Brevet FR3008692A1 — publié le 20150123

INSTALLATION ET PROCEDE POUR LA PREPARATION DE CYANURE D'HYDROGENE [Domaine de l'invention] [001] La présente invention concerne une amélioration du procédé 5 d'Andrussow pour la préparation de cyanure d'hydrogène (HCN). Elle concerne plus particulièrement une installation améliorée pour la préparation d'un mélange de gaz réactifs s'écoulant à travers l'entrée d'un réacteur de type Andrussow, qui contient des toiles de catalyseurs sur lesquelles le flux de mélange de gaz réactifs 10 s'écoule et réagit pour produire HCN. [Etat de la technique] [002]Le cyanure d'hydrogène HCN est le produit de départ pour un certain nombre de synthèses organiques et inorganiques, conduisant 15 par exemple aux produits suivants : cyanohydrine d'acétone ACH, chlorure cyanurique, adiponitrile, méthionine, des composés inorganiques tels que le cyanure de sodium et analogues, le NTA (acide NiTriloAcétique), l'EDTA (l'acide EthylèneDiamineTétraAcétique) etc... Lorsqu'on synthétise de la 20 cyanohydrine d'acétone ACH, elle est utilisée par exemple pour la préparation de méthacrylates d'alkyle ou d'acides méthacryliques. Ces procédés industriels pour obtenir soit des méthacrylates d'alkyle, soit des acides méthacryliques sont réalisés en continu et chaque étape de ces procédés doit être régulée de manière très 25 précise en vue d'éviter des arrêts dus à des problèmes de sécurité associés par exemple à des risques de déflagration. [003] Le procédé d'Andrussow est un procédé bien connu et largement utilisé pour la synthèse de HCN par ammoxydation de méthane. Le cyanure d'hydrogène est obtenu par l'action d'ammoniac 30 sur du méthane en présence d'air sur un catalyseur constitué de toiles de platine-rhodium. La réaction entre l'ammoniac et le méthane est la suivante : CH4 + NH3 HCN + 3H2 (1) [4] Une telle réaction est endothermique. Par conséquent, en l'absence d'oxygène, il est nécessaire de mélanger une grande quantité de méthane par rapport à l'ammoniac afin de brûler le mélange et d'apporter de la chaleur pour permettre l'établissement de la réaction dans le réacteur. L'addition d'air permet, grâce à la combustion d'une partie de l'hydrogène produit et de l'excès de méthane, de disposer d'un système généralement exothermique et donc de maintenir la synthèse réactionnelle sans énergie externe. Pour cette raison, les trois gaz réactifs (CH4, NH3 et air) sont mélangés en des proportions volumiques précises. Le flux gazeux résultant est introduit dans un réacteur de type Andrussow. Ce réacteur comprend des toiles de catalyseurs de platine-rhodium placées sur un support. Un échangeur de chaleur est placé en aval du réacteur pour refroidir le gaz immédiatement après le contact avec les toiles de catalyseurs. L'initiation de la réaction peut par exemple être effectuée avec une résistance électrique qui allume les toiles. Une fois que cette ignition est atteinte, les réactions exothermiques globales maintiennent les toiles à une température d'environ 750°C à 1250°C, de préférence de 1000°C à 1200°C. [5] La réaction principale dans le réacteur est la suivante : CH4 + NH3 +3/2 02 HCN + 3H20 (2) [6] Le mélange d'air, de gaz contenant du méthane et d'ammoniac est un mélange inflammable et la réaction exothermique peut 25 conduire à une explosion si les proportions de gaz réactifs dans le mélange ne sont pas régulées avec précision et si la température du mélange et celle régulées. [007] Le document US2010/0086468 la réaction ne sont pas divulgue en outre que de 30 l'utilisation d'un air enrichi en oxygène dans le mélange de gaz réactifs augmente le rendement de la réaction de production de HCN. Toutefois, ce document rend les problèmes de sécurité plus délicats à gérer. En effet, le rapport divulgué d'oxygène à air est compris entre 20 et 100% en volume. Une telle plage est trop grande et il est beaucoup plus délicat de mélanger de l'oxygène pur ou de l'air enrichi en oxygène présentant de tels rapports élevés d'oxygène, avec du méthane et de l'ammoniac et d'alimenter un réacteur de type Andrussow avec un tel mélange et d'éviter une explosion. [8] Bien que le procédé d'Andrussow pour la préparation de HCN soit connu depuis un certain temps, le HCN n'est pas tellement facile à préparer car les rapports de gaz réactifs dans le mélange doivent être ajustés pour éviter une éventuelle explosion. La réaction du mélange de gaz réactifs doit également être régulée en vue d'éviter une explosion du mélange et un endommagement des toiles de catalyseurs du réacteur. De plus, la réaction dans le réacteur de type Andrussow étant exothermique, il existe un risque d'apparition d'un retour de flamme à partir des toiles de catalyseurs dans le tuyau d'alimentation du réacteur. [9] Par conséquent, il existe un besoin d'amélioration de la sécurité du procédé industriel continu pour la production de HCN. [Problème technique] [010] La présente invention vise à éviter au moins un des inconvénients de l'état de la technique. Plus particulièrement, l'invention vise à proposer un procédé et une installation pour la préparation de cyanure d'hydrogène par le procédé d'Andrussow et plus précisément pour améliorer les conditions de mélange des gaz réactifs avant l'alimentation du réacteur de type Andrussow 'en vue d'améliorer la sécurité du procédé industriel continu, pour éviter les arrêts d'urgence et toute explosion et pour produire du HCN de manière sûre, fiable et efficace. [Brève description de l'invention] [011] De