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Procédé pour isoler et purifier l'acrylonitrile.
La présente invention se rdpporte à un procédé pour récupérer de l'acrylonitrile pur des mélanges gazeux qui, en plus de l'acrylonitrile, contiennent encore, par exemple, des produits de réaction tels que l'acide cyanhydrique l'acétaldéhyde, l'acétonitrile, le propionitrile et des nitriles à point d'ébullition élevé.
Il est connu de préparer des acides carboxyliques non saturés et leurs dérivés tels que l'acrylonitrile en déshydratant du nitrile de l'acide lactique au moyen de catalyseurs à base décide phosphorique ou bien au moyen
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d'acide phosphorique qui a été ajouté ;au nitrile de l'acide lactique et en pulvérisant ensuite le mélange à une température élevée.
Si l'on opère de cette manière, en obtient- des mélanges gazeux qui en rlus de l'acrylonitrile, de l'acétaldéhyde et de l'acide cyanhydrique qui s'est formé par;ne décomposition de nature différente, contien encore d'autres nitriles. Il se forme, par exemple, 0,6-1% en poids d'acéton ile, les pourcent:ages étant calculés sur le poids de l'acrylonitrile obtenu, environ 1,8-2en poids de propionitrile et une Quantité totale d'environ 0,4% en poids de nitrile de l'acide crotonique, de butyronitrile et d'autres nitriles à point d'ébullition élevé.
Jusqu'à présent, on a obtenu les produits réactionnels contenus dans le mélange gazeux qui vient d'être décrit, en lavant le gaz avec de l'eau, puis en débarrassant la solution aqueuse, dans une colonne de séparation, des produits de réaction qu'elle contient, Dans ce procédé, presque tous les produits réactionnels sont éliminés par distillation et s'échappent à la tête de la colonne. On purifie ensuite l'acrylonitrile brut qui s'ést formé dans trois colonnes dé distillation disposées l'une après l'autre. Dans la première colonne, on élimine par distillation azéotropique les produits secondaires à point d'ébullition plus bas tels que l'acétaldéhyde et l'acide cyanhydrique et l'eau.
On fait passer le produit qui s'est accumulé en bas de la première colonne dans une troisième colonne après élimination du nitrile de l'acide lactique dans une deuxième colonne. On retient les nitriles
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à point d'ébullition élevé autres que l'acrylonitrile, par exemple le propionitrile, le nitrile de l'acide crotonique, et le butyronitrile, dans l'alambic de la troisième colonne et on enlève l'acrylonitrile purifié en tête de la troisième colonne.
Cette méthode ne permet pas de séparer l'acé- tonitrile de l'acrylonitrile puisque le point d'ébullition de l'acétonitrile est très voisin du point d'ébullition de l'acrylonitrile, Cependant, s'il s'agit de préparer le polyacrylonitrile qui sert,par exemple, de matière de départ pour la production de fibres, il faut que l'acrylonitrile monomère soit exempt d'acétonitrile.
Or la demanderesse a trouvé un procédé qui permet de débarrasser l'acrylonitrile de l'acétonitrile, à peu de frais,
On comprendra mieux l'invention en se référent à la description qui suit et au dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif,
Le dessin annexé est un schéma de principe.
Dans le procédé de l'invention, le mélange gazeux ch:iud sortant du récipient de réaction 20, et débarrassé au préalable de l'acide phosphorique et de certaines portions d'acide cyanhydrique et d'acétaldéhyde et qui contient, outre le gaz inerte, environ 3% en volume d'acrylonitrile, 0,15 en volume d'acide cyanhydrique,
0,06% en volume d'acétaldéhyde,
0,025 - 0,04% en volume d'acétonitrile, environ 0,06% en volume dé propionitrile
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et de faibles quantités de nitriles à point d'ébullition élevé, est introduit par la conduite 21 dans la tour de lavage 2.
Ddns cette tour de lavage, on élimine les produits réactionnels sus-mentionnés en lavant le mélange gazeux par de l'eau que l'on introduit à le tête de la colonne par la conduite 3 et que l'on a refroidie préalablement au moyen des échangenrs de chaleur 4 et 5 à une température comprise entre environ +20 et +30 .
