Brevet FR2766388A1 — publié le 19990129

PROCEDE D'ELIMINATION DE COMPOSES ORGANOPHOSPHORES CONTENUS DANS UN GAZ OU LIQUIDE La présente invention concerne un procédé d'élimination des composés organophosphorés contenus dans une charge industrielle. Il est connu d'utiliser les composés organophosphorés en tant que catalyseurs, notamment en tant que ligands de catalyseurs. Or, au cours de l'étape mettant en oeuvre ces catalyseurs, il est fréquent d'observer leur dégradation partielle, si bien que des traces de ces catalyseurs sont présentes dans les produits de réaction. C'est le cas par exemple lors de la réaction de dimérisation de l'acrylonitrile en 1, 4-butènedinitrile, comme décrit dans le brevet US-A-4.952.541. Selon l'utilisation ultérieure de ces produits, il est souvent préférable d'éliminer les résidus de catalyseurs qu'ils contiennent. En effet, ces résidus peuvent, par exemple, empoisonner et donc désactiver les catalyseurs d'étapes réactionnelles ultérieures. Il peut être également recommandé d'éliminer ces résidus de manière à ce qu'ils ne génèrent pas le dégagement, dans l'atmosphère ou dans les eaux et/ou solvants résiduaires, de composés soumis à des contraintes environnementales. Il est également connu d'utiliser les composés organophosphorés en tant qu'extractants lors des opérations purificatrices d'extraction liquideliquide: le produit à purifier, initialement en solution aqueuse avec les impuretés, est transféré dans le solvant extractant à base de ces composés organophosphorés tandis que les impuretés restent en phase aqueuse. On obtient ainsi un produit purifié en phase organique qui est ensuite désextrait en phase aqueuse. Lors de cette désextraction, une partie de la phase organique à base d'organophosphorés peut passer en phase aqueuse. Le produit obtenu, bien que purifié, contient alors des traces indésirables d'organophosphorés. Un moyen classique pour purifier les produits consiste à distiller le milieu contenant les résidus phosphorés, cependant, une telle opération est coûteuse tant en investissement qu'en fonctionnement. De plus, elle n'est pas toujours possible, et enfin, une décomposition des produits à purifier peut parfois être observée. Dans certains cas, on peut réaliser une extraction liquide-liquide supplémentaire, cependant le solvant enrichi en composés phosphorés doit ensuite être traité, avant d'être rejeté ou réutilisé. Il a également été proposé d'utiliser des résines échangeuses d'ions, comme par exemple dans le brevet GB-A-2 212 155. Ces résines présentent l'inconvénient d'être chères ainsi que de présenter une acidité qui peut entraîner des dégradations parasites. Dans le brevet US-A-4.952.541, les composés phosphorés sont éliminés par mise en contact du milieu réactionnel avec un agent oxydant. Cependant, selon la nature du milieu à traiter, ce dernier peut être dégradé par l'agent oxydant. Un but de la présente invention est donc de proposer un nouveau procédé d'élimination des composés organophosphorés contenus dans un milieu liquide ou gazeux. Un autre but est de proposer un tel procédé ne dégradant pas un milieu liquide ou gazeux. Dans ce but, I'invention concerne un procédé d'élimination de composés organophosphorés, trivalents et/ou pentavalents et comprenant au moins un atome de carbone, contenus dans un gaz ou un liquide, dans lequel on met en contact ledit gaz ou liquide avec de l'alumine et/ou de l'oxyde de titane. Le procédé de l'invention consiste donc à mettre en contact les composés organophosphorés soit avec de l'alumine, soit avec de l'oxyde de titane, soit avec un composé mixte de l'alumine et de l'oxyde de titane. La réaction mise en jeu est une réaction d'adsorption et/ou de captation. Selon un premier mode, le procédé met en oeuvre un adsorbant uniquement à base d'alumine. De préférence, I'invention exclut les procédés d'élimination à l'aide d'alumine des composés organophosphorés contenus dans un gaz ou un liquide, pour lesquels les composés organophosphorés sont des phosphites et le gaz ou liquide est une charge de monomères éthyléniquement insaturés, notamment les procédés définis dans la demande de brevet français n 97 00623. L'alumine peut se présenter sous des formes diverses, elle peut, par exemple, se présenter sous la forme de poudres, billes, d'extrudés, de concassés ou de monolithes. Si l'alumine utilisée se présente sous forme de billes, ces billes peuvent être issues d'une mise en forme par