POLYMERE

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne la production d’acide acrylique de grade polymère, communément appelé acide acrylique glacial.

ARRIERE-PLAN TECHNIQUE ET PROBLEME TECHNIQUE

Les procédés de production d’acide acrylique ex- propylène mettent en œuvre, après la sortie des réacteurs d’oxydation du propylène, diverses étapes de purification qui peuvent différer par leur enchaînement suivant le procédé :

- élimination des incondensables et de l'essentiel des composés très légers, en particulier l’acroléine intermédiaire de synthèse de l’acide acrylique (AA brut),

- déshydratation éliminant l’eau et le formol (AA déshydraté),

- élimination des légers (en particulier l'acide acétique), puis

- élimination des lourds (AA technique).

Chaque étape produit ainsi une qualité d’acide acrylique qui diffère par la teneur en impuretés résiduelles qui subsistera dans celui-ci. Ces impuretés, par leurs quantités et par leur nature, limiteront l’acide acrylique obtenu à un type d’application particulier. Lorsque l’acide acrylique est destiné à la mise en œuvre dans des procédés de polymérisation conduits sous différentes formes, en masse, en solution, en suspension, ou en émulsion, la qualité de l’acide acrylique (AA), c’est-à-dire sa teneur en différentes impuretés va jouer un grand rôle dans les processus de polymérisation ultérieurs. Les industriels fabriquant cet acide acrylique mettent alors en jeu des étapes de purification supplémentaires pour transformer l’acide acrylique dit technique (Aat) en acide acrylique « standard » qu’on appelle habituellement l’acide acrylique glacial (AAg) ou acide acrylique de grade polymère. Pour atteindre la qualité d'acide acrylique glacial permettant de synthétiser des polymères de haute masse moléculaire, il est particulièrement important d'éliminer dans GAA technique certaines impuretés jusqu'à des teneurs extrêmement faibles. Il s’agit notamment de certains aldéhydes, comme le furfuraldéhyde (ou furfural), le benzaldéhyde ou l'acroléine, ou d’autres impuretés comme la protoanémonine, composés générés au cours de la synthèse de l’acide acrylique, ou encore les inhibiteurs de polymérisation non phénoliques comme la phénothiazine, susceptibles d’avoir été introduits lors de la synthèse de l’acide acrylique. Ces composés ont un effet important sur la réactivité de GAA glacial lorsqu'il est engagé dans une réaction de polymérisation visant à produire un polymère de haute masse moléculaire, en retardant ou en inhibant la réaction.

Ainsi, il s’agira le plus souvent de transformer, par une opération de purification telle une distillation en présence d’un agent chimique ou par une opération de cristallisation, un acide acrylique technique de pureté supérieure à 98,5% massique, et contenant encore des impuretés lourdes telles les aldéhydes: Furfural : < 0,05% ; Benzaldéhyde : < 0,05%, Protoanémonine : < 0,05%, en acide acrylique de grade polymère.

Ce dernier peut être caractérisé comme suit :

- pureté supérieure à 99,5% massique,

- moins de 0,05% massique d’eau,

- moins de 0,075% d’acide acétique ,

teneur en furfural < 2 ppm,

- teneur en benzaldéhyde < 2ppm ,

teneur en Protoanémonine < 2ppm ,

- une teneur massique en aldéhyde totaux < 10 ppm.

Les procédés d’obtention d’acide acrylique technique sont bien connus. Ainsi les documents EP 2 066 613, WO 2015/126704, WO 2008/033687 basés sur une technologie « sans solvant », décrivent un procédé de récupération d’acide acrylique sans utiliser d’eau extérieure, ni de solvant azéotropique. Ce procédé met en œuvre deux colonnes de distillation pour purifier le mélange réactionnel gazeux refroidi : a) une colonne de déshydratation, b) une colonne de finition alimentée par une partie du flux de pied de la colonne de déshydratation. L’obtention d’un acide acrylique glacial en utilisant le procédé sans solvant tel que décrit dans ces brevets n’est pas envisageable dans le cadre de la présente invention. En effet la colonne de finition mise en œuvre devrait alors réaliser la séparation des produits légers (eau, acétique) avec le flux d’acide acrylique, mais aussi celle des lourds (furfural, benzaldéhyde) avec celui-ci, dans la même colonne. Le nombre d’étages de séparation et par conséquent de plateaux type Dual Flow augmentent alors de façon significative, ce qui entraînerait une perte de charge et une élévation de la température de pied de colonne qui n’est pas compatible avec le caractère thermo sensible de l’acide acrylique.

