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Procédé de fabrication de l'isoprène.
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La présente invention se rapporte à des procédés de fa- brication de l'isoprène. Plus particulièrement la présente invention se rapporte à des procédés pour purifier l'isoprè- ne contenant des hydrocarbures à bas point d'ébullition et de la vapeur d'eau. En outre, la présente invention se rap- porte à des procédés de purification de l'isoprène conte- nant des hydrocarbures à bas point d'ébullition, procédés qui consistent à introduire un composé bouillant plus bas que l'isoprène, mais plus haut que les hydrocarbures dans le mélange, à.séparer les hydrocarbures à bas point d'ébul- lition par distillation, et à récupérer l'isoprène à partir de la solution.
En particulier l'invention se rapporte à l'utilisation d'un composé organique bouillant dans l'inter- valle d'environ 5 C à environ 30 C dans la purification de l'isoprène. Les composés non miscibles à l'eau sont
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intéressants. Les composés miscibles à l'eau qui ne forment pas d'azéotrope avec l'eau reçoivent néanmoins la préférence.
L'acétaldéhyde est un exemple des composés préférés.
Il est connu dans le domaine actuel que l'on peut sépa- rer les hydrocarbures à bas point d'ébullition d'avec l'iso- prène par distillation ordinaire au cours de laquelle les hydrocarbures à bas point d'ébullition sont évacués par le sommet de la colonne à distiller, avec réfrigération à un niveau intense utilisée sur un condenseur partiel pour pro- duire du liquide de reflux. Malheureusement, la présence d'eau dans le courant d'isoprène contenant des hydrocarbures légers (à bas point d'ébullition) soulève des problèmes sé- rieux parce qu'une réfrigération à un niveau intense ne peut pas être employée.
Du fait que les hydrocarbures à bas point d'ébullition se condensent à une température inférieure au point de congélation de l'eau, l'apport d'une réfrigération suffisante pour séparer l'isoprène par condensation provoque la congélation de)L'eau dans le condenseur, ce qui obstrue les tubes et empêche le fonctionnement convenable du conden- seur.
Il est connu de comprimer le courant de vapeur contenant de l'isoprène, des hydrocarbures légers et de la valeur d'eau sous plusieurs atmosphères pour que le liquide de reflux puis- se être condensé à partir des hydrocarbures légers même à des températures juste au-dessus du point de congélation de l'eau.
Toutefois, ces procédés ne conviennent pas dans de nombreu- ses opérations parce qu'il faut des distillations à des tem- pératures élevées. A une telle température, la polymérisa- tion de certaines des matières organiques présentes dans le mélange peut se produire et ceci conduit au dépôt de substan- ces polymères sur les parois de l'appareillage de distilla- tion. Dans des cas pareils, l'addition d'un inhibiteur au
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mélange sera requise pour prévenir une polymérisation.
L'utilisation d'inhibiteurs est souvent indésirable, parce que ces matières doivent être séparées de/l'isoprène en vue d'obtenir un produit purifié, et leur présence rend la sépa- ration et la récupération de l'isoprène plus difficile. En outre, la compression du courant de vapeur est irréalisable dans les opérations en laboratoire et en petite usine-pilote, parce que ces opérations sur échelle réduite sont difficiles à contrôler et que d'ordinaire on ne dispose pas d'un appa- reillage de compression adéquat pour obtenir les résultats désirés.
Une particularité de la présente invention est que les gaz d'évacuation de tête contiennent peu ou ne contiennent pas de vapeur d'eau, ce qui permet une réfrigération à un niveau intense de ces gaz d'évacuation après qu'ils ont quitté la colonne de récupération d'isoprène pour la récupé- ration d'autres matières hydrocarbonées¯. L'absence de vapeur d'eau dans le produit de tête supprime le problème de la séparation d'eau par congélation dans le condenseur en pro- voquant une obstruction des tubes.
Une autre particularité de la présente invention est d'utiliser de l'acétaldéhyde comme composé organique misci- ble à l'eau.
L'acétaldéhyde est un composé organique très avantageux que l'on peut employer à cet effet, étant donné qu'elle constitue le composé le plus facilement procurable bouillant dans la gamme de 5 C à 30 C. Son point d'ébullition de 21 C est nettement en-dessous à la fois de celui de l'isoprène et de l'eau. L'utilisation d'acétaldéhyde empêche la présen- ce de vapeur d'eau dans les gaz d'évacuation de tête. En outre, l'acétaldéhyde est la matière la moins coûteuse dis- ponible, exprimée en dollars par mole-livre. De plus, elle
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est complètement miscible à la fois avec les hydrocarbures et l'eau, sa toxicité est faible, elle est non corrosive et possède un bas point de congélation.
