Catalyseur d epoxydation son utilisation et procède d'epoxydation en présence de ce catalyseur
La présente invention concerne des catalyseurs d epoxydation. en particulier des catalyseurs a base de zeolite au titane Elle concerne également l'utilisation de ces catalyseurs dans des reactions d' epoxydation ainsi que des procèdes d' epoxydation en présence de ces catalyseurs II est connu d'utiliser des catalyseurs a base de silica te au titane dans des reactions d'epoxvdation Par exemple, dans la demande de brevet EP-A2-0 200 260 on utilise des rmcrospheres a base de silicahte au titane de diamètre d environ 20 μm obtenues par atomisation dans des reactions d epoxvdation Ce catalvseur connu donne lieu a un phénomène de desactivation Des cycles de régénération, impliquant des manipulations, sont donc nécessaires Lorsque ces catalyseurs de diamètre relativement faible sont utilises dans des reactions d'epoxydation, ils sont difficiles a isoler du milieu reactionnel pour pouvoir les transférer dans un traitement de régénération
La présente invention vise a remédier a ce problème en fournissant un catalyseur nouveau facile a séparer du milieu de reaction d'epoxydation en vue de le transpoπer dans une unité de régénération Un autre objectif de l'invention est de fournir un catalvseur d epoxvdation qui présente une bonne résistance mécanique une activité catalvtique élevée et une sélectivité élevée Encore un autre objectif de l'invention est de fournir un catalyseur facilement utilisable en ht fixe ou agite
La présente invention concerne des lors un catalyseur d'epoxydation a base de zeohte au titane qui se présente sous la forme de granules extrudes II a ete constate qu'un tel catalyseur présente simultanément les avantages suivants
- il est facile a séparer du milieu de reaction d epoxydation en vue de le transporter dans une unité de régénération,
- il présente une bonne résistance mécanique, une activité catalvtique élevée et une sélectivité élevée, et
- il est facilement utilisable en lit fixe ou agite
Par zeohte au titane on entend designer un solide contenant de la silice qui présente une structure cristalline microporeuse de type zeohte et dans laquelle plusieurs atomes de silicium sont remplaces par des atomes de titane
La zeolite au titane présente avantageusement une structure cristalline de type ZSM-5, ZSM-1 1 ou MCM-41 Elle peut aussi présenter une structure cristalline de type zeohte β exempte d'aluminium Elle présente de préférence une bande d'absorption infrarouge a environ 950 - 960 cm~l Les zeolites au titane de type silicahte conviennent bien Celles repondant à la formule xTiθ2(l-x)Siθ2 dans laquelle x est de 0,0001 a 0,5, de préférence de 0,001 à 0,05, sont performantes Des matériaux de ce type, connus sous le nom de TS-1, présentent une structure zeolitique cristalline microporeuse analogue a celle de la zeo te ZSM-5 Les propπetes et les principales applications de ces composes sont connues (B Notaπ, Structure-Activity and Selectivity Relationship in
Heterogeneous Catalysis, R K Grasselli and A W Sleight Editors, Elsevier, 1991, p 243-256) Leur synthèse a ete étudiée notamment par A Van der Poel et J Van Hooff (Applied Catalysis A, 1992, Volume 92, pages 93-11 1) D'autres matériaux de ce type ont une structure analogue a celle de la zéolite bêta ou de la zeohte ZSM- 11
Par granules extradés on entend designer des grains obtenus par extrusion En particulier les granules sont obtenus en extradant une masse extrudable contenant la zeohte au titane et en coupant l'extradât sortant de l'extradeuse en grains Les granules extradés peuvent avoir une forme quelconque Ils peuvent être pleins ou creux Ils peuvent être de section ronde ou rectangulaire ou encore d'une autre section a surface extérieure plus élevée On préfère les formes cylindriques Les granules extrudes de forme cylindrique ont avantageusement un diamètre d'au moins 0,5 mm, de préférence d'au moins 1 mm Le diamètre est couramment d'au plus 5 mm, en particulier d'au plus 2 mm Les formes cylindriques ont habituellement une longueur d'au moins 1 mm, en particulier d'au moins 2 mm Les longueurs d'au plus 8 mm sont courantes, celles d'au plus 4 mm donnent de bons résultats Les formes cylindriques ayant un diamètre de 0,5 a 5 mm, de préférence de 1 à 2 mm, et une longeur de 1 à 8 mm, de préférence de 2 a 4 mm conviennent bien
La teneur en zeohte au titane dans le catalyseur selon l'invention est en gênerai d'au moins 1 % en poids, en particulier d'au moins 50 % en poids La teneur en zeolite au titane est le plus souvent d'au plus 99 % en poids, en particulier d'au plus 98 % en poids Le catalyseur selon l'invention contient généralement de 1 a 99 % en poids, de préférence de 50 à 98 % en poids, de
zeolite au titane, le restant étant constitué d'une matrice. Cette matrice contient de préférence une matière siliceuse.
