Procédé de fabrication de Padiponitrile
La présente invention se rapporte à un procédé pour transformer en adiponitrile la delta-cyanovaléramide contenue dans un résidu de réaction et récupérer l'adiponitrile, ce résidu provenant du produit de réaction qu'on obtient dans la fabrication de l'adiponitrile par chauffage de l'acide adipique et de l'ammoniac en présence d'un catalyseur de déshydratation et séparation de l'adiponitrile ainsi formé.
La production de l'adiponitrile à partir de l'acide adipique a pris une grande importance du fait que cette matière est un produit intermédiaire intéressant à partir duquel on peut préparer l'hexaméthylène diamine, cette diamine et l'acide adipique constituant les matières premières utilisées dans la production du Nylon 66 . Pour des raisons évidentes, l'hexaméthylène diamine est le constituant le plus coûteux utilisé dans la préparation du Nylon 66 . Par conséquent, il est tout à fait souhaitable de réduire autant que possible le prix du nitrile puisqu'il constitue un produit préalable à la fabrication de l'hexaméthylène diamine.
Actuellement, on produit industriellement l'adiponitrile par réaction de l'acide adipique sur l'ammoniac au moyen d'un procédé bien connu qui utilise certains catalyseurs de déshydratation. Les catalyseurs de déshydratation qu'on peut employer pour la transformation des mélanges d'ammoniac et d'acide adipique en adiponitrile, comprennent, par exemple les oxydes déshydratants d'aluminium, de silicium, de tungstène, de titane, de molybdène et autres. On peut citer, comme catalyseur donnant d'excellents résultats, un mélange fritté d'acide borique et d'acide phosphorique.
Malheureusement, l'un des plus grands problèmes qu'on rencontre dans la fabrication de Padiponitrile consiste dans le fait, que lorsqu'on fait réagir l'acide adipique sur l'ammoniac, il se produit des réactions secondaires dont le résultat est la formation de diverses impuretés. Ces impuretés comprennent des substances telles que l'acide deltacyanovalérique, la delta-cyanovaléramide, la l-cyanocyclopentylidineimine, l'adipamine, des goudrons, du carbone élémentaire et d'autres composés. Avant d'hydrogéner l'adipouitrile pour produire l'hexaméthylène diamine, on sépare l'adiponitrile du produit de la réaction entre l'ammoniac et l'acide adipique, ce qui laisse un résidu organique contenant les impuretés citées plus haut.
Dans un procédé de production de l'adiponitrile utilisé actuellement dans l'industrie, on soumet le produit de la réaction à une distillation fractionnée au cours de laquelle l'adiponi- trile est récupérée comme produit de tête. On a constaté que le résidu de cette distillation contient une quantité importante de delta-cyanovaléramide.
Jusqu'à présent, pour des raisons économiques ainsi que pour certaines autres raisons, le résidu contenant ces impuretés était éliminé comme rebut, par exemple, en le brûlant. La présente invention a pour but de répondre à un désir qui n'était pas satisfait jusqu'à présent, à savoir, de fournir un procédé à l'aide duquel on traite les impuretés de façon à récupérer des quantités supplémentaires d'adiponitrile et à extraire économiquement I'adiponitrile ainsi obtenu.
Le but de la présente invention est donc de fournir un procédé de récupération de l'adiponitrile à partir des impuretés contenues dans le produit de la réaction entre l'ammoniac et l'acide adipique, par transformation en adiponitrile de la delta-cyanovaléramide contenue dans certains résidus de réaction et de récupérer l'adiponitrile ainsi obtenue.
Dans le procédé suivant l'invention, on atteint les buts cités plus haut en opérant de la façon générale suivante : on soumet à une température élevée et sous pression réduite, le résidu obtenu dans la fabrication de l'adiponitrile par chauffage d'acide adipique et d'ammoniac en présence d'un catalyseur de déshydratation puis séparation de l'adiponitrile ainsi formé, laissant un résidu riche en deltacyanovaléramide. On transforme cette amide en adiponitrile et on récupère l'adiponitrile résultant.
