L'oxydation directe du cyclohexane en acide adipique est un procédé qui a été travaillé depuis longtemps, notamment en raison des avantages évidents qu'il y aurait à convertir le cyclohexane en acide adipique, en une seule étape et sans mettre en oeuvre un oxydant tel que I'acide nitrique, ce composé générant des oxydes d'azote qu'il faut ensuite traiter pour éviter toute pollution.

Le brevet WO-A-94/07834 décrit l'oxydation d'hydrocarbures cycliques en diacides correspondants, en phase liquide comportant un solvant, à I'aide d'un gaz contenant de l'oxygène et en présence d'un catalyseur d'oxydation tel qu'un composé du cobalt, ledit solvant comprenant un acide organique n'ayant que des atomes d'hydrogène primaires ou secondaires. Ce brevet développe plus particulièrement les phases de traitement du mélange réactionnel final. Ce traitement consiste à séparer le diacide formé, en refroidissant le mélange pour provoquer la précipitation dudit diacide, à séparer par filtration le diacide de deux phases liquides, une non-polaire qui est recyclée, une polaire qui est également au moins partiellement recyclée après une éventuelle hydrolyse et une séparation d'une quantité supplémentaire de diacide.

Ce brevet propose une solution pour oxyder en une étape le cyclohexane en acide adipique avec une sélectivité industriellement acceptable, mais il ne fournit pas de solution applicable industriellement au traitement du mélange réactionnel issu de l'oxydation, prenant en compte la séparation des différents produits et sous-produits de la réaction, des produits non transformés et du catalyseur.

En outre, il s'avère en pratique qu'un procédé de traitement aussi sommaire ne conduit pas à un acide adipique présentant la pureté requise dans de très nombreuses applications de cette matière première très importante.

En effet, que ce soit pour la production de polyamide 6-6 ou pour d'autres applications telles que la production de certains polyuréthannes, la pureté de I'acide adipique mis en oeuvre doit être extrêmement élevée, notamment pour les teneurs en sous-produits organiques pouvant amener des colorations indésirables.

Le brevet WO-A-96/03365 décrit un procédé plus complet de traitement du mélange réactionnet issu de l'oxydation directe du cyclohexane en acide adipique,

ainsi que le recyclage du catalyseur. Cependant, la Demanderesse a observé que la présence d'intermédiaires et sous-produits d'oxydation, tels que notamment la cyclohexanone, le cyclohexanol, les esters de cyclohexyle, les acides hydroxycarboxyliques et les lactones, est susceptible de perturber la séparation et la purification de I'acide adipique. La présente invention propose un procédé qui évite ce type d'inconvénient.

Elle consiste plus précisément en un procédé perfectionné de traitement du mélange réactionnel issu de l'oxydation directe d'hydrocarbure en acide carboxylique, à I'aide d'oxygène moléculaire ou d'un gaz en contenant, en phase liquide, dans un solvant et en présence d'un catalyseur dissous dans le milieu réactionnel, caractérisé en ce que ledit procédé comporte : -lorsque la composition du mélange réactionnel le permet, une décantation en deux phases liquides : une phase supérieure non polaire, contenant essentiellement l'hydrocarbure non transformé et une phase inférieure polaire comprenant essentiellement le solvant, les acides formés, le catalyseur et une partie des autres produits de la réaction et de l'hydrocarbure non transformé ; -une distillation de ladite phase inférieure, ou le cas échéant de la totalité du mélange réactionnel, permettant de séparer d'une part un distillat comprenant la totalité ou au moins une partie majoritaire de l'hydrocarbure non transformé et d'autre part le pied de distillation comprenant les acides formés, le catalyseur, les composés lourds, au moins une partie du solvant et éventuellement les intermédiaires et sous-produits de réaction ; -un traitement de purification par oxydation, à I'aide d'oxygène moléculaire ou d'un gaz en contenant ou à I'aide de donneurs d'oxygène, du pied de distillation obtenu précédemment, -une distillation du solvant et des intermédiaires et sous-produits de réaction pouvant encore rester dans le mélange, -une cristallisation de I'acide carboxylique produit de la réaction ; -une recristallisation dans l'eau de I'acide carboxylique produit de la réaction.

