DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne les disulfures, et en particulier le diméthyldisulfure (DMDS) , et son procédé de préparation à partir de matières premières renouvelables. L'invention concerne également l'utilisation d'un tel DMDS pour la préparation d'acide méthane sulfonique.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE

Le diméthyldisulfure de formule H3C-S-S-CH3, ci-après dénommé DMDS, pouvant aussi être appelé disulfure de diméthyle ou encore méthyl dithiométhane, est employé dans un grand nombre d'applications. Le DMDS est notamment utilisé comme agent de sulfuration ou de pré-sulfuration dans les raffineries afin d' activer les catalyseurs d' hydrotraitement . Le DMDS est aussi utilisé dans l'industrie des produits pétrochimiques pour protéger les circuits de vapocraquage de la formation de coke et de monoxyde de carbone. Il peut être également utilisé comme intermédiaire de synthèse en chimie fine ou en métallurgie pour ses propriétés anti-corrosion. Il peut en outre être utilisé comme pesticide, et comme agent de fumigation pour l'agriculture.

Le diméthyldisulfure (DMDS) est un produit largement disponible, il est notamment commercialisé par la société ARKEMA .

Le DMDS est synthétisé à partir des composés hydrocarbonés classiques, à savoir issus de l'industrie du pétrole. Si le DMDS n'est pas dangereux pour la couche d'ozone, le bilan écologique de sa production n'est pas parfait, notamment le bilan CO2, et les procédés actuels de fabrication de DMDS contribuent encore au réchauffement climatique.

L'invention a donc pour objet de réduire le réchauffement de la planète lors de la fabrication de DMDS, en réduisant les émissions de gaz à effet de serre liées à leur fabrication.

L'invention a donc pour objet d'améliorer l'empreinte carbone (émissions de gaz à effet de serre cumulées liées aux productions de matières premières et au procédé de production) des polysulfures .

RESUME DE L'INVENTION

L'invention a pour objet un diméthyldisulfure de formule CH ₃ -S-S-CH ₃ dont la teneur en bio-carbone est d'au moins 1%.

Selon un mode de réalisation, la teneur en bio-carbone est supérieure à 5%, de préférence supérieure à 10%, de préférence supérieure à 25%, de préférence supérieure à 50%, de préférence supérieure à 75%, de préférence supérieure à 90%, de préférence supérieure à 95%, de préférence supérieure à 98%, de préférence supérieure à 99%, avantageusement sensiblement égale à 100%.

L'invention a encore pour objet un procédé de préparation du diméthyldisulfure selon l'invention, comprenant l'étape de fourniture d'une ou plusieurs chaînes carbonées comprenant un ou plusieurs atomes de carbone ayant une teneur en biocarbone d'au moins 1%, et la transformation par synthèse en DMDS. Selon un mode de réalisation, l'étape de fourniture comprend une étape de production de méthanol.

Selon un mode de réalisation, l'étape de production de méthanol se fait par fermentation de biomasse.

Selon un mode de réalisation, l'étape de production de méthanol comprend les sous-étapes suivantes: (i) production de méthane à partir de biomasse, (ii) réformage à la vapeur de celui-ci en un gaz de synthèse ou production de gaz de synthèse par gazéification directe de biomasse et (iii) production de méthanol à partir de ce gaz de synthèse. Selon un mode de réalisation, l'étape de production de méthanol comprend les sous-étapes suivantes: (i) production de méthane à partir de biomasse, (ii) oxydation directe du méthane en méthanol. Selon un mode de réalisation, la synthèse comprend au moins une étape de transformation de méthanol en méthylmercaptan par réaction du méthanol avec du sulfure d'hydrogène et une étape de transformation du méthylmercaptan en diméthyldisulfure par oxydation du méthylmercaptan par du soufre.

Selon un mode de réalisation alternatif la synthèse de méthylmercaptan peut aussi être effectuée à partir de gaz de synthèse issu de biomasse par réaction directe du gaz de synthèse avec l'hydrogène sulfuré selon un procédé catalytique sans passer par le méthanol. La réaction globale s'écrit dans ce cas de la façon suivante : CO + 2H ₂ + H ₂ S -> CH ₃ SH +H ₂ O

Avantageusement, dans ce procédé, ladite étape de fourniture comprend au moins une étape de production de méthylmercaptan .

Avantageusement, l'étape de production de méthylmercaptan comprend les sous-étapes suivantes: (i) production de méthane à partir de biomasse, (ii) réformage à la vapeur de celui-ci en un gaz de synthèse et (iii) production directe de méthylmercaptan à partir de ce gaz de synthèse, par réaction dudit gaz de synthèse avec de l'hydrogène sulfuré.

Avantageusement, dans ce procédé, ladite étape de synthèse comprend au moins une étape de transformation de méthylmercaptan en diméthyldisulfure par oxydation du méthylmercaptan par du soufre.

La présente invention a aussi pour objet une composition à base de diméthyldisulfure conforme à celui défini précédemment, contenant en poids au moins 95% de diméthyldisulfure, moins de 500 ppm de méthylmercaptan, moins de 100 ppm de diméthylsulfure et de 0 à 1% d'au moins un agent masquant d'odeur choisi parmi la vanilline, 1 ' éthylvanilline et les esters. La présente invention a également pour objet l'utilisation de diméthyldisulfure conforme à celui de défini précédemment pour la préparation d' acide méthane sulfonique. Aussi, la présente invention a pour objet de l'acide méthane sulfonique synthétisé à partir de diméthyldisulfure conforme à celui défini précédemment, et dans lequel la teneur en bio-carbone est d'au moins 1%.

La présente invention a encore pour objet un procédé tel que défini précédemment comprenant en outre une étape de synthèse d'acide méthanesulfonique, dans laquelle le diméthyldisulfure conforme à celui défini précédemment est oxydé en présence de chlore et hydrolyse en présence d'eau.

La présente invention a encore pour objet un procédé tel que défini précédemment comprenant en outre une étape de synthèse d'acide méthanesulfonique, dans laquelle une solution alcoolique de diméthyldisulfure conforme à celui défini précédemment est soumise à une irradiation, en présence d'oxygène, par des rayonnements lumineux de longueur d'onde comprise entre 200 et 320 nm.

