FR2484417A1 - Procede continu de deshydratation de l'acide maleique et installation pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Procede continu de deshydratation de l'acide maleique et installation pour sa mise en oeuvre Download PDF

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Abstract

LE PROCEDE COMPREND UNE PREMIERE ETAPE DE CONCENTRATION D'UNE SOLUTION AQUEUSE D'ACIDE MALEIQUE, ET UNE SECONDE ETAPE DE DESHYDRATATION DE L'ACIDE MALEIQUE CONCENTRE EN ANHYDRIDE MALEIQUE, L'ACIDE CONCENTRE ADMIS DANS CETTE ETAPE DE DESHYDRATATION ETANT ADDITIONNE D'ANHYDRIDE MALEIQUE, ET DE PREFERENCE D'UNE QUANTITE D'ANHYDRIDE MALEIQUE COMPRISE ENTRE 1,5 ET 3,5 PARTIES EN POIDS POUR UNE PARTIE EN POIDS D'ACIDE MALEIQUE CES DEUX ETAPES ETANT CHACUNE REALISEE PAR EVAPORATION DITE "EN COUCHE MINCE", EFFECTUEE A CO-COURANTS LIQUIDE-VAPEUR. APPLICATION A L'AUGMENTATION DE LA CAPACITE DE PRODUCTION DE L'INSTALLATION.

Description

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La présente invention concerne un procédé continu de deshydra-
tation de l'acide maléique en anhydride maléique et une installation pour
sa mise en oeuvre.
La synthèse de l'anhydride maléique par oxydation du benzène ou des hydrocarbures en C4 (butane, butènes, butadiène, ou coupes C4 provenant du craquage à la vapeur de charges pétrolières) conduit à un produit contenant des impuretés qu'il est nécessaire d'éliminer. Un des procédés les plus connus consiste à laver à l'eau au moins partiellement
le produit de l'oxydation pour transformer la partie lavée en acide maléi-
que puis à déshydrater la solution obtenue en anhydride maléique tout en
éliminant les impuretés.
Il est ainsi connu, par exemple par les brevets français no 1.524.319, 2. 029.695, 2.242.388, de réaliser la transformation de l'acide maléique en anhydride maléique en deux étapes comprenant d'une part une concentration de la solution aqueuse d'acide maléique dont le titre à l'origine est voisin de celui correspondant à la saturation à
température ambiante (environ 40 % en poids) et d'autre part une deshydra-
tation de la solution concentrée d'acide maléique en anhydride maléique
comportant simultanément l'élimination des impuretés présentes, essentiel-
lement l'acide fumarique. Généralement le produit déshydraté provenant de l'étape de déshydratation est soumis à une distillation en vue de recueillir l'anhydride maléique pur débarrassé des impuretés entraînées. Le plus souvent le produit venant de l'étape de déshydratation est simplement soumis à une condensation en vue de séparer l'eau et l'acide maléique
entraînés, de l'anhydride maléique formé.
Les documents de l'art antérieur mentionnent que chacune des étapes concentration et déshydratation peut être réalisée dans un ou plusieurs évaporateurs quelconques mais de préférence du type dit "à couche mince". Les schémas d'installations proposés par ces documents montrent que les évaporateurs à couche mince dont il s'agit fonctionnent
tous selon le principe des contre-courants. En effet ils sont tous alimen-
tés par leur partie latérale et les deux conduites d'évacuation sont situées d'une part à leur partie supérieure et d'autre part à leur partie inférieure. D'autre part le brevet belge n0 755.107 enseigne l'utilisation d'un évaporateur dynamique consitué par un cylindre vertical entouré d'une jaquette chauffante et muni d'un rotor central fonctionnant
également à contre-courants.
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Cependant l'utilisation de ce type d'appareils engendre des difficultés provenant de leur complexité mécanique. La présence d'un rotor
en mouvement provoque des vibrations intempestives, implique une consom-
mation supplémentaire d'énergie, nécessite l'utilisation d'huile de lubrification et de liquide de refroidissement des paliers. Enfin une simple panne de moteur ou un grippage du rotor conduit à l'arrêt de toute l'installation. Enfin, de par leurs contraintes mécaniques, ces
appareils sont limités en surface d'évaporation et en coefficient d'échan-
ge de chaleur limitant par conséquent la capacité de production de
l'installation.
