Brevet FR2826961A1 — publié le 20030110

et/ou d'acétate de méthyle par carbonylation de méthanol. PROCEDE DE PREPARATION D'ANHYDRIDE (METH)ACRYLIQUE La présente invention concerne un procédé de préparation d'anEydride (méth)acrylique en discontinu. Les anhydrides acrylique et méthacrylique sont des réactifs de choix dans la synthèse de thioesters (méth) acryliques, d'amides (méth)acryliques, d' esters (méth)acryliques, en particuliers d'aleools tertiaires qui ne peuvent être obtenus par les procédés classiques d'estérification/transestérification. Ils sont aussi utilisés dans des réactions de polymérisation ou comme agents de réticulation. IS On sait depuis longtemps qu'il est possible de préparer un anhydride par réaction d'anhydride acétique avec l'acide correspondant à l'anhydride désiré. En 1934 déjà, le brevet francais n 784 458 décrivait la préparation des anhydrides propanoïque, butyrique et caproïque par réaction d'anhydride acétique avec l'acide propanoïque, l'acide butyrique et l'acide caproïque, respectivement. En 1979, la demande de brevet européen n 4 641 mettait à la disposition du public un procédé continu ou discontinu pour la préparation d'anhydrides d'acides carboxyliques tels que les anhydrides beuzoïque, hexahydrobenzoïque et triméthylacétique, par réaction dans un appareillage de réaction/distillation, des acides correspondants avec l'anhydride acétique, de préférence dans des proportions stoechiométriques. En 1986, la demande de brevet allemand n 3 510 035 divulguait un procédé pour la préparation en continu d'anhydrides d'acides carboxyliques tels que l'anhydride acrylique ou méthacrylique par réaction, dans une colonne 3s de distillation et en présence d'un catalyseur tel que l'acide sulfurique ou des acides sulfoniques ou phoshoniques, de l'anhydride acétique avec l'acide correspondant à l'anhydride désiré. En 1987, la demande de brevet français n 2 592 040 proposait un procédé pour la synChèse en discontinu d'anhydride (méth)acrylique par réaction d'anhydrique acétique avec de l'acide (méth)acrylique en présence s d'inhibiteurs de polymérisation. Selon ce procédé, on fait d'abord réagir l'anhydride acétique et l'acide (méth)acrylique, on soutire l'acide acétique formé pendant la réaction, puis on effectue une distillation. Le rapport molaire entre l'acide (méth)acrylique et l'anhydride acétique est choisi entre 0,5 et 5, et de préférence entre 2 et 2,2. La mise en _uvre de ce procédé se heurte cependant à des problèmes de polymérisation. En outre, la quantité d'anhydride produit est limitée par la taille du résateur et donc par la quantité de réactifs chargée dans ce réacteur. La présente invention a donc pour but de proposer un procédé de préparation d'anhydride (méth)acrylique qui offre une productivité plus élevée et une diminution, voire une suppression, des risques de polymérisation. L' invention a donc pour objet un procédé de préparation d'anhydride (méth)acrylique en discontinu, dans lequel on fait réagir de l'anhydride acétique avec de l'acide (méth)acryliqué et on élimine au moins en 2s partie l'acide acétique au fur et à mesure de sa formation. Ce procédé se caractérise en ce que l'acide acétique éliminé est remplacé au moins partiellement par introduction dans le milieu réactionnel, au cours de la réaction, d'anhydride acétique et/ou d'acide (méth)acrylique. Un tel procédé permet une augmentation de la productivité supérieure à 35% par rapport aux procédés de l'art antérieur. 3s D'autres caractéristiques et avantages de l' invention vont maintenant être décrits en détail dans l'exposé qui suit. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE L' INVENTION L' invention est basée sur la découverte suprenante qu'a faite la Demanderesse, à savoir, que grâce à une répartition judicieuse des réactifs, il est possible d'obtenir des gains importants de production par baUch (en discontinu) d'anhydride (méth)acrylique et ceci, sans augmentation de la durée de la réaction. Cette très forte augmentation de la production par baCch est obtenue avec une masse initiale de réactifs (anhydride acétique et acide (méth)acrylique) identique. Cette charge initiale est de préférence la charge maximale permise par le volume du résateur. Ainsi, selon l'invention, l'acide acétique, qui se forme par réaction de l'anhydride acétique et qui est éliminé au moins en partie au fur et à mesure de sa formation, est remplacé par l'un et/ou l'autre