Pour obtenir de l’acide acrylique glacial, les documents EP2066613 ou WO 2008/033687 indiquent que l’acide acrylique technique obtenu par leur procédé peut être soumis à un traitement complémentaire par cristallisation fractionnée, comme décrit dans le brevet US5504247 de Sulzer, ou dans le document WO 2011/010035 de la Société Demanderesse relatif à la production d’acide acrylique de grade polymère d’origine renouvelable. Cette technologie impose néanmoins un coût d'investissement et un coût d'exploitation (consommation électrique) qui peuvent s'avérer plus importants qu’un procédé de distillation.

On peut aussi obtenir de l’acide acrylique glacial par une opération de distillation supplémentaire combinée à un traitement chimique permettant d’éliminer les aldéhydes. Parmi les réactifs utilisables, on peut employer des amines, et plus particulièrement les composés de la famille des hydrazines, comme décrit dans les brevets US 3,725,208 ou US 7,393,976. Généralement, ces composés peuvent être utilisés tels quels ou sous forme de leurs sels ou hydrates.

Le document WO 2017/050583 complète les procédés sans solvant décrits dans WO 2015/126704 et WO 2008/033687 en proposant l’ajout d’une étape de traitement des aldéhydes à l’aide d’un agent chimique, réalisée dans une section de purification comprenant une colonne de déshydratation, et une colonne de finition (ou colonne de purification), de préférence à l’intérieur de ladite section de purification, ou en alternative dans une section de purification complémentaire par distillation avec une ou deux colonnes de distillation, et permettant de conduire à une qualité d’acide acrylique glacial. Les traitements chimiques qui sont décrits dans l’état de la technique présentent tous l'inconvénient de générer de l'eau lors de la réaction des aldéhydes avec le réactif chimique.

La présence de l’eau dans l'acide acrylique peut être dommageable pour la fabrication de polymères en milieu non aqueux. Pour cette raison, il peut être intéressant de réaliser cette opération de traitement chimique des aldéhydes pendant une étape de distillation visant à éliminer l’eau et les composés légers en tête, avant une étape de distillation de l'acide acrylique destinée à séparer les composés lourds, comme décrit par exemple dans le document WO 2010/031949. Cette méthode nécessite cependant la mise en œuvre d’au moins deux colonnes de distillation.

Un autre inconvénient du traitement chimique d’élimination des aldéhydes par les composés aminés est leur réactivité envers l'acide acrylique lui-même, qui conduit à une réduction significative de la stabilité du milieu.

Malgré l'utilisation d'inhibiteurs classiquement mis en œuvre pour la distillation de ce monomère, on observe des dépôts de polymères, particulièrement au niveau des plateaux de colonnes et/ou de la paroi chaude du bouilleur. La formation de ces dépôts solides entraîne rapidement des problèmes de bouchages ou de modification des échanges thermiques qui nécessitent un arrêt de l'installation pour nettoyage.

Un autre inconvénient des procédés utilisant un traitement chimique des aldéhydes est la perte d’acide acrylique dans le flux résiduel obtenu après séparation de l’AA purifié. Les réactions recherchées de l'agent chimique (par exemple hydrazine) avec les aldéhydes n'étant pas sélectives, un excès important de réactif par rapport aux aldéhydes à traiter doit être utilisé, et le flux résiduel composé en majeure partie d’acide acrylique ne peut être recyclé ou utilisé comme matière première de fabrication d'ester par exemple, à cause de la présence des produits de réaction du réactif avec les aldéhydes et avec l’acide acrylique. Ceci constitue donc une perte de rendement de récupération d’acide acrylique.

Enfin, l’un des inconvénients majeurs du traitement chimique des aldéhydes provient de la nature des composés généralement utilisés, comme l’hydrazine et ses dérivés qui sont des produits classés CMR (cancérigènes IB) ou l’aminoguanidine ou ses dérivés qui sont également classés CMR (reprotoxiques IB). Il est évident, pour des questions d’hygiène, sécurité et environnement (HSE), que l’usage de ce type de substance doit être évité lorsque c’est possible dans les installations industrielles. En cas d’utilisation de ce produit, des mesures strictes de confinement, de manipulation, et de gestion des effluents en fonctionnement normal ou en cas de fuite doivent être mises en place de façon draconienne entraînant un coût important en exploitation.