technologie tournante ou par coagulation en gouttes (dite oil- drop). L'alumine utilisée présente, en général, une surface spécifique d'au moins 10 f m2/g, de préférence d'au moins 30 m2/g, encore plus préférentiellement d'au moins 70 m2/g. Cette surface spécifique est une surface mesurée par la méthode BET. On entend par surface mesurée par la méthode BET, la surface spécifique déterminée par adsorption d'azote conformément à la norme ASTM D 3663-78 établie à partir de la méthode BRUNAUER - EMMETT - TELLER décrite dans le périodique "The Journal of the American Society", 6Q, 309 (1938). Cette alumine présente également, en général, un volume poreux total (VPT) d'au moins 0,1 cm3/g, de préférence d'au moins 0,3 cm3/g, encore plus préférentiellement d'au moins 0,5. Ce volume poreux total est mesuré de la façon suivante: on détermine la valeur de la densité de grain et de la densité absolue: les densités de grain (Dg) et absolue (Da) sont mesurées par la méthode de picnométrie respectivement au mercure et à l'hélium, le VPT est donné par la formule: 1 1 Dg Da Les procédés de préparation des alumines présentant les caractéristiques de volume poreux total et de surface spécifique nécessaires à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sont connus de l'homme du métier. En ce qui concerne la surface spécifique, celle-ci peut notamment être contrôlée par la température de calcination (ou activation) de l'alumine suite à sa mise en forme. Pour le volume poreux, son contrôle tient essentiellement au choix de l'alumine de départ utilisée pour la mise forme et aux conditions opératoires de mise en forme de I'alumine. L'homme du métier connaît ces conditions. Il est possible d'utiliser une alumine comprenant au moins un composé d'un élément choisi dans le groupe comprenant les alcalins et les alcalino-terreux, notamment Na2O, cependant il est préférable que la teneur en ce composé soit d'au plus 5 % en poids, de préférence d'au plus 2. Il a en effet été observé que l'adsorption peut être moins efficace lorsque l'alumine comprend ces alcalins ou alcalino-terreux en teneur trop élevée. Selon une première variante préférée, I'alumine se présente sous la forme de billes mises en forme par technologie tournante ou de concassés dont le volume de pores de diamètre supérieur à 100 A (Vloo ) est d'au moins 0,05 cm3/g, de préférence d'au moins 0,2 cm3/g, encore plus préférentiellement d'au moins 0,35 cm3/g. Le volume VlOO est mesuré par la technique de la pénétration du mercure dans laquelle on applique la loi de Kelvin. La mise en forme par technologie tournante est une agglomération de l'alumine réalisée par mise en contact et rotation de l'alumine sur ellemême. Comme appareil utilisé à cet effet, on peut citer le drageoir toumrnant, le tambour tournant. Ce type de procédé permet d'obtenir des billes de dimensions et de répartitions de pores contrôlées, ces dimensions et ces répartitions étant, en général, créées pendant l'étape d'agglomération. La porosité peut être créée par différents moyens comme le choix de la granulométrie de la poudre d'alumine ou l'agglomération de plusieurs poudres d'alumine de différentes granulométries. Une autre méthode consiste à mélanger à la poudre d'alumine, avant ou pendant l'étape d'agglomération, un composé, appelé porogène, disparaissant totalement par chauffage et créant ainsi une porosité dans les billes. Comme composés porogènes utilisés, on peut citer, à titre d'exemple, la farine de bois, le charbon de bois, le soufre, des goudrons, des matières plastiques ou émulsions de matières plastiques telles que le polychlorure de vinyle, des alcools polyvinyliques, la naphtaline ou analogues. La quantité de composés porogènes ajoutés est déterminée par le volume poreux désiré. La poudre d'alumine utilisée comme matière de départ peut être obtenue par des procédés classiques tels que le procédé par précipitation ou gel, et le procédé par déshydratation rapide d'un hydroxyde d'alumine tel que l'hydrate de Bayer (hydrargillite). Cette dernière alumine est notamment obtenue par déshydratation rapide d'hydrargillite à l'aide d'un courant de gaz chauds, la température d'entrée des gaz dans l'appareillage variant généralement de 400 à 1200 C environ, le temps de contact de l'alumine avec les gaz chauds étant généralement compris entre une fraction de seconde et 4-5 secondes; un tel procédé de préparation de poudre d'alumine a particulièrement été décrit dans le brevet