manière surprenante, il a été découvert qu'une installation pour la préparation de cyanure d'hydrogène HCN, ladite installation comprenant un réacteur de type Andrussow, dans lequel est introduit un mélange de gaz réactifs de gaz contenant du méthane, d'ammoniac et d'air enrichi en oxygène, ledit mélange réagissant dans ledit réacteur sur un catalyseur pour produire du HCN, ladite installation comprenant, en amont dudit réacteur de type Andrussow par rapport à la direction du flux de gaz, des tuyaux d'alimentation de gaz pour alimenter l'installation en chaque gaz réactif, une première unité pour prémélanger l'oxygène avec l'air avant d'ajouter le gaz contenant du méthane et de l'ammoniac dans le prémélange obtenu d'air enrichi en oxygène, ladite installation étant caractérisée en ce que ladite première unité comprend au moins un régulateur d'oxygène en ligne, de manière à réguler le rapport d'oxygène dans l'air, ledit rapport devant être compris entre 20,95 et 32,5% en volume d'oxygène, de préférence entre 25 et 30,5% en volume d'oxygène ; ladite installation comprenant une deuxième unité (U2) pour ajouter simultanément du gaz contenant du méthane et de l'ammoniac dans l'air enrichi en oxygène à un rapport volumique de méthane à ammoniac, qui doit être compris entre 1,35 et 1,02, en fonction de la proportion d'oxygène dans l'air enrichi en oxygène ; ladite installation comprenant en outre au moins un échangeur de chaleur pour chauffer au moins un des gaz réactifs, en vue de présenter une température dudit mélange de gaz réactifs alimentant ledit réacteur de type Andrussow (60) comprise entre 80 et 120°C, de préférence entre 95 et 115°C, conduit à la production d'un mélange de gaz réactifs, prêt à alimenter le réacteur de type Andrussow, qui est complètement sûr et ne risque pas d'exploser. [012] Le demandeur a également découvert qu'un procédé de préparation de cyanure d'hydrogène HCN en faisant réagir, sur un catalyseur placé dans un réacteur de type Andrussow, un mélange de gaz réactifs contenant un gaz contenant du méthane, de l'ammoniac et de l'air enrichi en oxygène, le procédé comprenant, avant d'alimenter le réacteur de type Andrussow en mélange de gaz réactifs, une étape de prémélange d'oxygène avec l'air, suivie d'une addition simultanée de gaz contenant du méthane et d'ammoniac dans le prémélange d'air enrichi en oxygène obtenu, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'oxygène est prémélangé avec de l'air dans un rapport compris entre 20,95 et 32,5% en volume, de préférence entre 25 et 30,5% en volume ; le gaz contenant du méthane et l'ammoniac sont ajoutés simultanément dans le prémélange d'air enrichi en oxygène de manière telle que le rapport volumique de méthane à ammoniac est compris entre 1,35 et 1,02 en fonction de la teneur en oxygène dans l'air ; ledit mélange de gaz réactifs obtenu présentant une température comprise entre 80 et 120°C, de préférence entre 95 et 115°C pour alimenter le réacteur de type Andrussow, conduit à la production d'un mélange de gaz réactifs, prêt à alimenter le réacteur de type Andrussow, qui est complètement sûr et qui ne risque pas d'exploser. Ce procédé permet également de produire un mélange qui conduit à l'amélioration du rendement de la réaction de production de HCN dans le réacteur. [013] Conformément à un autre aspect, l'invention concerne un procédé pour préparer un monomère choisi parmi l'acide méthacrylique et/ou le méthacrylate de méthyle comprenant les étapes de : -préparation de cyanure d'hydrogène HCN par le procédé 20 d'Andrussow, -préparation de cyanohydrine d'acétone ACH à partir de cyanure d'hydrogène et d'acétone, -hydrolyse de cyanohydrine d'acétone ACH pour produire un mélange d'hydrolyse comprenant de l'a-hydroxyisobutyramide 25 (HIBAM), de l'a-sulfato-isobutyramide (SIBAM), du 2- méthacrylamide (MACRYDE) et de l'acide méthacrylique (MAA), -conversion, thermique dudit mélange d'hydrolyse en un mélange de craquage pour produire un mélange de 2-méthacrylamide (MACRYDE) et d'acide méthacrylique (MAA), 30 -réaction du mélange de craquage avec une matière choisie parmi le méthanol ou l'eau pour produire respectivement un monomère choisi parmi le méthacrylate de méthyle (MMA) ou l'acide méthacrylique (MAA), et -purification dudit méthacrylate de méthyle (MMA) ou dudit 35 acide méthacrylique (MAA) obtenu, ledit procédé étant caractérisé en ce que la première étape de la préparation de cyanure d'hydrogène HCN est produite selon le procédé décrit ci-dessus, en utilisant l'installation décrite ci-dessus. [Introduction des figures] [014] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront révélés en lisant la description ci-dessous, donnée à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs, en se référant aux 10 figures en annexe, dans lesquelles : - la figure 1 représente un diagramme ternaire de la composition du mélange de gaz réactifs pour un rapport volumique de méthane à ammoniac égal à 1, dans un mélange selon l'état antérieur de la technique, 15 - la figure 2 représente un diagramme ternaire de la composition du mélange de gaz réactifs pour un rapport volumique de méthane à ammoniac égal à 1,024, dans un mélange selon l'invention pour éviter une explosion, - la figure 3 représente un diagramme fonctionnel schématique 20 d'une installation pour la préparation du mélange de gaz réactifs avant son entrée dans le réacteur de type Andrussow, - la figure 4 représente un diagramme fonctionnel