant organique, suivie d'une distillation azéotropique ou d'une déshydratation par distillation fractionnée. Ces extractions liquide-liquide sont principalement réalisées à contre-courant dans des extracteurs qui peuvenc être avantageusement du type colonne puisée. En outre, le raffina contenant des traces d'acide acétique et une certaine quantité de solvant solubilisée, est traité par entraînement à la vapeur (connu sous la terminologie anglaise de "stripping") avant rejet. Dans les procédés d'extraction liquide-liquide, les solvants utilisés son: classés en deux catégories par rapport au point d'ébullition de l'acide acétique qui est de 118 C. Ces deux catégories sont les solvants "lourds" dont le point d'ébullition est supérieur à 118 C et les solvants "légers" dont le point d'ébullition est inférieur à 118 C, suivant que ce solvant est récupéré respectivement en pied ou en tête de la colonne de distillation. Lorsque l'on uilise un solvant "léger", l'effluent à traiter est envoyé dans une colonne d'extraction à contre-courant avec un solvant. Le solvant est récupéré en tête d'une colonne de distillation sous forme d'un hétéroazéotrope composé du solvant et d'eau. Après une étape de condensation et de décantation, le solvant est recyclé en direction de la colonne d'extraction. Le raffinat d'extraction est dirigé vers une colonne d'entrainement à la vapeur des raffinats, afin d'éleminer les traces de solvant solubilise. Dans le cas des effluents à faible concentration en acide acétique (infeérieurs à 10% en masse), on utilise un solvant "lourd". Dans ce cas, l'effluent à traiter est aussi envoyé dans une colonne d'extraction. L'extrait est soumis à une étape de déshydratation par distillation. L'extrait déshydraté récupéré au pied de la colonne de déshydratation est alors envoyé dans une colonne de régénération afin de subir un traitement de fractionnement. En têre de la colonne de fractionnement (colonne de régénération), on récupère l'acide acétique brut. Ce procédé peut permettre de réduire les besoins en vapeur nécessaires à la régénération du solvant puisque l'acide acétique et l'eau extraite dont la quantité à vaporiser est plus faible, passent en tête de la colonne de distillation. Généralement, la valor:sacion de l'acide acétique n'est possble que si ceui -c: est récupéré sous une orme très pure (quaiize acide glacial). Or, dans la plupar: des techniques précitées, les impuretés sont souvent co-extraites en nême emps que l'acide acétique. Ainsi, dans le procédé utilisant un solvant "léger" il est très dfficile de purifier l'acide acéeique obtenu en oied de la colonne de distillation, car il contient nes imouretés à haut point d'ébullition. De maniere analogue avec le procédé utilisant un solvant: ourd" l'acide acétique obtenu en tête de la colonne de distillation contient des impuretés à bas point d'ébullition et,... il existe un risque d'accumulation, dans le solvant, d'impuretés à haut point d'ébullition co-extraites par ce procédé. Ceci necessite des purges continues ou périodiques d'une partie du solvant. En conséquence, les coûts d'exploitation sont consiedérablement augmentés. Dans l'industrie des terpènes, par exemple, les impuretés sont constituées par un mélange d'hydrocarbures et d'esters terpéniques. Le traitement de tels effluents par l'un des procédés précités pose des problèmes car lors des distillations nécessaires à l'obtention de l'acide acétique pur du type acide glacial, on observe une partition des impuretés sur toute la hauteur de la colonne de distillation, ce qui ne permet pas d'obtenir un acide acétique de bonne qualité. En outre, onr. peut observer un phénomène d'accumulation de ces impuretés dans le solvant. L'invention a pour but de remédier à ces problèmes et de réaliser un procédé permettant de récupérer l'acide acétique, en vue de sa valorisation ou de son recyclage ultérieur, à partir d'un effluent contenant simultanément de l'acide acétique et des impuretés organiques. A cet effet, l'inve..ion concerne un procédé de récupéracion d'acide acêc. ue contenu dans un effluent en présence d'impuretés organiques. Selon les caractéristiques