Plus récemment, dans le document WO 2018/185423, il a été décrit la mise en œuvre d’une colonne à paroi séparatrice comme colonne de purification/finition dans un procédé de récupération d’acide acrylique utilisant deux colonnes de distillation en l’absence de solvant organique externe. La configuration particulière de la colonne à paroi séparatrice, c’est-à-dire lorsque la paroi séparatrice est jointive avec le dôme supérieur de la colonne en partie haute, et non jointive avec le fond de la colonne en partie basse, permet d’améliorer le bilan énergétique du procédé tout en améliorant la qualité technique de l’acide acrylique récupéré. L’acide acrylique technique extrait en tête de la colonne à paroi séparatrice peut être soumis à un traitement complémentaire par cristallisation fractionnée, ou par distillation éventuellement en présence d’un composé réagissant avec les aldéhydes résiduels, conduisant à une qualité d’acide acrylique de grade polymère. Du fait de la qualité technique améliorée, la purification complémentaire pour produire un grade polymère se trouve simplifiée. Par ailleurs, dans certaines conditions de mise en œuvre de la colonne à paroi séparatrice, il a été observé qu’un acide acrylique de grade polymère, répondant à des spécifications concernant la teneur résiduelle en aldéhydes tels que furfural ou benzaldéhyde, et en protoanémonine, peut être extrait directement en tête de la colonne à paroi séparatrice. Néanmoins, la mise en œuvre d’une colonne de distillation à paroi séparatrice reste complexe et spécifique. En effet, la purification décrite dans ce document ne peut pas être adaptée, sans modification significative, aux procédés conventionnels de récupération d’acide acrylique utilisant un solvant organique externe tels ceux décrits dans les documents WO 10/031949 et WO 11/114051 relatifs à la synthèse d’acide acrylique à partir de glycérol.

Il subsiste donc un besoin de disposer d’une méthode simple, rapide et facile à mettre en œuvre pour éliminer les aldéhydes, comme le furfural et le benzaldéhyde et aussi l'acroléine, ou d’autres impuretés comme la protoanémonine, dans un acide acrylique technique, conduisant à une qualité d’acide acrylique de grade polymère (ou glacial), sans l’intervention d’un agent chimique de traitement des aldéhydes, ni de technologie coûteuse comme celle utilisant une colonne de distillation à paroi séparatrice. Les inventeurs ont maintenant découvert que ce besoin pouvait être satisfait par une simple opération de distillation d’un acide acrylique technique, appliquée dans des conditions particulières, et adaptée quelle que soit la qualité de l’acide acrylique technique ou son mode d’obtention.

Il est par ailleurs apparu aux inventeurs que cette invention pouvait s’appliquer à l’acide acrylique produit à partir de propylène et/ou propane ainsi qu’à l’acide acrylique dérivé de matières premières renouvelables.

RESUME DE L’INVENTION

La présente invention concerne un procédé de fabrication d’acide acrylique glacial à partir d’un acide acrylique technique comportant des composés aldéhydes à faible teneur, ledit procédé consistant en une distillation effectuée dans une unité de distillation en l’absence de réactif chimique de traitement des aldéhydes, produisant un flux d’acide acrylique de grade polymère qui est soutiré par une sortie latérale de l’unité de distillation, un flux comportant essentiellement des composés légers étant extrait en tête de l’unité de distillation, et un flux d’acide acrylique technique comportant des composés lourds étant récupéré en pied de l’unité de distillation.

Avantageusement, le procédé de l’invention ne met pas en œuvre une colonne de distillation à paroi séparatrice.

Selon un premier mode de réalisation de l’invention, l’unité de distillation comporte une unique colonne de distillation E12 équipée d’un soutirage latéral. Généralement, la colonne E12 comporte un nombre de plateaux théoriques compris entre 15 et 30, de préférence entre 20 et 25.

Selon un second mode de réalisation, de l’invention, l’unité de distillation comporte une première colonne de distillation El dont le flux généré en tête alimente une seconde colonne de distillation E2 équipée d’un soutirage latéral. Généralement, chacune des colonnes El et E2 comporte un nombre de plateaux théoriques compris entre 8 et 15, de préférence entre 10 et 12.

Selon ces deux modes de réalisation, l’acide acrylique soumis au procédé selon l’invention est un acide acrylique de grade technique de teneur massique supérieure à 99,5%, comportant une faible teneur en aldéhydes tels que furfural, benzaldéhyde et acroléine, et pouvant comporter des composés légers tel que l’acroléine, l’acide acétique ou de l’eau ; le procédé selon l’invention permet de produire un flux d’acide acrylique purifié répondant à des critères de haute qualité permettant son utilisation dans la fabrication de polymères acryliques de haute masse moléculaire, en l’absence d’ajout de composé chimique de traitement des aldéhydes.

En particulier, l’acide acrylique de grade polymère obtenu selon le procédé de l’invention peut être caractérisé comme suit :

- teneur en aldéhydes massique totaux (furfural, benzaldéhyde, acroléine) : < 10 ppm, de préférence < 4 ppm,

- teneur en Protoanémonine : < 2 ppm,

- teneur massique en eau : < 0,1%, de préférence < 0,05%,

- teneur massique en acide acétique : < 0,1%, de préférence < 0,08%.

