BE1011869A6 - Procede pour la production de 2-pyrrolidone de maniere continue, a partir de gamma butyrolactone et d'ammoniac. - Google Patents
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Abstract
Procédé pour la production de 2-pyrrolidone (2-P) par réaction de gamma butyrolactone et d'ammoniac, de manière continue, dans trois étapes de réaction successives, dans des conditions de travail qui permettent la production de 2-pyrrolidone de grande pureté avec des rendements élevés.
Description
<Desc/Clms Page number 1> Procédé pour la production de 2-pyrrolidone de manière continue, à partir de gamma butyrolactone et d'ammoniac La présente invention concerne un procédé pour la production de 2-pyrrolidone (2-P), en particulier à partir de gamma butyrolactone et d'ammoniac, de manière continue, dans trois étapes de réaction successives et dans des conditions de travail qui permettent d'obtenir une haute pureté et des rendements élevés. Il est connu dans la technique antérieure, qu'il existe plusieurs procédés pour la synthèse de 2-pyrrolidone (2-P) à partir de gamma butyrolactone (GBL) et d'ammoniac (NH). En 1936, Spath et Lunder ont décrit pour la première fois un procédé analogue dans Berichte 69, page 2727. Dans ce procédé, on fait réagir du NH avec du GBL dans un rapport molaire élevé, et dans un réacteur de traitement discontinu pendant environ 2 heures. On obtient un rendement relativement faible (64%). Dans plusieurs brevets, Mitsubishi Chemical Industries Co. Ltd. a décrit un certain nombre de procédés pour la synthèse en continu de 2-pyrrolidone à partir de GBL et de EMI1.1 NH. Les procédés ci-dessus recourent à un rapport élevé entre l'eau et le GBL introduit (qui varie typiquement entre 2 et 4 moles d'eau pour chaque mole de GBL). Les procédés conçus par Mitsubishi s'avèrent être caractérisés par les coûts élevés impliqués dans la séparation du NH qui n'a pas réagi et par sa récupération, et dans la séparation de l'eau pompée dans la réaction, à laquelle s'ajoute l'eau produite dans la réaction (une mole d'eau pour chaque mole de GBL qui a réagi). <Desc/Clms Page number 2> Pour éviter les inconvénients associés à une réaction discontinue ou à une réaction continue en présence de NH et d'eau en excès, plusieurs méthodes alternatives ont été proposées, qui sont basées sur le recours à des catalyseurs. Dans EP 0 349 119 au nom de GAF CHEMICALS CORP, on décrit une synthèse avec GBL, NH et de la vapeur comme matériaux de départ. Elle est conduite en phase vapeur, à une température comprise entre 225 et 310 C et à une pression comprise entre 3,5 et 21 ATE, sur un catalyseur à base de silicate de magnésium. Le procédé catalytique décrit dans le brevet ci-dessus ne semble pas être applicable industriellement, si l'on tient compte des volumes énormes de catalyseur qui sont nécessaires, et qui sont de l'ordre d'environ 100 m3 de catalyseur pour chaque m3 de réactifs. L'analyse de la technique antérieure conduit dès lors à la conclusion que les rendements en produit final peuvent encore être remarquablement améliorés en même temps que l'on peut minimiser les sous-produits indésirables obtenus et qui doivent être séparés. Les coûts en termes du catalyseur utilisé doivent également être minimisés. L'objet de la présente invention est de proposer un procédé dans lequel la réaction a lieu de manière continue, sans aucun catalyseur et avec un faible rapport entre le NH et le GBL de la charge, en permettant ainsi la production de 2-pyrrolidone à de faibles coûts, et de plus avec un gaspillage minimum en matériaux de départ et en consommables. Les objets ci-dessus ont été atteints en proposant une réaction du gamma butyrolactone avec l'ammoniac, caractérisée en ce que la synthèse est conduite dans un procédé continu, non catalytique, en phase liquide, qui est constitué de trois étapes de réactions distinctes qui sont reliées en série. Ces caractéristiques, et