La présente invention concerne un perfectionnement aux réacteurs destinés à l'hydroformylation. La réaction d'hydroformylation, également appelée synthèse Oxo, consis¬ te à faire réagir un gaz de synthèse, constitué d'un mélan- ge d'oxyde de carbone et d'hydrogène, sur une oléfine, phase liquide contenant "n" atomes de carbone, de façon à obtenir un mélange d'aldéhydes et d'alcools primaires contenant n + 1 atomes de carbone. En général, la réaction est cata¬ lysée par les carbonyles de métaux de transition, et en particulier l'hydrocarbonyle de cobalt ou le dicobalt octo- carbonyle. Ce type de réaction est décrit dans le brevet des ETATS-UNIS d»AMERIQUE N° 3.188.351.

Le réacteur habituellement utilisé pour ce genre de réaction en continu est du type "boucle", dans lequel la phase liquide est mise en rεcirculation par le principe de la pompe à gaz. Ce réacteur est composé d'au moins deux tubes verticaux parallèles connectés à leurs parties infé¬ rieures et supérieures. Au moins un des tubes verticaux sert de branche montante et est alimenté en continu à sa base en gaz de synthèse et en phase liquide alors qu'au moins un tube vertical servant de branche descendant ne laisse cir¬ culer que la phase liquide, la totalité du gaz de synthèse et l'excès de phase liquide étant évacués au niveau de la connection supérieure. Pour ce faire le réacteur possède à sa partie supérieure un large évasement facilitant la sépa¬ ration de la totalité des gaz de synthèse de la phase li¬ quide qui doit recirculer. De la différence entre les mas¬ ses volumiques des mélanges gaz-phase liquide, d'une part, et de la phase liquide seule, d'autre part, découle une différence de pression hydrostatique entre la branche mon¬ tante et la branche descendante, conduisant à une circula¬ tion de la phase liquide dans le réacteur.

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Pour mieux comprendre dans la suite le perfection¬ nement objet de l'invention, les figures 1 et 4 illustrent les réacteurs habituellement utilisés ainsi que leur prin¬ cipe de onctionnement. Dans la branche montante 1 , alimen- tée par la tubulure 5 en mélange de gaz de synthèse et en phase liquide, circulent les réactifs qui se séparent dans 1*évasement 4, la totalité des gaz de synthèse et l'excès de phase liquide étant évacués par la tubulure 6, alors que la phase liquide 7 exempte de gaz de synthèse circule dans la branche descendante 2. Les tubes verticaux sont munis de moyens de refroidissement 3.

Ces types de réacteurs donnent entière satisfac¬ tion en ce qui concerne la circulation de la phase liquide, mais présentent de gros inconvénients au niveau du cataly- seur d'hydroformylation. Les carbonyles de métaux de transi¬ tion utilisés comme catalyseur sont connus pour être des produits instables qui tendent à se décomposer en donnant un composé métallique et un dégagement d'oxyde de carbone ; c'est la raison pour laquelle la synthèse Oxo est effectuée sous pression, car les carbonyles sont d'autant plus stables que la pression partielle d'oxyde de carbone est plus élevée. Or dans les réacteurs décrits, la phase liquide, qui contient par ailleurs du catalyseur, circulant dans la branche des¬ cendante est totalement exempte de gaz de synthèse libre et se trouve dans les conditions telles que les carbonyles sont très instables ce qui entraine des décompositions avec dépôt de composés métalliques sur les parois de la branche descen¬ dante conduisant à la limite au bouchage de cette branche. En outre, la productivité des réacteurs se trouve réduite du fait du manque de gaz de synthèse réactif dans la branche descendante.