Le catalyseur selon l'invention peut être obtenu par un procédé comprenant :
(a) une étape de malaxage d'un mélange comprenant une poudre de zeolite au titane, de l'eau, au moins un liant, au moins un plastifiant et éventuellement d'autres additifs, pour former une pâte,
(b) une étape de mise en forme de la pâte obtenue dans l'étape (a) par extrasion, pour obtenir un extradât,
(c) une étape de séchage, afin d'éliminer au moins une partie de l'eau, (d) une étape de calcination, afin d'éliminer au moins une partie des résidus organiques présents, et comprenant une étape de granulation effectuée entre l'étape (b) d' extrasion et l'étape (c) de séchage ou après l'étape (d) de calcination, afin d'obtenir des granules extradés. L'étape (a) consiste généralement à mélanger une poudre de zeolite au titane avec de l'eau, au moins un liant, au moins un plastifiant et éventuellement d'autres additifs jusqu'à l'obtention d'une pâte de viscosité telle que l'on puisse la mettre en oeuvre dans une extrudeuse. Le mélange peut être effectué dans un mélangeur ou un malaxeur quelconque. Tous les constituants du mélange peuvent être mélangés simultanément. Le mélange est avantageusement réalisé à température ambiante.
La granulométrie de la poudre de zeolite au titane mise en oeuvre dans l'étape (a) peut varier dans une large mesure . Elle est de préférence caractérisée par un diamètre moyen inférieur ou égal à 10 μm, en particulier inférieur ou égal à 5 μm. Le diamètre moyen est généralement d'au moins 0,05 μm, en particulier d'au moins 0, 1 μm. Des diamètres inférieurs à 0,05 μm conviennent également.
Le plastifiant utilisable dans l'étape (a) peut être un polysaccharide tel qu'un amidon ou une cellulose. Les celluloses conviennent bien. A titre d'exemples de cellulose on peut citer la méthyl-, carboxyméthyl- et hydroxyéthylcellulose. La quantité de plastifiant mise en oeuvre dans l'étape (a) peut varier dans une large mesure. Des quantités réduites d'au moins 1 % et inférieures à 10 % en poids par rapport au poids de zeolite au titane mis en oeuvre sont recommandées car elles conduisent à une meilleure résistance à l'attrition par rapport aux quantités plus élevées. Le liant utilisable dans l'étape (a) peut être choisi parmi les dérivés du silicium tels que les siloxanes. On peut citer à titre d'exemples les éthers de
méthyl- ou éthylsiloxane. Des résines siliconées à base de polyméthylsiloxane peuvent également être utilisées. Des résines siliconées de type polyméthyl/phénylsiloxane conviennent aussi. Il peut également s'agir de mélanges de différents oligomères de type méthylsiloxane. Le liant mis en oeuvre dans l'étape (a) peut être sous la forme d'une poudre. En variante, il peut être sous la forme d'une émulsion aqueuse. Il peut également être utilisé sous forme liquide. Les résines siliconées à base de polyméthylsiloxane sous forme d'une poudre et les mélanges de différents oligomères de type méthylsiloxane sous forme liquide sont préférés car ils conduisent à des catalyseurs de résistance mécanique plus élevée. Le liant est transformé, dans l'étape (d) de calcination. en une matière constituant la matrice présente dans le catalyseur selon l'invention.
