<Desc/Clms Page number 1>
"Procédé de séparation et de purification d'alcanols"
La présente invention concerne un procédé de séparation et de récupération d'alcanols à partir d'un mélange complexe d'alcools et d'eau. Dans un de ses aspects, l'invention concerne le traitement de mélanges d'alcools obtenus par oxydation et hydrolyse d'aluminium-alkyles complexes.
Dans un mode de préparation dalcools, on oxyde des aluminium-trialkyles complexés puis on hydrolyse pour obtenir un mélange complexe d'alcanols. Oh effectue fréquemment la réaction d'hydrolyse en utilisant un acide comme l'acide sulfurique. Afin
<Desc/Clms Page number 2>
d'éliminer tout excès éventuel d'acide, il est usuel @ de neutraliser le produit' de l'hydrolyse au moyen d'une matière basique puis d'effectuer un lavage à l'eau pour, éliminer les sels formés durant la neu- @ tralisation, et éliminer également toutes les matiè- res acides ou basiques n'ayant éventuellement pas réagi.
Il est intéressant de fournir comme produits commerciaux des alcools individuels et, des fractions alcooliques à gamme étroite de points d'ébullition, qui soient pratiquement exempts d'eau.
Les buts de l'invention sont donc : @ de fournir un procédé perfectionné de séparation et de purification de mélanges complexes d'alcanols et d'eau.
- de fournir un procédé perfectionné de résolution de mélanges alcooliques obtenus par oxy- dation et hydrolyse d'aluminium-alkyles complexes.
- de fournir un procédé perfectionné de séchage de mélanges complexes d'alcanols et de sé- paration,à partir de ces mélanges, d'alcanols à bas point d'ébullition.
Ces buts, et d'autres encore, deviendront plus aisément apparents à la lecture de la descrip- tion et de l'examen détaillés qui suivent.
On atteint en gros les buts précités, en soumettant un mélange complexe d'alcanols contenant de l'eau en dissolution à une première distillation au cours de laquelle on effectue une séparation pour obtenir une fraction d'alcanols riche en alcanols
<Desc/Clms Page number 3>
lourds et une fraction comprenant de l'eau et des alcanols légers ; on résout cette dernière fraction en deux phases une phase riche en eau et une phase riche en alcanols ;on fractionne davantage la phase riche en alcanols pour obtenir un azéotrope eau- éthanol et un mélange d'alcools que l'on recycle vers le premier stade de distillation. On soumet encore la fraction riche en alcanols lourds, obtenue dans le premier stade de distillation, à un fractionnement pour obtenir des alcanols individuels ou des fractions alcanoliques, selon les désirs.
Alors que le procédé de la présente invention trouve de façon générale uns utilisation pour la purification et la récupération d'alcanols à partir de leurs mélanges complexes, ce procédé trouve une application particulière au traitement d'alcools obtenus par l'hydrolyse de mélanges complexes d'alcoolates d'aluminium, et en particulier dans le cas d'alcools fabriqués par oxydation et hydrolyse subséquente d'aluminium-alkyles complexes, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 892 858 du 30 Juin 1959. En bref, dans ce procédé, on développe (fait réagir), de façon continue un aluminiumalkyle simple, comme l'aluminium-triéthyle, avec une oléfine comme l'éthylène, ce qui détermine la formation d'aluminium-alkyles complexes. On oxyde ensuite ces aluminium-alkyles complexes au moyen d'oxygène (air) pour former des alcoolates d'aluminium.
L'hydrolyse de ces alcoolates avec une matière
<Desc/Clms Page number 4>
telle que l'acide sulfurique, puis la neutralisation et le lavage à l'eau fournissent un mélange d'alcools dont la composition suit la règle de distribution de Poisson, ces alcools se situant entre l'éthanol et des alcools contenant environ 24 atomes de carbone.