schématique simplifié d'une usine de préparation d'un monomère choisi parmi les méthacrylates de méthyle et/ou les acides 25 méthacryliques. [Description] En ce qui concerne la préparation de HCN [015] La figure 3 montre un diagramme fonctionnel schématique 30 d'une installation 100 utilisée pour préparer le mélange de gaz réactifs avant son entrée dans le réacteur de type Andrussow 60. [16] Cette installation 100 comprend quatre tuyaux d'alimentation Pl à P4. Un premier tuyau d'alimentation Pl est dédié à l'alimentation d'air, un tuyau d'alimentation P2 à l'alimentation d'oxygène, un troisième tuyau d'alimentation P3 à l'alimentation de gaz contenant du méthane, et le quatrième tuyau d'alimentation P4 à l'alimentation d'ammoniac. [17] L'air est directement tiré de l'atmosphère et comprimé, au moyen d'un compresseur référencé par 11 dans la figure 3, à une pression comprise entre 1,4 et 3 bars. [018] L'installation 100 comprend une première unité, référencée par Ul dans la figure 3, pour prémélanger l'air comprimé avec de l'oxygène afin d'obtenir un prémélange d'un air enrichi en oxygène. La proportion en volume d'oxygène par rapport au volume total d'air doit être régulée avec précision en vue de disposer d'un prémélange non inflammable. La proportion en volume d'oxygène par rapport au volume total d'air est avantageusement choisie dans la plage de 20,95% à 32,5%, et de préférence entre 25% à 30,5%. [19] On a trouvé qu'avec une telle composition, le problème de sécurité est maîtrisé et la zone d'inflammabilité est évitée si 20 d'autres paramètres de débit et thermodynamiques sont également bien régulés. [20] Pour une meilleure compréhension, la Figure 1 montre un diagramme ternaire de la composition de gaz réactifs dans un mélange selon le document cité précédemment US 2010/0086468, et la 25 figure 2 montre un diagramme ternaire de la composition de gaz réactifs dans un mélange selon l'invention. Dans le premier diagramme de la figure 1, les deux lignes en pointillés représentent respectivement la limite d'inflammabilité inférieure (LIE) et supérieure (LSE) pour un mélange de méthane et d'ammoniac 30 dans un rapport égal à 1. L'intervalle entre les deux lignes grises correspond à la zone d'exploitation de l'état antérieur de la technique cité. Une telle zone d'exploitation est trop grande car elle autorise le mélange de l'oxygène pur ou quasiment pur avec un gaz contenant du méthane et de l'ammoniac. Toutefois, un tel mélange n'est pas stable car il est inflammable et risque d'exploser à tout moment. [021] A l'inverse, l'invention limite les rapports des gaz réactifs dans le mélange à des rapports précis afin d'éviter la 5 zone d'explosion. Les deux lignes noires dans le deuxième diagramme de la figure 2 correspondent aux lignes le long desquelles l'air comprend respectivement 20,95% en volume d'oxygène et 30,51% en volume d'oxygène. Entre ces deux lignes est définie une zone d'exploitation sûre optimale, qui apparaît en 10 lignes en traits dans la figure 2, en ajustant davantage les rapports de méthane et d'ammoniac. Les deux lignes en pointillés représentent respectivement la limite d'inflammabilité inférieure (LIE) et supérieure (LSE) pour un mélange de méthane et d'ammoniac dans un rapport égal à 1,024. La ligne grise est la ligne 15 d'inflammation stoechiométrique. Le point référencé par LOC correspond à la limite de concentration en oxygène pour la combustion du mélange. Ces limites peuvent varier en fonction de la proportion d'oxygène dans le mélange, de la proportion de méthane et d'ammoniac, et de la température. 20 [022] Par conséquent, la zone d'exploitation optimale choisie le long de la ligne en traits est une zone sûre optimale pour préparer le mélange de gaz réactifs à alimenter dans le réacteur de type Andrussow pour produire du HCN. Une telle zone est sûre en termes d'inflammabilité et d'explosion. 25 [023] Ainsi, au début de la préparation du mélange de gaz réactifs, le premier prémélange d'air et d'oxygène est préparé en introduisant progressivement de l'oxygène dans de l'air comprimé de manière telle que la teneur en oxygène est progressivement augmentée jusqu'à atteindre la valeur maximale de 32,5% en volume, 30 et plus préférablement de 30,5% en volume, en vue d'obtenir une productivité optimale dans des conditions sûres. [024] Une telle proportion d'oxygène dans l'air apporte un autre avantage par rapport à l'état antérieur de la technique car moins d'oxygène dans l'air conduit à un optimum économique. [25] Dans l'unité Ul de l'installation 100 (Figure 3), le flux d'oxygène est régulé par quelques mesures de débit, au moyen de régulateurs de débit Dl, D2, D3, par au moins un analyseur d'oxygène en ligne à proximité de D3 et par quelques vannes de régulation V1 et V2 par exemple, qui régulent la proportion d'oxygène à ajouter dans l'air et la composition de l'air enrichi en oxygène. Une alarme est émise en cas de problèmes de la concentration en oxygène, comme l'enrichissement en oxygène peut varier entre 20,95% et 32,5% en volume, et plus préférablement entre 25% en volume et 30,5% en volume. Une telle alarme est connectée à au moins une vanne de sécurité V1, V2, V3, qui est fermée si la proportion d'oxygène n'est pas comprise dans cette plage et qui arrête le procédé. Ces régulateurs en ligne, alarmes, vannes de sécurité sont tous connectés à une unité de commande 50, qui gère la régulation de la proportion d'oxygène dans l'air. Pour ce faire, l'unité de commande