d'autres, ressortiront plus clairement de la description ci-dessous d'un mode de <Desc/Clms Page number 3> réalisation préféré mais non limitatif de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel est représenté un schéma du procédé de production. Selon la présente invention, la synthèse de 2pyrrolidone à partir de GBL et de NH est conduite dans les trois étapes de réaction distinctes ci-dessous : Première étape de réaction Rapport molaire entre NH et GBL = de 1, 05 à 1, 4 Rapport molaire entre H20 et GBL = de 0, 1 à 0,5 Température (à la sortie du réacteur) = de 130 à 200 C Temps de séjour = de 5 à 30 minutes Deuxième étape de réaction Température = de 200 à 250 oc Temps de séjour = de 1 à 3 heures Troisième étape de réaction Température = de 250 à 320 C Temps de séjour = de 0,5 à 2,0 heures Dans les trois réacteurs, la pression est comprise entre 40 et 120 ATE, ce qui est suffisant pour maintenir les trois réactifs en phase liquide. Dans les trois étapes de réaction, les réacteurs sont du type adiabatique, et de préférence de forme tubulaire. Des réacteurs appropriés sont également des cuves subdivisées par des cloisons de séparation qui forment des compartiments et empêchent que se produise un mélange des produits de réaction lorsque la réaction progresse. Dans le premier réacteur a lieu une synthèse exothermique par réaction de GBL et NH, avec formation d'hydroxybutyramide (HBA). Dans le réacteur suivant commence la réaction de cyclisation du HBA, avec formation de 2-pyrrolidone (2-P) et d'eau. Dans l'étape finale, la réaction de formation de la 2-P se poursuit jusqu'à son terme à une température plus élevée. La succession des trois étapes de réaction décrites dans le présent procédé permet une réduction des sous- <Desc/Clms Page number 4> produits qui sont présents dans les effluents de réaction, et en particulier d'un dimère de la 2-pyrrolidone, le npyrrolidonyl butyramide (PBA), toujours présent parmi les produits de réaction des procédés de synthèse de la 2pyrrolidone. Le schéma associé au procédé qui fait l'objet de la présente invention est représenté dans le dessin annexé (fig. 1). L'alimentation en NH (ligne 1), ensemble avec le NH/H20 recyclé se mélange avec l'alimentation en GBL (ligne 3) dans le mélangeur statique 4, dans un rapport molaire entre NH et GBL de 1,2 : 1. Le mélange active la réaction d'addition, avec formation de HBA. La réaction ci-dessus est très exothermique et, lorsqu'elle est terminée, elle amène la température de la masse à environ 160 C. La réaction d'addition se poursuit jusqu'à son terme dans le réacteur 5 en 15 minutes environ. A la sortie du réacteur, le courant de liquide (ligne 6) subit un réchauffement supplémentaire à 220 oc dans l'échangeur 7, réalisé par de l'huile chaude. Après préchauffage, le liquide (ligne 8) alimente le réacteur 9 dans lequel commence la réaction de cyclisation du HBA, avec formation d'eau. Le temps de séjour dans le réacteur 9 est d'environ 2 heures. Le réacteur est de type tubulaire ou, en variante, il est constitué d'une cuve subdivisée en compartiments par des cloisons de séparation qui visent à empêcher que les produits de réaction se re-mélangent. L'effluent du réacteur 9 (ligne 10) alimente le réchauffeur il dans lequel la température est amenée à 300 C par échange thermique avec de l'huile chaude. Après le deuxième préchauffage, le liquide (ligne 12) alimente le réacteur 13 dans lequel la conversion en 2pyrrolidone se poursuit jusqu'à son terme avec un temps de séjour d'environ 2 heures. L'effluent du réacteur 13 (ligne 14) présente la <Desc/Clms Page number 5> composition molaire typique ci-dessous : EMI5.1 <tb> <tb> 2-P <SEP> 42,1% <tb> HBA <SEP> traces <tb> NH <SEP> 9,9% <tb> Sous-produits <SEP> légers <SEP> 0,7% <tb> Sous-produits <SEP> lourds <SEP> 2,6% <tb> Eau <SEP> 44, <SEP> 7% <tb> Grâce à la soupape 15, la pression de l'effluent est maintenue à environ 10 ATE, ce qui fournit dans