La présente invention a également pour objet l'utilisation de diméthyldisulfure conforme à celui défini précédemment, comme agent de sulfuration, comme agent anticokage, comme intermédiaire de synthèse, comme agent anticorrosion, comme agent pesticide, comme agent de fumigation .

DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION

L'invention utilise les produits d'origine naturelle comme produits de départ. Le carbone d'un biomatériau provient de la photosynthèse des plantes et donc du CO2 atmosphérique. La dégradation (par dégradation, on entendra aussi la combustion/incinération en fin de vie) de ces matériaux en CO2 ne contribue donc pas au réchauffement puisqu'il n'y a pas d'augmentation du carbone émis dans l'atmosphère. Le bilan CO2 des biomatériaux est donc nettement meilleur et contribue à réduire l'empreinte carbone des produits obtenus (seule l'énergie pour la fabrication est à prendre en compte) . Au contraire, un matériau d'origine fossile se dégradant aussi en CO2 va contribuer à l'augmentation du taux de CO2 et donc au réchauffement climatique. Les composés selon 1 ' invention auront donc une empreinte carbone qui sera meilleure que celle de composés obtenus à partir d'une source fossile.

L'invention améliore donc aussi le bilan écologique lors de la fabrication du DMDS.

Le terme de "bio-carbone" indique que le carbone est d'origine naturelle et provient d'un biomatériau, comme indiqué ci-après. La teneur en biocarbone et la teneur en biomatériau sont des expressions désignant la même valeur. Un matériau d'origine renouvelable, appelé aussi biomatériau, est un matériau organique dans lequel le carbone provient de CO2 fixé récemment (à l'échelle humaine) par photosynthèse à partir de l'atmosphère. Sur terre, ce CO2 est capté ou fixé par les plantes. En mer, le CO2 est capté ou fixé par des bactéries ou du plancton procédant à une photosynthèse. Un biomatériau (100% de carbone origine naturelle) présente un ratio isotopique ¹⁴ C/ ¹² C supérieur à 10 ^~12 , typiquement de l'ordre de 1,2 x 10 ^{" 12} , tandis qu'un matériau fossile a un ratio nul. En effet, l'isotope ¹⁴ C se forme dans l'atmosphère et est ensuite intégré par photosynthèse, selon une échelle de temps de quelques dizaines d'années au plus. La demi-vie du ¹⁴ C est de 5730 ans. Donc les matériaux issus de la photosynthèse, à savoir les végétaux de manière générale, ont nécessairement une teneur maximale en isotope ¹⁴ C.

La détermination de la teneur en biomatériau ou teneur en biocarbone est déterminée en application des normes ASTM D 6866 (ASTM D 6866-06) et ASTM D 7026 (ASTM D 7026-04) . La norme ASTM D 6866 a pour objet "Determining the Biobased Content of Natural Range Materials Using Radiocarbon and Isotope Ratio Mass Spectrometry Analysis" , tandis que la norme ASTM D 7026 a pour objet "Sampling and Reporting of Results for Détermination of Biobased Content of Materials via Carbon Isotope Analysis" . La seconde norme renvoie dans son premier paragraphe à la première.

La première norme décrit un test de mesure du ratio ¹⁴ CV ¹² C d'un échantillon et le compare avec le ratio ¹⁴ C/ ¹² C d'un échantillon référence d'origine 100% renouvelable, pour donner un pourcentage relatif de C d'origine renouvelable dans l'échantillon. La norme est basée sur les mêmes concepts que la datation au ¹⁴ C, mais sans faire application des équations de datation. Le ratio ainsi calculé est désigné comme le "pMC"

(percent Modem (Carbon) . Si le matériau à analyser est un mélange de biomatériau et de matériau fossile (sans isotope radioactif) , alors la valeur de pMC obtenu est directement corrélée à la quantité de biomatériau présent dans l'échantillon. La valeur de référence utilisée pour la datation au ¹⁴ C est une valeur datant des années 1950. Cette année a été choisie en raison de l'existence d'essais nucléaires dans l'atmosphère qui ont introduit des grandes quantités d'isotopes dans l'atmosphère après cette date. La référence 1950 correspond à une valeur pMC de 100. Compte tenu des essais thermonucléaires, la valeur actuelle à retenir est d'environ 107.5 (ce qui correspond à un facteur de correction de 0.93) . La signature en carbone radioactif d'un végétal actuel est donc de 107.5. Une signature de 54 pMC et de 99 pMC correspondent donc à une quantité de biomatériau dans l'échantillon de 50% et de 93%, respectivement .

La norme ASTM D 6866 propose trois techniques de mesure de la teneur en isotope ¹⁴ C: - LSC (Liquid Scintillation Counting) spectrométrie à scintillation liquide. Cette technique consiste à compter des particules "Bêta" issues de la désintégration du ¹⁴ C. On mesure le rayonnement Bêta issu d'un échantillon de masse connue (nombre d'atomes C connu) pendant un certain temps. Cette "radioactivité" est proportionnelle au nombre d'atomes de ¹⁴ C, que l'on peut ainsi déterminer. Le ¹⁴ C présent dans l'échantillon émet des rayonnements β, qui au contact du liquide scintillant (scintillateur) donnent naissance à des photons. Ces photons ont des énergies différentes (comprises entre 0 et 156 keV) et forment ce que l'on appelle un spectre de ¹⁴ C. Selon deux variantes de cette méthode, l'analyse porte soit sur le CO2 préalablement produit par l'échantillon carboné dans une solution absorbante appropriée, soit sur le benzène après conversion préalable de l'échantillon carboné en benzène. La norme ASTM D 6866 donne donc deux méthodes A et C, basées sur cette méthode LSC. - AMS/IRMS (Accelerated Mass Spectrometry couplé avec Isotope Radio Mass Spectrometry) . Cette technique se base sur la spectrométrie de masse. L'échantillon est réduit en graphite ou en CO2 gazeux, analysé dans un spectromètre de masse. Cette technique utilise un accélérateur et un spectromètre de masse pour séparer les ions ¹⁴ C des ¹² C et donc déterminer le rapport des deux isotopes .