L’invention permet ainsi de surmonter les inconvénients des procédés de l’art antérieur, en supprimant l’utilisation d’un produit classé CMR dans la fabrication de l’acide acrylique de grade polymère à partir d’un acide acrylique de grade technique. En conséquence, la formation de l’eau liée aux réactions entre les composés aminés comme l’hydrazine et les aldéhydes ou acides insaturés, est évitée, et les problèmes d’encrassement dus à l’utilisation de réactif chimique n’ont pas lieu.

En outre, le produit résiduel issu de la distillation de l’acide acrylique technique en vue d’obtenir de l’acide acrylique de grade polymère, récupéré en pied de l’unité de distillation, peut être avantageusement recyclé vers un atelier d’estérification fabriquant des esters acryliques en Ci-Cs, sans purification supplémentaire qui serait indispensable en cas d’utilisation d’un agent de traitement chimique des aldéhydes.

Selon certains modes de réalisation particuliers, l’invention présente également une, ou de préférence, plusieurs des caractéristiques avantageuses énumérées ci-dessous :

- L’unité de distillation comporte au moins un reflux en tête, en particulier un reflux en tête de la colonne de distillation E 12 ou la colonne E2 équipée d’un soutirage latéral.

- L’unité de distillation comporte en tête un condenseur qui peut être total ou partiel, qui permet de condenser au moins partiellement le flux distillé riche en composés légers. Le flux condensé est renvoyé au moins en partie en tête de colonne E12 ou E2 équipées d'un soutirage latéral. La partie non condensée est éliminée, par exemple en l’envoyant vers un incinérateur avant rejet ultime à l’atmosphère, ou peut être recyclée en amont du procédé, par exemple dans la colonne d’absorption de l’acide acrylique à partir des gaz de réaction. La partie du flux condensé qui n'est pas recyclée en reflux dans la colonne peut être éliminée, ou de préférence recyclée en amont du procédé de purification, ou être utilisée pour la fabrication d'esters acryliques.

- Le soutirage latéral de l’acide acrylique peut être réalisé en phase gazeuse ou en phase liquide. Il est de préférence réalisé en phase liquide pour limiter la quantité d’acroléine présent dans celui-ci.

- Le soutirage latéral comprend un condenseur qui refroidit l’acide acrylique à une température de l’ordre de 30°C avant stockage.

- Au moins un inhibiteur de polymérisation phénolique est introduit au niveau du condenseur associé au soutirage latéral, préférentiellement l’éther méthylique de l'hydroquinone (EMHQ), en quantité adéquate pour protéger le flux condensé contre une polymérisation au niveau du condenseur, dans le bac de stockage et lors du transport avant utilisation de l'acide acrylique, et répondant aux exigences de réactivité en polymérisation.

- le soutirage latéral est effectué de préférence dans le premier tiers du haut de la colonne E12 ou E2.

- Au moins un inhibiteur de polymérisation phénolique, de préférence l’EMHQ, est introduit en tête des colonnes E2 et E12 en amont du condenseur, de façon à empêcher la formation de polymère lors de la condensation du mélange gazeux distillé et dans la colonne, grâce à la présence de cet inhibiteur dans le reflux liquide renvoyé en tête de colonne.

- En complément, des inhibiteurs de polymérisation, en particulier des inhibiteurs de polymérisation non phénoliques, peuvent être envoyés seuls ou en combinaison, au niveau d'un plateau situé sous le soutirage latéral des colonnes E2 ou E12 et/ou en tête de colonne El . Les inhibiteurs mis en jeu sont ceux employés par l’homme de l’art pour la purification de l’acide acrylique.

- De l’air ou de l’air appauvri est injecté en bas de l’unité de distillation, dans la colonne E12 ou El, de préférence dans une proportion volumique de 0,1 à 0.5% d'oxygène par rapport au débit total d’AA distillé.

- Le rapport massique entre le flux soutiré latéralement et le flux d’alimentation est compris entre 60 et 90% de préférence entre 70% et 80%.

- Le rapport massique entre le flux soutiré en pied et le flux d’alimentation est compris entre 10% et 40% de préférence entre 20% et 30%. - Le flux récupéré en pied de l’unité de distillation est avantageusement recyclé vers une unité d’estérification sans traitement supplémentaire.

- Le taux de reflux que l’on peut définir comme le débit de recyclage de la tête de colonne vers la colonne, rapporté à celui de soutirage latéral, est compris entre 1,5 et 4, de préférence entre 2 et 3, par exemple est égal à 2,5. Dans ces conditions, il est possible d’obtenir un bon compromis entre la taille de colonne et le nombre d’étages de séparation à utiliser et l’énergie à mettre en œuvre pour assurer cette séparation.

