Brevet FR2872504A1 — publié le 20060106

La présente invention concerne le domaine de l'acide méthane sulfonique (ci-après AMS) et a plus particulièrement pour objet un procédé de purification de l'acide chlorhydrique sous-produit lors de la synthèse de l'AMS. La synthèse de l'AMS à partir de méthylmercaptan et de chlore est généralement effectuée selon la réaction: CH3SH + 3 C12 + 3 H2O - CH3SO3H + 6 HCl Selon un procédé de fabrication correspondant, le méthylmercaptan et le chlore sont introduits à l'état gazeux dans un réacteur en phase homogène contenant une solution aqueuse d'AMS et porté à une température comprise entre 90 et 110 C. L'AMS produit par la réaction est évacué sous la forme d'une solution aqueuse en fond de réacteur et le chlorure d'hydrogène (à l'état gazeux) est évacué en tête. La quantité de chlorure d'hydrogène sous-produit par ce procédé est très importante et il y a donc un grand intérêt à le valoriser, en particulier sous la forme d'acide chlorhydrique. Toutefois, au cours de la réaction qui conduit à l'AMS, il se produit dans le réacteur des quantités importantes d'un intermédiaire relativement volatil, le chlorure de méthanesulfonyle CH3SO2C1 (également dénommé ci-après "CMS"), dont une partie est entraînée dans le courant (ou flux) gazeux de chlorure d'hydrogène évacué en tête du réacteur. Lorsque ce flux gazeux est mis en contact avec de l'eau dans une colonne d'absorption afin de produire l'acide chlorhydrique (opération qualifiée d'abattage), le CMS se transforme par hydrolyse en AMS qui pollue la solution d'acide chlorhydrique ainsi obtenue, la rendant de ce fait impropre à un certain nombre d'applications. On connaît par la demande EP 894 765 un procédé de purification de l'acide chlorhydrique sous-produit de la synthèse de l'AMS qui remédie à cet inconvénient. Selon ce procédé, l'excès de CMS compris dans le flux gazeux de chlorure d'hydrogène évacué en tête du réacteur est, dans une première étape, enlevé par lavage dudit flux, au voisinage de la température ambiante, par un flux consistant d'une partie de l'AMS produit par la réaction. Toutefois comme le courant gazeux après cette première étape se trouve à une température voisine de 20 C, il peut contenir encore jusqu à environ 9000 ppm de CMS qui sont susceptibles de conduire, par exemple, à une solution d'acide chlorhydrique 33 % en poids contenant de 1500 à 2500 ppm d'AMS. Dans le présent texte, les pourcentages indiqués correspondent, en l'absence d'indications contraires, à des pourcentages en poids. C'est la raison pour laquelle l'EP 894 765 enseigne une 2ème étape de purification qui consiste dans l'injection (dans le flux gazeux de chlorure d'hydrogène) d'une quantité d'eau comprise entre 0,01 et 20% de la masse de chlorure d'hydrogène, à une température inférieure ou égale à 15 C. Cette deuxième étape a pour effet d'abaisser la teneur en CMS du courant gazeux d'HCl à une valeur qui, variant selon les conditions opératoires, est de l'ordre de 10 100 à 300 ppm, et au minimum de 24 ppm. Ces valeurs sont toutefois susceptibles de conduire à des concentrations en AMS ou en CMS résiduel dans l'acide chlorhydrique (obtenu par abattage du courant gazeux de chlorure d'hydrogène) qui sont encore trop élevées au regard d'un certain nombre d'applications, notamment les applications dites "alimentaires", parmi lesquelles on peut citer les traitements de régénération des résines mises en oeuvre dans les adoucisseurs d'eau. Un but de la présente invention est ainsi de récupérer le chlorure d'hydrogène sous-produit par le procédé de fabrication de l'AMS sous la forme d'une solution d'acide chlorhydrique ayant une teneur encore réduite en AMS. Un autre but de la présente invention est d'abaisser davantage la teneur en CMS du flux de chlorure d'hydrogène gazeux issu du réacteur. Il a à présent été trouvé que ces buts sont atteints en totalité ou en partie par le procédé de purification selon l'invention. La présente invention a donc pour objet un procédé de purification de l'acide chlorhydrique sous-produit de la synthèse de l'AMS, caractérisé en ce que le flux gazeux de chlorure d'hydrogène évacué en tête du réacteur de synthèse est mis en contact dans une colonne de traitement, à contre-courant, avec un flux consistant en une solution aqueuse d'un acide choisi parmi l'acide méthane