La décantation en deux phases du mélange réactionnel soumis au procédé de l'invention dépend essentiellement du solvant utilisé et de la quantité d'hydrocarbure transformé.

Les hydrocarbures qui sont utilisés comme substrats de départ dans le procédé de l'invention sont plus particulièrement les alcanes, les cycloalcanes et les hydrocarbures alkyl-aromatiques, ayant de 3 à 20 atomes de carbone.

Parmi ces hydrocarbures, les cycloalcanes, notamment ceux qui ont un cycle ayant de 5 à 12 atomes de carbone, sont certainement les plus importants, car leur oxydation conduit aux diacides carboxyliques.

L'hydrocarbure le plus intéressant est le cyclohexane dont l'oxydation conduit à l'acide adipique, I'un des composés de base du polyamide 6-6.

Par commodité, dans ce qui suit l'invention sera très généralement décrite pour le traitement des mélanges réactionnels issus de l'oxydation du cyclohexane en acide adipique, mais le procédé peut s'appliquer également aux mélanges obtenus à partir d'autres hydrocarbures, et plus particulièrement d'autres cycloalcanes.

La phase cyclohexanique obtenue dans l'éventuelle étape de décantation est le plus souvent réintroduite dans une opération d'oxydation du cyclohexane.

Le solvant mis en oeuvre dans l'oxydation de I'hydrocarbure, de préférence du cyclohexane, est un solvant au moins partiel de l'acide carboxylique dont la préparation est visée. Ce solvant peut être de nature très variée dans la mesure où il n'est pas sensiblement oxydable dans les conditions réactionnelles. II peut être notamment choisi parmi les solvants protiques polaires et les solvants aprotiques polaires. Comme solvants protiques polaires, on peut citer par exemple les acides carboxyliques ne possédant que des atomes d'hydrogène primaires ou secondaires, en particulier les acides aliphatiques ayant de 1 à 9 atomes de carbone, les acides perfluoroalkylcarboxyliques tel que I'acide trifluoroacétique, I'eau, les alcools. Comme solvants aprotiques polaires, on peut citer par exemple les esters d'alkyle inférieur (= radical alkyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone) d'acides carboxyliques, en particulier des acides carboxyliques aliphatiques ayant de 1 à 9 atomes de carbone ou des acides perfluoroalkylcarboxyliques, la tétraméthylènesulfone (ou suffolane), les nitriles aliphatiques comme I'acétonitrile.

L'acide acétique est généralement préféré, en particulier lorsque le substrat à oxyder est le cyclohexane.

Le catalyseur contient de préférence du cobalt, du manganèse, un mélange de cobalt avec un ou plusieurs autres métaux comme le manganèse, le chrome, le fer, le zirconium, I'hafnium, le cuivre, un mélange de manganèse avec un ou plusieurs autres métaux comme le chrome, le fer, le zirconium, I'hafnium, le cuivre. Parmi les mélanges à base de cobalt, les catalyseurs comprenant soit du cobalt et du chrome, soit du cobalt, du chrome et du zirconium, soit du cobalt et du fer, soit du cobalt et du manganèse, soit du cobalt et du zirconium et/ou de I'hafnium conviennent plus particulièrement bien. Ce catalyseur est engagé pour l'oxydation du cyclohexane, sous la forme de composés de ces métaux solubles dans le milieu réactionnel.

Le mélange réactionnel à traiter par le procédé de l'invention contient à titre indicatif en poids par poids de 1 % à 99 % d'hydrocarbure non transformé, de 1 % à 40 % d'acides carboxyliques formés, de 0,1 % à 10 % d'eau, de 0,001 % à 5 % du métal ou des métaux contenus dans le catalyseur, de 0,1 % à 10 % d'autres produits de la réaction d'oxydation, le complément étant constitué par le solvant.