des réactifs. En d'autres termes, on rajoute une quantité du ou des réactif(s) pour occuper la place libérée par l' élimination de l' acide acétique. De préférence, on élimine tout l'acide acétique qui se forme pendant la réaction, au fur et à mesure de sa formation et par distillation. Afin d' optimiser la production d' anhydride (méth)acrylique, il est souhaitable de remplacer, au moyen du ou des réactif(s), tout l'acide acétique éliminé. En outre, une addition continue du ou des réactif(s) pendant toute la durée de la réaction est une variante préférable à une addition irréqulière. I1 est également préférable que cette addition suive, du plus près possible, l'élimination de l'acide acétique. 3s Ceci se traduit alors par une occupation pratiquement totale du volume du réacteur tout au long de la réaction. De préférence, on n'ajoute qu'un seul des résatifs. Le réactif ajouté est avantageusement l'anhydride acétique. De plus, la charge initiale introduite dans le résateur présente de préférence un rapport molaire s initial Ro de l'acide (méth)acrylique à l'anhydride acétique compris entre 2,5 et 11 et, en particulier, entre 9 et 11. Le rapport molaire global Rg de l'acide (méth)acrylique à l'anhydride acétique est compris de préférence entre 0,5 et 5 et, en particulier, entre 1,8 et 2,2. La réaction peut être mise en _uvre dans un réacteur surmonté d'une colonne à distiller. En général, le réacteur est agité et chauffé par circulation de fluide caloporteur dans une double enveloppe ou par recirculation au travers d'un échangeur de chaleur extérieur. La colonne à distiller a de préférence une efficacité de séparation supérieure à 10 plateaux théoriques et en particulier supérieure à 12 plateaux théoriques. Ceci permet de minimiser les pertes en anhydride acétique via la première fraction de distillation, qui est alors constituée à plus de 99% par de l'acide acétique, d'opérer à faible taux de reflux (R/C inférieur ou égal à 2/1) et par conséquent de réduire le temps de la réaction et les risques de polyméri sat ion qui augmentent avec le durce de la réaction. Le garnissage de la colonne peut être un garnissage classique, en vrac ou structuré, ou un mélange de ces deux types de garnissage. La température de réaction est généralement comprise entre 50 et 120 C, préférentiellement entre 85 et 105 C. La pression est ajustée en fonction de la 3s température de réaction choisie. En général, elle est comprise entre 20 et 200 mm Hg (0,0267 et 0,2666 bar). La réaction peut être effectuée en mode dit " isabar ", c'est-à-dire en fixant la pression et en laissant évoluer la température jusqu'à une valeur limite fixce de préférence entre 90 et 105 C, ou en mode " isotherme ", à savoir, en fixant la température et en ajustant la pression dans l'installation tout au long de s la réaction pour maintenir cette température. La température en tête de colonne est avantageusement ajustée durant la résction, en fonction de la pression, de façon à correspondre à la température de distillation de l'acide acétique. I0 En opérant ainsi, on obtient une fraction de tête contenant plus de 99% d'acide acétique. Selon un mode de réalisation préféré de l' invention, la réaction entre l' anhydride acétique et l' acide (méth)acrylique est mise en _uvre en présence d'au moins un inhibiteur de polymérisation. En outre, on effectue de préférence une double stabilisation, en introduisant au moins un inhibiteur dans le résateur et au moins un inhibiteur dans la colonne à distiller. Les inhibiteurs doivent être actifs vis-à-vis de la polymérisation tout en étant inertes à l'égard des anhydrides et de l'acide (méth)acrylique. Ainsi, on évite tout risque de polymérisation dans le réacteur et la colonne. L'inhibiteur pour le réacteur est avantageusement choisi dans le groupe constitué par le 2,4-diméthyl 6 terbutyl phénol (" TOPANOL A "), le 2,6diterbutyl paracrésol (" BHT ") et leurs mélanges. L'inhibiteur de la colonne à distiller est avantageusement choisi dans le groupe constitué par l'hydroquinone (" HQ "), le le 2,4-diméthyl 6terbutyl phénol, le 2,6-diterbutyl paracrésol, la phénotiazine et leurs mélanges. Pour ce qui est des quantités à mettre en _uvre, l'inhibiteur du réacteur est de préférence introduit dans la charge initiale des réactifs, à raison d'au moins 0,001 % (1000 ppm) en poids de la charge. L'inhibiteur de la colonne à distiller est de préférence introduit dans la colonne à