détermine toutes les valeurs de consigne des rapports de gaz dans le mélange et reçoit les mesures du/des analyseur(s) en ligne, compare les mesures aux valeurs de consigne et gère tous les dispositifs de sécurité s'il détecte une incohérence dans les résultats des comparaisons. [26] Un mélangeur statique 16 est de préférence utilisé pour mélanger l'air enrichi en oxygène obtenu afin d'homogénéiser sa composition. [27] L'installation 100 comprend une deuxième unité, référencée par U2 dans la figure 3, pour ajouter simultanément un gaz contenant du méthane et de l'ammoniac dans l'air enrichi en oxygène. Le méthane et l'ammoniac doivent être ajoutés simultanément à l'air enrichi en oxygène pour éviter une explosion. Pour ce faire, le rapport volumique de méthane à ammoniac dans le mélange de gaz réactifs doit être régulé précisément dans la plage entre 1,02 à 1,35, en fonction de la proportion d'oxygène dans l'air enrichi en oxygène. Ainsi, si la proportion d'02 dans l'air enrichi en 02 est de 20,95% en volume, alors le rapport de CH9/NH3 vaut 1,35 et si la proportion d'02 dans l'air enrichi en 02 est de 32,5% en volume, alors le rapport de CH4/NH3 vaut 1,02. [028] Comme dans la première unité U1, il existe au moins trois mesures de débit, au moyen de régulateurs de débit D5, D6, D7, et quelques vannes de régulation V5 et V6 connectées à l'unité de commande 50, qui gère la régulation des débits de chaque gaz, et au moins une vanne de sécurité V5, V6, V7 si les proportions de CH4 et de NH3 ne se trouvent pas dans la zone d'exploitation de sécurité optimale. [029] De préférence, la deuxième unité U2 est une unité de prémélange pour prémélanger le gaz contenant du méthane avec l'ammoniac et pour ajouter le prémélange obtenu dans l'air enrichi en oxygène. Avant d'ajouter le prémélange de méthane et d'ammoniac dans le flux d'air enrichi en oxygène, la composition dudit prémélange peut également être homogénéisée dans un autre mélangeur statique 24. L'addition d'un prémélange homogène dans le prémélange d'air enrichi en oxygène évite également avantageusement un point de détonation local. Cependant, en vue de préserver les coûts, un tel mélangeur statique 24 peut ne pas être utilisé. [30] Un mélangeur statique 30 est avantageusement disposé sur le tuyau d'alimentation, référencé par P7, du réacteur de type Andrussow 60, en vue d'homogénéiser la composition du mélange de gaz réactifs résultant, avant son entrée dans le réacteur 60. Une telle composition homogénéisée du mélange de gaz réactifs résultant évite un point de détonation local. [31] Pour l'efficacité de la réaction, le rapport volumique d'air enrichi en oxygène à ammoniac est dans la plage entre 7 (à savoir un enrichissement en oxygène plus bas) à 3,5 (à savoir un 30 enrichissement en oxygène plus grand). [32] Pour des raisons d'inflammabilité, les rapports volumiques d'alimentation en méthane et en ammoniac sont liés à l'enrichissement en oxygène. Plus préférablement, les paramètres optimaux sont liés en fonction des équations suivantes : Y1 = 1,4745X -0,1611, où Y1 est le rapport molaire NH3/air enrichi en 02 et X est le rapport molaire 02/air enrichi en 02, et Y2 = 1,0406X -0,0234, où Y2 est le rapport molaire CH4/air enrichi en 02 et X est le rapport molaire 02/air enrichi en 02 - [33] L'unité de commande 50 est connectée à une alarme et régule les rapports (02+air)/(CH4) et (02+air)/(ammoniac) pour éviter d'entrer dans une zone inflammable. Cette plage de proportion d'oxygène est un compromis économique pour limiter la quantité d'azote de l'air à chauffer pendant la réaction et en même temps pour limiter la consommation en oxygène pur ou en air enrichi. Ceci conduit également à une réduction de la quantité d'énergie nécessaire pour le chauffage. La préparation d'un air enrichi apporte également des avantages de réduction de la consommation en méthane, d'augmentation de la productivité par une taille raisonnable de l'équipement dans le réacteur mais également en aval du réacteur, à savoir une colonne d'absorption d'ammoniac et une colonne d'absorption de HCN placées en aval du réacteur de type Andrussow. [34] De plus, pour des raisons de sécurité, il vaut mieux chauffer d'abord chaque flux d'alimentation séparément. Ainsi, chaque flux de gaz est préchauffé indépendamment avant son prémélange avec les autres. En effet, l'ammoniac et le gaz contenant du méthane sont préchauffés indépendamment à une température entre 60°C et 100°C, par les dispositifs de chauffage respectifs 23 et 21, et l'oxygène et l'air sont préchauffés indépendamment à une température entre 100°C et 165°C, au moyen des dispositifs de chauffage respectifs 15 et 13. Ensuite, l'air et l'oxygène sont prémélangés pour réguler exactement l'enrichissement. L'ammoniac et le méthane sont prémélangés avant le mélange avec l'air enrichi. Un tel préchauffage de chaque gaz permet d'obtenir un mélange de gaz réactifs résultant à la sortie du mélangeur statique 30, présentant une température avantageusement comprise entre 80°C et 120°C, de préférence entre 95°C et 115°C. Un tel préchauffage et prémélange des gaz évite un mélange détonant soit entre l'air enrichi et l'ammoniac, soit entre l'air enrichi et le méthane. La température entre 80°C et 120°C, de préférence entre 95°C et 115°C pour le mélange de gaz réactifs résultant est une zone optimale de température pour être sûr de disposer d'un mélange gazeux non explosif. [35] De plus, la plage de température entre 80°C et 120°C, de