Plus précisément, dans une zone de transformation, on chauffe sous pression réduite le résidu contenant de la delta-cyanovaléramide en présence d'un catalyseur de déshydratation approprié, afin de transformer cette amide en adiponitrile ; ;puis on soumet le résidu chauffé à une distillation fractionnée, au cours de laquelle on récupère comme produits de tête l'eau de réaction et une partie de l'adiponitrile obtenu. Il est très important d'éliminer l'eau de réaction du circuit après sa formation, comme indiqué plus bas. On sépare, en règle générale, par décantation, une partie de l'adiponitrile contenu dans le produit de tête, et on le renvoie dans la zone de transformation pour faciliter l'élimination de l'eau de réaction.
Ensuite, on chauffe, sous pression réduite, le produit de queue de la distillation fractionnée pour obtenir par distillation fractionnée, l'adiponitrile qu'il contient.
Dans un mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l'invention, le résidu obtenu dans la fabrication de l'adiponitrile, par chauffage d'acide adipique et d'ammoniac en présence d'un catalyseur de déshydratation puis séparation de l'adiponitrile ainsi formé du produit de la réaction, est envoyé en continu, avec une quantité catalytique d'un type particulier de catalyseur dans une première zone de transformation. Dans cette première zone, on porte le résidu à une température d'environ 200-3000 C et sous une pression d'environ 150-200 mmHg pour transformer en adiponitrile la delta-cyanovaléramide contenue dans ce résidu. On recueille comme produit de tête l'eau de réaction formée et une partie de l'adiponitrile obtenu. On décante l'adiponitrile recueilli et on en recycle une partie en continu à la première zone de transformation.
Les produits de queue de la distillation fractionnée dans cette première zone sont envoyés dans une deuxième zone de transformation dans laquelle on chauffe le produit à une température d'environ 200-300 C et sous une pression d'environ 150-200 mmHg pour transformer une nouvelle quantité de delta-cyanovaléramide en adiponitrile. On recueille comme produit de tête l'eau de réaction formée dans cette deuxième zone ainsi qu'une partie de la nouvelle quantité d'adiponitrile obtenu. On décante l'adiponitrile ayant distillé dans la deuxième zone et on en recycle en continu une partie dans la deuxième zone. Les produits de queue de la deuxième distillation fractionnée sont envoyés dans une zone de fractionnement où ils sont chauffés sous très faible pression pour distiller l'adiponitrile.
On recueille l'adiponitrile et on peut le réunir à l'adiponitrile recueilli en tête dans les deux zones de transformation. Le produit global peut être soumis à des opérations supplémentaires pour purifier et concentrer l'adiponitrile obtenu et récupéré. Le produit de queue de la zone de fractionnement est éliminé en continu comme résidu. Dans la zone de fractionnement, la pression est de préférence inférieure à 50 mmHG et la température est de préférence maintenue aux environs de 200-300 C.
Le catalyseur accompagnant le résidu jusqu'à la zone de transformation peut être formé par des composés tels que H3PO4, (NH4)H2PO4, (NH) eHPO., (NH) 3PO4, HPO ou des produits analoguets. La quantité de catalyseur peut varier dans des limites assez larges. L'utilisation d'une quantité de catalyseur laissant de 0,05 à 5,0 en poids de cataly- seur dans le résidu donne d'excellents résultats. La quantité préférée de catalyseur est comprise entre 0,75 et 2,0 O/o.
La durée du traitement dépend de nombreux facteurs de marche tels que la température, la pression, la nature du catalyseur particulier utilisé, la nature du résidu ainsi que d'autres facteurs. Naturellement, il convient de mettre ces facteurs en corrélation de telle manière que ie procédé suivant l'invention ait le meilleur rendement dans la mesure compatible avec l'économie de son exploitation.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La figure unique du dessin annexé représente un schéma d'une installation utilisable pour la transformation de la delta-cyanovaléramide en adiponitrile et la récupération de l'adiponitrile ainsi obtenu.