Les composés selon 1 ' invention proviennent au moins en partie de biomatériau et présentent donc une teneur en biomatériau d'au moins 1%. Cette teneur est avantageusement plus élevée, notamment jusqu'à 100%. Les composés selon l'invention peuvent donc comprendre 100% de bio-carbone ou au contraire résulter d'un mélange avec une origine fossile . Les composés selon l'invention sont, comme indiqué supra, des dimethyldisulfures issus au moins partiellement de matières premières d'origine renouvelable.

Pour produire du DMDS à base de biocarbone, on produit dans un premier temps un composé carboné non sulfuré : du méthanol. Dans un second temps, ce composé non sulfuré est soumis à des réactions de sulfuration pour former un méthylmercaptan . Dans un troisième temps, le méthylmercaptan issu de ce méthanol est oxydé par du soufre pour conduire au DMDS selon l'invention. Production de méthanol

A titre d'exemple de réactions susceptibles de produire des composés non soufrés à base de biocarbone, on peut citer les réactions suivantes.

La production de méthane à partir de la biomasse est connue. Le méthane du biogas résulte de la méthanisation ou digestion anaérobie de déchets fermentescibles . Les sources courantes sont les décharges, la collecte sélective des déchets putrescibles (éventuellement par l'usage de digesteurs) , les boues de station d'épuration, les effluents d'élevage, les effluents des industries alimentaires, ou à partir d'un lac (par exemple le lac Kivu) , etc. Le biogas contient une proportion majoritaire de méthane.

Biomasse (fermentation) >CH ₄

C = «Carbone renouvelable»

Ce méthane subit ensuite une réaction de réformage à la vapeur ou SMR (Steam Méthane Reforming) . A l'issue de cette réaction on obtient un mélange de CO et d'hydrogène selon un ratio variable (typiquement environ 2), aussi appelé gaz de synthèse ou syngas.

« Carbone renouvelable » + H2O > CO + XH2

(x dépendant du ratio C/H de la matière première)

Ainsi dans le cas du méthane :

CH ₄ + H2O > CO + 3H ₂

Ce syngas est utilisé par exemple pour la production d'hydrocarbures par la réaction de Fischer-Tropsch, hydrocarbures qui peuvent ensuite être transformés en des produits divers notamment oléfines par des réactions de valorisation classiques, dites upgrading en anglais. Ce syngas peut aussi, en fonction du ratio H ₂ :CO, et/ou en fonction des catalyseurs utilisés, être transformé en méthanol ou en alcools supérieurs. Ainsi dans le cas de la transformation en méthanol :

CO + 2H ₂ > CH ₃ OH

Sur la transformation du syngas en méthanol ou en alcool supérieur, on peut se référer à "Procédés de pétrochimie, IFP, ENSPM", 1985, 2 ^e édition, pp 90-104 et à "Fundamentals of Industrial Catalytic Processes", Wiley, 2 ^e édition, 6.4.8.

Il est aussi possible de procéder à une oxydation directe (contrôlée) du méthane directement en méthanol. La biomasse de départ peut être une biomasse lignocellulosique (bois, canne à sucre, paille, etc) ou une biomasse à glucides (céréales, betterave, etc) facilement hydrolysable .

Préparation de méthylmercaptan

Selon le procédé de l'invention, le méthanol ainsi obtenu est utilisé dans la préparation de méthylmercaptan

(ou méthanediol) à partir d'hydrogène sulfuré et de méthanol. Dans ledit procédé, on fait réagir l'hydrogène sulfuré et le méthanol en présence d'un catalyseur.

CH ₃ OH ₊ H ₂ S ^CatalyS6Ur ) CH ₃ SH ₊ H ₂ O

On sait qu'il s'agit d'une réaction ancienne puisque décrite déjà en 1910 par Sabatier (P. Sabatier A Nailhe, compte rendu 150 823-6, 1569-72, 1217-21, 1910) . Mais à l'époque les taux de transformation étaient faibles, de l'ordre de 50 %.

D'un point de vue quantitatif, il s'agit d'obtenir à la fois un taux élevé de transformation du méthanol, et une grande sélectivité en faveur du méthylmercaptan, c'est-à- dire qu'il faut que tout le méthanol réagisse et ce pour donner le produit désiré. En général, à la sortie du réacteur ou de l'ensemble des réacteurs, on se trouve en présence d'un mélange réactionel constitué de produits de départ non transformés, de mercaptan et de sous produits, tels que sulfure de diméthyle et ether diméthyle ainsi que d'eau et de gaz inertes.

Selon la méthode classique, on opère par distillations fractionnées successives de manière à séparer les produits lourds et les produits légers. On peut par cette voie obtenir de bons taux de transformation du méthanol et une sélectivité acceptable. Mais on est alors obligé de faire appel à une introduction d'eau importante, d'où des eaux résiduaires à traiter, d'où aussi une perte en énergie en raison de l'importance des distillations.

Pour remédier à ces problèmes, on utilise donc de préférence la méthode décrite dans le brevet FR7343539 et FR2477538 qui consiste à réaliser la synthèse de mercaptan méthylique par réaction en phase vapeur entre le méthanol et le sulfure d'hydrogène à une température comprise, en tout point de la masse réactionnelle entre 280 et 450 ⁰ C de préférence 320 et 370 ⁰ C, sous une pression comprise entre 2,5 et 25 bars de préférence entre 7 et 12 bars, la réaction étant effectuée par passage des réactifs sur au moins trois lits de catalyseur successifs, la totalité de l'hydrogène sulfuré étant introduite au niveau du premier lit et une fraction du méthanol total étant introduite au niveau de chaque lit, et le rapport molaire global de l'hydrogène sulfuré au méthanol total étant compris entre 1,10 et 2,5.

Sur le mélange issu de la réaction on réalise une séparation entre des produits contenant du soufre et des produits ne contenant pas de soufre.