Pend,int que le gaz débarrassé des =duits réactionnels sort de la tête de la tour :le lavage 2 par la conduite 6, la solution aqueuse des produits réactionnels sort du bas de la tour de lavage 2 par conduite et s'écoule à travers l'échangeur de chaleur 4 et par la conduite 22 vers la colonne de séparation 8. Cette colonne est chauffée directement avec de la vapeur d'eau qui entre par l'installation d'admission de vapeur 9.
Par la conduite 10, on introduit de l'eau à la tête de la colonne de séparation 8. Lorsqu'il y a dans la colonne 8 une certaine quantité d'eau et une certaine distribution de température, seul ltacétonitrile est éliminé par lavate du mélange gazeux ascendant dans la colonne 8.
On dissout ensuite l'acétonitrile ninsi obtenu dans de l'eau et on l'enlève par le bas de la colonne 8, par la conduite 14. On peut soutirer les portions d'acide cyanhy- drique et d'acétaldéhyde qui sont également contenues dans la vapeur, à l'état de vapeur, conjointement avec l'acrylonitrile, les impuretés à point d'ébullition élevé, et la vapeur d'eau, de la tête de la colonne de séparation 8, par la conduite 23.
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On liquéfie le mélange de vapeur dans le condenseur 11 puis on le sépare dans le séparateur 12, qui est disposé à la suite du condenseur, en deux phases dont la phase inférieure aqueuse est envoyée par la conduite 24 à la colonne de 'séparation 8.
On fait sortir la phase supérieure par la conduite de dégagement 13 puis on la débarrasse, de manière connue, d'une part
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de If3cét:lldéhyde et dé l'acide cyanhydrique, et d'dutre part des impuretés à point d'ébullition élevé telles que le nitrile de l'acide lactique et les nitriles autres
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que 3 #, iVï:141-3..Le
On peut obtenir l'eau cui est nécessaire pour effectuer l'extraction de l'acétonitrile dans la colonne de séparation 8 et qui doit avoir un certain degré de
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pureté - si elle ntest pis iutrecent disponible - en branchant, en 25, une pertie de l'eau sortant du bas. de la colonne de sëp,r:jtion $Ip:.3r l.1 conduite lui et COJt':::1;mt de 13cétc:nitrile et en extrayant cet <céton.triße d-in,-, une colonne 15 tu mo¯;en de v,peur. On :Jmène lu Vdp-::ur à la colonne 15 p-)r lu conduite 26.
Pendant cette opération, l'acétonitrile s éc:.:p . en tête de l'j colonne 15 # r 1=) conduite 16, conjointement
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::vec la vapeur d'eau. L 'edu, ui est exempte dlmeétonitrile retourne p:# le condenseur 17 et la conduite 10, à la CO.oil.ef de séparation 8.
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Le produit de condensation qui s fa,'-;Uillule dus colonne de séparation 8 coule p.3r la conduite 14 d'ns la conduite là une partie de .tar¯â-3-nirilc c;. Es fo]:'!::\:) étant soutirée. Si l'on désire cependant obtenir une récupération complète de If3cétonitrile, on ne fait pas ?orti A
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le produit de condensation par les conduites 14 et 18, mais on l'envoie, par la conduite 25, conjointement avec la quantité d'eau qui est nécessaire à l'extraction, à la colonne 1':;-..- Si l'on opère de cette manière, on obtient la quantité totale d'acétonitrile par la conduite 16 qui est disposée à la tête de la colonne 15, et on fait sortir l'excès du produit de condensation de la colonne 15 par la conduite 19.
On peut encore brancher une partie du produit de condensation de la colonne 8 et l'envoyer par la conduite 27 à l'écbangeur de chaleur 4 d'où elle sert, après refroidissement, comme eau de lavage au procédé de lavage du mélange de départ.