- L’acide acrylique technique soumis au procédé selon l’invention contient une teneur massique en aldéhydes totaux (furfural, benzaldéhyde et acroléine) inférieure à 0,1%.

- Le procédé selon l’invention est opéré en mode continu, ou semi-continu, de préférence en mode continu.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux Figures 1 et 2 annexées qui représentent :

[Fig. 1] : schéma de principe du procédé selon un premier mode de réalisation de l’invention

[Fig. 2] : schéma de principe du procédé selon un second mode de réalisation de l’invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION

Définitions

Dans la description qui suit, le terme « grade polymère » et le terme « glacial » ont la même signification et indiquent que l’acide acrylique répond à des critères de haute qualité permettant son utilisation dans la fabrication de polymères (méth)acryliques de haute masse moléculaire.

Le terme « agent de traitement chimique des aldéhydes » ou « réactif chimique de traitement des aldéhydes » signifie un composé chimique qui forme avec les aldéhydes des produits de réaction plus lourds qui deviennent plus facilement séparables de l’acide acrylique par distillation.

Par « traitement chimique » on entend le traitement réalisé à l’aide d’un agent de traitement chimique des aldéhydes. Ce type de traitement et les composés utilisables sont bien connus dans l’état de l’art, sans que les réactions ou complexations mises en œuvre soient complètement identifiées. Le mode d’action a essentiellement pour but de former des produits de réaction plus lourds que les aldéhydes à traiter.

Ce terme d’agent de traitement chimique des aldéhydes exclut les inhibiteurs de polymérisation qui, même s’ils peuvent avoir un effet mineur sur les aldéhydes, sont généralement introduits dans le seul but de stabiliser les flux contenant des dérivés acryliques vis-à-vis d’une polymérisation, ces inhibiteurs de polymérisation pouvant donc être présents dans l’acide acrylique soumis au procédé selon l’invention.

Le terme « léger », qualifiant les composés sous-produits, désigne les composés dont le point d’ébullition est inférieur à celui de l’acide acrylique sous la pression de travail considérée, et par analogie, le terme « lourd » désigne les composés dont le point d’ébullition est supérieur à celui de l’acide acrylique.

Le terme « solvant organique externe » désigne tout composé organique dans lequel l'acide acrylique est soluble et dont l'origine est extérieure au procédé, utilisé comme solvant d’absorption, d’extraction ou de distillation azéotropique.

Le terme « solvant azéotropique » désigne tout solvant organique présentant la propriété de former un mélange azéotropique avec l’eau.

Le terme « non condensable » ou « incondensable » désigne les composés dont le point d’ébullition est inférieur à la température de 20°C sous la pression atmosphérique.

Production de l’acide acrylique de grade polymère suivant l’invention

Selon l’invention, un acide acrylique de grade polymère peut être obtenu par une simple opération de distillation d’un acide acrylique technique, sans avoir recours à un traitement chimique des aldéhydes. Cette opération de distillation peut faire suite aux différents procédés de fabrication d’acide acrylique technique sans solvant, décrits par exemple dans les documents EP 2 066 613, WO 2015/126704, WO 2008/033687, ou utilisant des solvants dits externes tel le WO 2010/031949.

Il est par ailleurs apparu que cette invention pouvait s’appliquer à l’acide acrylique produit à partir de matières premières type propylène et/ou propane ainsi qu’à l’acide acrylique dérivé de matières premières renouvelables. La qualité de l’acide acrylique technique soumis au procédé selon l’invention peut être définie comme suit (teneurs massiques):

Eau < 0,2 %, de préférence < 0,05%, par exemple < 0,01%

Acide acétique < 0,25 %, de préférence < 0,10% , par exemple < 0,05%

Furfural < 0,05%, de préférence < 0,03% , par exemple < 0,005 %

Benzaldéhyde < 0,05% de préférence <0,02%, par exemple < 0,005%

Acroléine < 0,02%, de préférence < 0,01%

protoanémonine < 0,02% de préférence < 0,01%, par exemple < 0,005%.

Selon l’invention, ledit flux d’acide acrylique technique est envoyé dans une seule unité de distillation d’où est soutiré de façon latérale un acide acrylique débarrassé de l’essentiel des aldéhydes résiduels, correspondant au grade polymère ou glacial recherché défini comme suit :

- pureté supérieure à 99,5% massique,

- moins de 0,05% massique d’eau,

- moins de 0,075% d’acide acétique ,

teneur en furfural < 2 ppm,

- teneur en benzaldéhyde < 2ppm ,

teneur en Protoanémonine < 2ppm ,

- une teneur massique en aldéhyde totaux < 10 ppm.