De manière pratique, on réalise avantageusement une opération de précondensation et décantation à la sortie du dernier réacteur de manière à obtenir une phase organique constituée principalement des produits contenant du soufre et une phase aqueuse constituée de produits ne contenant pas de soufre que l'on sépare l'une de l'autre.

La phase organique est alors distillée, sous pression, de manière à éliminer en tête l'hydrogène sulfuré, puis on soumet à une détente le mélange en pied, auquel on fait subir une nouvelle distillation, le mercaptan étant recueilli en tête de cette seconde distillation.

Selon une forme particulière de l'invention le produit en pied qui contient du diméthylsulfure peut être avantageusement recyclé au niveau de la réaction, après extraction de l'alcool résiduaire n'ayant pas réagi. De même l'hydrogène sulfuré recueilli en tête de la première distillation peut être renvoyé en tête de la réaction .

Selon une forme de mise en oeuvre de l'invention on soumet la phase aqueuse résultant de l'étape de précondensation et décantation à une distillation avec éventuellement recyclage au niveau de la réaction de l'alcool ainsi recueilli.

De même on peut effectuer un lavage au méthanol des vapeurs issues du mélange réactionnel de manière à libérer le mercaptan de ses hydrates.

Il n'y a pas de limite supérieure impérative au nombre de lits catalytiques, mais les contraintes technologiques et économiques imposent en fait de ne pas dépasser le nombre de 15 environ.

Alors que la totalité de l'hydrogène sulfuré est introduite au niveau du premier lit de catalyseur, le méthanol est, lui, injecté par fractions à l'entrée de chaque zone de catalyseur. Les fractions peuvent être réparties également ou inégalement sur l'ensemble des lits. II est aussi possible de répartir la totalité de la charge de méthanol sur l'ensemble des lits moins quelques unités afin d'utiliser ces dernières comme finisseurs de la réaction. Par exemple, on choisit de diviser la masse catalytique en dix lits successifs, la charge du méthanol étant divisée en neuf parties égales introduites chacune au niveau des neufs premiers lits, le dernier permettant d'achever la réaction.

Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif d'introduction du méthanol est choisi de façon à pouvoir l'injecter pour partie sous forme liquide et pour partie sous forme gazeuse.

La chaleur d' évaporation du méthanol permet ainsi d'absorber tout ou partie des calories dégagées par la réaction. Il est aussi possible, en asservissant la proportion de méthanol introduit sous forme liquide à la température d'entrée des réactifs dans le lit catalytique concerné de contrôler la température de la réaction de façon très efficace.

Une autre caractéristique consiste à choisir un rapport molaire global H ₂ S/CH ₃ OH compris entre 1,10 et 2,5. Grâce à la technique de multi-injection décrite ci-dessus, il est possible d'obtenir une sélectivité élevée en faveur du mercaptan méthylique malgré le faible rapport molaire choisi. Or cette caractéristique est importante du point de vue économique car elle permet de diminuer la taille des réacteurs, canalisations, pompes, etc..

Une autre caractéristique consiste à choisir comme catalyseur une alumine- activée dont la surface spécifique est comprise entre 100 et 350 m2/g.

Par ailleurs, afin d'améliorer encore la sélectivité de la réaction, il est possible d'utiliser un promoteur. Tous les promoteurs proposés dans la littérature conviennent à la mise en oeuvre de l'invention. Cependant, on a intérêt à choisir les plus efficaces, notamment des sulfure métalliques tels que le sulfure de cadmium ou des sels et oxydes de potassium tels que le carbonate et le tungstate .

La fraction contenant le diméthylsulfure peut être recyclée en tout ou partie dans l'étape de réaction.

Si on la recycle, il est avantageux d'utiliser pour ce faire le premier réacteur dans lequel on introduit tout l'hydrogène sulfuré. Toutefois, selon une variante de mise en oeuvre on peut utiliser un réacteur de transformation indépendant .

Le catalyseur utilisé pour cette réaction est de préférence une alumine activée de surface spécifique comprise entre 100 et 400 m ² /g telle que sous forme de billes de 2 à 5 mm de diamètre. La température se situe entre 280 et 450 ⁰ C et de préférence entre 350 et 450 ⁰ C et sous une pression comprise entre 2,5 et 25 bars. Dans le cadre de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention la pression au niveau de la première étape de distillation est comprise entre 5 et 30 bars, et de préférence entre 10 et 20 bars alors que dans la seconde étape de distillation elle est de 1 à 5 bars et de préférence entre 1,5 et 3 bars.

Selon un autre mode de réalisation alternatif, la synthèse de méthylmercaptan peut aussi être effectuée directement à partir du gaz de synthèse (syngas) produit selon les réactions décrites précédemment à partir de biomasse. Dans ce cas, la synthèse de méthylmercaptan est effectuée par réaction directe du gaz de synthèse avec l'hydrogène sulfuré selon un procédé catalytique, et sans passer par le méthanol. La réaction globale s'écrit dans ce cas de la façon suivante :

CO + 2H ₂ + H ₂ S ~> CH ₃ SH +H ₂ O

Selon le procédé de l'invention, le mercaptan ainsi obtenu est utilisé dans la fabrication de diméthyldisulfure .

Fabrication de diméthyldisulfure

Une importante voie d'accès aux disulfures organiques consiste en l'oxydation de mercaptans par le soufre en présence d'un catalyseur.

Lorsqu'on met en présence un mercaptan (RSH) et du soufre avec un catalyseur, on obtient le disulfure correspondant selon le schéma réactionnel suivant:

2RSH + S ^CatalyS6Ur ) R-SS-R + H ₂ S

mettant en jeu un atome de soufre S pour deux molécules de mercaptan .

La formation du disulfure R-SS-R s'accompagne généralement de la formation de produits secondaires, a savoir des polysulfures de structure analogue au disulfure mais contenant un nombre plus important d'atomes de soufre combine (R-Sn-R avec n > 2) .