L'étape de distillation de la phase inférieure, ou le cas échéant du mélange réactionnel, est conduite de telle façon que la majeure partie et, dans la mesure du possible, la totalité du cyclohexane non transformé, pouvant être encore présent dans cette phase inférieure, soit séparée de l'acide adipique. Une partie des intermédiaires de réaction peuvent aussi être séparés, mais de préférence ces intermédiaires demeurent avec les diacides formés et le catalyseur, ainsi qu'avec les composés lourds éventuellement formés dans la réaction initiale d'oxydation de l'hydrocarbure. Sous le terme général de composés lourds ou de lourds, on entend les composés formés ayant une température d'ébullition supérieure à celle de t'hydrocarbure et des intermédiaires de réaction indiqués précédemment et qui ne sont pas les diacides carboxyliques, acide adipique, acide glutarique et acide succinique, formés par la réaction d'oxydation.

Cette étape permet d'éviter lors de l'étape d'oxydation des intermédiaires de réaction, tels que cyclohexanol, cyclohexanone, carboxylates de cyclohexyle, acides hydroxycarboxyliques (acide hydroxycaproique), lactones (butyrolactone, valérolactone essentiellement), d'oxyder une nouvelle quantité de cyclohexane et par conséquent de former à nouveau des intermédiaires et sous-produits de réaction.

L'étape de distillation est généralement effectuée à une température de 25°C à 250°C et sous une pression absolue comprise entre 10 Pa et la pression atmosphérique.

De préférence la température du mélange pendant la distillation sera maintenue entre 70°C et 150°C.

Pour parfaire la séparation du cyclohexane non transformé, on peut utiliser dans la distillation un entraîneur inerte qui peut être un gaz inerte tel que I'azote ou de la vapeur d'eau.

Le distillat obtenu dans l'opération de distillation comprend essentiellement le cyclohexane non transformé, le cas échéant de l'eau et des intermédiaires réactionnels tels que cyclohexanol et cyclohexanone. Le cyclohexane et les intermédiaires sont recyclés dans une nouvelle réaction d'oxydation du cyclohexane, après une élimination au moins partielle de l'eau par tout moyen connu, notamment par distillation azéotropique.

L'oxydation du pied de distillation (oxydation secondaire) est catalysée par le catalyseur mis en oeuvre dans la réaction principale d'oxydation de l'hydrocarbure.

Compte tenu des quantités d'intermédiaires de réaction, faibles par rapport à la quantité d'hydrocarbure mise en oeuvre dans la réaction principale, le catalyseur se trouve en quantité relativement importante, par rapport aux composés à oxyder.

L'oxydation secondaire peut être réalisée avec de l'oxygène pur, avec de I'air ou avec d'autres mélanges gazeux contenant de l'oxygène, comme par exemple de I'air enrichi ou appauvri en oxygène. Elle peut également être réalisée avec des donneurs d'oxygène, tels que par exemple le peroxyde d'hydrogène ou les hydroperoxydes

organiques comme I'hydroperoxyde de tertiobutyle, I'hydroperoxyde de cyclohexyle, I'hydroperoxyde de cumyle.

Lorsque l'oxydation secondaire est effectuée avec t'oxygène pur ou en mélange, la pression utilisée pour cette oxydation peut varier dans de larges limites. Généralement la pression absolue se situe entre 1 bar (0,1 MPa) et 100 bar (10 MPa) et préférentiellement entre 5 bar (0,5 MPa) et 50 bar (5 MPa).

La température peut également varier largement, par exemple de 25°C à 250°C.

De préférence, on réalise l'oxydation à une température de 40°C à 150°C.

Après l'étape d'oxydation secondaire, on distille le solvant et les autres composés liquides éventuellement encore présents, de manière à obtenir un mélange contenant essentiellement les diacides carboxyliques formés et le catalyseur.

On procède alors à une cristallisation de I'acide adipique dans l'eau ou dans un solvant organique solubilisant au moins partiellement I'acide adipique à chaud.

Ce solvant organique peut être choisi notamment parmi les cétones, les acides carboxyliques, les esters d'acides carboxyliques, les alcools, les nitriles aliphatiques.

L'acide adipique obtenu par cette cristallisation est ensuite recristallisé dans t'eau, afin d'atteindre la pureté nécessaire pour les principales applications où il est utilisé.

La recristallisation peut être précédée par un traitement au noir améliorant encore la pureté recherchée.

Comme cela peut être déduit de la description qui précède, le procédé de l'invention permet d'obtenir I'acide adipique pur dans des conditions ne nécessitant pas de catalyseur supplémentaire pour transformer les composés intermédiaires et/ou les composés lourds formés dans la réaction d'oxydation de l'hydrocarbure. Le présent procédé ne nécessite pas non plus de consommer un réactif supplémentaire tel que I'acide nitrique et par conséquent évite l'investissement industriel correspondant.