La figure 1 est une représentation schématique d'une forme de réalisation préférée de l'invention.
Se rapportant à la figure 1, un courant de vapeur obtenu en refroidissant brusquement l'effluent d'une unité dé cracking contenant de l'isoprène, de la vapeur dleau et des hydrocar- bures à bas point d'ébullition comme le méthane, l'éthane, le propylène, les butanes, conjointement avec des traces de pen- tanes et de/pentènes, d'hexanes et d'hexènes, passe par la conduite 10 dans la colonne de distillation 11. Un composé organique bouillant dans l'intervalle d'environ 5 C à environ 30 C, par exemple de l'acétaldéhyde, est ajouté à la colonne de distillation 11 par la conduite 12. Le composé qui s'é- coule vers le bas entre en contact avec les hydrocarbures à bas point d'ébullition montant vers le haut dans la zone à empilement 13.
La fraction de tête de la colonne de distil- lation 11 contenant des hydrocarbures à bas point d'ébullition et ce composé organique passe par la conduite 14 dans le con- denseur 15 et de là par la conduite 16 au séparateur (décan- teur) 17. Les gaz non condensés'consistait principalement en de l'hydrogène, du méthane, de l'éthane, du propylène, des buta- nes et ce.composé organique est condensé et, dans l'éven- tualité où un composé organique non miscible à l'eau est uti- lisé, l'eau se rassemble dans le séparateur 17, l'eau est enlevée par la conduite 22 et le composé organique est ren- voyé à la colonne par la conduite 18. Une réserve de ce composé organique est maintenue dans le système condenseur et de reflux, le complément étant ajouté par la conduite 12.
Quand on utilise de l'acétaldéhyde comme composé organique, l'eau et l'isoprène brut dans la charge d'alimentation en-
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trant dans la colonne 11 par la conduite 10 passe de haut en bas à travers la zone à empilement 20 et se rassemble dans le fond 30 de la colonne de fractionnement 11 et se rend par la conduite 21 dans le décanteur 25. La phase aqueuse est écartée par la conduite 26. La phase hydrocarbure est retirée sous forme'de produit brut par la conduite 27. L'ap- port de chaleur dans toute la colonne 11 se fait par le ser- pentin 29.
L'invention est illustrée mais non limitée par les for- mes de réalisation suivantes.
Sauf indication contraire, les parties et pourcentages utilisés ici sont exprimés en poids.
Exemple1
On prélève 3010 g/heure de courant gazeux hydrocarboné contenant de l'isoprène ainsi que 1975 g/heure de vapeur d'eau à partir d'un four de cracking à une température de 800 C. Les gaz sont refroidis brusquement pour abaisser la température à environ 40 C. Le mélange résultant de liquide et de vapeur passe dans une colonne de fractionnement de 5 pouces (127 mm) de diamètre en un point entre une première zone à empilement de 72 pouces (1888 mm) de haut et une se- conde zone à empilement de 762 mm de haut. La colonne est munie d'un condenseur partiel réfrigéré pour la fraction de tête qui, à son tour, est raccordé à un séparateur. Le sé- parateur permet le retour du composé organique au sommet de la colonne pour le reflux, la décantation de toute phase aqueuse et l'énlèvement de la phase vapeur.
Le fond de la colonne est pourvu d'un rebouilleur.chauffé à la vapeur et d'un point de soutirage des produits de fond, et il est rac- cordé à un décanteur pour la séparation des phases aqueuse et hydrocarbonée. L'empilement de la colonne est constitué par des anneaux Raschig en céramique de 1/4 de pouce (6,35 mm).
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Une réserve d'acétaldéhyde est maintenue dans la pre- mière zone et le système de reflux, et le complément d'acétal- déhyde est ajouté à raison de 1175 g/heure. La fraction de tête de la colonne se rend dans un condenseur qui contient les gaz émergeants et un condensat à 50 C. Les gaz non con- densés consistant principalement en de l'hydrogène, de l'étha- ne, du méthane, du propylène, des butanes et l'acétaldéhyde sont déchargés du système à raison de 3514 g par heure.
Tout le condensat est renvoyé à la colonne sous forme de re- flux. L'eau dans la charge d'alimentation et les hydrocar- bures se rassemblent au fond de la colonne et en sont déchar- gésà raison d'environ 4172 g par heure. On sépare 1969 g d'eau par heure et 2188 g par heure de produit brut. Ce pro- duit brut contient environ 9,08 g par heure d'acétaldéhyde, 740 g par heure d'hydrocarbures à 5 atomes de carbone, com- prenant principalement de l'isoprène, et 1448 g par heure d'hydrocarbures plus lourds.