Cette installation comprend une conduite d'arrivée du résidu 10, amenant en continu la matière pre ornière à l'installation à un débit prédéterminé. Pour amener le catalyseur dans l'installation, il est prévu une conduite 1 i d'amenée du catalyseur, cette conduite 11 débouchant dans la conduite 10 de sorte que le catalyseur est ajouté à la matière première avant que cette matière ne pénètre dans un premier récipient de réaction 12 dans lequel une partie de la matière première est vaporisée. Ce récipient est muni de moyens permettant de régler la température de la matière qu'il contient normalement. A cet effet, le récipient peut comporter un serpentin intérieur 13 dans lequel on fait passer un fluide de chauffage pour qu il échange sa chaleur avec la matière première.
Pour fournir le fluide de chauffage à ce serpentin, on prévoit une source de fluide de chauffage tel que la chaudière 14 qui assure l'alimentation de ce serpentin 13 en fluide par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation 15. Une conduite de retour 16 est prévue pour ramener le fluide de chauffage à la chaudière 14. La conduite 17 établit la communication entre une première colonne de distillation fractionnée 18 et le sommet du récipient 12, la matière première vaporisée étant amenée par la conduite 17 à la partie inférieure de la colonne. La colonne 18 est destinée à séparer l'eau de réaction comme produit de tête avec une partie de l'adiponitrile qui est entraîné par cette eau. Cette colonne est équipée d'une conduite de recyclage 20 permettant le reflux continu des produits de queue de la colonne dans le récipient 12.
La conduite de produit de tête 21 forme un passage délimité entre la tête de la colonne 18 et un condenseur 22 destiné à condenser le produit de tête qui comprend normalement de la vapeur d'eau et une partie de Fadiponitrile obtenu à partir de la deltacyanovaléramide présente dans la matière première.
Comme indiqué plus haut, la transformation de l'amide en adiponitrile s'effectue mieux sous vide. A cet effet, le condenseur 22 est équipé d'une conduite
de vide 23 qui mène à un générateur de vide non représenté. Pour amener le condensat à un vase de décantation 24, il est prévu une conduite 25 montée entre le condenseur 22 et le vase 24. Dans le vase 24, le condensat est maintenu au repos de façon que l'adiponitrile se sépare de l'eau de réaction en raison de l'immiscibilité de ces deux substances. La couche supérieure des deux couches liquides contenues dans le vase de décantation contient l'adiponitrile. Une conduite tubulaire de trop plein 26 qui pénètre de bas en haut dans le vase 24 permet de renvoyer de l'adiponitrile à la colonne 18. Le recyclage de cet adiponitrile facilite l'élimination de l'eau dans la colonne 18, qui est le résultat recherché.
La quantité d'adiponitrile recyclée est déterminée et, de ce fait, il n'est pas nécessaire de recycler tout l'adiponitrile qui s'écoule par le trop-plein 26. Dans ce cas, le courant de trop-plein de l'adiponitrile peut être divisé, une partie de l'adiponitrile étant déviée par la conduite 27 et finalement conduite à un réservoir 28 collecteur de l'adiponitrile par une conduite 30.
La couche inférieure contenue dans le vase de décantation 24 s'écoule vers le réservoir collecteur 28, par la conduite 31 et ensuite par la conduite 30.
La conduite de sortie 32 établit la communication entre le fond du premier récipient de réaction 12 et un deuxième récipient de réaction 33. Dans la conduite qui relie ces deux récipients est monté un dispositif de pompage tel qu'une pompe 34 pour refouler les produits de queue du premier récipient au deuxième. Ce deuxième récipient de réaction est également muni de moyens pour régler la température de la matière qui lui arrive du premier récipient.