distiller tout au long de la réaction, par exemple en solution à 5% (en poids par rapport au poids total de la solution) dans de s l'acide acétique. Le débit d' introduction de l'indibiteur de la colonne est ajusté de façon à avoir moins de 1000 ppm d'inhibiteur dans le produit final du réacteur. Un bullage d' air appauvri (8% d'oxygène et 92% d'azote en volumes) peut être effectué durant toute la réaction. Le brut obtenu est en général parfaitement limpide, exempt de polymères et apte à être étêté par distillation sous pression réduite (par exemple de 20 mm Hg) afin de le débarrasser de l'excès d'acide acétique, d'acide (méth)acrylique et du composé mixte formé par réaction d'une mole d'acide (méth)acrylique avec une mole d'anhydride acétique. Le procédé selon l' invention peut comprendre une étape ultérieure de distillation du produit brut obtenu, le cas échéant après étêtement, sur une colonne à distiller ou à l' aide d'un appareil à court temps de séjour tel qu'un évaporateur à film. Exemples 2s Les exemples suivants illustrent la présente inven tion sans toutefois en limiter la portée. Les pourcentages y sont exprimés en masses. Les abbréviations suivantes y sont utilisées: AMA: acide méthacrylique AA: acide acrylique AMA2O: anhydride méthacrylique AA2O: anhydride acrylique Ac2O: anhydride acétique AcOH: acide acétique Mixte: H2C=CHCOOOCCH3, ou selon le cas, H2C=C(CH3)COOOCCH3 Exemple 1 (comparatif) Dans un réacteur agité mécaniquement, chauffé par circulation d'huile thermostatée dans une double enveloppe, surmonté d'une colonne à distiller ayant un garnissage structuré MultiknitO ayant un efficacité de séparation de 12 plateaux théoriques, et pouvant fonctionner sous vide, on introduit 361 g (3,54 moles) d'Ac2O et 639 g (7, 43 moles) d'AMA (le rapport molaire Ro est donc de 2,1). I0 On ajoute comme inLibiteurs, dans le résateur, 1,09 g de TOPANOL A, et, dans la colonne, une solution de TOPANOL A à 5% et d'HQ à 5% dans l'acide acétique, cette solution étant ajoutée réqulièrement pendant toute la durée de la réaction à raison de 2 ml/h. Un bullage d' air appauvri (8% d'oxygène et 92% d'azote en volumes) est maintenu dans le réacteur durant toute la durée de l'opération. L'acide acétique formé est éliminé au fur et à mesure de sa formation. La première fraction distillée est composoe de 99,5% d'acide acétique. Après 6 heures 30 de réaction à 95 C, le brut réactionnel a la composition suivante: AcOH 0,5 % Ac2O 0,06 % AMA 11,8 % Mixte 4,6 % AMA2O 81,6 % Produits secondaires 1,44 % TOTAL 100 % On en déduit que la quantité d'AMA2O contenue dans le brut est de 485 g. Ainsi, le taux de conversion de Ac2O en AMA2O et Mixte est de 96,5%. Le rapport molaire final Rf AMA/Ac2O est de 2,1; il est identique au rapport molaire initial. Le brut obtenu est ensuite étêté sous pression réduite (20 mm Hg) afin d'en éliminer 1'AMA résiduel et le Mixte. Le brut obtenu après étêtage est constitué de 96,2% d'AMA2O. Exemple 2 (selon l' invention) On procède comme indiqué dans l'Exemple 1, sanf que l'on charge dans le réacteur la même masse (1000 g) de charge globale initiale d'AMA et d'Ac2O, mais en introduisant plus d'AMA et moins d'Ac2O. La charge initiale est donc constituée de 900 g (10,465 moles) d'AMA et de 100 g (0,98 mole) d'Ac2O (le rapport molaire initial Ro est de 10,7). On introduit dans le réacteur le même inhibiteur qu'à l'Exemple 1 et dans la même proportion. On introduit dans la colonne la même solution d'inLibiteurs qu'à l'Exemple 1 et avec le même débit. Tout au long de la réaction, on introduit réqulièrement de l'Ac2O, au fur et à mesure de l'élimination de l'AcOH, de manière à occuper toute la place libércé par celui-ci dans le réacteur. Cette manière d'opérer permet une occupation optimale de la capacité réactionnelle. Après 6 heures 30 de résction à 95 C, la quantité d'Ac2O introduite en continu au cours de la réaction a été de 408 g et le brut réactionnel a la composition suivante: AcOH 0,4 % Ac2O 0,2 % AMA 12,3 % Mixte 7,2 % AMA2O 78,8 Produits secondaires 1,44 % TOTAL 100 % On en déduit que la quantité d'AMA2O contenue dans le brut est de 680 g, pour une quantité totale de réactif mise en _uvre de 1408 g (1000 + 408). Le rapport molaire final Rf est de 2,1, comme dans s l'Exemple 1. Par conséquent, le gain de production d'AMA2O est de % par rapport à l'Exemple 1 et cela, sans augmentation du temps de réaction et avec le même rapport molaire final Rf. Ainsi, pour le même volume résationnel (même masse initiale de 1000 g), mais avec une meilleure répartition des réactifs, on a produit beaucoup plus d'AMA2O. Le taux de conversion de Ac2O en AMA2O et Mixte est de 97%. S Le brut obtenu après étêtage est parfaitement limpide, exempt de polymères et apte à être étêté sous pression réduite (20 mm Hg). Il est constitué de 96,4% d'AMA2O. Exemples 3 (comparatif) et 4 (selon l'invention) On procède comme indiqué dans les Exemples 3 et 4, en remplapant l' acide méthacrylique par l' acide acrylique et en utilisant une colonne à distiller ayant une efficacité de 20 plateaux théoriques. 