Brevet FR2902425A1 — publié le 20071221

I Procédé de fabrication de diamines primaires La présente invention concerne un procédé de fabrication de diamine primaire par hydrogénation d'un composé dinitrile en présence d'un catalyseur. Elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'hexaméthylène diamine par hydrogénation d'adiponitrile. L'hexaméthylène diamine est un intermédiaire chimique de grande importance, notamment utilisé comme monomère dans la fabrication des polyamides. Ainsi, l'hexaméthylène diamine est utilisée en association avec l'acide adipique pour former un sel d'amine, l'adipate d'hexaméthylène diamine, également appelé sel Nylon. Ce sel est mis en oeuvre pour la fabrication de polyadipamide d'hexaméthylène plus usuellement dénommé PA 6,6. L'hexaméthylène diamine est également un intermédiaire chimique important dans la fabrication des composés diisocyanates. Les procédés de fabrication d'hexaméthylène diamine utilisés à échelle industrielle, consistent à hydrogéner un composé dinitrile, à savoir l'adiponitrile en présence d'un catalyseur. Ainsi, plusieurs procédés d'hydrogénation sont connus et exploités. Ils peuvent être classés en deux grands groupes en fonction du catalyseur utilisé et des conditions de température et de pression. Dans le premier groupe de procédés, le catalyseur est généralement un oxyde métallique tel que l'oxyde de fer ou l'oxyde de cobalt. L'hydrogénation est réalisée à des pressions et températures élevées et souvent en présence 30 d'ammoniac. Le second groupe comprend des procédés utilisant des catalyseurs métalliques de type Raney tel que le nickel de Raney ou le cobalt de Raney. L'hydrogénation peut être mise en oeuvre à une pression et une température peu élevées. Le catalyseur métallique de Raney est souvent utilisé en25 combinaison avec des éléments métalliques ou oxydes métalliques dopant. Pour maintenir l'activité et la sélectivité de ce type de catalyseur, il est nécessaire et obligatoire d'utiliser une base forte. Dans ces deux groupes de procédés, les produits hydrogénés et notamment l'hexaméthylène diamine sont récupérés sous forme pure par un enchaînement de distillations destiné à éliminer l'eau et les impuretés légères d'une part et les impuretés lourdes, d'autre part. Par impuretés légères, on entend, dans le domaine de la distillation de composés organiques, les composés présentant un point d'ébullition inférieur à celui ou ceux des composés hydrogénés 10 devant être récupérés. De même, les impuretés appelés "lourdes" sont celles qui présentent un point d'ébullition plus élevé que celui des composés hydrogénés. 15 Selon les conditions de mise en oeuvre du procédé d'hydrogénation, la formation d'impuretés lourdes ou légères sera plus ou moins favorisée ou limitée. Toutefois, des impuretés se forment obligatoirement car elles sont générées par la décomposition de certains composés ou par réaction entre les molécules présentes. Parmi ces impuretés, on peut citer l'hexaméthylèneimine (HMI), le dicyclohexane (DCH), la tétrahydroazépine (THA), l'aminométhylcyclopentène amine (AMCPA). La plupart de ces impuretés sont gênantes dans l'utilisation de l'hexaméthylène diamine notamment 25 comme monomère pour la fabrication des polyamides. En effet, elles peuvent générer des impuretés dans le polyamide obtenu provoquant une coloration jaunâtre de celui-ci et des inhomogénéités dans la matière induisant des défauts et des casses notamment au cours de la fabrication des fils. 30 La présence de ces impuretés ou composés est notamment détectée et mesurée par analyse polarographique, exprimée quantitativement par l'Indice polarographique (Ipol) ou mole de THA par million de mole de HMD, et par analyse chromatographique phase gaz pour la détermination des concentrations en HMI, DCH et AMCPA. 20 Il est donc nécessaire de mettre en oeuvre un procédé de récupération des composés hydrogénés tels que l'hexaméthylène diamine contenus dans le milieu réactionnel d'hydrogénation permettant d'obtenir ces composés avec un degré de pureté élevé. Il a déjà été proposé un procédé de récupération de l'hexaméthylène diamine comprenant une première distillation du milieu réactionnel d'hydrogénation pour éliminer l'eau. Dans cette colonne de distillation, l'impureté hexaméthylène imine (HMI) est également éliminée car elle est entraînée par l'eau qui distille. La fraction de queue recueillie dans cette première distillation est soumise à une seconde distillation dans laquelle les impuretés légères sont éliminées. Le produit hydrogéné pur comme l'hexaméthylène diamine, est obtenu dans une troisième distillation de la fraction de queue récupérée à la seconde distillation. Les impuretés lourdes sont éliminées dans la fraction de queue de cette troisième étape de distillation. Cet enchaînement de distillations présente certains