A cet effet, ce récipient peut contenir un serpentin intérieur 35 dans lequel on fait passer un fluide de chauffage pour fournir de la chaleur au produit contenu dans le récipient. Pour amener le fluide de chauffage à ce serpentin, une conduite d'alimentation 36 relie le serpentin à la chaudière 14. On peut utiliser une conduite de retour 37 pour assurer le retour du fluide de chauffage à la chaudière 14. La conduite 38 établit la communication avec une deuxième colonne de distillation fractionnée 40, destinée à séparer l'eau de réaction comme produit de tête, avec une certaine quantité d'adiponitrile distillant avec cette eau. La colonne 40 est munie d'une conduite de recyclage 41 assurant le reflux continu des produits de queue de la colonne au récipient 33.
La conduite de produit de tête 42 forme un passage délimité entre le sommet de la colonne 40 et un condenseur 43 destiné à condenser le produit de tête qui est normalement constitué par de la vapeur d'eau et une certaine quantité de l'adiponitrile obtenu à partir de la delta-cyanovaléramide présente dans la matière première. Le condenseur 43 comporte une conduite de vide 44 qui mène au générateur de vide.
Pour conduire le condensat à un vase de décantation 45, il est prévu une canalisation 46 montée entre le condenseur 43 et le vase 45. Dans ce vase 45, on retient le condensat de la deuxième distillation fractionnée de sorte que l'adiponitrile peut se séparer de l'eau de réaction. La couche supérieure des deux couches se séparant dans le vase 45 contient l'adiponitrile. Une conduite de trop-plein 47 pénètre de bas en haut dans le vase 45 et assure le retour de l'adi- ponitrile à la colonne 40. L'adiponitrile ainsi recyclé facilite l'élimination de l'eau ce qui est le résultat recherché. La quantité d'adiponitrile recyclé est déterminée; il peut donc ne pas être nécessaire de recycler la totalité de l'adiponitrile qui s'écoule par le trop-plein 47.
Dans ce cas, le courant de tropplein d'adiponitrile peut être divisé, une partie de l'adiponitrile s'écoulant par la conduite 48 et rejoignant finalement le réservoir collecteur 28 par la conduite 30. La couche inférieure du vase de décantation 45 s'écoule par la conduite 50 dans le réservoir collecteur 28 par la conduite 30.
La conduite de sortie 51 établit la communication entre le fond du deuxième récipient de réaction 33 et le récipient 52. Dans la conduite réunissant les récipients 33 et 52, est montée une pompe 53 destinée à refouler les produits de queue du récipient 33 vers le récipient 52. Ce dernier est muni de moyens pour régler la température de la matière qu'il reçoit du récipient 33. A cet effet, ce récipient contient un serpentin intérieur 53 dans lequel on fait passer un fluide de chauffage. Pour faire circuler le fluide de chauffage dans ce serpentin, il est prévu une conduite d'alimentation 36 et une conduite de retour 37 qui relient le serpentin à la chaudière 14. La conduite 54 établit la communication entre le récipient 52 et une colonne de distillation 55 destinée à éliminer l'adipouitrile comme produit de tête.
La colonne 55 peut être équipée d'une conduite de recyclage 56 pour assurer éventuellement un certain fractionnement de l'adiponitrile.
La conduite de produit de tête 57 établit la communication entre le sommet de la colonne 55 et un condenseur 58 condensant le produit de tête. Le condenseur est muni d'une conduite de vide 60. Pour conduire le condensat du condenseur 58 au réservoir collecteur 28, il est prévu une conduite 61. Le résidu du récipient 52 est éliminé du circuit par la conduite 62 et on en dispose de façon appropriée.
L'adiponitrile récupéré et recueilli dans le réservoir 28 peut être concentré et purifié. L'adiponitrile récupéré peut être avantageusement hydrogéné pour produire de l'hexaméthylène diamine utilisable.
Les exemples suivants montreront bien comment l'invention peut être mise en oeuvre. Les proportions et pourcentages sont exprimés en poids sauf indications contraires.