Des mélanges complexes d'alcanols tels que ceux obtenus dans le procédé décrit ci-dessus peuvent être résolus selon le procédé de la présente invention. La meilleure façon de décrire ce procédé consiste à se référer au dessin annexé qui est une représentation schématique d'un appareillage pour la mise en oeuvre du procédé, comprenant des tours de lavage à l'eau et de fractionnement, l'ensemble étant particulièrement adapté à la mise en oeuvre de l'invention. En se référant au dessin, on voit qu'un mélange complexe d'alcanols, obtenu par le procédé du brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 892 858 précité, est introduit par un conduit 2 dans une tour 4 de lavage à l'eau. Dans cette tour, les alcools subissent un contact à contre-courant avec de l'eau chaude, introduite dans la tour vers le condenseur 6.
Dans l'opération de lavage, on élimine des alcools les sels formés durant la neutralisation des produits d'hydrolyse, car ces sels se dissolvent dans l'eau de lavage. En outre, l'eau de lavage élimine efficacement toutes les matières acides ou basiques n'ayant éventuellement pas réagi.
On assure par n'importe quel moyen classique le
<Desc/Clms Page number 5>
contact efficace entre les alcools et l'eau;par exemple, dans le dessin annexé, on a recours à un agitateur à pales multiples entraîné par un moteur.
L'eau de lavage est soutirée de la tour 4 par l'intermédiaire d'un condenseur 8, et la fraction alcoolique contenant de l'eau en dissolution sort par l'intermédiaire d'un condenseur 10 ; cette fraction est chauffée dans un échangeur 12, et introduite dans une tour 14 de déshydratation. Cette dernière tour peut être constituée par n'importe quel récipient classique de distillation, par exemple une tour ou colonne contenant des plateaux à calottes de barbottage, des chicanes, du garnissage, des plateaux perforés, etc. Dans la tour de déshydratation s'effectue une séparation entre les alcools et l'eau, l'eau étant prélevée en tête par l'intermédiaire d'un condenseur 16. L'eau effluente est accompagnée de quantités importantes d'alcanols à bas point d'ébullition,contenant de 2 à 8 atomes de carbone environ.
On fait passer ce mélange à travers un condenseur 18 et de là dans un séparateur 20 où on laisse la matière condensée se séparer en deux phases, une phase supérieure 22 qui est riche en alcools et une phase inférieure 24 constituée de façon prédominante par de l'eau. De préférence, on renvoie la phase inférieure, qui contient quelques alcools, vers la tour 4 de lavage à l'eau pour servir de nouveau à l'opération du lavage.
On retire la phase alcoolique 22 du séparateur 20 par l'intermédiaire d'un condenseur 42 ;
<Desc/Clms Page number 6>
on fait passer cette phase par un dispositif de chauffage 44, et on l'introduit dans une tour 46 à azéotrope. Dans cette dernière tour, qui peut également être constituée par toute tour classique de fractionnement, on résout le mélange alcoolique pour obtenir un azéotrope eau-éthanol, que l'on retire en tête de la tour par l'intermédiaire d'un condenseur 48, et un mélange d'alcools que l'on soutire du bas de la tour à azéotrope et qu'on renvoie à la tour de déshydratation sous forme de reflux traversant un condenseur 50.
On fait passer les queues de la tour de déshydratation 14, qui sont pratiquement exemptes d'eau et d'éthanol et qui sont concentrées en alcools lourds, à travers un condenseur 28 vers une tour 30 à butanol. Ici s'effectue de nouveau un fractionnement pour fournir un produit de tête comprenant essentiellement du butanol, qui est retiré de la tour par l'intermédiaire d'un condenseur 32 et condensé dans un échangeur 34. On subdivise le butanol condensé, une portion retournant à la tour à butanol sous forme de recyclage, et le reste étant prélevé comme produit, par l'intermédiaire d'un condenseur 38. Si on le désire, et selon l'importance quantitative du débit de butanol, on peut renvoyer une portion de ce butanol vers la charge d'alimentation de la tour de déshydratation, par l'intermédiaire d'un condenseur 40.
Les queues de la tour à butanol, comprenant des alcools essentiellement secs contenant 6 atomes
<Desc/Clms Page number 7>
de carbone et davantage, peuvent être soumises à une autre distillation, selon les désirs, pour fournir comme produits d'autres alcools séparés ou diverses fractions alcooliques.
Les exemples non limitatifs suivants sont préprésentés dans le but d'illustrer encore mieux l'invention.