Les réactions conduisant aux polysulfures peuvent être Représentées par les équations suivantes:

2RSH + x S catalyseur _{> R} _ _Sn _ _{R + H2S (x} > i _e t n = x + 1) R-SS-R + y S ^CatalyS6Ur ) R-S _n -R (y > 1 et n = y + 2)

II est connu que les polysulfures (R-Sn-R) peuvent être convertis en disulfures (R-SS-R) par réaction avec le mercaptan RSH. Ces réactions peuvent être représentées de la manière suivante:

R-S _n -R + 2RSH —caayseur _{) R} _ _{Sn i} _ _{R + R} _ _SS _ _R + H ₂ S

R-S _n - _I -R + 2RSH —caayseur ^ _R _ _Sn _ ₂ _ _{R + R} _ _SS _ _{R + RzS} etc . . . .

Dans le cas ou les polysulfures sont totalement convertis en disulfures, l'équation générale de cette conversion peut être schématisée de la manière suivante:

R-S _n -R + 2(n-2)RSH catayseur ^ ( _n -l) R-SS-R + (n-2)H ₂ S

Cette réaction de conversion d'un polysulfure en disulfure a ete mise a profit dans le brevet US 3 299 146 pour un procédé de préparation du dimethyldisulfure qui consiste a faire réagir le méthylmercaptan sur le dimethyltrisulfure :

CH ₃ -S ₃ -CH ₃ + 2CH ₃ SH — ca a yseur ^ ₂ CH ₃ -SS-CH ₃ + H ₂ S

Les procédés de fabrication continue de dialkyldisulfures à partir d' alkylmercaptans et de soufre, qui sont décrits dans les brevets EP 202420 et EP 337 839 utilisent un réacteur de synthèse dans lequel sont introduits le mercaptan et le soufre. Les polysulfures formés dans la réaction d'oxydation du mercaptan par le soufre sont, après avoir été séparés du disulfure par distillation, recyclés dans le réacteur de synthèse pour être convertis en disulfure. Ce recyclage continu a pour conséquence d'augmenter la teneur en polysulfures dans le réacteur et de diminuer le rendement en disulfure, et enfin de nécessiter une colonne de distillation de dimensions et de caractéristiques adaptées à des compositions de produits de réaction riches en polysulfures . Dans le cas de la fabrication du diméthyldisulfure à partir de méthylmercaptan et de soufre, les exemples décrits dans les brevets européens précités montrent effectivement que le réacteur de synthèse produit des quantités assez importantes de diméthylpolysulfures .

Selon la présente invention qui concerne un procédé de fabrication du diméthyldisulfure, il est beaucoup plus avantageux d'effectuer la réaction de conversion (ou de rétrogradation) des diméthylpolysulfures en diméthyldisulfure dans un réacteur indépendant, comme décrit dans le brevet EP0446109, les rendements étant, dans ces conditions, beaucoup plus élevés que dans le cas d'un recyclage au réacteur de synthèse. De plus, la présence d'hydrogène sulfuré dans les réactifs introduits dans le réacteur de rétrogradation a un effet défavorable sur le rendement de transformation des diméthylpolysulfures en diméthyldisulfure et l'élimination préalable de l'hydrogène sulfuré permet d'atteindre des conversions en diméthyldisulfure pratiquement totales.

Avantageusement, le procédé selon l'invention pour la fabrication du diméthyldisulfure à partir de méthylmercaptan d'origine au moins partiellement renouvelable et de soufre comprend deux zones de réaction et une zone de dégazage intermédiaire. La première zone de réaction est alimentée en réactifs (méthylmercaptan et soufre) qui, en présence d'un catalyseur (éventuellement introduit simultanément avec les réactifs) , réagissent entre eux pour donner du diméthyldisulfure et des diméthylpolysulfures.

La zone de dégazage est située en aval de la première zone de réaction et a pour rôle d'éliminer l'hydrogène sulfuré contenu dans les produits bruts liquides sortant de la première zone de réaction. Bien qu'on préfère éliminer l'hydrogène sulfuré le plus complètement possible, on ne sortirait pas du cadre de la présente invention en n'éliminant qu'une partie (au moins 50 %) de l'hydrogène sulfuré. Cette opération de dégazage peut être effectuée, soit par chauffage des produits, soit par entraînement au moyen d'un gaz inerte éventuellement combine avec un chauffage, à une pression supérieure à la pression atmosphérique pouvant aller jusqu'à 10 bars, de préférence en dessous de 6 bars.

La deuxième zone de réaction, alimentée en produits provenant de la zone de dégazage après élimination d'au moins 50 % de l'hydrogène sulfure, a pour but de convertir les diméthylpolysulfures en diméthyldisulfure par réaction avec le méthylmercaptan en présence de catalyseur.

Selon un mode de réalisation de la fabrication de diméthyldisulfure à partir de méthylmercaptan, on utilise un dispositif schématique comprenant un premier réacteur 1

(réacteur primaire), un dégazeur 2, un deuxième réacteur 3 complémentaire (réacteur finisseur) , une colonne de dégazage 4 pour l'élimination complète de l'hydrogène sulfuré des produits de réaction avant leur rectification et une section de distillation 5 et 6.

Les réactifs: soufre (liquide ou solide) et le méthylmercaptan (liquide) en excès par rapport à la stœchiométrie, sont introduits dans le réacteur 1 respectivement par deux conduites. Dans le cas où le catalyseur de la réaction est incorporé simultanément, il est introduit par une seule conduite. Les effluents gazeux qui peuvent se former dans le réacteur sont éventuellement éliminés par une autre conduite, et le brut réactionnel liquide, soutiré du réacteur 1, est amené par une canalisation dans le dégazeur 2. Le temps de séjour dans le réacteur 1 est réglé de manière connue en soi de façon à obtenir à sa sortie une conversion quasi-totale du soufre initialement introduit, c'est-à-dire une conversion égale à 100% ou au moins telle que le soufre non transformé soit solubilisé dans l'effluent liquide.