L’ unité de distillation

Le procédé de fabrication d’acide acrylique glacial à partir d’un acide acrylique technique comportant des composés aldéhydes à faible teneur, consiste en une distillation effectuée dans une seule unité de distillation qui est exempte de colonne de distillation à paroi séparatrice.

En référence à la Figure 1 qui représente un premier mode de réalisation de l’invention, la colonne E12 est équipée d’un soutirage latéral et comporte un nombre de plateaux théoriques compris entre 15 et 30, de préférence entre 20 et 25. Cette colonne unique fonctionne sous une pression réduite généralement comprise entre 20 mm Hg et 150 mm Hg, de préférence entre 30 mm Hg et 100 mm Hg. La colonne E 12 est constituée de tout type de plateaux et/ou d'internes vrac et/ou de garnissages structurés disponibles pour la rectification de mélanges et adaptés à la distillation de composés polymérisables. Elle peut être une colonne de distillation classique pouvant comprendre au moins un garnissage, tel que par exemple un garnissage vrac et/ou une combinaison de sections équipées de garnissages vrac et structurés, et/ou des plateaux tels que par exemple des plateaux perforés, des plateaux à clapets fixes, des plateaux à clapets mobiles, des plateaux à calottes, ou leurs combinaisons. De préférence, la colonne E12 est équipée de plateaux perforés.

La stabilisation de la colonne E12 est généralement effectuée à l’aide de stabilisants bien connus de l’homme de l’art éventuellement avec injection d’air ou d’air appauvri en oxygène.

L’alimentation de la colonne E12 s’effectue dans le premier quart du bas de la colonne, de préférence au niveau d’un plateau allant des plateaux 2 à 7, de préférence des plateaux 3 à 5.

En l’absence de traitement chimique des aldéhydes, une fraction gazeuse riche en composés légers, tels qu’ acroléine, acide acétique et eau est distillée en tête de colonne et éliminée après condensation et éventuellement traitement complémentaire, ou recyclée en amont du procédé de purification, ou utilisée pour la fabrication d'esters acryliques. Lorsqu’on met en œuvre une condensation partielle, ces composés légers non condensés peuvent être directement envoyés sous forme gazeuse vers une unité de traitement d’évent.

L’acide acrylique de grade polymère est soutiré en phase liquide ou en phase gazeuse, de préférence au premier tiers du haut de la colonne El 2, en particulier entre les plateaux théoriques 1 à 5 plateaux situés en dessous de la tête de colonne. De préférence, l’acide acrylique de grade polymère est soutiré en phase liquide.

En pied de la colonne E12, un flux d’acide acrylique comportant l’essentiel des impuretés lourdes (en particulier furfural, benzaldéhyde, protoanémonine et inhibiteurs non phénoliques) séparées du flux d’acide acrylique alimentant la colonne El 2, peut être avantageusement recyclé comme un grade technique d’acide acrylique vers une unité d’estérification, sans purification complémentaire.

Le rapport massique entre le flux soutiré latéralement et le flux d’alimentation de la colonne E12 est compris entre 60 et 90% de préférence entre 70% et 80%. Le rapport massique entre le flux soutiré en pied et le flux d’alimentation de la colonne E12 est compris entre 10% et 40% de préférence entre 20% et 30%.

Selon un mode de réalisation particulier, la colonne E12 est équipée d'un condenseur et d'une alimentation liquide en tête, qui assure un reflux liquide dans la colonne. Le taux de reflux que l’on peut définir comme le débit de recyclage de la tête de colonne vers la colonne rapportée à celui de soutirage latéral est compris entre 1,5 et 4, de préférence entre 2 et 3, par exemple est égal à 2,5. Ces conditions permettent de conduire au meilleur compromis entre la taille de la colonne / nombre d’étages de séparation à utiliser et l’énergie à mettre en œuvre pour assurer la distillation efficace.

Les composés légers en tête de colonne sont éliminés préférentiellement en phase gazeuse après une opération de condensation partielle.

En référence à la Figure 2 qui représente un second mode de réalisation de l’invention, l’unité de distillation comprend deux colonnes de distillation El et E2 reliées fluidiquement entre elles par le flux gazeux distillé en tête de la colonne El qui alimente en pied la colonne E2.

Chacune des colonnes El et E2 comporte un nombre de plateaux théoriques compris entre 8 et 15, de préférence entre 10 et 12.

Les colonnes El et E2 sont généralement des colonnes de distillation classiques pouvant comprendre au moins un garnissage, tel que par exemple un garnissage vrac et/ou un garnissage structuré, et/ou des plateaux tels que par exemple des plateaux perforés, des plateaux à clapets fixes, des plateaux à clapets mobiles, des plateaux à calottes, ou leurs combinaisons. De préférence, les colonnes El et E2 sont équipées de plateaux perforés.