La demanderesse a maintenant trouvé que dans un procédé de transformation de l'acide maléique en anhydride maléique comportant
une étape de concentration et une étape de déshydratation il est préféra-
ble d'utiliser des évaporateurs à couche mince fonctionnant suivant le principe des co-courants, la phase liquide étant répartie sur la paroi
de l'évaporateur et la phase gazeuse étant concentrée axialement.
Ainsi un premier objet de la présente invention consiste en un procédé continu de déshydratation de l'acide maléique en anhydride maléique comprenant une première étape de concentration d'une solution aqueuse d'acide maléique et une seconde étape de déshydratation de l'acide maléique concentré en anhydride maléique, l'acide concentré admis dans cette étape de déshydratation étant additionné d'anhydride maléique, et de préférence d'une quantité d'anhydride maléique comprise entre 1,5 et 3, 5 parties en poids pour une partie en poids d'acide maléique, ces deux étapes étant chacune-réalisée par évaporation dite "en couche mince", caractérisé en ce que l'évaporation dite "en couche
mince" est effectuée à co-courants liquide-vapeur.
La concentration de la solution aqueuse d'acide maléique devant
subir la première étape de concentration peut être quelconque. Avantageu-
sement elle sera proche de la concentration saturante, à la température de conservation de la solution. Ainsi on préfère utiliser des solutions titrant entre 30 et 50 % en poids d'acide maléique, maintenues à des
températures comprises respectivement entre 15 et 40C.
Cette solution est dans une première étape concentrée par évaporation dans un évaporateur à couche mince et à co-courants, par exemple de type tubulaire statique, de préférence multitubulaire, à une température comprise entre 120 et 140C, de préférence sous pression réduite à une Naleur comprise entre 200 et 500 mm de mercure, avec un
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temps de séjour compris entre 1 et 60 secondes, ces conditions étant telles que la solution concentrée recueillie dans le séparateur connecté à l'évaporateur ait une concentration en acide maléique comprise entre
et 95 %.
On a en effet constaté qu'une concentration supérieure à 95 % était accompagnée de la formation d'une quantité non négligeable d'acide fumarique.
La solution concentrée provenant de l'évaporateur de concentra-
tion est donc recueillie dans un séparateur d'o la vapeur d'eau est éva-
cuée par l'extrémité supérieure. Un laveur permet de recueillir une
solution diluée contenant les faibles quantités d'acide maléique entraï-
nées par la vapeur d'eau.
La solution concentrée d'acide maléique recueillie au fond du
séparateur est ensuite soumise à l'étape de déshydratation, qui est égale-
ment effectuée à co-courants liquide-vapeur, à une température comprise entre 140 et 1600C, sous une pression réduite à une valeur comprise entre et 250 mm de mercure, avec un temps de séjour compris entre 1 et 60 secondes. Le produit provenant de l'étape de déshydratation est ensuite recueilli dans un bouilleur. Dans ce bouilleur le produit est maintenu à une température comprise entre 140 et 1600C; on sépare une faible quantité de sous-produit, l'anhydride et l'eau formée par déshydratation
distillant à sa partie supérieure.
Ces vapeurs, éventuellement surchauffées entre 160 et 1700C - 25 environ, sont condensées dans un premier condenseur o est recueilli l'anhydride maléique produit. Les vapeurs s'échappant de ce condenseur passent ensuite dans au moins un second condenseur o elles se condensent, donnant l'anhydride brut qui est recyclé avec l'acide concentré dans
l'étape de déshydratation. La phase gazeuse s'échappant du dernier conden-
seur est lavée, le produit de lavage étant joint à celui recueilli dans
le laveur associé au séparateur.