Les exemples qui suivent illustrent l'invention.

EXEMPLE 1 Dans un autoclave de 1,51 chemisé titane et équipé d'une turbine six pales et des diverses ouvertures pour l'introduction des réactifs et des fluides ou pour l'évacuation des produits de la réaction et des fluides, que l'on a préalablement purgé à I'azote, on charge à température ambiante : -Acétate de cobalt tétrahydraté : 4,0 g (16 mmol) -Acide acétique : 357 g -Cyclohexane : 292,5g -Cyclohexanone : 3,2 g (32,7 mmol)

Après fermeture de I'autoclave, la pression d'azote est portée à 20 bar (2 MPa), I'agitation (1000 tours/min.) est mise en route et la température est amenée à 105°C en 20 minutes. L'azote est alors remplacé par 20 bar (2 MPa) d'air appauvri (à 5 % d'oxygène). Le débit gazeux d'entrée est régie à 250 litres par heure.

Après une induction de dix minutes environ, pendant laquelle il n'y a pas consommation d'oxygène, la température stéieve de 2 à 3°C et l'oxygène commence à être consommé. Le titre en oxygène en entrée est progressivement amené à 21 %.

Le titre en oxygène à la sortie du réacteur reste inférieur à 5 % durant la totalité de l'essai. La température dans I'autoclave se maintient vers 105°C.

Lorsque 53 litres d'oxygène ont été consommés (Taux de conversion de 20% environ), on commence l'injection en continu de la phase liquide : injection d'une solution d'acide acétique contenant 1,1 % en poids d'acétate de cobalt tétrahydraté et 1,44 % en poids de cyclohexanone à un débit de 4,6 ml/min (régime stabilisé) et injection de cyclohexane à un débit de 5 ml/min (régime stabilisé). Le produit liquide est stocké en continu dans un décanteur de 7 litres à 70°C.

Après 370 min depuis le début de la réaction, I'air est progressivement remplacé par de I'azote, le contenu de I'autoclave est transféré dans le décanteur. Le contenu du décanteur est un mélange biphasique. La phase supérieure, essentiellement cyclohexanique, qui contient peu de produits et de cobalt, est séparée. La phase inférieure acétique (2668 g) contient 1'essentiel des produits de l'oxydation et du cobalt.

La phase acétique est soumise à une première distillation dans les conditions suivantes : -pression : 60 kPa -Température : 120°C Cette distillation a pour but d'éliminer tout le cyclohexane.

Les résultats obtenus sont regroupés dans le tableau 1 ci-après. Composés Masse initiale non Pied de distillation 1 traitée Cyclohexanone 281 mmol 95 mmol Acétate de cyclohexyle 18,5 mmol 37,2 mmol Cyclohexanol libre 243,4 mmol 53 mmol Acide glutarique* 248,6 mmol 248,6 mmol Acide succinique* 162,1 mmol 162,1 mmol Acide adipique* 2100,8 mmol 2100,8 mmol Acide hydroxycaproique 52,0 mmol 52,0 mmol Acide hydroxy-3 adipique 102,9 mmol 102,9 mmol Butyrolactone 87,3 mmol 58,2 mmol valérolactone 33,3 mmol 12,7 mmol Acide acétique1593g430g Masse totale 2668 g 895 g

Tableau 1 * Acide total (libre et estérifié) Le distillat a une masse de 1773 g.

La moitié du pied de distillation 1 (447,5 g) est soumise à une deuxième distillation, plus poussée et destinée à éliminer tous les composés organiques volatils qu'elle contient grâce à une injection de vapeur d'eau à 150°C sous pression de 10 kPa.