Selon le procédé de l'invention qui a pour
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objet de séparer de ltcacrylonitrile pur des mélanges gazeux qui, en plus de l'acrylonitrile, contiennent encore d'autres produits réactionnels tels que l'acide cyanhydrique
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ltacétalcéhyde, 11icétonitrile,-le propiouitrile et des nitriles à point d'ébullition élevé, on lave le mélange gazeux chaud par de l'eau, puis on envoie la solution aqueuse contenant les produits réactionnels ci-dessus mentionnés dans une colonne de séparation qui est chauffée à 100 environ au moyen de vapeur d'eau introduite par l'extrémité inférieure de la colonne, à la tête de la colone on introduit de l'eau ayant une température inférieure à environ +70 de sorte que seul l'acétonitrile est
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éliminé par 13ve du mél.nme de vapeur ascendant d;
ins 1 colonne de séparation, tandis que les portions d'acide cyanhydrique et d'cétaldéhyde contenues encore dans le mélange de vapeur sont soutirées de l'extrémité supérieure
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de la colonne de séparation, conjointement avec l'acrylonitrile, les impuretés à point d'ébullition élevé, et la vapeur d'eau, on liquéfie le mélange de vapeur dans un condenseur et on sépare le produit de condensation, dans un séparateur, en deux phases dont la phase inférieure aqueuse est envoyée dans la colonne supérieure contenant de l'acrylonitrile, de manière de séparation et on débarrasse ensuite -La phase/connue, de l'acétaldéhyde, de l'acide cyanhydrique, de l'eau et des impuretés à point d'ébullition élevé.
Les expériences qui ont été faites ont montré que le procédé conforme complètement à l'invention permet de séparer l'acétonitrile de l'acrylonitrile sans nécessiter des appareils et des quantités d'énergie trop coûteux. L'opération qui s'effectue d:ins la colonne de séparation et qui a pour but d'éliminer par lavage uniquement de l'acétonitrile des produits de réaction ci-dessus mentionnés, dépend de la différence de température qu'il y a dans cette colonne, de la quantité d'eau utilisée sous forme de vapeur et d'eau, du nombre des plateaux de la colonne et de leur diamètre.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, on 'peut préchauffer la solution aqueuse de produits réactionnels qui a été introduite dons la colonne de séparation à 85 , par exemple, par échange de chaleur effectué en -faisant circuler la solution aqueuse à contre- courant par rapport à au moins une partie du liquide .aqueux sortant-dû bas de la colonne, puis on utilise ce liquide, qui@a été refroidi, comme eau de lavage pour le mélange gazeux dedépart, le cas échéant, après l'avoir refroidi
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à une température comprise entre +20 et +30 ,
On peut également éliminer au moins une partie du liquide sortant du bas de la colonne de séparation et/ou l'introduire à la tête d'une colonne dans laquelle l'acétonitrile est extrait au moyen de vapeur d'eau et on refroidit le liquide sortant du bas de cette colonne et exempt d'acétonitrile à +70 environ et on l'introduit de nouveau à la tête de la colonne de séparation.
La colonne de séparation 8 utilisée dans le procédé de l'invention peut avantageusement comporter une partie renforcée, prolongée au-dessus de l'entrée du mélange réactionnel aqueux et, de plus, les plateaux disposés dans la pirtie renforcée peuvent être plus nombreux et avoir un plus grand diamètre que les plateaux se trouvant dans les colonnes de séparation ordi- naires de ce genre. Grâce à ces modifications, la colonne convient particulièrement bien pour l'extraction de 1'acétonitrile.
Les exemples suivtnts illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée.
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EXEMPLE 1.
On fait passer par heure 1,4 m3 de gaz plus ou moins chauds, sortant d'un récipient de réaction 20, qui sert à l'obtention de l'acrylonitrile à partir de nitrile de l'acide lactique., et contenant, en plus dtune partie principale de gaz inertes,
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3 % en volume dacrylonitrile, 0,04% en volume d'acétonitrile, 0,07% en volume de propionitrile,
0,2% en volume d'acide cyanhydrique, 0,1% en volume d'acétaldéhyde, et 0,04% en volume de nitriles à point d'ébulli- tion.élevé, par la conduite d'amenée 21, dans une tour de lavage 2.
On introduit 5 litres d'eau par heure par la conduire 3 à la tête de la tour de lavage 2, ]Les gaz inertes sortent en tête de la tour de lavage 2 par la conduite 6 et on enlève la solution aqueuse à 2% environ de produits réactionnels ci-dessus mentionnés, par la conduite 7, on la chauffe dans l'échangeur de chaleur 4 à +85 environ, et on l'introduit dans la colonne de séparation 8. Cette colonne qui a une hauteur de 2 mètres compurte 20 plateaux en cloche. La conduite 22 pénètre dans cette colonne au niveau du cin- quième plateau à partir du bas. On introduit par heure 0,8 litre d'eau à une température d'environ +70 , par la conduite 10, à la tête de la colonne de séparation.