Exemple I
On traite en continu le résidu obtenu dans la fabrication de l'adiponitrile par chauffage de l'acide adipique et de l'ammoniac en présence d'un catalyseur de déshydratation et séparation de l'adiponitrile ainsi formé de ce mélange, au moyen de l'appareillage décrit ci-dessus et représenté sur le dessin annexé. On effectue ce traitement continu en utilisant deux récipients de réaction reliés en série dont chacun est équipé d'une colonne garnie de corps de Berl. Un condenseur est adjoint à chaque colonne pour condenser l'eau et l'adiponitrile ayant distillé comme produit de tête. Les condensats sont décantés et l'adiponitrile récupéré envoyé à la colonne correspondante.
Les produits de queue du deuxième réacteur sont envoyés en continu à une colonne de fractionnement dans laquelle l'adiponitrile formé pendant les phases précédentes est séparé du produit par distillation à 2100 C sous une pression de 10 mmHg.
Le résidu de cette distillation est éliminé en continu du récipient de séparation.
Au départ, on introduit une quantité appropriée du résidu dans le premier récipient au moyen d'un siphon et on en transfère une partie dans le deuxième récipient d'une manière analogue. Les pressions dans les deux récipients sont réglées à 150-200 mmHg pour maintenir une température d'ébullition d'environ 2500 C.
Dans un essai, on a préalablement porté à
1000 C le résidu contenant approximativement 56 o/o de delta-cyanovaléramide et 2 0/o de catalyseur (NH4)-HPO4 additionné à ce résidu. Au total, on envoie en continu dans l'appareil de traitement 5000 cm5 du résidu préalablement chauffé pendant une période de 12 heures et demie. La durée de séjour de la matière traitée dans l'appareil est en moyenne de 2,4 heures. Dans le premier et dans le deuxième récipient, la pression est maintenue à
138 mmHg et les températures de base des récipients sont maintenues respectivement à 2590 et 2500 C.
On obtient à partir de la delta-cyanovaléramide une quantité totale de 1500 g d'adiponitrile qui est récupérée du résidu.
Exemple II
Dans un deuxième essai, on a fait passer en continu dans l'appareil, 17000 cm3 du même résidu que dans l'exemple I pendant une période de 23 heures, la durée moyenne de séjour de la matière dans l'appareil étant de 4,4 heures. La pression absolue dans le premier et le deuxième récipient étant maintenue à 151 mmHg, et les températures de base dans les deux récipients à 2490 et 2500 C respectivement. On a obtenu à partir de la delta-cyanovaléramide, et récupéré du résidu, une quantité totale d'environ 4700 g d'adiponitrile.
Exemple III
Au cours du fonctionnement en continu décrit dans les exemples cités ci-dessus, on a utilisé des concentrations de catalyseur de 0,75 à 2,0 /o. Dans chaque cas, on a obtenu d'excellents taux de transformation de l'amide en nitrile.
Exemple IV
Dans un autre essai, on a utilisé un seul récipient de réaction. On a introduit dans l'appareil de traitement, un résidu du type décrit dans l'exemple
I contenant comme catalyseur 20/o de (NH4)2HPO4, à la température de 1000C sur une période totale de 20 heures, la quantité totale de matière première étant 9400 cm3. La durée de séjour de la matière dans l'appareil était en moyenne de 3,5 heures. La pression absolue dans le récipient était de 90 mmHg et la température de base de ce récipient était de 2500 C. La colonne de fractionnement était maintenue, comme dans les exemples précédents, à 2100 C et à la pression de 10 mmHg.
On a ainsi obtenu à partir de la delta-cyanovaléramide, et récupéré du résidu, une quantité totale d'environ 1790 g d'adiponitrile.
La mise en oeuvre de la présente invention décrite plus haut apporte de nombreux avantages. Premièrement, le produit intermédiaire de l'hexaméthylène diamine, à savoir la cyano-valéramide, qui était normalement perdue et éliminée du circuit, est transformée en adiponitrile pouvant être récupéré avantageusement par le procédé décrit. Deuxièmement, on supprime le problème consistant à faire disparaître la cyano-valéramide d'où on a tiré et récupéré l'adiponitrile.
I1 va de soi que l'on peut apporter des modifications aux modes de mise en oeuvre qui ont été décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans que l'on sorte pour cela du cadre de la présente invention.