La quantité de liant mise en oeuvre dans l'étape (a) peut varier dans une large mesure. Elle est habituellement d'au moins 3 % en poids, en particulier d'au moins 5 % en poids, par rapport au poids de zeolite au titane mis en oeuvre. Elle est couramment inférieure à 30 % en poids, par rapport au poids de zeolite au titane mis en oeuvre. Les quantités de 5 à 20 % en poids par rapport au poids de zeolite au titane mis en oeuvre conviennent particulièrement bien car elles conduisent à un meilleur compromis entre l'activité catalvtique et la résistance mécanique par rapport aux quantités plus faibles et plus élevées. Des lubrifiants peuvent également être ajoutés dans le mélange de l'étape (a).
Il peut s'agir de composés à base de paraffine, de polyvinylpyrrolidone, de polyéthylèneoxyde et d'alcool polyvinylique.
Des substances porogènes peuvent aussi être ajoutées dans le mélange de l'étape (a). Ces substances sont éliminées lors de l'étape (d) de calcination et augmentent ainsi la porosité du catalyseur. On peut citer à titre d'exemples de substance porogène la mélamine. La quantité de substance porogène mise en oeuvre est généralement d'au moins 5 % en poids, en particulier d'au moins 6 % en poids, par rapport au poids de zeolite au titane mis en oeuvre. Elle est habituellement d'au plus 35 % en poids, en particulier d'au plus 14 % en poids, par rapport au poids de zeolite au titane mis en oeuvre. Les quantités de 6 à 14 % en poids par rapport au poids de zeolite au titane mis en oeuvre conviennent particulièrement bien car elles conduisent à une meilleure résistance à l'attrition par rapport aux quantités plus élevées.
L'étape (b) d'extrasion peut être réalisée dans une extrudeuse à piston. En variante, elle peut être réalisée dans une extrudeuse à vis.
L'étape (c) de séchage est avantageusement réalisée à des vitesses faibles de séchage pour assurer une bonne cohésion du catalyseur. Par exemple, un préséchage à basse température (par exemple de la température ambiante à 90 °C, éventuellement en combinaison avec une irradiation infrarouge ou de micro-ondes) peut d'abord être réalisé; ensuite, la température peut être montée lentement pour atteindre la température finale de séchage. En variante, lorsque l'eau peut être évacuée rapidement par une ventilation adéquate, la température peut être augmentée à une vitesse plus élevée. Des températures de 100 à 400 °C peuvent convenir lorsque la durée du séchage est suffisamment longue, par exemple de 10 à 20 h.
L'étape (d) de calcination est généralement effectuée à une température d'au plus 550°C. Des températures qui dépassent 550 °C ne sont pas recommandées car la plupart des zéolites au titane ne résistent pas à de telles températures. La durée de l'étape (d) de calcination doit être suffisamment longue pour pouvoir éliminer la plus grande partie des résidus organiques provenant du liant et/ou du plastifiant. Des durées de 60 h sont typiques. L'étape (d) de calcination est de préférence opérée sous atmosphère oxydante, par exemple sous air.
Le catalyseur selon l'invention peut être utilisé dans la synthèse d'oxirannes par réaction entre un composé oléfinique avec un composé peroxyde. L'invention concerne dès lors également l'utilisation du catalyseur décrit plus haut dans ces synthèses.
L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un oxiranne par réaction entre un composé oléfinique et un composé peroxyde en présence du catalyseur décrit plus haut. L'oxiranne est de préférence le l,2-époxy-3- chloropropane ou le 1,2-époxypropane. Le composé oléfinique est de préférence le chlorure d'allyle ou le propylene. Le composé peroxyde peut être choisi parmi ceux contenant de l'oxygène actif et capables d'effectuer une epoxydation. Le peroxyde d'hydrogène et les composés peroxydes qui peuvent produire du peroxyde d'hydrogène dans les conditions de la réaction d'epoxydation conviennent bien. Le composé peroxyde est de préférence le peroxyde d'hydrogène.