Les colonnes El et E2 sont généralement stabilisées vis-à-vis de la polymérisation à l’aide de stabilisants bien connus de l’homme de l’art éventuellement avec injection d’air ou d’air appauvri en oxygène.

Les colonnes El et E2 fonctionnent sous une pression réduite généralement comprise entre 20 mm Hg et 150 mm Hg, de préférence entre 30 mm Hg et 100 mm Hg.

L’alimentation de la colonne El est réalisée de préférence dans le premier quart du bas de la colonne, de préférence au niveau d’un plateau allant des plateaux 2 à 7, de préférence des plateaux 3 à 5. La phase gazeuse générée en tête de la colonne El alimente la colonne E2 dans le premier quart du bas de la colonne, de préférence au niveau d’un plateau situé allant des plateaux 1 à 3 de cette colonne.

En l’absence de traitement chimique des aldéhydes, une fraction gazeuse entraînant essentiellement les composés légers, tels que acroléine, acide acétique et eau est distillée en tête de colonne E2, et récupérée après condensation pour être traitée dans une station biologique ou lorsqu’on ne met en œuvre qu’un condenseur partiel ces composés légers sont directement envoyés vers une unité de traitement d’évent.

Selon un mode de réalisation, au moins une partie du flux condensé en tête de la colonne E2 est envoyée comme reflux dans la colonne E2 et par voie de conséquence dans la colonne El .

Le taux de reflux que l’on peut définir comme le débit de recyclage de la tête de colonne E2 vers la colonne E2 rapporté à celui de soutirage latéral de la colonne E2 est compris entre 1,5 et 4, de préférence entre 2 et 3, par exemple est égal à 2,5. Ces conditions permettent de conduire au meilleur compromis entre la taille des colonnes / nombre d’étages de séparation à utiliser et l’énergie à mettre en œuvre pour assurer la distillation efficace.

L’acide acrylique de grade polymère est soutiré en phase liquide ou en phase gazeuse de préférence au premier tiers du haut de la colonne E2, en particulier entre les plateaux théoriques 1 à 5 plateaux en dessous de la tête de colonne. De préférence, l’acide acrylique de grade polymère est soutiré en phase liquide. Le rapport massique entre le flux soutiré latéralement de la colonne E2 et le flux d’alimentation de la colonne El est compris entre 60 et 90%, de préférence entre 70% et 80%.

Le rapport entre le flux soutiré en pied de la colonne El et le flux d’alimentation de la colonne El est compris entre 10% et 40% de préférence entre 20% et 30%. Le flux de pied de colonne E2 est envoyé sous forme liquide en tête de colonne El

En pied de la colonne El, un flux d’acide acrylique comportant l’essentiel des impuretés lourdes (en particulier furfural, benzaldéhyde, protoanémonine et inhibiteurs non phénoliques) séparées du flux d’acide acrylique alimentant la colonne El, peut être avantageusement recyclé comme un grade technique d’acide acrylique vers une unité d’estérification, sans purification complémentaire. La consommation énergétique dans le procédé selon l’invention est généralement plus élevée que celle nécessaire dans une séparation utilisant de l’hydrazine ou ses dérivés pour traiter les aldéhydes. Ce surcoût énergétique est cependant largement compensé par le gain obtenu du fait de l’absence des arrêts de production et des opérations de nettoyage et de maintenance suite aux encrassements liées à l’utilisation de composé aminé, et surtout par l’absence de produit CMR et son environnement industriel contraignant.

L’invention sera maintenant illustrée par les exemples suivants, qui n’ont pas pour but de limiter la portée de l’invention, définie par les revendications annexées.

PARTIE EXPERIMENTALE

Les pourcentages sont exprimés en pourcentages massiques.

Les abréviations suivantes sont utilisées dans les tableaux :

AA : acide acrylique

ACO : acroléine

ACOH : acide acétique

Furfural : furfuraldéhyde

Benzal : Benzaldéhyde

PTA : protoanémonine

HZ : hydrate d’hydrazine

Des simulations à l'aide de modèles thermodynamiques et du logiciel ASPEN ont été utilisées pour illustrer un procédé selon l'art antérieur et le procédé selon l’invention. Dans ces exemples n’apparait pas la protoanémonine, car cette impureté est instable et non décrite dans les modèles thermodynamiques existants. Toutefois, la distillation expérimentale d’un mélange d’acide acrylique contenant les impuretés furfural (120ppm), benzaldéhyde (80ppm) et protoanémonine (50ppm) montre que la volatilité de la protoanémonine est comprise entre celle du benzaldéhyde (composé le moins volatil) et celle du furfural (composé le plus volatil). Ce faisant, on peut conclure que les concentrations de protoanémonine sont forcément plus faibles que celles du furfural (bien décrit dans les modèles thermodynamiques). Exemple 1 (comparatif)

Selon un procédé de l’art antérieur, un flux d’acide acrylique de grade technique est soumis à une opération de distillation à l’aide de deux colonnes E3 et E4 en série en présence d’hydrate d’hydrazine.