Le dégazeur 2 est équipé pour éliminer sélectivement l'hydrogène sulfuré dissous dans le liquide qui provient du réacteur 1, soit par chauffage, soit par entraînement au moyen d'un gaz inerte introduit par une conduite. Le liquide, débarrassé de l'hydrogène sulfuré, est soutiré en bas du dégazeur et est amené par une canalisation dans le réacteur finisseur 3 dans lequel les diméthylpolysulfures formés dans le réacteur 1 sont convertis en diméthyldisulfure en présence de catalyseur par réaction avec le méthylmercaptan excédentaire. Le temps de séjour dans le réacteur 3 est réglé de manière connue en soi, en fonction de la teneur en diméthylpolysulfures acceptée dans l'effluent, un temps de séjour plus long favorisant la rétrogradation des diméthylpolysulfures en diméthyldisulfure .

Les produits sortant du réacteur 3 sont amenés dans la colonne de dégazage 4 pour l'élimination complète de l'hydrogène sulfuré dissous, soit par chauffage, soit par entraînement au moyen d'un gaz inerte introduit par une conduite .

La section distillation est alimentée en produits sortant de la colonne de dégazage 4 pour la séparation dans la colonne 5 du méthylmercaptan contenu dans le produit en vue de son recyclage au réacteur 1. Le produit récupéré en fond de la colonne 5 est amené par une canalisation dans la colonne 6 en tête de laquelle on récupère le diméthyldisulfure, tandis que les fonds de colonne 6, constitués de diméthylpolysulfures non transformés mélangés a du diméthyldisulfure, sont de préférence recyclés au réacteur finisseur 3. Une variante possible consiste à renvoyer le fond de la colonne 6 dans le réacteur 1.

Le dispositif décrit ci-dessus correspond au mode de réalisation le plus simple. L'homme du métier comprendra qu'on ne sortirait pas du cadre de la présente invention en mettant en oeuvre une première zone de réaction constituée de plusieurs réacteurs fonctionnant en parallèle et reliés au même dégazeur ou à une pluralité de dégazeurs constituant une zone de dégazage intermédiaire. De même, on ne sortirait pas du cadre de la présente invention en mettant en oeuvre une deuxième zone de réaction constituée de plusieurs réacteurs finisseurs. Ainsi, par exemple, pour améliorer le rendement en diméthyldisulfure et éviter le recyclage de diméthylpolysulfures, on peut mettre en oeuvre plusieurs réacteurs finisseurs disposés en série, précédés chacun d'un dégazeur intermédiaire permettant d'éliminer l'hydrogène sulfuré formé dans le réacteur précédent.

Cette étape du procédé selon l'invention peut être mise en oeuvre avec différents types de réacteurs, par exemple agités et/ou tubulaires, dont le choix pourra dépendre des conditions de réaction et de la nature des catalyseurs utilisés.

Comme dans les procédés connus, le rapport molaire méthylmercaptan/soufre doit être au moins égal à 2. Un excès important de méthylmercaptan favorisant la sélectivité en diméthyldisulfure, le rapport molaire méthylmercaptan/soufre peut être compris entre 2 et 10, et de préférence est compris entre 3 et 6 pour minimiser les quantités de méthylmercaptan à séparer et à recycler.

Dans chacune des zones de réaction, on opère à des pressions supérieures à la pression atmosphérique. La pression doit au moins être suffisante pour maintenir le méthylmercaptan à l'état liquide et peut aller jusqu'à 50 bars .

Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans un large domaine de température en fonction de la nature des catalyseurs utilisés. La température peut être comprise entre 25°C et 150 ⁰ C dans le cas de catalyseurs thermiquement stables.

Tous les catalyseurs connus dans l'art antérieur pour l'oxydation de mercaptans par le soufre peuvent être utilisés dans le procédé selon l'invention, que ce soit des agents basiques organiques ou inorganiques liquides ou solides, tels que bases alcalines, alcoolates alcalins, mercaptides alcalins, combinaisons de bases alcalines avec un mercaptan et un oxyde d'alcène, aminés à l'état libre ou fixées à des supports organiques (résines organiques échangeuses d'anions), ou que ce soit des oxydes minéraux de certains métaux comme l'oxyde de magnésium ou des aluminosilicates comme des zéolithes. Les catalyseurs peuvent être identiques dans les deux zones de réactions ou éventuellement différents.

Etant donnés les avantages techniques et économiques que représente l'utilisation du soufre à l'état liquide pour son introduction dans les réacteurs de synthèse, le choix du catalyseur peut conditionner le type de réacteur primaire (réacteur 1) à mettre en oeuvre dans le procédé selon l'invention.

Dans le cas où on utilise des catalyseurs de stabilité thermique limitée, comme les résines échangeuses d'anions a fonctions aminés tertiaires telles que, par exemple, Amberlyst A21, IRA 93 SP et IRA 94 S, dont la tenue en température ne dépasse pas 100 ⁰ C, l'introduction de soufre liquide (température de fusion du soufre à partir d'environ 113°C) implique l'emploi d'un réacteur agité, dans lequel le catalyseur est en suspension dans le milieu liquide, comme réacteur primaire (réacteur 1) . La réaction entre le méthylmercaptan et le soufre doit être effectuée à une température inférieure à 100 ⁰ C en présence de ces résines comme catalyseurs.

Dans le cas où on utilise des catalyseurs solides dont la résistance mécanique à l'attrition est faible, l'emploi d'un réacteur agité comme réacteur primaire (réacteur 1 dans la figure annexée) est à éviter. Dans la mesure où ces catalyseurs sont thermiquement stables, leur utilisation en réacteur tubulaire en lit fixe comme réacteur primaire (réacteur 1) est la solution technique la plus appropriée, la température de réaction devant être dans ce cas supérieure à la température de fusion du soufre. Dans le cas où l'on utilise des catalyseurs liquides homogènes et stables, le réacteur primaire (réacteur 1) peut être soit de type agité, soit de type tubulaire. Ce type de catalyseur est introduit simultanément avec les réactifs méthylmercaptan et soufre dans le réacteur primaire et dans ce cas il sert de catalyseur au réacteur finisseur (réacteur 3) du procédé selon l'invention, qui peut être soit de type agité, soit de type tubulaire. Par contre, dans le cas où le réacteur primaire