De façon à respecter le taux d'anhydride recyclé (1,5 à 3,5 parties en poids pour 1 partie en poids d'acide), on limite volontairement la production à 1 partie d'anhydride maléique produit pour 0,3 à 3,3
parties d'anhydride brut recyclé, en réglant les conditions de fonctionne-
ment du premier condenseur.
Le cas échéant, et toujours de manière à respecter les rapports anhydride du mélange soumis à déshydratation on pourra ajouter à ce acide mélange un appoint d'anhydride provenant de la condensation partielle du produit de l'oxydation et stocké en une quantité comprise entre D et
1 partie en poids pour I partie en poids d'anhydride produit.
Les avantages du procédé selon l'invention par rapport à un procédé utilisant la technique des contre-courants, et en particulier par rapport à un procédé utilisant des évaporateurs dynamiques à rotor
central sont nombreux.
D'une part la simplicité mécanique de l'évaporateur à co-cou-
rants statique permet d'éviter les vibrations intempestives, la conscma-
tion supplémentaire d'énergie, l'utilisation d'huile de lubrification et de liquide de refroidissement, ainsi que le risque de panne de moteur om
de grippage de rotor conduisant à l'arrêt de toute l'installation.
On a constaté, de plus, qu'il se produit un moindre entrarînement d'acide maléique à la sortie du bouilleur associé à l'évaporateur de
deshydratation alors que l'utilisation d'un évaporateur à contre-cou-
rants favorise l'entraînement d'acide maléique non deshydraté.
On a remarqué, en outre, que pour des conditions de mranche
analogues, la surface d'échange nécessitée par un évaporateur à co-cou-
rants statique est inférieure de 30 % à celle d'un évaporateur à contre-
courants dynamique. D'autre part le débit volumique par mètre de péri-
mètre mouillé est environ le double pour un évaporateur à ce-courants.
Enfin la capacité d'un tel évaporateur est de 1,3 à 1,4 fois celle
d'un évaporateur à contre-courants dynamique.
L'utilisation d'évaporateurs à co-courants, statiques, conduit
ainsi à une meilleure utilisation des fluides de chauffage.
De plus, la surface d'échange d'un évaporateur à contre-ccu-
rants dynamique est, par construction, limitée et on ne trouve sur le marché de ces appareils que des appareils de dimensions bien définies, le passage de l'une à l'autre étant discontinu. Au contraire, dans le cas d'un évaporateur à co-courants statique, toute dimension souhaMitée
est réalisable et, en fonction de la capacité désirée pour l'installa-
tion, on peut calculer de façon exacte les dimensions de ces evaperateurs.
En intervenant au niveau du nombre, de la longueur et du diamitre de tubes, on peut ainsi calculer des appareils de dimensions importantes qui s'intégreront dans des installations unitaires de capacités très élevées. Les installations basées sur de tels évaporateurs sont beaucoup moins coûteuses que celles basées sur des évaporateurs dynamiques à contrecourants. Les économies faites portent sur les évaporateurs
eux-mêmes, la charpente nécessaire à leur mise en place et leur entretien.
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Un second objet de la présente invention concerne une installa-
tion pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Cette installation comprend deux évaporateurs de type "à couche mince" disposés en série et est caractérisée en ce que - le premier évaporateur du type "à couche mince" est du type statique tubulaire et comporte une conduite d'alimentation à sa partie supérieure et une conduite d'évacuation à sa partie inférieure, - un séparateur est relié par sa paroi latérale à la conduite d'évacuation du premier évaporateur et comporte deux conduites d'évacuation: une à sa partie supérieure et une à sa partie inférieure, - le second évaporateur du type "à couche mince" est du type tubulaire statique et comporte une conduite d'alimentation à sa partie supérieure, reliée à la conduite d'évacuation inférieure du séparateur, et une
conduite d'évacuation à sa partie inférieure.
- un bouilleur est associé au second évaporateur et relié à la partie inférieure de celui-ci, et comporte deux conduites d'évacuation: une
à sa partie inférieure et une à sa partie supérieure.
- au moins deux condenseurs disposés en série sont reliés d'une part à la conduite supérieure d'évacuation du bouilleur et d'autre part à un
laveur, et comprenant chacun une conduite d'évacuation des condensats.