sulfonique, l'acide chlorhydrique ou d'un mélange de ces 2 acides, à une température comprise entre 80 et 130 C. Des flux d'AMS et d'acide chlorhydrique sont facilement disponibles dans l'atelier de fabrication mettant en oeuvre la synthèse de l'AMS. Ce procédé permet, de manière avantageuse, d'abaisser la teneur en CMS du flux gazeux de chlorure d'hydrogène évacué en tête du réacteur, à une valeur inférieure à 0,1 ppm, donc bien inférieure à celle obtenue par le procédé décrit par l'EP 894 765. Il en résulte également la possibilité d'obtenir, après abattage à l'eau dudit courant gazeux une solution d'acide chlorhyrique dont la teneur totale en AMS et CMS résiduels est inférieure à 5 ppm. De plus, ce gain en pureté du flux gazeux de chlorure d'hydrogène est obtenu par un procédé plus simple (en une seule étape), que celui en deux étapes enseigné par l'EP 894 765. Enfin ce procédé permet de travailler à pression voisine de la pression atmosphérique, ce qui est également très avantageux en terme de simplification. Il apparaît que la mise en contact du CMS avec la solution aqueuse d'AMS et/ou d'acide chlorhydrique, à une température comprise dans le domaine indiqué, permet la réaction d'hydrolyse dudit CMS en AMS selon: CH3SO2CI + H2O - CH3SO3H + HCl L'AMS obtenu conformément à cette réaction d'hydrolyse est de plus séparé du courant gazeux de chlorure d'hydrogène, par entraînement dans le flux de solution aqueuse acide. Le flux gazeux de chlorure d'hydrogène est donc introduit dans la partie inférieure de la colonne de traitement, et le flux de solution aqueuse acide est introduit en tête de cette dernière. Ce dernier flux, après sa mise en contact avec le flux d'HCl gaz (et l'entraînement de l'AMS produit par l'hydrolyse), est recueilli en pied de la colonne de traitement et renvoyé en tête de cette même colonne au moyen d'un circuit approprié comprenant une pompe et un échangeur thermique permettant le maintien de la température dans le domaine de 80 à 130 C. Ce circuit comprend également une entrée pour l'injection d'eau pure destinée à compenser la consommation d'eau par hydrolyse du CMS, et une purge destinée à évacuer une partie de la solution aqueuse acide de manière à maintenir constante la teneur en AMS de celle-ci. Selon une variante préférée du procédé selon l'invention, le flux gazeux de chlorure d'hydrogène et le flux de solution aqueuse acide sont mis en contact à une température comprise entre 100 et 125 C. La solution aqueuse acide peut contenir des proportions variables d'AMS pouvant aller de 0,1 à 90%, de préférence entre 50 et 70 %. Il faut donc ajuster la purge (et donc également la quantité d'eau injectée en appoint dans le circuit mentionné ci-dessus) au titre désiré en AMS. Le débit de purge dépend de la quantité de CMS apporté par l'HCl gaz à épurer. A titre d'exemple, si l'on traite 51 g/h d'HCl gaz contenant 0,9% de CMS que l'on hydrolyse totalement en AMS par une solution aqueuse acide à 10% d'AMS, il faut purger 3,85 ml/h de cette solution pour évacuer les 0,385 g/h d'AMS formé. On fait donc un apport d'eau équivalent. Description de la figure 1: On utilise le dispositif de laboratoire décrit dans la figure unique 1 cijointe. Ce dispositif, conçu pour traiter un flux gazeux de 35 litres/heure de chlorure d'hydrogène (environ 57 g/h), est en verre avec des canalisations en PolyTétraFluoroEthylène (PTFE). Du CMS pur est utilisé comme fluide de saturation d'un flux de chlorure d'hydrogène provenant d'une bouteille de gaz pur pressurisée. A travers le saturateur (1) contenant le CMS à l'état liquide, on fait passer le courant (2) d'HCl gaz qui ressort saturé en CMS, et est amené via les conduits (3) et (4) dans une colonne de traitement (C) de section 26 mm comportant deux parties principales: - une zone d'échange thermique et d'hydrolyse (5) remplie d'anneaux raschig de 2 mm sur une hauteur de 30 cm, l'échange thermique se faisant par l'intermédiaire d'une double enveloppe parcourue (6 et 7) par un fluide caloporteur, - une zone de rebouillage (8) elle-même pourvue de son propre système d'échange thermique comportant un chauffe-ballon (9). Le transfert et le recyclage du flux de solution aqueuse acide sont assurés par un circuit comprenant la pompe (12), les canalisations (11 et 13) et le système de dispersion (14) en tête de la colonne (C). L'injection