EXEMPLE 1
On fait réagir de l'aluminium-triéthyle avec de l'éthylène pour fournir un produit de croissance que l'on oxyde avec de l'air, qu'on hydrolyse ensuite au moyen d'acide sulfurique, puis qu'on neutralise et lave à l'eau. Le mélange d'alcools ainsi obtenu, contenant de l'eau en dissolution et dont la composition est présentée au tableau I ci-dessous, est soumis au traitement selon le mode de réalisation de l'invention constitué par le dessin annexé, dans les conditions indiquées au tableau II
TABLEAU I
EMI7.1
<tb>
<tb> Constituant <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb> C2H50H <SEP> 0,16
<tb> C4H90H <SEP> 2,30
<tb> C8H13OH <SEP> 8,60
<tb> C8H17OH <SEP> 15,10
<tb> C10H21OH(+) <SEP> 69,20
<tb> H20 <SEP> 4,60
<tb> 99,96
<tb>
<Desc/Clms Page number 8>
TABLEAU II
EMI8.1
<tb>
<tb> Débit <SEP> d'alimentation <SEP> (10)
<SEP> 115 <SEP> g/minute
<tb> Température <SEP> d'alimentation <SEP> (10) <SEP> 115,5 C
<tb> Tour <SEP> de <SEP> déshydratation
<tb> Température <SEP> au <SEP> sommet <SEP> 200 C
<tb> Température <SEP> à <SEP> la <SEP> base <SEP> 94 c
<tb> Température <SEP> du <SEP> reflux <SEP> 89 C
<tb> Pression <SEP> atmosphérique
<tb> Taux <SEP> de <SEP> reflux <SEP> 0,4/1,0
<tb> Rapport <SEP> butanol/éthanol <SEP> d'alimentation <SEP> 14,5/1,0
<tb> Rapport <SEP> butanol/éthanol <SEP> dans <SEP> le <SEP> produit <SEP> 170/1,0
<tb> Eau <SEP> dans <SEP> le <SEP> produit <SEP> 48,5 <SEP> parties
<tb> par <SEP> million.
<tb>
On note que le procédé de. l'invention réduit la teneur en eau de l'alcool, cette teneur passant de 4,6 % en poids à 48,5 parties d'eau par million de parties de produit. En outre, le procédé permet d'augmenter le rapport butanol/éthanol, qui passe de 14,5 : 1 à 170 : 1.
EXEMPLE 2
On soumet une autre portion du mélange humide, d'alcools de l'exemple 1 au traitement selon le mode de réalisation représenté par le dessin annexé, en utilisant une température d'alimentation de 118 C, des températures de la tour de déshydratation égales à 94,5 C et 143 C, et en opérant sous la pression atmosphérique. Dans cette séparation, on abaisse la teneur en eau à 75 parties d'eau par million ; et l'on augmente le rapport butanol/éthanol
<Desc/Clms Page number 9>
qui passe de 145 : 1 à 157:1. Dans cet exemple, la tour de déshydratation, fonctionne également avec un taux de reflux de 0,4 1.
Dans les exemples précédents, on a mis en oeuvre les envers stades de la séparation à dss valeurs déterminées de la température et de la pression. Il entre cependant dans le cadre de l'invention de faire appel à toutes les conditions opératoires adéquates, en utilisant des températures variées et des valeurs appropriées pour les pressions, les taux de reflux, etc afin de mettre efficacement l'invention en oeuvre. Les conditions particulières utilisées pour la résolution d'un mélange d'alcools donné quelconque sont bien entendu facilement déterminables par les experts et gens de l'art.
Dans les séparations envisagées dans le cadre de l'invention, l'un des mélanges est un azéotrope éthanol-eau qui présente habituellement une composition d'environ 90 moles d'éthanol pour cent moles.
Il est bien entendu possible de traiter encors cet azéotrope pour séparer et récupérer l'éthanol, par exemple en faisant subir à l'azéotrope une opération de séchage chimique approprié.
Il est bien entendu que les exemples particuliers indiqués ne servent qu'à illustrer et non à limiter l'invention, laquelle est susceptible de recevoir diverses modifications entrant dans son cadre et dans son esprit.