de l'invention, ce procédé comprend les étapes consistant: a) mettre, dans une colonne d'extraction, l'effluent à traiter en contact avec un solvant organique d'extraction -es impuretés organiques, ce solivant contenant essentiellement un hydrocarbure, b) introduire dans une colonne d'entraînement à la vapeur, l'effluent issu de la colonne d'extraction afin d'éliminer les traces de solvant organique, et c) récupérer en pied de la colonne d'entraînement à la vapeur, i'effluent traité contenant l'acide acétique et débarrasse des impuretés organiques. De façon avantageuse, le solvant organique est un hydrocarbure aliphatique ou aromatique dont le nombre de carbone est compris entre 6 et 10. L'emploi d'un hydrocarbure dans le procédé selon l'invention présente de nombreux avantages. Premièrement, les coeffients de partage (Kd) sont tels que la quasitotalité des impuretés est extraite de l'effluent alors que l'acide acétique l'est peu. Deuxièmement, les hydrocarbures sont très peu solubles dans l'eau et forment généralement avec celle-ci des azéotropes qui facilitent l'élimination des traces de solvant, dissoutes dans l'effluent acide lors de son traitement dans la colonne d'entraînement à la vapeur. De façon avantageuse, l'hydrocarbure utilisé est de l'hexane (Kd>10), du fait de sa sélectivité pour les impuretés vis-à-vis de l'acide acétique (Kd acétique, Eb=68,3 C; hexane/eau Eb=61,5 C). o De façon avantage-use, un condensat contenant de l'acide acéeique, des i-pureres organiques et du solvant organique e: issu de la tête de la colonne d'entraînement à la vaceur est recyclé dans la colonne d'extraction avec l'eff lu en à traiter entrant. Ceci permet d'éviter les per-es en solvant, acide acétique et impuretés tout arc.... eremensi ces dernières sont valorisables. Enfin, selon une varlante de réalisation de l'invention, le solva-nt -rganique chargé en impuretés organiques ec issu de la colonne d'extraction est introduit dans une colonne de distillation, de façon à récupérer en tête de ladite colonne de distillation, le solvant propre et en pied de colonne, une solution concentrée d'impuretés. Du fait que les hydrocarbures du solvant organique forment généralement un azéotrope avec l'acide acétique, ceci facilite la concentration des impuretés à la sortie de la colonne de distillation sans perte d'acide acétique. Dans l'industrie des terpènes par exemple, le passage de l'effluent traité contenant l'acide acétique dans une colonne d'entraînement à la vapeur conformément à i'invention présente l'avantage d'éliminer les dernières traces d'impuretés qui peuvent elles-mêmes être entraînees ultérieurement (formation d'azéotropes avec la vapeur d'eau). De plus, la génération de la vapeur d'eau à partir de l'effluent lui-même permet d'éviter La dilution de l'effluent. Dans l'industrie des terpènes, les impuretés organiques sont généralement constituées par un mélange d'hydrocarbures et d'esters terpéniques. Ces impuretés, une fois recueillies à la sortie de la colonne de distillation, sont valorisables soit sous la forme d'un concentré dans l'hydrocarbure d'extraction, soit sous la forme de substitut des chlorofluorocarbones et des solvants chlorés. De -els subsci.uts peuvent être utilisés dans l'industrie du traitement de surface pour le dégraissage des pièces meéalliques. La valorisation de la totalité des produits présents dans l'effluenc est une caractéristique particulièrement avancageuse qui peut être obtenue grâce au procedé selon 'invencion. En effet, dans les techniques de l'art anterieur, l'acide acétique impur obtenu était généralement détruit par incinération. !0 D'autres caracceriscscues et avantages de l'invention ressortiront m eux a la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitacf, cette description étant faite en faisant référence au dessin joint. Comme illustré sur la figure, le dispositif utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprend une colonne d'extraction 2 de préférence du type licuide-liquide, une colonne d'entraînement à la vaDeur 4 et une colonne de distillation 6. Un échangeur de chaleur 8 est placé sur une canalisation