(réacteur 1) contient une charge de catalyseur solide insoluble dans le milieu réactionnel, le catalyseur solide utilisé dans le réacteur finisseur (réacteur 3) peut être identique ou différent. Suivant la nature du catalyseur mis en oeuvre, le réacteur finisseur 3 pourra être de type agité ou tubulaire; dans le cas d'un catalyseur solide à faible résistance à l'attrition, le réacteur sera de préférence tubulaire à lit fixe. Cette oxydation du méthylmercaptan par le soufre, catalysée par des agents basiques organiques ou inorganiques, homogènes ou hétérogènes, en discontinu ou en continu, s'accompagne d'un dégagement d'hydrogène sulfuré ainsi que de diméthylpolysulfures (CH ₃ S _x CH ₃ ) de rang en soufre x supérieur à 2. Pour fabriquer le DMDS avec des rendements élevés et une production limitée en DMPS

(diméthylpolysulfures de rang supérieur à 2) , le procédé de préparation décrit précédemment, comprenant deux zones de réaction interrompues par une zone de dégazage intermédiaire et suivies d'une zone de distillation est particulièrement approprié. Toutefois, bien que performant en termes de rendement et de sélectivité en DMDS, ce procédé peut laisser dans le produit fini une quantité non négligeable de méthylmercaptan (environ 4000 ppm) ainsi qu'une très faible quantité de diméthylsulfure (environ 300 ppm) provenant du méthylmercaptan utilisé ou produit lors de la synthèse du DMDS . La résultante de ces impuretés volatiles est qu'elles conduisent à rendre très désagréable et agressive l'odeur du DMDS et cette forte odeur est considérée comme une gêne importante lors de la manipulation de ce produit par les utilisateurs.

L'addition d'un agent masquant d'odeur n'est efficace que si le DMDS utilisé présente des teneurs réduites en impuretés volatiles fortement odorantes telles que le méthylmercaptan et le diméthylsulfure et contient de préférence moins de 200 ppm en poids de méthylmercaptan et moins de 50 ppm en poids de diméthylsulfure. Les agents masquant d'odeur les plus efficaces sont décrits dans le brevet EP0976726. Ces agents masquant d'odeur sont choisis parmi les esters répondant à la formule générale (I) : R ¹ CC^R ² dans laquelle R ¹ représente un radical hydrocarboné, linéaire ou ramifié, contenant de 1 à 4 atomes de carbone, éventuellement insaturé et R ² représente un radical hydrocarboné contenant de 2 à 8 atomes de carbone, linéaire, ramifié ou cyclique, éventuellement insaturé.

L'invention a donc également pour objet une composition à base de DMDS fabriquée au moins partiellement à base de matières premières d'origine renouvelable, caractérisée en ce qu'elle contient, en poids, au moins 95% de diméthyldisulfure, moins de 500 ppm de méthylmercaptan (MM) , moins de 100 ppm de diméthylsulfure (DMS) et de 0 à 1% d'au moins un agent masquant d'odeur choisi parmi la vanilline, 1 ' éthylvanilline et, de préférence, les esters de formule générale (I) .

Avantageusement, toute méthode connue de l'homme de l'art pour obtenir un DMDS aux teneurs réduites en impuretés volatiles telles que le MM et le DMS pourra être utilisée dans le cadre de la présente invention. Cependant, dans le cas d'un DMDS contenant des teneurs élevées en MM et DMS, une méthode particulièrement préférée consiste en un étêtage par distillation. Cette méthode présente l'avantage d'éliminer conjointement le MM et le DMS alors que les méthodes habituelles de réduction d'odeur, généralement basées sur l'élimination des mercaptans résiduels par réaction spécifique de la fonction mercaptan avec un agent d'élimination tel qu'une base ou un oxyde d'alcène en présence d'une base, sont sans effet sur le DMS présent dans le DMDS.

Le DMDS ainsi étêté, qui contient de préférence moins de 200 ppm de MM et moins de 50 ppm de DMS, est utilisé pour préparer une composition selon l'invention.

Avantageusement, la composition selon l'invention comprend au moins un agent masquant d'odeur.

L'un des avantages principaux du DMDS dans ses applications étant sa teneur en soufre élevée (68%), une teneur trop importante d'agent masquant d'odeur dans la composition conduirait à baisser ce titre en soufre et diminuerait 1 ' intérêt de ce produit dans ses principales applications. La teneur maximale en agent (s) masquant d'odeur est donc fixée à 1 %, mais cette teneur est de préférence comprise entre 0,1 et 0,5 % et plus particulièrement égale à 0,2 %.

Comme exemples illustratifs mais non limitatifs d'esters de formule générale (I), on peut citer les acétates de butyle, d'isoamyle ou de benzyle et les butyrates d'éthyle, de propyle, de butyle, de 2- méthylbutyle ou d'isoamyle. Sont plus particulièrement préférés l'acétate d'isoamyle, le butyrate de 2- méthylbutyle, le butyrate d'isoamyle, l'acétate de benzyle et les mélanges de ces composés. Les esters (I) peuvent être associés ou non à des orthophtalates, tels que

1 ' orthophtalate de diéthyle.

A titre d'exemple non limitatif, une composition selon la présente invention comprend en poids: acétate d'isoamyle 0,1 % orthophtalate de diéthyle 0,1 %

DMDS étêté 99,8 %

Une autre composition selon la présente invention comprend en poids: acétate d'isoamyle 0,05 % butyrate de 2-méthylbutyle 0,03 % acétate de benzyle 0,02 % orthophtalate de diéthyle 0,1 %

DMDS étêté 99,8 %

Fabrication d'acide méthanesulfonique

La présente invention a également pour objet l'utilisation de DMDS obtenu selon le procédé de l'invention pour la synthèse d'acide méthanesulfonique .

