Brevet FR2777562A1 — publié le 19991022

PROCEDE DE PURIFICATION D'AMINONITRILES ALIPHATIQUES La présente invention concerne un procédé de purification d'aminonitriles aliphatiques et plus particulièrement de l'amino-6 capronitrile. L'amino-6 capronitrile est préparé généralement par hydrogénation d'une des deux fonctions nitrile de l'adiponitrile. Ainsi le brevet US-A-5 151 543 décrit un procédé d'hydrogénation partielle de dinitriles en aminonitriles dans un solvant en excès molaire d'au moins 2/1 par rapport au dinitrile, comprenant de l'ammoniac liquide ou un alcanol contenant une base minérale soluble dans ledit alcanol, en présence d'un catalyseur de type nickel ou cobalt de Raney. Le brevet WO-A-96/18603 décrit un procédé d'hémihydrogénation de dinitriles aliphatiques en aminonitriles correspondants, à l'aide d'hydrogène et en présence d'un catalyseur choisi parmi le nickel de Raney et le cobalt de Raney, ledit nickel ou cobalt de Raney comportant éventuellement un élément dopant choisi parmi les éléments des groupes IVb, Vlb, Vllb et VIII de la classification périodique des éléments et le zinc, et d'une base minérale forte dérivant d'un métal alcalin ou alcalino-terreux, le milieu initial d'hydrogénation comportant de l'eau à raison d'au moins 0,5 % en poids par rapport à la totalité des composés liquides dudit milieu, de la diamine et/ou de l'aminonitrile susceptibles de se former à partir du dinitrile à hydrogéner ainsi que du dinitrile non transformé à raison pour l'ensemble de ces trois composés de 80 % à 99,5 % en poids par rapport à la totalité des composés liquides dudit milieu, ledit procédé permettant d'obtenir une sélectivité en aminonitriles visés d'au moins 60 %. Une des utilisations possibles de l'amino-6 capronitrile (aussi appelé ACN par commodité dans le présent texte) consiste à le faire réagir avec l'eau et à le cycliser (hydrolyse cyclisante) pour obtenir le caprolactame, qui est la matière première du polyamide 6. Cette hydrolyse cyclisante peut être réalisée en phase liquide comme décrit dans le brevet WO-A-96/00722 ou en phase vapeur comme décrit dans le brevet EP-A-0 659 741 ou le brevet WO-A-96/22974. L'amino-6 capronitrile soumis à l'hydrolyse cyclisante peut contenir jusqu'à quelques pourcents d'impuretés, telles que l'hexaméthylènediamine ou diverses imines formées lors de l'hydrogénation de l'adiponitrile, sans que cela soit rédhibitoire pour ladite réaction d'hydrolyse cyclisante. C'est notamment le cas lorsque l'hydrolyse est conduite en phase vapeur. Cependant une partie de ces impuretés, transformées ou non au cours de l'hydrolyse, peut se retrouver dans le caprolactame obtenu. Or même si les quantités d'impuretés susceptibles de se trouver dans le caprolactame sont relativement faibles, par exemple de l'ordre de 1 à 2 %, la pureté exigée lors de la polymérisation ultérieure du caprolactame est telle que la purification dudit caprolactame peut s'avérer complexe et très coûteuse. La purification de l'amino-6 capronitrile permet de simplifier les traitements de purification du caprolactame obtenu. Ainsi par exemple, le traitement du caprolactame décrit dans le brevet WO-A- 98/05636 peut être effectué par passage sur résine échangeuse d'ions et distillation lorsque l'amino-6 capronitrile est purifié et peut comporter en outre une opération d'hydrogénation si l'amino-6 capronitrile n'a pas été suffisamment purifié avant son hydrolyse. Une purification de l'amino-6 capronitrile avant sa transformation en caprolactame peut par conséquent être considérée comme techniquement et économiquement très utile. La présente invention consiste en un procédé relativement simple de traitement de l'amino-6 capronitrile obtenu après séparation de l'adiponitrile non transformé. L'hexaméthylènediamine est coproduite avec l'amino-6 capronitrile lors de l'hydrogénation de l'adiponitrile. Elle peut soit être séparée, totalement ou en partie, dudit amino-6 capronitrile avant le traitement de celui-ci, soit de préférence être maintenue en mélange pour ledit traitement. Dans le présent texte, sauf précision particulière, le terme amino-6 capronitnle (ou ACN) couvrira donc l'amino-6 capronitrile et ses mélanges avec l'hexaméthylènediamine. Elle consiste plus précisément à soumettre l'amino-6 capronitrile à une hydrogénation par l'hydrogène moléculaire, en présence d'un catalyseur contenant au moins un métal choisi parmi le palladium, le platine, le ruthénium, l'osmium, l'iridium, le rhodium. Ce catalyseur peut comporter en outre un ou plusieurs éléments promoteurs choisis en général dans les groupes