reliant le pied de la colonne d'extraction liauide-licuide 2 à la tête de la colonne d'entraînement à la vapeur 4. En outre, un autre échangeur de chaleur '0 est placé sur la canalisation reliant la tête de la colonne d'extraction 2 et l'entrée de la colonne de distillation 6. Deux reboui! eurs 12 et 14 sont prévus respectivement au pied de la colonne d'entraînement à la vapeur 4 et au pied de la colonne de distillation 6. Enfin, un échangeur de chaleur 16 est prévu à la sortie de la colonne d'entraînement à la vapeur 4 et un autre échangeur de chaleur 18 est prévu à la tête de la colonne de distillation 6. Le fonctionnement du dispositif va maintenant être décrit de façon détaillée. L'effiuen a 20 --0contenant de l'acide acétique et des impure:es organiques est introduit en tête de la colonne d'extraction 2, à contre-courant d'un solvant organique d'extraction 22 introduit au pied de ladite colonne. Cette opération est réalisée à température ambiante. Cette colonne permet de réaliser l'élimination des =oure. ès organiques. Le solvant organique 24 chargé en mpuretés organiques sort en tête de a colonne d'extraction 2, tandis que !0 l'effluent 26 contenant 7'acide acétique est évacué en pied de cette colonne 2. Dans cette coonne d'extraction 2, le rapport du débit volumique de la phase aqueuse par rapport à celui de la phase organique est de préférence supérieur ou égal à 3, afin d'effectuer une première concentration des impuretés. Ce rapport est toujours adapté à la quantité d'impuretés à extraire. L'effluent 26 issu de la colonne d'extraction 2 est introduit après préchauffage au moyen de l'échangeur de chaleur 8 dans la colonne d'entraînement à la vapeur 4. A l'intérieur de celle-ci, il circule à contre-courant de la vapeur créée à partir de l'effluent lui-même, au moyen d'un rebouilleur 12. Ceci Dermet d'éviter la dilution de l'effluent à traiter. L'effluent traité 28 sortant au pied de la colonne d'entraînement à la vapeur 4 contient la quasi-totalité de l'acide acétique présent au départ dans l'effluent à traiter et est par contre débarrassé de toutes les impuretés organiques e: des traces de solvant. Généralement, cet effluent est dirigé vers une ligne de récupération classique de l'acide acétique. Par ailleurs, les vapeurs 30 constituées d'eau, de solvant organique et d'acide acétique sortant en tête de la colonne d'entraînement a la vapeur 4 sont condensées par un échangeur de chaleur 16 puis les condensaes 32 obtenus son: retournes en tête de la colonne d'exaracpion 2, aprs mélange avec l'effluent à traiter 20. De preéfeérence, ans _: colonne d'entraînement à la vapeur 4, le rapcor- u débit massique de la phase liquide par rapport a celui de la phase vapeur est supérieur ou égal à:_. Ceci permet de ne pas trop diluer l'effluenz à:-a-er 20 entrant dans la colonne d'extractlon 2, lors du recyclage du condensat 32 avec l'effluenrt à traiter 20. Le solvant organ:que 24 chargé en impuretés organique et issu de la cte de la colonne d'extraction 2 est traité par disti!lation dans la colonne de disti lation 6 après un préchauffage au moyen de l'échangeur de chaleur '0. Une solution concentrée 34 consticuée par des impuretés organiques et par une fraction du solvant: organique est récupérée à la base du rebouilleur 14 de la colonne de distillation 6. En outre, les vapeurs organiques 35 constituées de solvant organique et d'acide acétique résiduel sortant en tête de la colonne de distillation 6 sont condensés par l'échangeur de chaeur 18. A la sortie de cet échangeur de chaleur '8, les condensats 36 sont retournés au pied de la colonne d'extraction 2 au point o est introduit le solvant organique 22. Le reflux 38 est prélevé et retourne vers la colonne de distillation 6. De façon avantageuse, un appoint de solvant 22' est réalisé pour compenser la fraction du solvant sortant dans la solution concentrée d'impuretés 34 issue de la colonne de distillation 6. Selon le premier mode de réalisation du procédé selon il'invention, le disposicif ne comprend que la colonne d'extraccion 2 et la colonne d'entraînement à ia vapeur 4 et es echangeurs de chaleur et rebouiileurs aui y son: associes. Selon un second node de réalisation dans lequel le solvant utiise est rec7cl, l'installation comprend la totalité des installa:tons représentées sur la figure jo inte. On donnera c-arèas un exemple de mise en oeuvre du procédé conforme à l'in-venzon. Exemple: Dans une installa:ion analogue à celle qui vient d'être décrite, on tra_e un effluent 20 provenant d'un procédé de synthèse organique de la chimie des terpènes. L'effluent 20 et le solvant organique 22 sont introduits dans la colonne d'extrac:ion 2 avec un débit de solvant correspondant à 20% du débit d'effluent. L'opération d'extract:on est réalisée à la température de 25 C. Le tableau 1. ciz-après donne la composition des différents effluents e: solutions au fur et à mesure de leur traitement par le procédé selon l'invention. Tableau 1 Nature de effluent à condensat solvant solution condensats l'effluent traiter (32) issu de la chargé en concentrée (36) (20) colonne impuretés en impuretés d'entraînement (24) (34) (4) acide acétique304 206 5,9 - 309 (g/l) impuretés 4, 66 1,2 18,85 188,85 0,06 (g/1) solvant - 71 - - 5,2 organique (mg/1) eau - 0,11 (g/1) Après le t._emer de il'effiuent 26 dans la co'cnne d'entraînemen a -a vapeur 4, l'effluent 28 traité _ar un débit mass-que de vapeur correspondant à % du débit 'iquide es: récupéré. I1 contient 309 g d'acide aceétique par i-:re de solution tandis que la quantieé d'impuretés rés-idueles est inférieure aux limites de déeection ( acide acétique de qualieé "acide glacial". REVENDICATIONS Procédé de écéraion d'acide acétique contenu dans un effuen: en orésence d'impuretés organiques, caractérisé en ce u'i comprend les étapes consistant à: a) mettre, dans une colionne d'extraction (2), l'effluent)20) à traizer en contact avec un solvant organique)22, 22') d'extraction des impuretés organiques, ce soivant contenant essentiellement un hydrocarbure, b) introduire dans une colonne d'entraînement à la vapeur (4), l'effluent (26) issu de la colonne d'extraction (2), afin d'éliminer les traces de solvant organique (22, 22'), e: c) récupérer en Died de la colonne d'entraînement à la vapeur (4), l'efluent traité (28) contenant l'acide acétique e: débarrassé des impuretés organiques. 2. Procédé de récupération selon la revendication 1, caractérisé en ce que le solvant organique (22, 22') est un hydrocarbure aiiphatique ou aromatique dont le nombre de carbone est compris entre 6 et 10. 3. Procédé de récupération selon la revendication 2, caractérisé en ce que le solvant organique (22, 22') est de l'hexane. 4. Procédé de recuceration selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vapeur d'eau utilisée dans la colonne d'entraînement à la vapeur (4) est obtenue à partir de l'effluen: lui-même, au moyen d'un rebouilleur (12) placé au pied de ladite colonne d'entraînement. 5. Procédé de récupération selon la revendication caractérisé en ce zu'un condensat (32) contenant de l'acide acétique, des impuretés organiques et du !3 solvans organlque e: issu de la tête de la colonne d'en.-trainem.-ent à la aer '4) est recyclé dans la colonne d'exzraction (2). s. Procédé de racucéra ior. selon la revendication 1, caractérise en ce cue dans la colonne d'extraction (2), le rapport du débL: volmique de la phase aqueuse par rapport à celui de a phase organique est supérieur ou égal à 3. 7. Procédé de récucéracion selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la colonne d'entraînement à la vapeur (4), le racpor: du débit massique de la phase liquide par rapport à celui de la phase vapeur est supérieur ou égal à 15. 8. Procédé de récupcération selon la revendication 1, caractérisé en ce zue le solvant organique chargé en impuretés organiques (24) et issu de la colonne d'extraction (2) est incroduit dans une colonne de distillation (6), de façon à récupérer en tête de ladite colonne de distillation, le solvant propre (35, 36) et en pied de cclcnne, une solution concentrée d'impuretés (34). 9. Procédé de récucération selon la revendication 8, caractérisé en ce Que le solvant propre (35, 36) issu de la colonne de distillation (6) est recyclé dans la colonne d'extraction (2.