La première colonne E3 (avec 12 étages théoriques, et fonctionnant sous une pression de 45 mm de Hg)) est alimentée par le flux d’acide acrylique à purifier et l’hydrazine comme composé aminé réagissant avec les aldéhydes, au niveau du plateau théorique 3 compté à partir du bas de colonne. En tête de la colonne E3 (colonne d’étêtage) sont éliminées les impuretés légères comme l’eau générée lors de la réaction de l’hydrazine avec les impuretés aldéhydiques et l'acide acétique. Le taux de reflux massique de cette colonne / débit de distillât est fixé entre 0.5 et 0.7.

Le flux de pied de la colonne d’étêtage E3 alimente une seconde colonne de distillation E4 (avec 12 étages théoriques et fonctionnant sous une pression de 8500 Pa). La colonne E4 réalise, en tête, la distillation de l’acide acrylique purifié, et, en pied, l’élimination des composés lourds, comprenant notamment les produits de réaction de l’hydrazine avec les impuretés aldéhydiques et avec l’acide acrylique (réactif en excès). L’alimentation de cette colonne est réalisée sous le premier plateau du bas de la colonne.

Le tableau 1 ci-après rassemble la composition massique des différents flux. [Tableau 1]

Selon ce procédé mis en œuvre en présence d’hydrate d’hydrazine, de l’acide acrylique répondant aux spécifications d’un grade polymère est obtenu en tête de la seconde colonne E4, dans une proportion de 17510 kg pour 22525 kg d’acide acrylique technique alimenté. Le coût énergétique global pour le fonctionnement des 2 colonnes a été estimé à 4,54 Gcal/h. Le titre en acide acrylique est de 99,9% et les impuretés furfuraldéhyde, benzaldéhyde et acroléine sont présents à une teneur inférieure à 1 ppm. Le flux de pied de colonne E4 contient les composés issus de la réaction de l'hydrazine avec les aldéhydes et des réactions secondaires avec l'acide acrylique. Ce flux riche en acide acrylique est impropre à la fabrication d’esters.

Exemple 2 (comparatif)

La configuration du procédé de l’exemple 1 est utilisée, mais aucun ajout d’hydrate d’hydrazine n’est effectué.

Le tableau 2 ci-après rassemble la composition massique des différents flux.

[Tableau 2]

Dans la configuration du procédé selon l’art antérieur, en l’absence de réactif aminé, l’acide acrylique distillé en tête de la seconde colonne ne satisfait pas les spécifications d’un grade polymère pour les aldéhydes résiduels notamment pour le furfural qui présente une teneur de 85 ppm pour une spécification inférieure à 5 ppm. Exemple 3 (selon l’invention)

Une configuration telle que représentée à la Figure 1 est utilisée pour la simulation du procédé selon l’invention.

La colonne E12 comporte 24 plateaux théoriques et elle est équipée en tête d’un condenseur partiel et d’un soutirage latéral au plateau n°5 compté à partir de la tête de colonne. On alimente la colonne E12 par un flux d’acide acrylique technique, sans ajout d'agent de traitement des aldéhydes. La colonne fonctionne sous une pression de 100 mm Hg. La température au niveau du soutirage latéral est de 90°C, et celle de pied de 111°C. Le tableau 3 ci-après rassemble la composition massique des différents flux.

[Tableau 3]

Le flux soutiré latéralement correspond à un acide acrylique de grade polymère.

Pour une même production que celle obtenue dans le procédé conventionnel de l’exemple 1, la consommation énergétique dans cette configuration est de 7,15 Gcal/h au bouilleur.

Cette surconsommation d’énergie est compensée par le gain obtenu du fait de l’absence des arrêts de production et des opérations de nettoyage suite aux encrassements liées à l’utilisation de composé aminé, et du fait de l’économie réalisée en termes d’investissement pour les équipements de production et leur maintenance (colonnes, échangeurs, pompes, filtres).

En outre, le flux d’acide acrylique récupéré en pied de la colonne El 2, exempt de produits de réaction entre les aldéhydes avec un composé aminé comme l’hydrazine, peut être valorisé directement vers une unité d’estérification sans nécessiter de purification complémentaire.