inconvénients. Notamment, il peut être difficile 20 d'obtenir une hexaméthylène diamine présentant une pureté élevée. De plus, la consommation d'énergie est élevée. Un des buts de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de diamines par hydrogénation de dinitriles comprenant un procédé de récupération de la diamine permettant 25 d'obtenir de manière contrôlée une diamine pure et avec une consommation d'énergie minimisée. A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication de composés diamines primaires, plus particulièrement d'hexaméthylène diamine (HMD) par hydrogénation d'un composé dinitrile, en présence d'un catalyseur d'hydrogénation consistant à, successivement : - Hydrogéner le composé dinitrile à l'aide d'hydrogène ou d'un gaz contenant de l'hydrogène, et à récupérer ou soutirer de cette étape un flux Eo contenant les composés hydrogénés, 30 - Soumettre le flux Eo à une première distillation pour récupérer une fraction de tête El contenant de l'eau et les imines présentes (HMI), et une fraction de queue QI contenant les composés hydrogénés. • Soumettre le flux de queue QI a une seconde distillation pour récupérer en fraction de queue Q2 les composés formant des impuretés de point d'ébullition supérieur à celui des composés hydrogénés appelés impuretés "lourdes", et en fraction de tête E2 une fraction contenant les composés hydrogénés. Ces impuretés lourdes sont généralement appelées des "goudrons" dans le domaine de la chimie organique. • Soumettre le flux de tête E2 à une troisième distillation pour récupérer une fraction de tête E3 comprenant les composés ou impuretés légères et une fraction de queue Q3 contenant les_ composés hydrogénés et • Soumettre le flux Q3 a une quatrième distillation pour récupérer une fraction de tête E4 constituée par les composés hydrogénés ou diamines purs et une fraction de queue Q4 contenant les impuretés lourdes. Cet enchaînement de distillations successives permet dès la seconde distillation d'éliminer la plus grande partie des composés ou impuretés de température d'ébullition élevée, ou impuretés lourdes. Ainsi, l'élimination en début de procédé de ces impuretés "lourdes" permet d'améliorer et de faciliter le fonctionnement des distillations suivantes. A titre d'exemple, l'encrassement des éléments de garnissage des colonnes est fortement diminué. En outre, l'énergie nécessaire pour purifier la diamine dans les distillations suivantes est minimisée. Il est également avantageux pour limiter les pertes en diamines (hexaméthylène diamine) de traiter les fractions Q2 et Q4 contenant les impuretés lourdes . Ce traitement peut être mis en oeuvre dans une colonne à distiller classique avec distillation de la diamine ou dans des colonnes de type évaporation en couches minces. La diamine récupérée peut être avantageusement recyclée dans une des précédentes colonnes comme la dernière colonne de distillation ou la colonne permettant de séparer les impuretés lourdes et de récupérer la fraction Q2. Ce procédé s'applique notamment quand l'étape d'hydrogénation est mise en oeuvre en présence d'un catalyseur à base d'un métal de Raney tel qu'un nickel de Raney ou Cobalt de Raney associé avec une base minérale forte telle que la soude où la potasse. En effet, la présence d'une base forte peut générer la formation de produits de haut poids moléculaire notamment quand le milieu est chauffé à des températures relativement élevées telles que celles atteintes dans les bouilleurs des colonnes à distiller. Le procédé de l'invention s'applique notamment à la fabrication de l'hexaméthylène diamine (HMD) par hydrogénation de l'adiponitrile en présence d'un catalyseur à base de nickel de Raney La réaction d'hydrogénation est mise en oeuvre dans des dispositifs classiques pour la réalisation de cette réaction et à des conditions de température usuelles. A titre d'exemple d'illustration de mise en oeuvre de cette réaction d'hydrogénation, on peut citer les brevets :FR913997, FR1463409, BE700877, US3821305, US3056837, WO 00/37424 et WO 00/03972. 15 Les différentes étapes de distillation sont mises en oeuvre dans des dispositifs de distillation classiques et usuels tels que des colonnes à plateaux perforés, colonnes à plateaux à clapet, colonnes à garnissage, colonnes à garnissage structuré, colonne à plateaux. Les conditions de fonctionnement de ces colonnes seront indiquées dans la description détaillée 20 d'un mode de réalisation de l'invention. L'invention permet de récupérer une hexaméthylène diamine présentant une pureté élevée répondant aux spécifications requises notamment pour la fabrication de polyamide. 