On chauffe l'alambic de la colonne de séparation 8 au moyen de vapeur d'eau à +100 introduite en 9 de sorte que l'alambic soit débarrassé de l'acrylonitrile, de l'acide cyanhydrique, de l'acétaldéhyde, du propionitrile et des nitriles à point d'ébullition élevé. Ainsi la température régnant dans le @
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cinquième plateau, c'est-à-dire dans la région de la colonne de séparation 8 où débouche la conduite 22 est de +96 .
A la tête de cette colonne de séparation 8, un mélange azéotropique formé d'eau et d'acrylonitrile exempt d'acétonitril: et contenant de l'acide cyanhydrique et de l'acétaldéhyde, est éliminé par distillation, à une température d'environ +70 , conjointement avec du propionitrile et des nitriles à point d'ébullition élevé.
On liquéfie ce mélange dans le condenseur IL! et on sépare le produit de condensation en deux phases dans le séparateur
12. On reconduit la phase inférieure aqueuse dans la colonne de séparation 8 et on fait sortir l'acrylonitrilc contenant de l'eau, par la conduite d'évecuation ou le trop-plein 13, pour le soumettre ensuite à une déshy- dratation et une distillation usuelles et pour le débar rasser ainsi des nitriles à point d'6bullition élevé.
On recycle environ 0,8 litre d'eau de l'eau qui sort du bas de la colonne de séparation 8, par la .conduite 14, et qui contient de l'acétonitrile, et on introduit cette portion d'eau dans la colonne 15 où on entraîne l'acétonitrile au moyen de vapeur d'eau.
On recycle l'eau., après l'avoir refroidie, par la conduite 10, à la colonne de séparation 8. On fait passer 5 litres d'eau prélevés sur l'eau qui sort de l'alambic de la colonne de séparation 8; par les conduites 14 et 27, à travers les échangeurs de chaleur 4 et 5 et, après refroidissement à +20 environ., on les ré-introduit par la conduite 3 à la tête de la tour de lavage 2., On soutire le reste de l'eau qui sort du bas de la colonne de séparation 8 par la conduite 14 parla conduite 18,
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De cette manière, on obtient par heure 98
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grammes d'acrylonitrile exempt d'acétonitrile.
EXEMPLE 2.
@ on introduit, par heure, 500 m3 d'un mélange de gaz inertes contenant:
3% en volume d'acrylonitrile, 0,15% en volume d'acide cyanhydrique,
0,06% en volume d'acétaldéhyde,
0,03% en volume d'acétonitrile., C,06% en volume de propionitrile, et 0,02% en volume de nitriles à point d'ébullition élevé dans l'appareil illustré sur le dessin annexé, et on traite ce mélange de la manière décrite à l'exemple 1. Dans cette opération, 2000 Aitres d'eau de lavage sont introduits par heure, par la conduite 3, à la tête de la tour de lavage 2 La quantité d'eau introduite par heure par la conduite 10 à la tête de la colonne 8 se monte à 500 litres.
Dans ce cas la colonne de séparation 8 a une hauteur de 12 mètres et elle est garnie de matière de rem- plissage. La conduite 22 débouche dans la colonne de sépa- ration 8 à une hauteur de 3,70 m.
On obtient, par heure, 35,5 kilogrammes,d'acry- lonitrile exempt d'acétonitrile.
EXEMPLE 3.
Pour supprimer la perte de nitrile précieux de l'acide lactique qui est éventuellement présent ou qui s'est formé à partir d'acide cyanhydrique et d'acétald hyde, le chauffage des colonnes 8 et 15 par de la vapeur d'eau peut être effectué indirectement par un échangeur de
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chaleur. Dans ce cas, il ne se produit pas d'eau de con- densation. Il faut cependant que la quantité d'eau éliminée par distillation de la deuxième colonne 15 soit remplacée par de l'eau fraîche avant que le mélange passe dans l'échangeur de chaleur 17.