FR-A-1 108 011. Cette dernière alumine est celle préférée de l'invention. Le contrôle des volumes des pores de diamètre donné peut également être réalisé au cours de cette étape d'agglomération par un réglage adéquat du débit d'introduction de la poudre d'alumine et éventuellement d'eau, de la vitesse de rotation de l'appareil ou par l'introduction d'une amorce de mise en forme. Suite à cette agglomération, les billes obtenues peuvent être soumises à différentes opérations destinées à améliorer leur résistance mécanique telles qu'un mûrissement par maintien dans une atmosphère à taux d'humidité contrôlée, suivi d'une calcination puis d'une imprégnation des billes par une solution d'un ou plusieurs acides et un traitement hydrothermal en atmosphère confinée. Enfin, les billes sont séchées et calcinées de manière à être activées. Selon une deuxième variante préférée, I'alumine se présente sous la forme d'extrudés ou de billes issues d'un procédé de mise en forme par coagulation en gouttes dont le volume de pores de diamètre supérieur à 50 A (V50A) est d'au moins 0,3 cm3/g, de préférence d'au moins 0,4 cm3/g, encore plus préférentiellement d'au moins 0,5 cm3/g. Le volume V50 est mesuré par la technique de la pénétration du mercure dans laquelle on applique la loi de Kelvin. La mise en forme par coagulation en gouttes consiste à introduire des gouttes d'une solution aqueuse à base d'un composé de l'aluminium dans un liquide non miscible à l'eau (pétrole, kérosène,...) de telle façon que les gouttes forment des particules sensiblement sphériques, ces particules sont coagulées simultanément et/ou postérieurement à la mise en forme sphéroïdale par un agent gélifiant. Les billes sont ensuite récupérées puis séchées et calcinées. Ce type de billes peut par exemple être préparé, selon le procédé décrit dans le brevet EP-A-097 539, par coagulation en gouttes d'une suspension ou d'une dispersion aqueuse d'alumine ou d'une solution d'un sel basique d'aluminium se présentant sous forme d'une émulsion constituée d'une phase organique, d'une phase aqueuse et d'un agent de surface ou d'un émulsionnant. Ladite phase organique peut en particulier être un hydrocarbure, I'agent surfactant ou émulsionnant est par exemple du Galoryl EM 10 . Ces billes peuvent également être préparées selon le procédé décrit dans le brevet EP-A-015 801 par mélange à un pH inférieur à 7,5 d'un sol de boehmite ultrafine et de particules sphéroïdales d'alumine, puis coagulation en goutte de ce mélange comme indiqué précédemment, et enfin séchage et calcination. L'alumine peut également se présenter sous forme d'extrudés d'alumine. Ceux-ci sont généralement obtenus par malaxage puis extrusion d'une matière à base d'alumine, et enfin calcination. La matière de départ peut être de nature très variée: elle peut être issue de la déshydratation partielle et rapide d'hydrargillite, selon l'enseignement de la demande FR-A-1.108.011, ou de la précipitation d'alumine boehmite, pseudo-boehmite, bayerite ou d'un mélange de ces alumines. Au cours du malaxage, I'alumine peut être mélangée à des additifs, notamment des porogènes tels que définis ci-dessus. Ces extrudés peuvent présenter toutes sortes de formes: cylindres pleins ou creux, multilobes,... Les alumines activées Sphéralite 521, Sphéralite 569, Sphéralite 537, Sphéralite 517 ou Sphéralite 513 commercialisées par Procatalyse conviennent parfaitement à la mise en oeuvre de l'invention. Selon un deuxième mode, le procédé met en oeuvre un adsorbant uniquement à base de dioxyde de titane. Le dioxyde de titane utilisé peut se présenter sous diverses formes: extrudés de formes pleines ou creuses, à profil cylindrique ou multilobé, concassés, pastilles, granulés, monolithes plus particulièrement sous forme de nids d'abeilles. Il peut être mis en forme par toute méthode de préparation connue de l'homme du métier. Une méthode préférée est celle décrite dans les documents EP-A-038 741 et EP-A-060 741, qui consiste à extruder un mélange comprenant: - de 1 à 40 % en poids d'eau, - de 0 à 15 % en poids d'additifs de mise en forme tels que définis précédemment, - de 45 à 99 % en poids d'une poudre de dioxyde de titane mal cristallisé et/ou amorphe présentant une perte au feu entre 1 et 50 %, puis à mettre en forme ce mélange et à le sécher et calciner. De préférence, le dioxyde de titane présente une surface spécifique BET d'au moins 30 m2/g. De même, il est préférable d'utiliser un