- une conduite de recyclage est disposée entre la conduite d'évacuation des condensats du second condenseur et des suivants et est reliée à la
conduite d'alimentation du second évaporateur.
Dans une variante de l'invention le second évaporateur ne comporte pas de conduite d'évacuation et est directement relié au
bouilleur qui lui est associé.
Une installation schématisée sur la figure 1 en annexe sera
maintenant décrite de façon détaillée.
Elle comprend un premier évaporateur statique tubulaire (1), de préférence multitubulaire, comportant une conduite d'alimentation (2) à sa partie supérieure, reliée elle-même à son autre extrémité à un bac, non représenté, contenant la solution d'acide maléique à concentrer et déshydrater, et une conduite d'évacuation (3) à sa partie inférieure
un séparateur (4) relié par sa paroi latérale à la conduite (3) et compor-
tant une conduite d'évacuation (5) des vapeurs à sa partie supérieure et une conduite d'évacuation (6) du liquide à sa partie inférieure; un second évaporateur statique tubulaire (7), de préférence multitubulaire, comportant à sa partie supérieure une conduite d'alimentation (8) reliée
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à la conduite (6) d'évacuation provenant du fond du séparateur et associé à un bouilleur (9) qui comprend une conduite d'évacuation (10) à
sa partie supérieure, et une conduite d'évacuation (11) à sa partie infé-
rieure; au moins deux condenseurs (12) et (13) disposés en série et reliés, d'une part à la conduite d'évacuation supérieure (10) du bouilleur et d'autre part à un laveur (14) par une conduite (15), chaque condenseur comportant une conduite inférieure d'évacuation des condensats (16) et (17); un laveur (18) relié à la conduite supérieure (5) du séparateur (4) des conduites (19) (20) de mises sous vide de l'appareillage associées chacune à chaque laveur (14) et (18); une conduite de recyclage (17) entre le fond du second condenseur (13), et éventuellement des suivants, et la conduite (8) d'alimentation du second évaporateur et sur laquelle est connectée une conduite (21) reliée à un stockage d'anhydride maléique, et un réchauffeur (22). Un réchauffeur (23) figurant en pointillés sur le
schéma en annexe peut être intercalé dans la conduite (10).
Chaque évaporateur (ou chaque tube de chaque évaporateur, dans
le cas d'un évaporateur multitubulaire) est de préférence muni d'un répar-
titeur de liquide assurant un mouillage correct de la paroi interne de l'évaporateur (ou de chaque tube de chaque évaporateur). Avantageusement ce répartiteur est constitué d'un cylindre métallique placé dans la partie supérieure du tube et maintenu sur celle-ci et dont le diamètre est inférieur au diamètre intérieur du tube et qui est garni extérieurement
d'une ou plusieurs spires hélicoïdales.
Bien évidemment cette installation comprend les conduites d'amenée des utilités (eau, vapeur, fluide thermique) non représentées
sur la figure en annexe.
L'exemple suivant donné à titre d'illustration permettra de
mieux faire comprendre le fonctionnement de l'installation.
EXEMPLE
Les deux évaporateurs comportent chacun 3 tubes, la surface
totale d'échange de chaque évaporateur étant de 1,6 m2.
Une solution d'acide maléique titrant 43 % en poids et maintenue
à une température de 60 C est introduite par l'intermédiaire de la con-
duite (2) dans 1' évaporateur-concentrateur (1). Elle est chauffée jusqu'à une température de 120 C, et sous une pression à 400 mm de mercure à
un débit de 324,6 kg/h.
Le produit issu dudit évaporateur est amené par la conduite (3) dans le séparateur (4). L'acide maléique concentré (90 % en poids) s'écoule par la condite (6}. Il est alors additionné de 250,4 kg/h d'un mélange anhydride maléique-acide contenant 97,4 % d'anhydride provenant
du condenseur (13) par la conduite (17) et de 111,8 kg/h d'anhydride malé-
ique à 97,8 % de pureté provenant d'un stockage par la conduite (21).