On conduit l'expérience de la manière suivante :
On introduit par heure 500 m3 d'un ne lange de gaz inertes contenant 3% en volume d'acrylonitrile, 0,15% en volume d'acide cyanhydrique, 0,06% en volume: d'acétaldéhyde,
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0,03% en volume d'acétonitrll-3 0,06% en volume de propionitrile, et en 0,02% en volume de nitriles à point d ébullition élevé par la conduite 21 dans .t'appareil illustré sur le dessin annexé. Par la conduite 3, on introduit 2000 litres d'eau à la tête de la tour de lavage 2.
Les gaz inertes sortent de la tête de la tour de lavage 2 par la conduite 6, et la solution aqueuse à 2% environ de produits réactionnels ci-dessus mentionnés sort du bas de la tour de lavage 2 par la conduite 7. On chauffe la solution dans l'échangeur de chaleur 4 à +83 environ et on la con- .duit à la colonne de séparation 8 qui a une hauteur de 12 mètres et qui est replie de charges.
La conduite
22 débouche dans cette colonne 8 à une hauteur de 3,70 mètres, Par la conduite 10, on introduit, par heure, à la tête de la colonne, 500 litres d'eau à une température - d'environ +70 On chauffe l'alambic de la colonne de séparation 8 indirectement par un échangeur de chaleur à
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+100 , avec de la vapeur d'eau, de façon que l'alambic soit débarrassé de l'acrylonitrile, du propionitrile et des nitriles à point d'ébullition élevé et qu'il soit également débarrassé autant que possible de l'acide cyanhydrique et de l'acétaldéhyde ou du nitrile de l'acide lactique.
Ainsi, la température régnant au niveau de la colonne de séparation 8 où la vapeur est introduite, c'est-à-dire dans la région ou débouche la conduite 22, est de + 96 à +97 .
A la tête de cette colonne de séparation 8, un mélange formé d'eau et d'acrylonitrile exempt d'acéto- nitrile, et contenant de l'acide cyanhydrique et de l'acétaldéhyde, est éliminé par distillation azéotropi- que, à une température de +70 environ, conjointement avec du propionitrile et des nitriles à point d'ébullition élevé. On liquéfie ce mélange dans le condenseur 11, et on le sépare en deux phases dans la séparateur l2.Or recycle la phase inférieure aqueuse vers la colonne de séparation 8 et on introduit l'acrylonitrile contenant de l'eau par la conduite de dégagement ou par le trop-plein 13 dans une unité de déshydratation et de distillation usuelle afin de séparer les nitriles à point d'ébullition élevé.
On recycle environ 500 litres de l'eau qui sort du bas de la colonne de séparatior. 8 par la conduite 14 et qui contient de l'acétonitrile, et on introduit cette quantité d'eau dans la colonne 15 qui est chauffée indirectement par un échangeur de chaleur. On prélève l'acétonitrile, ensemble avec 30 litres d'eau, en tête de la colonne., et on recycle la majeure partie
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d'eau, après l'avoir refroidie par l'échangeur de chaleur 17, et après avoir ajouté 30 litres d'eau fraiche, par la conduite 10, à la colonne de séparation 8.
Il est également possible de chauffer la colonne 15 directement avec de la vapeur d'eau. Alors, il n'est.-'pas nécessaire d'ajouter de l'eau fraiche, puisque la quantité d'eau de condensation qui s'est formée à partir de la vapeur d'eau ajoutée est à peu près égale à la quantité d'eau éliminée par distillation.
On fait passer les autres 2000 litres d'eau qui s'écoulent de l'alambic de la colonne de séparation 8 par les conduites 14 et 27, à travers les échangeurs de chaleur 4 et 5, et, après refroidissement à 20 environ., on les reconduit par la conduite 3 à la tour de lavage 2.
Si l'on opère de cette manière, on ne fait pas sortir d'eau par la conduite 18 conne montré sur le schéma de principe annexé. Par conséquent, on nesoutire pas de nitrile de l'acide lactique qui est éventuellement présent et qui se forme à partir d'acide cyanhydrique et d'acétaldéhyde, conjointement avec de l'eau de condensa- tion qui, autrement, serait en excès, mais on le recycle dans le procédé.
En opérant de la manière décrite dans cet exemple on obtient, par heure, 35,8 kilogrammes d'acry- lonitrile exempt d'acétonitrile.