le séparateur 16 une phase liquide (ligne 17) et une phase vapeur (ligne 18) qui alimentent la colonne de fractionnement 19 dans laquelle se sépare une solution aqueuse d'ammoniac dans un rapport H2O : NH équimolaire. Cette solution est ensuite recyclée vers la réaction (ligne 2). Le produit du fond de la colonne 19 alimente la colonne 21 qui suit, dans laquelle (ligne 22) l'eau provenant de la réaction et constituant un soutirage intermédiaire et (ligne 23) des sous-produits organiques légers se séparent respectivement au sommet et à la base. Le produit du fond de la colonne 21 alimente (ligne 24) la colonne de fractionnement 25, dans laquelle les produits lourds se séparent de la 2-pyrrolidone purifiée, respectivement au fond (ligne 26) et au sommet (ligne 27). L'analyse par chromatographie en phase gazeuse (GC : gas chromatography) révèle que le produit 2-P a une pureté non inférieure à 99% en poids, avec une teneur en eau inférieure à 0,1% en poids.
Claims (13)
- Revendications 1. Procédé pour la production de 2-pyrrolidone par réaction de gamma butyrolactone avec l'ammoniac, caractérisé en ce que la synthèse est conduite par un procédé continu, non catalytique, en phase liquide, qui est constitué de trois étapes de réaction distinctes qui sont reliées en série.
- 2. Procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que : a) la première étape de la réaction s'opère à une température comprise entre 130 et 200 oc à la sortie du réacteur, avec un temps de séjour compris entre 5 et 30 minutes ; b) la deuxième étape de la réaction s'opère à une température comprise entre 200 et 250 C à l'entrée du réacteur, avec un temps de séjour compris entre 1, 0 et 3,0 heures. c) la troisième étape de la réaction s'opère à une température comprise entre 250 et 320 oc à l'entrée du réacteur, avec un temps de séjour compris entre 0,5 et 2,5 heures.
- 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première étape de la réaction s'opère à une température comprise entre 150 et 180 C.
- 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans la première étape de la réaction, le temps de séjour est compris entre 10 et 15 minutes.
- 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans la deuxième étape de la réaction, le temps de séjour est compris entre 1, 5 et 2,5 heures.
- 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la troisième étape de la réaction s'opère à une température comprise entre 290 et 310 C.
- 7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans la troisième étape de la réaction, le temps de séjour est compris entre 1, 5 et 2,0 heures.
- 8. Procédé selon les revendications précédentes, <Desc/Clms Page number 7> caractérisé en ce que le rapport molaire entre l'ammoniac et le gamma butyrolactone dans l'alimentation du système de réaction est compris entre 1, 05 et 1, 4.
- 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, dans l'alimentation du système de réaction, le rapport molaire ammoniac : gamma butyrolactone est compris entre 1, 1 et 1,2.
- 10. Procédé selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les réactifs sont maintenus en phase liquide en faisant travailler les trois étapes de réaction sous des pressions comprises entre 40 et 120 ATE.
- 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que les trois étapes de réaction s'opèrent à une pression comprise entre 60 et 100 ATE.
- 12. Procédé selon les revendications précédentes, dans lequel les réacteurs de chacune des étapes de réaction sont constitués de récipients caractérisés par la présence de cloisons de séparation qui ont pour objet de réaliser un écoulement des réactifs du type à piston à travers des compartiments de réaction séparés, pour empêcher que les produits se re-mélangent.
- 13. Procédé selon les revendications 1 à 11, dans lequel les réacteurs de chacune des étapes de réaction sont du type tubulaire.
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