2s Toutes les autres conditions sont identiques à celles des Exemples 1 et 2. Au terme des 6 heures 30 de réaction à 95 C, on peut dresser le tableau suivant: 3s Synthèse AA2O Exemple 3 Exemple 4 (comparatif) (selon l' invention) AA chargé au départ 535 735 (g) Ac2O chargé au départ 361 161 (g) Total chargé au 896 896 départ (g) Ac2O introduit en continu au cours de 0 335 la réaction Total chargé (g) pendant toute 896 1231 lopération AA2O produit (g) 360 497 Le gain de production de l'Exemple 4 par rapport à l'Exemple 3 est donc de 38%. s REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'anhydride (méth)acrylique en s discontinu, dans lequel on fait réagir de l'anhydride acétique avec de l'acide (méth) acrylique et on élimine au moins en partie l'acide acétique au fur et à mesure de sa formation, caractérisé en ce que l'acide acétique éliminé est remplacé au moins partiellement par introduction dans le milieu réactionnel, au cours de la réaction, d' anhydride acétique et/ou d' acide (méth)acrylique. 2.Procédé selon la revendication 1, dans lequel le réactif introduit est l'anhydride acétique. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le rapport molaire initial Ro de l'acide (méth)acrylique à l'anhydride acétique est compris entre 2,5 et 11 et, de préférence, entre 9 et 11. 4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel le rapport molaire global de l'acide (méth)acrylique à l'anhydride acétique est compris entre 0,5 et 5 et de préférence entre 1,8 et 2,2. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel tout l'acide acétique qui se forme pendant la réaction est élimince au fur et à mesure de sa formation. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la totalité de l'acide acétique éliminé est remplacée par l'anhydride (méth)acrylique et/ou d'acide (méth)acrylique. 7.Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l' introduction d'anhydride acétique et/ou d'acide (méth)acrylique est réalisée de façon continue pendant toute la durée de la réaction. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la réaction est mise en _uvre dans un réacteur surmonté d'une colonne à distiller. 9.Procédé selon la revendication 8, dans lequel la colonne à distiller a une efficacité de séparation lO supérieure à 10 plateaux théoriques et de préférence supérieure à 12 plateaux théoriques. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la réaction entre l'anhydride acétique et l'acide (méth)acrylique est mise en _uvre en présence d'au moins un inhibiteur de polymérisation. 11. Procédé selon la revendication 10, lorsqu'elle est dépendante de la revendication 8 ou de la revendication 9, dans lequel on introduit au moins un inLibiteur dans le réacteur et au moins un inhibiteur dans la colonne à distiller. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel: - l'inhibiteur du réacteur est choisi dans le groupe constitué par le 2,4-diméthyl 6terbutyl phénol, le 2,6-diterbutyl paracrésol et leurs mélanges; et l'inhibiteur de la colonne à distiller est choisi dans le groupe constitué par l'hydroquinone, le le 2,4-diméthyl 6-terbutyl phénol, le 2, 6 diterbutyl paracrésol, la phénotiazine et leurs mélanges. 13. Procédé selon la revendication 11 ou la revendication 12, dans lequel: l'inhibiteur du réacteur est introduit dans la charge initiale des réactifs, à raison d'au moins 0,001 % en poids; l'inhibiteur de la colonne à distiller est introduit dans la colonne à distiller tout au long de la réaction. 14. Utilisation d'un anhydride (méth)acrylique obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 13 lO dans la synthèse de thioesters (méth)acryliques, d'amides (méth) acryliques, d' esters (méth)acryliques, en particulier d'alcools tertiaires, dans des réactions de polymérisation ou comme agent de réticulation.