Il a été constaté qu'en modifiant la géométrie de la connection supérieure des tubes verticaux, il est non seulement possible de supprimer les inconvénients précédem-

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ment cités au niveau du catalyseur, mais encore d'augmenter notablement la productivité des réacteurs. Ce perfectionne¬ ment qui a pour but de permettre un entraînement de gaz de synthèse dans la branche descendante, où ne circule selon l'art antérieur que de la phase liquide exempte de gaz, est caractérisé en ce que la connection supérieure des tubes verticaux possède un orifice d'évacuation des gaz de synthè¬ se et de la phase liquide en excès d'un diamètre inférieur au diamètre intérieur de ladite connection. Cet étranglement au niveau de l'évacuation des gaz crée un engorgement qui provoque un entraînement de gaz de synthèse tel que la phase liquide dans la branche descendante est toujours saturée en gaz. A titre documentaire, en estime que la fraction volumi- que de gaz entraîné représente de 0,2 à 1 îî du volume de li- quide de la branche descendante.

Le réacteur selon l'invention est un réacteur du type "boucle" constitué d'au moins deux tubes verticaux pa¬ rallèles connectés de façon connue à leur partie inférieure. Au moins un des tubes alimenté à sa base en gaz de synthèse et en phase liquide sert de branche montante et au moins un des tubes sert de branche descendante. Les tubes verticaux sont connectés entre eux à leur partie supérieurs par une boucle tubulaire dont le diamètre intérieur, peur un diamè¬ tre intérieur "d" de la branche montante, peut être compris entre _ et 2d et de préférence entre 0,cd et 1,2d. On entend 2 par boucle tubulaire toute connection allant du raccordement constitué par deux coudes à 9D°C jusqu'à la tubulure coudée en demi-tore, le rayon de cintrage mesuré à l'axe du coude étant préférentiellement compris entre 1 ,5d et 5d et de façon usuelle entre 2d et 3d.

Sur la boucle tubulaire se trouve l'orifice d'éva¬ cuation, de préférence sensiblement dans l'axe vertical du réacteur. Cet orifice d'évacuation des gaz de synthèse et de la phase liquide en excès est d'un diamètre, par référence

au diamètre "d" de la branche montante, habituellement infé¬ rieur à d e supérieur à d et de préférence compris entre

2 10 d_ et d_. L'orifice d'évacuation peut être, de façon pratique, 3 7 constitué par une tubulure d'extraction, possédant un diamè- tre intérieur tel que défini ci-dessus, fixé sur la boucle tubulaire.

Les figures 5 à 11 illustrent de façon non limi¬ tative différents types de réacteurs selon l'invention. Dans ces figures, 1 et 2 représentent respectivement les branches montante et descendante, 3 des moyens de refroidissement, 4 la boucle tubulaire supérieure de connection, 5 la tubulure d'alimentation en gaz de synthèse et en phase liquide, 6 la tubulure d'extraction. Les figures 6 et 10 représentent une variante d'exécution selon laquelle l'extraction des gaz de synthèse et de la phase liquide en excès a lieu par un orifi¬ ce d'évacuation 7 placé au plus près de la ligne de tangeπce de la boucle tubulaire. Dans ce cas l'orifice d'évacuation 7 possède un diamètre intérieur, par référence au diamètre "d" précédemment cité, généralement inférieur à _ st supérieur

2 à d et de préférence compris entre d_ et d ; en conséquence, 10 3 7 le diamètre de la tubulure 6 peut être quelconque à condition toutefois qu'il soit supérieur ou égal à celui de l'orifice d'évacuation 7.

Les tubulures d'extraction sont fixées sur la bou- cle tubulaire selon tout moyen connu, comme par exemple par soudure ou par raccord étanche.

Parmi les avantages apportés par ce per ectionne¬ ment aux réacteurs d ^f hydroformylation, on peut citer : l'ab¬ sence de dépôts métalliques dans la branche descendante, la productivité augmentée, la vitesse de recirculation de la phase liquide comparable a celle obtenue dans des réacteurs classiques, la qualité de la recirculation du liquide.

L'entraînement de gaz de synthèse dans la branche descendante assure la parfaite stabilité des carbonyles de métaux utilisés comme catalyseur. Les dépôts métalliques sur les parois de la branche descendante n'existent pratiquement plus. Grâce au perfectionnement objet de l'invention, la du¬ rée des cycles entre deux nettoyages du réacteur est de 24 à 36 mois au lieu de 1 à 3 mois pour un réacteur équivalent selon l'art antérieur.