préférence entre 95°C et 115°C du mélange de ,gaz réactifs résultant, à la sortie du mélangeur statique 30 est un bon compromis pour éviter un grand excès de méthane, de manière à améliorer le rendement HCN/CH4 et également pour éviter de préparer un mélange détonant. [36] Le gaz contenant du méthane est usuellement un gaz naturel, qui est extrait du sous-sol, mais le gaz contenant du méthane peut également provenir d'autres sources comme par exemple l'industrie du pétrole (raffineries, craquage à la vapeur), de l'industrie du biogaz (fermentation), de l'industrie du charbon (mine de charbon, cokéfaction). Pour des raisons de sécurité et en particulier pour éviter une détonation et pour éviter un endommagement des toiles de catalyseurs du réacteur de type Andrussow, la pureté du méthane doit être supérieure à 94% en volume. En effet, le gaz naturel extrait du sous-sol peut comprendre les composants de soufre. Toutefois, les composants du soufre sont des polluants pour les toiles de catalyseurs et réduisent le nombre de site catalytiques actifs. Il est cependant possible de nettoyer le gaz pour le purifier et pour éliminer toute concentration résiduelle en composants du soufre tels que les mercaptans ou le sulfure d'hydrogène à des proportions inférieures à 5 ppm pour chaque composant et inférieures à 20 ppm pour la teneur totale en soufre. Pour ce faire, on peut utiliser un procédé de désulfuration connu dans l'état de l'art. [37] De plus, il est préférable de contrôler la qualité du gaz contenant du méthane, car un excès d'hydrogène conduit à une augmentation du risque d'inflammabilité, car l'hydrogène ne 35 présente pas les mêmes propriétés que le méthane en termes d'inflammation et il est donc difficile de réguler la zone d'inflammabilité. De plus, un excès d'alcène est un polluant pour les toiles de catalyseurs du réacteur de type Andrussow 60. De manière caractéristique, la proportion d'hydrogène doit être inférieure à 3% et la concentration en alcènes doit être inférieure à 3500 ppm en volume. Par conséquent, un analyseur en ligne (non représenté) est placé avantageusement sur le tuyau d'alimentation P3 en vue de contrôler la qualité du gaz, en particulier la concentration en hydrogène et en éthylène. [038] Selon un autre aspect de l'invention, le mélange de gaz réactifs résultant s'écoulant dans le tuyau d'alimentation P7 du réacteur de type Andrussow 60 doit présenter un débit régulé. En effet, le débit de ce mélange doit être supérieur à une valeur seuil minimale afin d'éviter un retour de flammes à partir des toiles de catalyseurs du réacteur, dont la température est supérieure à 750°C. Ainsi, le débit du mélange de gaz réactifs à l'entrée du réacteur de type Andrussow doit être supérieur à la vitesse des flammes. La vitesse des flammes dépend principalement de la composition du mélange gazeux, de la température du mélange gazeux et du diamètre du tuyau d'alimentation P7. Tous les gaz sont mélangés dans un tuyau unique P7 et s'écoulent au travers du mélangeur statique 30, qui homogénéise la composition du mélange avant d'alimenter le réacteur 60. [39] Selon un autre aspect de l'invention, pour éviter la formation de carbamates entre le CO2 (dioxyde de carbone) de l'air et l'ammoniac en amont des toiles du catalyseur du réacteur, la température du mélange gazeux doit être supérieure à 70°C. Sinon, l'air sera lavé à l'eau froide à une température comprise entre 15°C et 30°C. Un tel lavage améliore ainsi la durée de vie des toiles de catalyseurs du réacteur de type Andrussow. [40] Avantageusement, de la vapeur peut être ajoutée au flux d'air avant son prémélange avec l'oxygène. Cette addition de vapeur aide à éviter la formation de coke sur les toiles de catalyseurs du réacteur de type Andrussow 60 et améliore leur durée de vie. L'addition de vapeur permet également d'humidifier l'air et d'améliorer les performances de réaction. Le débit de vapeur est également régulé par un régulateur de débit (non représenté). [41] Un tel lavage ou une telle addition de vapeur est schématisé(e) par le même bloc référencé par 12 dans la figure 3. Il est avantageusement placé en amont du dispositif de chauffage d'air 13. [42] Enfin, pour l'efficacité de la réaction et plus particulièrement pour éviter la pollution des toiles de catalyseurs par de la poussière ou des oxydes métalliques, il vaut mieux prévoir un dispositif de filtration 10, 14, 20, 22 respectivement sur chaque tuyau d'alimentation Pl à P4. Le mélange de gaz réactifs résultant est également filtré par un dispositif de filtration 31. De tels dispositifs de filtration sur chaque flux gazeux permettent d'éviter une pollution, provenant des tuyaux, des dispositifs de procédé en aval, tels que le réacteur 60 et ses toiles de catalyseurs, en éliminant les particules solides, telles que le fer par exemple, qui est un précurseur du coke. En effet, l'oxyde de fer est un promoteur du craquage du méthane, de l'ammoniac et également de HCN. Ainsi, la réaction de décomposition peut conduire à la formation de carbone (également appelé "coke"). Après la dernière filtration 31, le mélange gazeux est envoyé vers le réacteur de type Andrussow 60 pour la synthèse du cyanure d'hydrogène HCN, à une température comprise entre 750°C et 1250°C, de préférence entre 1000 et 1200°C et à une pression absolue entre 1,4 et 3 bars, et de préférence entre 2,2 et 2,4 bars. [43] De préférence, tous les dispositifs et toutes les unités de l'installation 100, tel(le)s