Le produit ainsi composé de: 71,4 % en poids d'anhydride maléique, 25,9 % en poids d'acide maléique et de 2,7 % en poids d'eau est admis par la conduite (8) dans l'évaporateur-deshydrateur (7) et porté
à une température de 145 C sous une pression réduite à 200 mm de mercure.
Après deshydratation dans l'évaporateur (7) le produit est recueilli dans le bouilleur (9) o il est maintenu à une température de 150 C. Les résidus sont soutirés par la conduite (11) à un débit de 107kg/h et les vapeurs d'anhydride et d'acide s'échappent par la conduite (10). Dans le premier condenseur (12) on recueille l'anhydride maléique produit à un débit de 196,7 kg/h. Cet anhydride contient 1 % en poids
d'acide maléique. Sa teneur en eau et en acide fumnarique est nulle.
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Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Procédé continu de déshydratation de l'acide maléique en anhydride maléique comprenant une première étape de concentration d'une solution aqueuse d'acide maléique, et une seconde étape de déshydratation de l'acide maléique concentré en anhydride maléique, l'acide concentré admis dans cette étape de déshydratation étant additionné d'anhydride maléique, et de préférence d'une quantité d'anhydride maléique comprise entre 1,5 et 3,5 parties en poids pour une partie en poids d'acide maléique, ces deux étapes étant chacune réalisée par évaporation dite "en couche mince", caractérisé en ce que l'évaporation dite "en couche
mince" est effectuée à co-courants liquide-vapeur.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'évaporation à co-courants liquide-vapeur est réalisée, pour chacune des étapes concentration et déshydratation, dans au moins un évaporateur
tubulaire statique.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé
en ce que le produit provenant de l'étape de déshydratation est recueilli
dans un bouilleur associé à l'évaporateur de déshydratation.
4. Procédé selon l'une des revendications I à 3 caractérisé
en ce que la solution aqueuse d'acide maléique est concentrée dans la
première étape de concentration jusqu'à une teneur en acide maléique com-
prise entre 85 et 95 %.
5. Installation pour la déshydratation en continu de l'acide maléique en anhydride maléique comprenant deux évaporateurs du type "à couche mince" disposés en série, caractérisée en ce que -25 - le premier évaporateur du type "à couche mince" est du type statique tubulaire et comporte une conduite d'alimentation à sa partie supérieure et une conduite d'évacuation à sa partie inférieure
- un séparateur est relié par sa paroi latérale à la conduite d'évacua-
tion du premier évaporateur et comporte deux conduites d'évacuation une à sa partie supérieure et une à sa partie inférieure - le second évaporateur du type "à couche mince" est du type tubulaire statique et comporte une conduite d'alimentation à sa partie supérieure, reliée à la conduite d'évacuation inférieure du séparateur, et une conduite d'évacuation à sa partie inférieure - un bouilleur est associé au second évaporateur et reliée à la partie inférieure de celui-ci, et comporte deux conduites d'évacuation:une à sa partie inférieure et une à sa partie supérieure
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- au moins deux condenseurs disposés en série sont reliés d'une part à la conduite supérieure d'évacuation du bouilleur et d'autre part à un laveur, et comprenant chacun une conduite d'évacuation des condensats - une conduite de recyclage est disposée entre la conduite d'évacuation des condensats du second condenseur et des suivants et est reliée à la
conduite d'alimentation du second évaporateur.
6. Installation selon la revendication 5 caractérisée en ce que le second évaporateur est directement relié au bouilleur qui lui est associé.
7. Installation selon l'une des revendications 5 ou 6 caracté-
risée en ce que le premier et/ou le second évaporateur statique tubulaire
sont multitubulaires.
8. Installation selon l'une des revendications 6 à 8 caracté-
risée en ce que chaque tube de chaque évaporateur est muni à sa partie
supérieure d'un répartiteur de liquide constitué d'un cylindre métalli-
que placé dans la partie supérieure du tube et maintenu sur celle-ci et dont le diamètre est inférieur au diamètre intérieur du tube et garni
extérieurement d'une ou plusieurs spires hélicoïdales.
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