Les résultats obtenus sont regroupés dans le tableau 2 ci-après. Composés 447,5 g du pied de Pied de distillation 2 distillation 1 à redistiller Cyclohexanone 47,5 mmol négligeable Acétate de cyclohexyle 18,6 mmol négligeable Cyclohexanol libre 26,5 mmol négligeable Acide glutarique* 124,3 mmol 124,3 mmol Acide succinique* 81,0 mmol 81,0 mmol Acide adipique* 1050,4 mmol 1050,4 mmol Acide hydroxycaproique 26,0 mmol 26,0 mmol Acide hydroxy-3 adipique 51,5 mmol 51,5 mmol Butyrolactone 29,1 mmol négligeable valérolactone 6,4 mmol négligeable Acide acétique 215 9 6, 1 Masse totale 447,5 g 225

Tableau 2 Le distillat a une masse de 222,5 g.

On rajoute 500 g d'eau au pied de distillation 2. L'ensemble est chauffé à 70°C, puis est progressivement refroidi jusqu'à température ambiante (environ 20°C).

Après filtration et lavage A 1'eau, on obtient 122 g d'acide adipique brut.

Une recristallisation dans !'eau de cet adipique brut conduit à un acide adipique purifié (A) contenant : -acide succinique : 0,0003 % -acide glutarique : <0,0001 % -cobalt : < 0,0002 % Le catalyseur au cobalt se trouve dans les eaux de cristallisation et de lavage.

EXEMPLE 2 La deuxième moitié du pied de distillation 1 (447,5g) de t'exempte 1 est diluée dans 400 ml d'acide acétique supplémentaires et soumis à une nouvelle oxydation à I'air.

Les 847,5 g de la solution précédente sont introduits dans I'autoclave titane de 1,5 1, inerte a I'azote. Après fermeture de I'autoclave, la pression d'azote est portée à 20 bar (2 MPa), I'agitation (1000 tours/min.) mise en route et la température amenée à 105°C en 20 minutes. L'azote est alors remplacé par 20 bar d'air. Le débit gazeux d'entrée est régie à 250 litres par heure. Au bout de 3 h, I'autoclave est refroidi à 70°C, dépressurise. La masse oxydée est récupérée et soumise à une distillation de type 2 (10 kPa, 150°C, injection de vapeur).

Les résultats sont présentés dans le tableau 3 ci-après. Composés 447,5 g du pied de Résultat de l'oxydation Pied de distillation 2 distillation 1 sur la masse oxydée oxyder Cyclohexanone 47,5 mmol négligeable négligeable Acétate de cyclohexyle 18,6 mmol 20 mmol négligeable Cyclohexanol libre 26,5 mmol 11,2 mmol négligeable Acide glutarique* 124,3 mmol 140,2 mmol 140,2 mmol Acide succinique* 81,0 mmol 90,3 mmol 90,3 mmol Acide adipique* 1050,4 mmol 1080,5 mmol 1080,5 mmol Acide hydroxycaproique 26,0 mmol 13 mmol 13 mmol Acide hydroxy-3 adipique 51,5 mmol 60 mmol 60 mmol Butyrolactone 29,1 mmol 12,5 mmol négligeable valérolactone 6,4 mmol négligeable négligeable Acide acétique 215 g 515 8,4 Masse totale 447,5 g 855 2129

Tableau 3

On rajoute 500 g d'eau au pied de distillation 2. L'ensemble est chauffé à 70°C, puis est progressivement refroidi jusqu'à température ambiante (environ 20°C).

Après filtration et lavage à t'eau, on obtient 126 g d'acide adipique brut.

Une recristallisation dans !'eau de cet adipique brut conduit à un acide adipique purifié (B) contenant : -acide succinique : 0,0002 % -acide glutarique : <0,0001 % -cobalt : < 0,0002 % Le catalyseur au cobalt se trouve dans les eaux de cristallisation et de lavage.

Les lots d'acide adipique (A) et (B) sont soumis à un test de chauffage.

Ce test consiste à chauffer 50 g de chaque lot à 215°C pendant 205 min, puis à placer chacun d'eux dans 415 ml d'une solution aqueuse ammoniacale à 5 %.

On mesure ensuite I'absorbance à 454 nm des solutions d'adipate d'ammonium obtenues.

On obtient les résultats suivants, exprimés en absorbances relatives, I'acide adipique (A) de référence représentant la valeur 1 : Acide adipique (A) : 1 Acide adipique (B) : 0,15 L'acide adipique (B) purifié selon la présente invention contient moins d'impuretés susceptibles de se colorer par chauffage.