25 D'autres avantages et détails de l'invention apparaîtront plus clairement au vu de la description détaillée d'un mode de réalisation du procédé de l'invention, en référence à la figure 1 unique annexée représentant un schéma synoptique de ce mode de réalisation du procédé de l'invention. Un milieu réactionnel Eo provenant d'une étape d'hydrogénation d'adiponitrile, non représentée, en 30 présence d'un catalyseur à base de nickel de Raney et de potasse est alimenté dans une colonne à distiller 1. Cette colonne 1 fonctionne sous une pression de 50 à 220 mm Hg (6.6 kPa àt 29,3kPa) avec un nombre de plateaux théoriques compris entre 5 et 20. Cette colonne est une colonne à garnissage structuré.10 Cette colonne 1 appelée colonne de déshydratation permet de récupérer en tête El l'eau contenu dans le milieu réactionnel ainsi que l'hexaméthylènemine. La fraction de queue Qj comprend moins de 50 ppm d'eau. Cette fraction Qi est alimentée dans une deuxième colonne 2 à distiller fonctionnant sous une pression de 50 à 250 mm Hg (6.6 kPa à 33. 3 kPa) avec un nombre de plateaux théoriques compris entre 1 et 5. 10 La fraction de queue Q2, est constituée de composés de point d'ébullition plus élevé que celui de l'hexaméthylène diamine. Elle représente de 1 à 10% en poids des composés lourds contenus dans le milieu réactionnel Eo. La fraction de tête E2 est alimentée dans une troisième colonne à distiller 3 fonctionnant sous une 15 pression de 10 à 80 mm de Hg (1.3 kPa à 10.6 kPa) avec un nombre de plateaux théoriques compris entre 30 et 80. Cette colonne 3 est avantageusement une colonne à garnissage. La fraction de queue Q3 récupérée présente une concentration en diaminocyclohexane (DCH) inférieur à 10 ppm. 20 La fraction de tête E3 est constituée de composés légers de point d'ébullition inférieur à celui de l'hexaméthylène diamine. La fraction de queue Q3 est alimentée dans une quatrième et dernière colonne à distiller 4 fonctionnant sous une pression de 10 à 50 mm Hg (1.3 kPa à 6.6 kPa) et avec un nombre de 25 plateaux théoriques compris entre 30 et 70. Cette colonne 4 est une colonne à plateaux. L'hexaméthylène diamine est récupérée en tête de colonne sous forme d'un flux E4 contenant moins de 2 ppm de tétrahydroazépine et un Ipol inférieur à 15 La fraction Q4 de queue comprend des composés lourds. Avantageusement, les fractions de queue Q2 et Q 4 peuvent être soumises à un traitement pour extraire l'hexaméthylène diamine contenue, par exemple, par une distillation dans une colonne à distiller ou dans une colonne avec évaporation sous forme de couches minces (non représentée). 30 Le procédé de l'invention en éliminant une partie des composés lourds avant l'élimination des composés légers et la distillation de l'hexaméthylène diamine permet de réaliser une séparation dans les troisième et quatrième colonnes avec un minimum d'énergie et un excellent rendement. Revendications 1. Procédé de fabrication de diamines primaires par hydrogénation d'un composé dinitrile en présence d'un catalyseur d'hydrogénation caractérisé en ce qu'il consiste à - Hydrogéner le composé dinitrile à l'aide d'hydrogène ou d'un gaz contenant de l'hydrogène. - Soumettre le flux Eo issu du milieu d'hydrogénation à une première distillation, pour récupérer une fraction de tête E1 contenant l'eau et les imines présentes, et une fraction de queue Q1 contenant les composés hydrogénés. - Soumettre le flux Q1 à une seconde distillation pour récupérer une fraction de tête E2 contenant les composés hydrogénés et une fraction de queue Q2 contenant des composés de température d'ébullition plus élevé que la diamine primaire, - Soumettre la fraction de tête E2 à une troisième distillation pour récupérer une fraction de queue Q3 comprenant les composés hydrogénés et une fraction de tête E3 comprenant les composés de point d'ébullition inférieur à celui du composé diamine formé, et - Soumettre la fraction de queue Q3 à une quatrième distillation pour récupérer une fraction de tête E4 comprenant la diamine pure. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur est un métal de Raney choisi dans le groupe comprenant le nickel de Raney, le cobalt de Raney. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'hydrogénation est mis en oeuvre en présence d'une base minérale forte choisie dans le groupe comprenant la soude, la potasse 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les étapes de distillation sont réalisées dans des colonnes à distiller choisies dans le groupe comprenant les colonnes à plateaux perforés, les colonnes à plateaux, les colonnes à garnissage, les colonnes à plateaux à clapet, les colonnes à garnissage structuré. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fractions contenants des impuretés lourdes, Q2 et Q4, sont traitées dans une colonne à distiller pour récupérer la diamine et recycler cette diamine récupérée dans la seconde ou quatrième distillation. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la diamine est l'hexaméthylène diamine, le composé dinitrile est l'adiponitrile.5