dioxyde de titane présentant un volume poreux total d'au moins 0,2 cm3/g. Le dioxyde de titane CRS-31 commercialisé par Procatalyse convient parfaitement à la mise en oeuvre de l'invention. Enfin, selon un troisième mode, le procédé met en oeuvre un adsorbant qui est un composé mixte de l'alumine et du dioxyde de titane. Ce composé mixte peut être obtenu soit par imprégnation d'alumine par une solution précurseur d'un composé du titane puis décomposition de ce précurseur en dioxyde de titane par chauffage, soit par comalaxage d'alumine et de dioxyde de titane, ou coprécipitation de ces composés, puis mise en forme selon l'une des méthodes précédemment décrites. Lorsque le composé mixte comprend au moins 5 % en poids de dioxyde de titane par rapport au composé total, ledit composé présente de préférence une surface spécifique BET d'au moins 30 m2/g. De même, dans ce dernier cas, il est préférable d'utiliser un dioxyde de titane présentant un volume poreux total d'au moins 0,2 cm3/g. Quel que soit le mode utilisé, I'alumine et/ou le dioxyde de titane peut être dopé par au moins un des éléments choisis parmi les alcalins, les alcalino-terreux, les terres rares, le vanadium, le niobium, le tantale, le chrome, le molybdène, le tungstène, le fer, le cobalt, le nickel, le cuivre, le zinc, le ruthénium, le palladium, le gallium et le zirconium. Les composés de ces éléments présents dans la composition de l'adsorbant à base d'alumine et/ou de dioxyde de titane peut représenter jusqu'à 30 % en poids de l'adsorbant total. Cependant, dans le cas o l'adsorbant ne comprend que de l'alumine et o t l'élément dopant est un alcalin ou un alcalino-terreux, il est préférable de respecter une teneur maximum de 5 % en poids ainsi qu'indiqué précédemment. On peut mettre en oeuvre les trois modes simultanément, c'est-à-dire utiliser dans le procédé un mélange de deux ou trois des adsorbants cités: alumine, dioxyde de titane ou composé mixte alumine/dioxyde de titane. Cependant, le procédé qui met en oeuvre uniquement de l'alumine est préféré. Les composés organophosphorés pouvant être éliminés selon le procédé de l'invention peuvent être choisis parmi: les phosphines, les phosphinites, les phosphonites, les phosphites, les phosphinates, les phosphonates, les phosphates. Il peut s'agir notamment des composés suivants: le tertio butylphénylène tolyl phosphite, l'isopropylditolylphosphinite, I'isopropylditolylphosphonite, les triaryl phosphites, le diaryl phosphites, de composés organophosphorés du type phosphonate tels que par exemple le dibutylbutylphosphonate (DBBP), le bis-(éthyl2hexyl)(éthyl- 2hexyl)phosphonate (DHEHP), le tétra-éthyl-butylène-diphosphonate: (C2H5O)2-OP- CH2-(CH2)2-CH2-PO(OC2H5)2, le tétra-isopropyl-méthyl-méthylènediphosphonate: (iC3H7O)2OP-CH(CH3)-PO(iC3H7)2, le tétra-éthyl-décilène-diphosphonate: (C2H50)2- OP-CH2-(CH2)8-CH2-PO(OC2H5)2, le dipentylpentylphosphonate (DPPP), le diéthyldodécylphosphonate, de composés organophosphorés du type phosphinate tels que par exemple le dioctylméthylphosphinate, d'oxydes de phosphine comme par exemple les oxydes de di-n-hexylméthoxyoctylphosphine (DHMOPO), de tri-nbutyl- phosphine (TBPO), de trioctylphosphine (TOPO). En général, le procédé est mené a température ambiante. Cependant, un chauffage peut être utilisé. Le procédé selon l'invention convient, par exemple, pour traiter les composés nitriles ou dinitriles comprenant des impuretés organophosphorés. Le procédé de l'invention convient particulièrement pour traiter un liquide provenant de la réaction de dimérisation de l'acrylonitrile en présence de catalyseurs phosphorés, ou de la réaction d'hydrocyanation du butadiène en présence de catalyseurs phosphorés. L'alumine convient parfaitement pour éliminer ces traces d'organophosphoré du milieu réactionnel. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLES Le tableau 1 résume les caractéristiques des alumines utilisées. Tableau 1 Alumine Mise en surface V5Oa VO10o, Taux Na2O forme spécifique (cm3/g) (cm3/g) (ppm) (m2/g) A i billes 325 0,165 0,064 3250 B billes 185 0,548 0,381 600 lI I, C. billes 208 0,904 0,706 690 D billes 145 1,073 0,974 500 E extrudés 211 0, 621 0,380 10 F billes 252 0, 201 0,071 20000 Exemple 1 On dissout dans un bêcher du ditolylphosphite ((tolO)2POH) dans 20 g de 1,4- dicyanobutène jusqu'à une concentration massique de 750 pprn, exprimée en élément phosphore. On place 1 g d'alumine dans un trépied-nacelle en verre puis on la traite durant 2 heures à 300 C sous courant d'azote sec. La nacelle est ensuite plongée dans le bêcher de ditolylphosphite et de 1,4-dicyanobutène sans que l'alumine soit mise au contact de l'air ambiant pour éviter la réhydratation parasite. Le bêcher est laissé sous agitation à température ambiante durant un temps compris entre 2 et 96 heures. En fonction du temps de contact entre l'alumine et le milieu, on réalise un dosage du taux de phosphore encore présent dans la solution de manière à estimer l'avancement de la réaction d'adsorption des composés phosphorés par l'alumine. On réalise également le dosage du phosphore à la surface de l'alumine, une fois l'alumine égouttée. Les deux méthodes de dosage sont concordantes. Dans le tableau 2, on donne, pour chaque alumine et en fonction du temps de réaction, le pourcentage de composés phosphorés captés par l'alumine. Tableau 2 Temps (h) Alumine A B C D E F __ _ 0% 0% 0% 0% 0% 0% 2 10,6 % 19,0 % 27,6 % 30,2 % 29,5 % 10,1 % 22,4% 32,6% 51,1% 54,1% 53,6% 20,4% 8 26,1 % 52,4 % 63,2 % 69,9 % 69,7 % 24;0 % 24 46,5 % 76,5 % 87,0 % 87,5 % 87,8 % 42,1 % 48 56,1 % 87,8 % 97,5 % 97,4 % 97,2 % 51,1 % 72 64,4 % 93,2 % 98,8 % ' 99,0 % 99,4 % 59,6 % |f _96 73,1% 95,7 % 100 % 100 % 100 % 66,2 % Exemple 2 On répète la mise en oeuvre de l'exemple 1 sur une solution de 200 g d'adiponitrile comprenant 730 ppm en masse de ditolylphosphinite exprimée en élément phosphore. On utilise 9,2 g d'alumine C. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3. Tableau 3 Temps (h) % d'adsorption 0 0 6 56,7 36 94,1 84 99,8 Exemple 4 On répète la mise en oeuvre de l'exemple 1 sur une solution de 30 ml de toluène comprenant 800 ppm en masse d'un composé pentavalent diphosphoré ((PhO)2P(O)OH) exprimée en élément phosphore. On utilise 1,4 g d'alumine D. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 4. Tableau 4 Temps (h) % d'adsorption 0 0 3 41,2 6 61,0 [ -9 i 73,9 f REVENDICATIONS 1. Procédé d'élimination de composés organophosphorés, trivalents et/ou pentavalents et comprenant au moins un atome de carbone, contenus dans un gaz ou un liquide, caractérisé en ce qu'on met en contact ledit gaz ou liquide avec de l'alumine et/ou de l'oxyde de titane. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on met en contact le gaz ou liquide avec de l'alumine présentant une surface spécifique d'au moins 70 m2/g. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on met en contact le gaz ou liquide avec de l'alumine présentant un volume poreux d'au moins 0,5 cm3/g. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on met en contact le gaz ou liquide avec de l'alumine comprenant au moins un composé d'un élément choisi dans le groupe comprenant les alcalins et les alcalino- terreux, dans une teneur d'au plus 2 % en poids. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on met en contact le gaz ou liquide avec de l'alumine se présentant sous la forme de billes, fabriquées par technologie tournante, ou de concassés dont le volume de pores de diamètre supérieur à 100 À est d'au moins 0,35 cm3/g. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on met en contact le gaz ou liquide avec de l'alumine se présentant sous la forme d'extrudés ou de billes issues d'un procédé de mise en forme par coagulation en gouttes dont le volume de pores de diamètre supérieur à 50 A est d'au moins 0,5 cm3/g. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alumine et/ou le dioxyde de titane es tdopé par au moins un des éléments choisis parmi les alcalins, les alcalino-terreux, les terres rares, le vanadium, le niobium, le tantale, le chrome, le molybdène, le tungstène, le fer, le cobalt, le nickel, le cuivre, le zinc, le ruthénium, le palladium, le gallium et le zirconium. # 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les composés organophosphorés sont choisis parmi: les phosphines, les phosphinites, les phosphites, les phosphonites, les phosphinates, les phosphonates. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les composés organophosphorés sont choisis parmi: le tertio butylphénylène tolyl phosphite, I'isopropylditolylphosphinite, l'isopropylditolylphosphonite, les triaryl phosphites, le diaryl phosphites. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide traité provient de la réaction de dimérisation de l'acrylonitrile en présence de catalyseurs phosphorés, ou de la réaction d'hydrocyanation du butadiène en présence de catalyseurs phosphorés.