lb, Ilia, IVa, Va, Vla, Vlb et VlIb de la classification périodique des éléments telle que publiée dans "Handbook of Chemistry and Physics, 51st Edition" (1970- 1971) de The Chemical Rubber Company. A titre d'exemples de ces éléments promoteurs, on peut citer les éléments tels que l'or, I'argent, le cuivre, le chrome, le molybdène, le tungstène, le germanium, l'étain, le plomb, le bore, le gallium, I'indium, le thallium, le phosphore, l'arsenic, l'antimoine, le bismuth, le soufre, le sélénium, le tellure, le manganèse, le rhénium. Ces éléments promoteurs peuvent être sous forme libre ou sous forme combinée, par exemple sous forme d'oxydes ou de sels. Ils ont pour but d'améliorer relativement la sélectivité de l'hydrogénation des impuretés notamment des imines, en inhibant encore plus l'hydrogénation de la fonction nitrile de l'ACN. Ils sont mis en oeuvre de préférence avec les catalyseurs au palladium, au platine et au ruthénium. Le rapport pondéral élément promoteur/métal catalyseur varie selon le promoteur. Il se situe généralement entre 0 % et 20 %. De préférence, ce rapport pondéral est de 0,0001 % à 10 %. Cette hydrogénation permet de diminuer très notablement la quantité d'impuretés notamment de type imine, impuretés dont la présence se traduit par un indice polarographique élevé (IPOL) et qui provoqueraient en particulier des colorations et des ramifications lors de la polymérisation du caprolactame, si elles se retrouvaient dans ce dernier. Parmi ces imines, la tétrahydroazépine (THA) est l'une des plus connues et l'une des plus difficiles à éliminer, en particulier par distillation. Par contre l'hydrogénation n'affecte pas de manière importante la fonction nitrile de l'amino-6 capronitrile. L'indice polarographique déterminé par polarographie est exprimé en moles de fonction imine par tonne d'échantillon à doser. Il a été proposé différentes techniques d'élimination de la THA. Ainsi le brevet WO-A-93/14064 décrit la réaction de la THA avec un composé à groupe méthylène actif tel que le malonitrile ou le nitrométhane, afin d'obtenir un composé d'addition de masse moléculaire plus élevée pouvant être séparé plus facilement de l'amino-6 capronitrile. Une telle technique implique l'introduction d'un nouveau réactif, ce qui complique encore les traitements déjà complexes de l'amino-6 capronitrile. En outre, les composés utilisés sont relativement coûteux et peuvent pour certains être d'une utilisation délicate (nitrométhane ou nitroéthane par exemple). Le brevet EP-A-0 502 439 décrit la purification de l'amino-6 capronitrile par réduction de la tétrahydroazépine à l'aide d'un hydrure, plus particulièrement de borohydrure de sodium en quantité largement supérieure à la quantité stoechiométrique, de préférence 4 à 5 fois ladite quantité stoechiométrique. Un tel procédé n'est guère envisageable sur un plan industriel en raison du coût très élevé de tels hydrures. En outre la présence d'hydrure est susceptible de compliquer le traitement ultérieur de l'amino-6 capronitrile. L'hydrogénation est une opération simple qui s'avère efficace de manière inattendue. Elle peut être conduite selon les techniques habituelles. On peut notamment opérer avec un catalyseur déposé en lit fixe, avec lequel l'ACN à traiter et l'hydrogène sont mis en contact. On peut également réaliser l'hydrogénation avec un catalyseur mis en suspension dans le milieu réactionnel à l'aide d'une agitation. Le catalyseur mis en oeuvre comprend généralement le métal actif finement divisé et déposé sur un support solide. Comme support, on peut citer non limitativement des oxydes tels que l'alumine, la zircone, le dioxyde de titane ou la silice, ou encore les charbons actifs. Parmi les catalyseurs mis en oeuvre dans le présent procédé, on préfère ceux qui contiennent au moins du palladium, qui s'avèrent particulièrement efficaces. L'hydrogénation est réalisée à une température compatible avec la stabilité de l'ACN, d'une part et permettant d'avoir une cinétique suffisante, d'autre part. Une température comprise entre 20 C et 150 C convient habituellement. De préférence l'hydrogénation sera conduite entre 40 C et 120 C. La pression absolue d'hydrogène à la température d'hydrogénation peut varier dans de larges limites. Elle se situe généralement entre 1 bar et 100 bar, mais est de préférence comprise entre 2 et 50 bar. Il n'est pas nécessaire de diluer l'ACN dans un solvant pour le soumettre à l'opération d'hydrogénation. Cependant la présente invention peut être réalisée en présence de quantités variables de solvant. Le solvant susceptible d'être utilisé