que les tuyaux, les vannes de sécurité, les régulateurs en ligne, les dispositifs de filtration, les dispositifs de chauffage, le compresseur d'air etc. sont fabriqué(e)s en acier inoxydable. Un tel matériau est meilleur que l'acier en termes de protection des toiles de catalyseurs. En effet, lorsque l'acier est utilisé, une couche de passivation à base d'oxyde de fer, qui est un polluant pour les toiles de catalyseurs, est formée dans les dispositifs. Une telle couche de passivation n'apparaît pas avec l'acier inoxydable. [044] Les conditions de fonctionnement qui ont été décrites ci-dessus sont un bon compromis pour améliorer les rendements HCN/CH4 5 et HCN/NH3 tout en limitant la quantité d'oxygène par rapport à l'état antérieur de la technique et les coûts associés. Synthèse de monomères choisis parmi l'acide méthacrylique et/ou ses esters 10 [045] La figure 4 montre un diagramme fonctionnel schématique simplifié d'une usine pour la production d'acide méthacrylique et/ou ses esters à partir d'acétone et de cyanure d'hydrogène HCN ainsi préparé par le procédé d'Andrussow. Le procédé d'Andrussow est par exemple décrit dans le document US 1934838. 15 [046] Ces monomères peuvent être utilisés ensuite pour produire par exemple du poly((méth)acrylate de méthyle) (PMMA) qui est un polymère largement utilisé dans de nombreuses applications telles que par exemple les applications automobiles, de transport, aérospatiales, photovoltaïques, informatiques, de 20 télécommunications, d'énergie éolienne, ou de construction de bâtiments... Préparation de cyanure d'hydrogène [047] Tout d'abord, (étapes S1 et S2) le HCN est produit à partir d'un, mélange de gaz contenant du méthane, d'ammoniac et d'air 25 enrichi d'oxygène. Un mélange de gaz réactifs est préparé (étape S1), au moyen de l'installation décrite ci-dessus, et introduit (étape S2) dans un réacteur de type Andrussow 60 comprenant des toiles de catalyseurs à base de toiles de platine/rhodium. Le mélange de gaz passe sur les toiles de catalyseurs et réagit à une 30 température comprise entre 750°C et 1250°C et de préférence entre 1000°C et 1200°C, pour former du HCN. L'air enrichi en oxygène permet d'augmenter la productivité et de réduire la consommation de méthane. Il facilite également l'absorption de NH3, l'absorption de HCN et la distillation de HCN dans des colonnes en aval. Le HCN produit est refroidi rapidement et traité de manière à éviter la polymérisation de HCN. Pour cette raison, l'ammoniac qui n'a pas réagi est absorbé par réaction avec de l'acide sulfurique et le HCN est absorbé et stabilisé dans une colonne d'absorption, puis distillé dans une colonne de distillation pour atteindre une pureté de 99,5% en poids. Préparation de la cyanohydrine d'acétone [48] Le HCN ainsi synthétisé est ensuite mélangé avec de l'acétone (C3H60), dans l'étape référencée par S3, pour produire la 10 cyanohydrine d'acétone ACH. La cyanohydrine d'acétone brute obtenue est ensuite purifiée par distillation. Amidification de la cyanohydrine d'acétone [49] Dans d'autres étapes (référencées par S4, S5 dans la figure 4), la cyanohydrine d'acétone ACH préparée dans l'étape précédente 15 S3 est soumise à une amidification pour produire du 2- méthacrylamide (également appelé "MACRYDE"). [50] Cette amidification nécessite deux étapes S4 et S5 pour obtenir le produit final. D'abord, dans l'étape S4; on ajoute de l'acide sulfurique (H2SO4) en excès par rapport à la cyanohydrine 20 d'acétone ACH. Le rapport molaire H2SO4/ACH est compris entre 1,25 et 1,8, plus préférablement entre 1,3 et 1,6. [51] La première réaction qui survient est l'hydrolyse d'ACH par l'acide sulfurique ce qui donne un sel intermédiaire appelé SIBAM (a-sulfato-isobutyramide). Cette réaction est la suivante : 25 (CH3) 2COHCN + H2SO4 (CH3)2COSO3HCONH2 (3) Cyanohydrine d'acétone (ACH) a-sulfato-isobutyramide (SIBAM) [52] Cette réaction est rapide et exothermique. La température 30 est d'environ 80°C - 110°C et la pression est proche de la pression atmosphérique. [53] La deuxième réaction (étape S5) est une réaction lente et endothermique. Elle survient à pression atmosphérique et une plage de température entre 110°C et 165°C, de préférence entre 125°C et 150°C et plus préférablement entre 130 et 145°C. Cette réaction est une réaction de cuisson qui dure entre 3 et 16 minutes. Cette réaction est la suivante : ( CH3) 2COSO3HCONH2 -> CH2C (CH3) CONH2 + H2SO4 (4) a-sulfato-isobutyramide (SIBAM) méthacrylamide (MACRYDE) [54] Pendant la réaction de synthèse, il existe de nombreux autres produits secondaires. La réaction secondaire principale est décrite ci-dessous. [55] L'hydrolyse d'ACH par l'eau est très rapide. Une faible quantité d'eau peut créer une quantité significative d'HIBAM (ahydroxyisobutyramide). Cette réaction est la suivante : (CH3) 2COHCN + H2O -> (CH3) 2COHCONH2 (5) Cyanohydrine d'acétone (ACH) a-hydroxyisobutyramide (HIBAM) [56] Dans l'étape S5, le HIBAM peut également créer du MACRYDE, 20 mais cette réaction est très lente. Il existe donc une grande quantité de HIBAM non converti à la fin de l'étape d'amidification S5. La réaction est la suivante : ( CH3) 2COHCONH2 CH2C (CH3) CONH2 + H2O (6) 25 a-hydroxyisobutyramide (HIBAM) méthacrylamide (MACRYDE) [57] L'hydrolyse du HIBAM peut créer du HIBA (acide ahydroxyisobutyrique) : 30 (CH3)2COHCONH2 + H2SO4 + H2O -> (CH3) 2COHCOOH + NH4HSO4 (7) a-hydroxyisobutyramide (HIBAM) acide a-hydroxyisobutyrique (HIBA) + bisulfate d'ammonium [58] En même temps, une quantité significative d'acide 35 méthacrylique MAA est produite par l'hydrolyse de SIBAM par de l'eau. Cette réaction est la suivante : (CH3)2COSO3HCONH2 + H20 CH2C (CH3) COOH + NH4HSO4 (8) a-sulfato-isobutyramide (SIBAM) acide méthacrylique (MAA) + bisulfate d'ammonium [059] Le mélange de MACRYDE et de MAA obtenu après amidification est ensuite soit hydrolysé (étape S7), en ajoutant de l'eau au MACRYDE, soit estérifié (étape S6), en ajoutant du méthanol au MACRYDE. Estérification [60] Les composants obtenus après amidification, à savoir le méthacrylamide et l'acide méthacrylique, sont ensuite estérifiés, de manière à obtenir du méthacrylate de méthyle MMA. La réaction 15 d'estérification (étape S6) est réalisée en mélangeant lesdits composants avec du méthanol (CH3OH) . [61] Les réactions principales sont les deux réactions ci-dessous : CH2C(CH3)CONH2 + H2SO4 + CH3OH CH2C(CH3)COOCH3 + NH4HSO4 20 (9) méthacrylamide (MACRYDE) + méthanol méthacrylate de méthyle (MMA) + bisulfate d'ammonium CH2C (CH3) COOH + CH3OH CH2C (CH3) COOCH3 + H20 (10) 25 acide méthacrylique (MAA) + méthanol méthacrylate de méthyle (MMA) Hydrolyse [62] Les composants obtenus après amidification peuvent également 30 être hydrolysés en les mélangeant avec _de l'eau (étape S7). Cette réaction d'hydrolyse permet d'obtenir de l'acide méthacrylique selon la réaction suivante : CH2C(CH3)CONH2 + H2SO4 + H20 CH2C(CH3)COOH + NH4HSO4 (11) 10 méthacrylamide (MACRYDE) acide méthacrylique (MAA) bisulfate d'ammonium Purification du MMA ou du MAA brut obtenu [063] Soit le méthacrylate de méthyl MMA brut obtenu après l'estérification (S6), soit l'aCide méthacrylique brut MAA obtenu après l'hydrolyse (S7) est ensuite purifié (étape S8) par un procédé classique connue dans l'état de la technique, en vue d'éliminer les composés résiduels. REVENDICATIONS1. Installation (100) pour la préparation de cyanure d'hydrogène HCN, ladite installation comprenant un réacteur de type Andrussow (60), dans lequel est introduit un mélange de gaz réactifs de gaz contenant du méthane, d'ammoniac et d'air enrichi en oxygène, ledit mélange réagissant dans ledit réacteur (60) sur un catalyseur pour produire du HCN, ladite installation comprenant, en amont dudit réacteur de type Andrussow (60) en fonction de la direction du flux de gaz, des tuyaux d'alimentation de gaz (Pl à P4) pour alimenter l'installation en chaque gaz réactif, une première unité (U1) pour prémélanger l'oxygène avec l'air avant d'ajouter le gaz contenant du méthane et l'ammoniac dans le prémélange d'air enrichi en oxygène obtenu, ladite installation étant caractérisée en ce que ladite première unité (U1) comprend au moins un régulateur d'oxygène en ligne de manière à réguler le rapport d'oxygène dans l'air, ledit rapport devant être compris entre 20,95% et 32,5%, de préférence entre 25% et 30,5% en volume d'oxygène ; ladite installation comprenant une deuxième unité (U2) destinée à ajouter simultanément du gaz contenant du méthane et de l'ammoniac dans l'air enrichi en oxygène, à un rapport volumique de méthane à ammoniac, qui doit être compris entre 1,35 et 1,02 en fonction de la proportion d'oxygène dans l'air enrichi en oxygène ; ladite installation comprenant en outre au moins un échangeur de chaleur pour chauffer au moins un des gaz réactifs, en vue d'avoir une température dudit mélange de gaz réactifs alimentant ledit réacteur de type Andrussow (60) comprise entre 80°C et 120°C, de préférence entre 95°C et 115°C. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la deuxième unité (U2) est une unité de prémélange pour prémélanger le gaz contenant du méthane avec l'ammoniac etpour ajouter le prémélange obtenu dans l'air enrichi en oxygène. 3. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un mélangeur statique (30) conçu pour homogénéiser la composition du mélange de gaz réactifs avant son introduction dans le réacteur de type Andrussow (60). 4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un deuxième mélangeur statique (16) conçu pour homogénéiser la composition de l'air enrichi en oxygène avant l'addition de gaz contenant du méthane et de l'ammoniac. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un troisième mélangeur statique (24) conçu pour homogénéiser le prémélange de gaz contenant du méthane et d'ammoniac avant son introduction dans le flux d'air enrichi en oxygène. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un échangeur de chaleur (13, 15, 21, 23) placé respectivement sur chaque tuyau d'alimentation de gaz (Pl à P4) de l'installation (100) pour chauffer chaque flux de gaz séparément, avant son prémélange avec un autre gaz. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un dispositif de filtration (10, 14, 20, 22) placé respectivement sur chaquetuyau d'alimentation de gaz (Pl à P4) de l'installation (100), et un dispositif de filtration (31) placé sur le tuyau d'alimentation (P7) du réacteur de type Andrussow (60). 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un dispositif de lavage (12) conçu pour laver l'air avant son prémélange avec l'oxygène lorsque la température dudit air est inférieure à 70°C, ledit lavage étant réalisé à l'eau, dont la température est comprise entre 15°C et 30°C. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un dispositif d'injection de vapeur (12) conçu pour injecter de la vapeur dans l'air avant son prémélange avec l'oxygène. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une unité de commande (50), capable de gérer une régulation du débit de chaque gaz réactif autour d'une valeur de consigne prédéterminée, ladite unité de commande étant connectée à au moins un régulateur de débit, placé sur chaque flux de gaz, et à au moins une vanne de sécurité, qui est fermée en cas de divergence entre la valeur de consigne et les mesures réalisées par ledit régulateur de débit. 11. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que tous les dispositifs, toutes les unités et tous les tuyaux de l'installation (100) sont fabriqués en acier inoxydable. 12. Procédé de préparation de cyanure d'hydrogène HCN en faisant réagir, sur un catalyseur placé dans un réacteur de typeAndrussow (60), un mélange de gaz réactifs contenant un gaz contenant du méthane, de l'ammoniac et de l'air enrichi en oxygène, le procédé comprenant, avant d'alimenter le réacteur de type Andrussow en mélange de gaz réactifs, une étape de prémélange d'oxygène avec l'air, suivie d'une addition simultanée de gaz contenant du méthane et d'ammoniac dans le prémélange d'air enrichi en oxygène obtenu, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'oxygène est prémélangé avec de l'air dans un rapport compris entre 20,95% et 32,5% en volume, de préférence entre 25% et 30,5% en volume ; le gaz contenant du méthane et l'ammoniac sont ajoutés simultanément dans le prémélange d'air enrichi en oxygène de manière telle que le rapport volumique de méthane à ammoniac est compris entre 1,35 et 1,02 en fonction de la teneur en oxygène dans l'air ; ledit mélange de gaz réactifs obtenu présentant une température comprise entre 80°C et 120°C, de préférence entre 95°C et 115°C pour alimenter le réacteur de type Andrussow (60). 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la teneur en oxygène dans l'air est progressivement augmentée jusqu'à atteindre la valeur maximale de 32,5% en volume, et de préférence de 30,5% en volume. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 13, caractérisé en ce que le rapport volumique de l'air oxygène à ammoniac se situe dans la plage de 7 à 3,5. enrichi en 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que les rapports volumiques respectifs d'ammoniac et de méthane à air enrichi en oxygène sont liés selon les équations suivantes :- Y1 = 1,4745X -0,1611, où Y1 est le rapport molaire NH3/(air enrichi en 02) et X est le rapport molaire 02/(air enrichi en 02) , - Y2 = 1,0406X -0,0234, où Y2 est le rapport molaire CH4/(air enrichi en 02) et X est le rapport molaire 02/(air enrichi en 02). 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que, avant son prémélange, chaque gaz est préchauffé indépendamment, l'ammoniac et le gaz contenant du méthane étant préchauffés indépendamment à une température entre 60°C et 100°C ; l'oxygène et l'air étant préchauffés indépendamment à une température entre 100°C et 165°C, de telle sorte que le mélange de gaz réactifs résultant, alimentant le réacteur de type Andrussow, se trouve à ladite température entre 80°C et 120°C, de préférence entre 95°C et 115°C. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que le débit du mélange de gaz réactifs est régulé avant d'alimenter le réacteur de type Andrussow (60) de telle sorte qu'il est supérieur à une valeur seuil prédéterminée, qui dépend d'une vitesse de flamme. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, caractérisé en ce que le gaz contenant du méthane comprend du méthane d'une pureté supérieure à 94% en volume. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 18, caractérisé en ce que, avant l'étape de préchauffage et l'étape de prémélange de l'air avec l'oxygène, et si la température de l'air est inférieure à 70°C, l'air est lavé à l'eau dont la température est comprise entre 15°C et 30°C. 20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 19, caractérisé en ce que, avant l'étape de préchauffage et l'étape de prémélange de l'air avec l'oxygène, de la vapeur est injectée dans le flux d'air. 21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 20, caractérisé en ce que chaque flux de gaz et le mélange de gaz réactifs résultant sont filtrés avant d'alimenter le réacteur 10 de type Andrussow (60). 22. Procédé pour préparer un monomère choisi parmi l'acide méthacrylique et/ou le méthacrylate de méthyle comprenant les étapes de : 15 -préparation (S1-S2) de cyanure d'hydrogène HCN par le procédé d'Andrussow, -préparation (S3) de cyanohydrine d'acétone ACH à partir de cyanure d'hydrogène et d'acétone, -hydrolyse (S4) de cyanohydrine d'acétone ACH pour produire un 20 mélange d'hydrolyse comprenant de l'a-hydroxyisobutyramide (HIBAM), de l'a-sulfato-isobutyramide (SIBAM), du 2méthacrylamide (MACRYDE) et de l'acide méthacrylique (MAA), -conversion thermique (S5) dudit mélange d'hydrolyse en un mélange de craquage pour produire un mélange de 2- 25 méthacrylamide (MACRYDE) et d'acide méthacrylique (MAA), -réaction du mélange de craquage avec une matière choisie parmi le méthanol (S6) ou l'eau (S7) pour produire respectivement un monomère choisi parmi le méthacrylate de méthyle (MMA) ou l'acide méthacrylique (MAA), et 30 -purification (S8) dudit méthacrylate de méthyle (MMA) ou dudit acide méthacrylique (MAA) obtenu, ledit procédé étant caractérisé en ce que la première étape (S1) de la préparation de cyanure d'hydrogène HCN est réalisée selon l'une quelconque des revendications 12 à 21, enutilisant l'installation (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.