Le fait que du gaz de synthèse soit présent dans la branche descendante permet d'améliorer jusqu'à environ 20 % la productivité des réacteurs, toutes choses égales par ail¬ leurs au perfectionnement technologique. Selon l'art anté¬ rieur, seule la partie du gaz de synthèse dissous dans la phase liquide peut réagir dans la branche descendante. D'au- tre part, à la partie inférieure de la branche descendante, le gaz de synthèse ne se trouve plus en quantité suffisante ce qui provoque, outre la décomposition du catalyseur, l'ar¬ rêt de la réaction faute de réactif. Par contre, grâce à l'entrainemεnt de gaz de synthèse dans la branche descendan- te, il y a toujours suffisamment de réactif pour permettre à la réaction d 'hydroformylation de se poursuivre.

De façon surprenante dans ce réacteur de type "boucle", 1*entraînement de gaz de synthèse dans la branche descendante n'altère pratiquement pas la vitesse de rεcircu- lation du liquide. Ainsi dans un réacteur composé de 2 tubeε verticaux de diamètre intérieur 273 mm et de 40 mètres de hauteur, les vitesses de recirculation du liquide cnt été mesurées au moyen d'un traceur radioactif. Pour un réacteur tel que représenté en figure 3, les vitesses de recircula- tion du liquide sont, dans les conditions de marche indus¬ trielle, comprises entre 1,0 et 1,6 m/seconde suivant le débit de gaz de synthèse. Pour le même réacteur modifié en sa partie supérieure selon la figure 7 et dont la tubulure d'extraction, qui possède un diamètre intérieur de 89 mm,

est placée sur une jonction torique de diamètre intérieur 300 mm, ayant un rayon de cintrage de 750 mm, les vitesses de recirculatioπ du liquide sont dans les mêmes conditions de marche industrielle comprises entre 1,0 et 1,5 m/seconde. Ce maintien de vitesse de recirculation élevée facilite en outre le mélange entre le gaz de synthèse et la phase liqui¬ de.

La qualité de la recirculation dans les réacteurs perfectionnés est contrôlable par l'absence d'écarts de tem- pérature significatifs entre deux points du réacteur et d'é¬ carts esurablesde concentration de la phase liquide à l'in¬ térieur du réacteur.

L'exemple suivant illustre de façon comparative l'intérêt du perfectionnement sur une unité industrielle. EXEΓ- LE.

Dans une cascade de 3 réacteurs, chacun d'eux étant constitué de 2 tubes verticaux ayant un diamètre in¬ térieur de 317,5 mm et une hauteur de 4D mètres, le diamètre intérieur des coudes supérieurs est de 300 mm, le rayon de cintrage des mêmes coudes pris à l'axe du coude est de 750 mm et les tubulures d'extraction placées verticalement dans l'axe des réacteurs ont un diamètre intérieur de 89 mm.

Lorsque cette cascade de réacteurs est utilisée à la production d'alcool isodecylique à partir d'un trimère de propylène et de gaz de synthèse, le débit total de gaz de synthèse alimenté au premier réacteur est de 2 750 Nm3/h dont 350 Nm3/h sont recyclés et 2 400 Nm3/h proviennent de gaz neuf. Le débit de gaz consommé par la réaction représente environ 1 900 Nm3/h. Compte tenu des consommations de gaz de synthèse dans chacun des réacteurs, les vitesses du gaz dans les cou¬ des supérieurs, mesurées à 0°C et pression atmosphérique, sont :

- au réacteur de tête sensiblement de 5,6 m/sec. - au réacteur de queue sensiblement de 3,2 m/sec.

La durée de cycle entre deux nettoyages atteint en moyenne 24 mois et la capacité de production de cette ligne de réaction atteint 160 T/jour d'alcool.

Pour une même ligne de réacteurs équipés d'une connection supérieure évasée selon la figure 3, toutes condi¬ tions étant par ailleurs égales, la durée de cycle entre deux nettoyages n'est en moyenne que de 3 mois et la capacité de production n'atteint que 130 T/jour d'alcool.