d'eau pure en appoint se fait par la canalisation (15) et la purge par la canalisation (10). Après passage au travers de la zone d'échange thermique et d'hydrolyse, le flux gazeux comprenant le chlorure d'hydrogène, les condensats et la vapeur d'eau entraînés emprunte la conduite (16) et traverse le condenseur (17). Il est ensuite dirigé par la conduite (18) dans le séparateur (19). Ce séparateur (19) est destiné à retenir les dernières éventuelles gouttelettes liquides entraînées par le courant gazeux, lesquelles sont évacuées par la conduite (22). Il est pour cela muni d'une couche (20) de 5 centimètres d'épaisseur constituée de laine de quartz tassée qui est, préalablement à son installation, lavée à l'acide chlorhydrique concentré, rincée à l'eau distillée et séchée à l'alcool anhydre. Le courant gazeux de chlorure d'hydrogène ainsi épuré est ensuite amené par la conduite (21) dans une colonne (22) d'abattage à l'eau. Cette colonne (22), alimentée en eau par la conduite (23), est thermostatée et fonctionne en semi-continu pour produire en (24) de l'acide chlorhydrique titrant 33 ou 35 %, selon les besoins. La même colonne (22) est utilisée pour contrôler le titre en CMS de du courant de chlorure d'hydrogène pollué à traiter, en faisant pour cela circuler le flux gazeux d'HC1 chargé en CMS directement du saturateur (1) à la colonne (22) via les conduits (3) et (25). Le titre en CMS dudit courant est alors calculé à partir du titre en AMS mesuré après abattage à l'eau dans la colonne (22). Les exemples suivants sont donnés à titre purement illustratif de l'invention et ne sauraient en aucun cas être interprétés comme devant en limiter la portée. Exemple 1: Purification d'un flux gazeux d'HCl contenant du CMS par mise en contact avec un flux d'une solution aqueuse d'AMS Le chlorure d'hydrogène provenant de la bouteille de gaz pur pressurisé est diffusé dans le saturateur à CMS (1) maintenu à la température de 18,3 C, au débit de 51,5 g/h (soit 33,86 1/h). Le flux gazeux d' HC1 se charge ainsi de 7120 ppm de CMS vapeur. Il pénètre ensuite à la base de la colonne de traitement (C) à contrecourant d'un flux de solution aqueuse acide constitué initialement de 70% d'AMS, porté à 120 C. Ce flux aqueux est injecté en circuit-fermé dans la colonne au débit de cinq litres/heure. Le flux gazeux épuré passe ensuite au travers du séparateur (19) et est absorbé dans l'eau de la colonne d'abattage (22) dont le débit est ajusté pour obtenir une solution d' acide chlorhydrique d'un titre approximatif de 33%. On mesure pour la solution d'acide chlorhydrique ainsi obtenue un titre en 5 CMS inférieur à 0,1 ppm, ainsi qu'un titre en AMS inférieur à 1 ppm. Exemple 2: Purification d'un flux gazeux d'HCl contenant du CMS par mise en contact avec un flux d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique On répète l'exemple 1 en remplaçant la solution aqueuse acide de 70 % d'AMS par une solution à 20 % en acide chlorhydrique, proche de la composition azéotropique (20,22% HC1). La température de la colonne d'hydrolyse est stabilisée entre 105 et 110 C (on 15 sait que le point d'ébullition de l'azéotrope eau/HCI est de 108 C sous 760 torrs). On obtient le même résultat. -7-REVENDICATIONS 1. Procédé de purification de l'acide chlorhydrique sous-produit de la synthèse de l'AMS, caractérisé en ce que le flux gazeux de chlorure d'hydrogène évacué en tête du réacteur de synthèse est mis en contact dans une colonne de traitement, à contre-courant, avec un flux consistant en une solution aqueuse d'un acide choisi parmi l'acide méthane sulfonique, l'acide chlorhydrique ou d'un mélange de ces 2 acides, à une température comprise entre 80 et 130 C. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux gazeux de chlorure d'hydrogène est introduit dans la partie inférieure de la colonne de traitement, et le flux de solution aqueuse acide est introduit en tête de cette dernière. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le flux de solution aqueuse acide est, après sa mise en contact avec le flux d'HCl gaz, recueilli en pied de la colonne de traitement, et renvoyé en tête de cette même colonne. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le flux 20 gazeux de chlorure d'hydrogène et le flux de solution aqueuse acide sont mis en contact à une température comprise entre 100 et 125 C.