Les acides alcanesulfoniques, tels que l'acide méthanesulfonique, et leurs sels ont de nombreuses applications industrielles, notamment comme détergents, émulsifiants, catalyseurs d' estérification, durcisseurs pour certaines résines. Le diméthyldisulfure de l'invention conforme à celui défini précédemment est oxydé, en présence de chlore et hydrolyse en présence d'eau dans les conditions connues de l'homme de l'art, et tel que décrit dans le brevet US5583253. Le méthyle-mercaptan réagit avec du chlore en présence de l'acide chlorhydrique aqueux à une température élevée s ' étendant d'environ 85 à 115°C, mieux d'environ 95 à 105 ⁰ C, et à en général d'environ 98°C. A l'issue de ce procédé, l'acide méthanesulfonique (ci-après abrégé MSA) aqueux peut contenir des quantités non négligeables d'intermédiaires stables tels que le DMDS, le thiosulfonate méthylique de méthane (ci-après abrégé MMTS) et le chlorure de méthanesulfonyl (ci-après abrégé MSC) . La quantité totale de DMDS et de MMTS est désignée sous le nom d'impuretés oxydables dans les caractéristiques du produit. Ces impuretés peuvent être mises à réagir avec du peroxyde d'hydrogène ou de l'ozone par post-traitement du produit aqueux de MSA avec ces agents.

Le MSA aqueux brut contenant les impuretés oxydables peut être traité avec du chlore en quantité suffisante pour convertir lesdites impuretés oxydables en MSC, et le MSC contenant du MSA aqueux est soumis à une chaleur suffisante pour hydrolyser le MSC en MSA. La quantité de chlore utilisée est adaptée, comme décrit dans le brevet US5583253, selon que le traitement de MSA brut avec du chlore fait partie d'un procédé continu ou discontinu (batch) .

Le MSA aqueux brut est généralement passé sous un flux de vapeur ou analogues pour enlever les impuretés résiduelles du MSA aqueux brut. Les chlorures, le DMDS, le MMTS, le MSC, l'eau et le chlore non-condensé ayant ainsi été prélevés, on récupère comme produit un MSA aqueux dont les impuretés oxydables sont sensiblement réduites. Le MSC, qui est produit par la conversion des impuretés oxydables avec du chlore, est hydrolyse en MSA dans le flux de vapeur .

Comme alternative à l'hydrolyse du MSC dans un flux de vapeur, un réacteur finisseur soumet le MSC qui se trouve dans le MSA aqueux brut à une chaleur suffisante pendant un temps suffisant pour convertir le MSC en MSA. Le produit du réacteur finisseur peut en outre être soumis à un flux de vapeur, si besoin. Tandis que la chloration du MSA aqueux brut est de préférence effectuée dans la ligne ou la tuyauterie de décharge du réacteur, aussi près que possible du réacteur, des résultats avantageux de purification peuvent être obtenus en injectant du chlore dans le brut en tout point du procédé après la sortie du réacteur à condition que le chlore soit en contact approprié avec les impuretés oxydables pour réagir et former du MSC, de sorte que le MSC peut être hydrolyse en MSA. Différents points alternatifs d'injection de chlore dans le MSA aqueux peuvent donc être utilisés. Si nécessaire, le MSA aqueux ainsi purifié est encore traité pour enlever presque toute l'eau, par exemple, selon les procédures d' évaporation décrites dans les brevets US4450047 ou US4938846.

Industriellement, les acides alcanesulfoniques sont donc le plus souvent fabriqués à partir des alcanes par suifooxydation ou par suifochloration . Ces deux voies de synthèse peuvent parfois conduire à la formation de sous- produits sulfonés sur les différents atomes de carbone de la chaîne hydrocarbonée. D'autre part, l'hydrolyse des alcanesulfochlorures peut conduire à des acides alcanesulfoniques plus ou moins colorés, nécessitant un traitement final de décoloration, par exemple au moyen de chlore .

D'excellents rendements en acides alcanesulfoniques peuvent être obtenus par photooxydation des dialkyl disulfures en présence d'oxygène sans catalyseur si l'on opère en solution dans un alcool avec une source lumineuse irradiant entre 200 et 320 nm. Cette photooxydation qui est décrite dans le brevet EP0627414, met en oeuvre la réaction suivante :

R- S - S -R ^AlcθQl , ₂ RS - -°?→ 2R-SO ₃ H hV II présente en outre l'avantage de conduire à des acides dont le groupement sulfonique est exclusivement fixé à l'extrémité de la chaîne hydrocarbonée. Selon ce mode de réalisation du procédé de préparation d'un acide méthanesulfonique R-SO3H à partir du diméthyldisulfure DMDS selon l'invention, une solution alcoolique du diméthyldisulfure ne comportant pas de bleu de méthylène comme photosensibilisant, est soumise, en présence d'oxygène, à une irradiation par des rayonnements lumineux de longueur d'onde comprise entre 200 et 320 nm.

L'alcool utilisé peut être avantageusement choisi parmi les alcools primaires, secondaires ou tertiaires contenant de 1 à 12 atomes de carbone. On préfère cependant utiliser un alcool en Cl à C4, et plus particulièrement le méthanol. Le méthanol utilisé est avantageusement celui synthétisé à partir de matières renouvelables, tel que décrit précédemment. La teneur en DMDS de la solution alcoolique de départ peut varier dans de larges limites en fonction de l'alcool mis en oeuvre. Elle peut généralement aller de 0,1 à 90 % en poids, mais est de préférence comprise entre 2 et 25 %.

L'oxygène, nécessaire à la réaction, peut être fourni sous forme pure ou diluée par un gaz inerte tel que, par exemple, l'azote. L'oxygène est de préférence introduit progressivement au sein de la solution alcoolique. La quantité totale d'oxygène nécessaire est d'au moins 4 moles par mole de DMDS présent dans la solution initiale, mais on préfère opérer avec un excès d'oxygène d'au moins 50 %. La photooxydation peut être menée à une température comprise entre -20 ⁰ C et le point d'ébullition de l'alcool, mais on opère de préférence entre 18 et 45°C. L'opération est avantageusement réalisée à la pression atmosphérique, mais on ne sortirait pas du cadre de la présente invention en travaillant sous légère pression.

Ce mode de réalisation du procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre de manière discontinue ou continue, dans tout réacteur photochimique, par exemple dans un réacteur à immersion ou à film tombant, équipé d'une ou plusieurs lampes à vapeur de mercure à basse, moyenne ou haute pression, ou de lampes excimères émettant dans 1 ' ultraviolet .