doit alors être inerte vis-à-vis de l'ACN et de l'hydrogène. A titre d'exemples non limitatifs de tels solvants, on peut citer l'eau et l'ammoniac. L'eau représente de préférence de 0 % à % en poids du poids d'ACN à traiter et plus préférentiellement de 0 % à 10 %. L'ammoniac peut être utilisé en quantités encore plus variables, par exemple entre 0 % et 100 % en poids du poids d'ACN. La présence d'eau et d'ammoniac est aussi envisageable dans le procédé de l'invention. L'hydrogénation est suivie de manière avantageuse par une distillation permettant de séparer l'ACN des impuretés hydrogénées, notamment des imines transformées en amines, ainsi que de l'hexaméthylènediamine qu'il peut contenir. Cette distillation est réalisée selon les techniques habituelles. L'ACN purifié est ensuite soumis à une hydrolyse cyclisante conduisant à la formation de caprolactame, par réaction avec l'eau. Cette hydrolyse cyclisante est effectuée de manière connue, soit en phase vapeur, soit en phase liquide. Les exemples qui suivent illustrent l'invention. EXEMPLE 1 Dans un réacteur, on place en lit fixe 60 g d'un catalyseur constitué de Pd métallique déposé sur un support alumine (0,5 % en poids de Pd). La réaction est réalisée à 80 C et sous une pression d'hydrogène (à chaud) de bar. L'amino-6 capronitrile mis en oeuvre présente un indice polarographique (IPOL) initial de 84 mol/t. On introduit 278 g de cet ACN en 2 h 15 sur le lit catalytique. L'analyse polarographique de I'ACN traité indique une valeur d'IPOL de 6 mol/t et une analyse en chromatographie en phase gazeuse montre qu'il n'y pas eu de formation d'hexaméthylènediamine. EXEMPLE 2 Dans un réacteur, on place en lit fixe 99 g d'un catalyseur constitué de Pd métallique déposé sur un support charbon actif (0,5 % en poids de Pd). La réaction est réalisée à 80 C et sous une pression d'hydrogène (à chaud) de bar. L'amino-6 capronitrile mis en oeuvre présente un indice polarographique (IPOL) initial de 96 mol/t. On introduit 278 g de cet ACN en 3 h sur le lit catalytique. L'analyse polarographique de l'ACN traité indique une valeur d'IPOL de 5, 6 mol/t et une analyse en chromatographie en phase gazeuse montre qu'il n'y pas eu de formation d'hexaméthylènediamine. ESSAI COMPARATIF 1 Dans un réacteur, on place en lit fixe 140 g d'un catalyseur constitué de Ni métallique déposé sur un support silice (56 % en poids de Ni). La réaction est réalisée à 80 C et sous une pression d'hydrogène (à chaud) de bar. L'amino-6 capronitrile mis en oeuvre présente un indice polarographique (IPOL) initial de 92 mol/t. On introduit 299 g de cet ACN en 3 h sur le lit catalytique. L'analyse polarographique de l'ACN traité indique une valeur d'IPOL de 380 mol/t, donc nettement plus élevée qu'avant traitement. REVENDICATIONS 1) - Procédé de purification d'amino-6 capronitrile, caractérisé en ce que l'on soumet l'amino-6 capronitrile à une hydrogénation par l'hydrogène moléculaire, en présence d'un catalyseur contenant au moins un métal choisi parmi le palladium, le platine, le ruthénium, I'osmium, l'iridium, le rhodium. 2) - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur contient au moins du palladium. 3) - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre à une température comprise entre 20 C et 150 C et de préférence entre 40 C et 120 C. 4) - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre sous une pression absolue d'hydrogène à la température d'hydrogénation située entre 1 bar et 100 bar, et de préférence comprise entre 2 et 50 bar. ) - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le catalyseur mis en oeuvre comprend le métal actif finement divisé et déposé sur un support solide. 6) - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le support du catalyseur est choisi parmi l'alumine, la zircone, le dioxyde de titane, la silice, le charbon actif. 7) - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le catalyseur comporte en outre un ou plusieurs éléments promoteurs. 8) - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments promoteurs sont choisis parmi les éléments tels que l'or, I'argent, le cuivre, le chrome, le molybdène, le tungstène, le germanium, l'étain, le plomb, le bore, le gallium, l'indium, le thallium, le phosphore, I'arsenic, I'antimoine, le bismuth, le soufre, le sélénium, le tellure, le manganèse, le rhénium. 9) - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le rapport pondérai élément promoteur/métal catalyseur se situe entre 0 % et 20 %. ) - Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'hydrogénation est suivie par une distillation.