Les gaz d'évacuation de tête ne contiennent virtuellement pas de vapeur d'eau et on n'ob- serve pas de congélation de l'eau se produisant dans la phase condensat, même quand la réfrigération est maintenue en-des- sous de 0 C Pratiquement tout l'isoprène est récupéré sous forme de produit brut à partir de la phase hydrocarbonée dans la section de fond de la colonne.
Exemple 2
On prélève 917 g par heure de courant gazeux hydrocar- boné contenant de l'isoprène conjointement avee 644 g par heure de vapeur d'eau à partir d'un four de cracking à une température de 800 C. Ces gaz sont refroidis brusquement pour abaisser la température à environ 40 C. Le mélange de liquide et de vapeur résultant passe dans la colonne de fractionnement de l'exemple 1. On utilise du néopentane au lieu de l'acétaldéhyde de l'exemple 1 et on l'ajoute au sys-
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tème à raison de 6356 g par heure. Le condenseur fonction- ne avec la réfrigération maintenue au-dessus de 0 C. Les gaz non condensés comme décrit à l'exemple 1 sont déchargés du système à raison de 6533 g par heure, y compris environ 13,6 g par heure de vapeur d'eau. On enlève du séparateur une phase aqueuse à raison de 6310 g par heure.
Les produits de fond de la colonne contiennent 840 g par heure de produit brut contenant environ 513 g par heure d'hydrocarbures en C5, comprenant principalement de l'isoprène, et 327 g par heure d'hydrocarbures plus lourds. On notera que dans cet exemple les gaz de tête contiennent de la vapeur d'eau comparative- ment à l'exemple 1 où l'on utilisait de l'acétaldéhyde.
Ainsi, bien que l'exemple 2 permette la séparation d'hydro- carbures ayant moins de 5 atomes de carbone par molécule, un mélange comportant les gaz de sortie d'isoprène ne peut pas être réfrigéré davantage sans séchage pour la récupéra- tion de fractions hydrocarbonées de valeur.
L'acétaldéhyde utilisée dans l'exemple 1 est représen- tative des composés organiques ne formant pas d'azéotrope avec l'eau et miscibles à l'eau, bouillant dans l'interval- le d'environ 5 C à environ 30 C, envisagés par la présente invention. Le néopentane utilisé dans l'exemple 2 illustre les composés non miscibles à l'eau envisagés nar la présen- te invention. La substitution de divers autres composés or- ganiques, comme l'éthylamine, la diméthylamine à l'acétal- déhyde dans le procédé de l'exemple 1 permet une séparation comme celle qui y est obtenue.
La substitution de composés organiques comme le chlorure d'éthyle, le trichloromono- fluorométhane, le dichloromonofluorométhane, le 2-chloro- propylène, le cyclobutane, le méthylcyclopropane et le diméthylcyclopropane au néopentane utilisé dans l'exemple 2 permet la séparation qui y est obtenue. Les composés
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comme le m éthyléthyléther et le méthylmercaptan sont des exemples de composés organiques bouillant dans l'intervalle d'environ 5 C à environ 30 C qui sont partiellement solubles dans l'eau et qui forment des azéotropes avec l'eau, que l'on peut utiliser dans le procédé de la présente invention. On comprendra que l'utilisation de ces derniers composés condui- ra à une séparation de l'eau tant dans la fraction de tête que dans la fraction de fondue la colonne à distiller.
L'utilisation de la présente invention n'est pas limitée à la conception de colonne donnée dans l'exemple 1, étant donné que l'on peut employer d'autres dimensions et d'autres matériels d'empilement résistants à la corrosion pour réa- liser la récupération recherchée. Il va. de soi que la sélec- tion et les dimensions des matériels, du diamètre et de la hauteur de la colonne et de la composition du gaz dépendront du procédé particulier utilisé pour la fabrication de l'iso- prène.
A la lecture de ce qui précède, certaines variations et modifications de la matière révélée apparaîtront à l'hom- me de métier ; désire inclure dans l'invention toutes les variations et modifications de cette nature, à l'exception de ce qui n'est pas à la portée des revendications ci-après.
REVENDICATIONS ---------------------------
1. Procédé de séparation d'un mélange contenant de l'isoprène, des- hydrocarbures à bas point d'ébullition et de l'eau, caractérisé en ce qu'on ajoute un composé organi- que bouillant dans l'intervalle d'environ 5 C à 30 C à ce mélange, sépare les hydrocarbures à bas point d'ébullition du mélange résultant par distillation et récupère l'isoprène à partir du résidu.
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