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PROCEDE DE FABRICATION DE BICARBONATE D'AMMONIUM.
La présente invention se rapporte à un nouveau procédé de fabrication de bicarbonate d'ammonium.
Le bicarbonate d'ammonium peut être obtenu en faisant absorber de l'anhydride carbonique par une solution ammoniacale tout en refroidissant la solution pour cristalliser le bicarbonate d'ammonium avec un changement de température faible ou nul. Bien que l'anhydride carbonique soit absorbé assez facilement par ce procédé, on constate une incrustation considérable des tuyaux de refroidissement et une forte perte de charge dans le gaz. La plus grande partie de l'ammoniac en solution peut réagir de cette manière avec l'anhydride carbonique.
On a également proposé de fabriquer le bicarbonate d'ammonium en faisant absorber du gaz de four à chaux par une solution diluée de carbonate ci' ammonium dans des tours remplies de coke,en complétant la carbonatation par de l'anhydride carbonique pur et en refroidissant dans un cristalliseur où le bicarbonate d'ammonium se sépare. L'incrustation se produit sur le coke; et l'absorption., le refroidissement et la cristallisation simultanés entraînent une forte perte de charge pour l'anhydride carbonique pur, l'incrustation des serpentins de refroidissement et une formation de cristaux qui laisse à désirer.
On a trouvé que l'ensemble de la phase d'absorption de l'anhydride carbonique par un liquide approprié peut être séparée de la phase de cristallisation et qu'on peut donc utiliser une tour d'absorption à faible perte de charge et éviter une perte de charge trop importante dans le gaz.
On peut également obtenir un meilleur réglage de la phase de cristallisation parce que celle-ci est séparée de la phase d'absorption. On a trouvé également qu'on peut refroidir le liquide venant de l'absorbeur de façon qu'il soit sursaturé de bicarbonate d'ammonium et que le refroidissement s'effectue sans incrustation et avec une meilleure cristallisation. Pour éviter un gaz résiduel à forte teneur en anhydride carbonique résultant de l'emploi d'une
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tour d'absorption garnie, et par conséquent la perte d'une grande partie de l'anhydride carbonique, la liqueur mère du bicarbonate d'ammonium doit être presque saturée d'un autre composé du type du carbonate d'ammonium en même temps que du bicarbonate d'ammonium, par exemple de sesquicarbonate d'ammonium.
Le type habituel d'absorbeur à faible perte de charge est une tour garnie mais on peut utiliser également des tours à chapeaux à faible profondeur totale de liquide. Dans ces tours, la perte de charge du gaz n'est que de quelques pouces de mercure, qu'on peut comparer aux 15-20 livres par pouce carré qui constituent la perte de charge habituelle dans le type normal de tour à chapeaux remplie de liquide.
On peut utiliser du gaz de four à chaux contenant 35 à 40 % d'anhydride carbonique comme source d'anhydride carbonique, parce qu'on peut obtenir un gaz résiduaire dont la teneur en anhydride carbonique est inférieure à 20% et généralement comprise entre 10 et 15%. Si nécessaire, on peut utiliser du gaz de combustion et en extraire une quantité suffisante d'anhydride carbonique.
Le résultat du travail avec une liqueur mère presque saturée de sesquicarbonate d'ammonium (ou d'un sel double à 35 C et plus) est d'assurer que les solutions aient une faible tension partielle d'anhydride carbonique parce que le rapport CO2/NH3 est plus bas que dans n'importe quelle autre solution saturée de bicarbonate d'ammonium. Le liquide peut comprendre jusqu'à 10 parties d'eau pour 100 parties de liquide saturé des deux matières solides, à la température de séparation du bicarbonate d'ammonium.
Suivant la présente invention, dans un procédé cyclique pour la fabrication de bicarbonate d'ammonium, on fait absorber des quantités êquimo- léculaires d'ammoniac et d'anhydride carbonique par une liqueur presque saturée en bicarbonate d'ammonium et en un autre composé ou sel double d'ammoniac anhydride carbonique et eau tel que le sesquicarbonate d'ammonium, on utilise une tour d'absorption à faible perte de charge, on refroidit la liqueur, on cristallise le bicarbonate d'ammonium,on sépare la liqueur mère du bicarbonate d'ammonium et on la renvoie avec le complément d'eau éventuellement né cessaire pour une nouvelle opération d'absorption.
Le bicarbonate d'ammonium est séparé de préférence de sa liqueur mère à une température de 30 - 35 C environ. L'absorption d'ammoniac et d'anhydride carbonique s'effectue de préférence dans cette liqueur, avec addition d'eau utilisée pour laver les gaz résiduaires afin d'en récupérer l'ammoniac, jusqu'à ce que la température s'élève à 45 - 50 C. La quantité de gaz absorbée est réglée de préférence pour fournir une solution qui est saturée par le bicarbonate d'ammonium à 40 C par exemple.
Si on le désire, une partie de l'ammoniac peut être absorbée d'abord et le refroidissement effectué ensuite dans une certaine mesure, ou bien l'ammoniac peut être ajouté en partie sous forme de solution aqueuse; de ces façons, on peut dissoudre plus de NH3 et CO2 dans la liqueur sans obtenir une élévation excessive des pressions partielles.
La liqueur est alors refroidie soit en présence de germes cristallins, soit de façon à obtenir une solution sursaturée sans incrustations des serpentins de refroidissement. Cette opération est possible parce que les solutions saturées à 40 - 45 C sa sursaturent facilement par refroidissement. La solution sursaturée, à une température de 25 - 30 C environ qu'on obtient facilement par refroidissement à l'eau est introduite dans une suspension de cristaux de bicarbonate d'ammonium, où la cristallisation se produit et la température s'élève à 30 - 35 C. Si le degré de sursaturation dû au refroidissement devient trop élevé, on peut utiliser la recirculation d'une partie de la liqueur mère se trouvant dans le cristalliseur dans une phase ultérieure pour le réduire.
Si on le désire, un refroidissement plus marqué peut s'effectuer pendant la phase de cristallisation, et les cristaux peuvent être ensuite séparés par décantation, filtration et centrifugation. Dans son ensemble, le procédé fonctionne en cycle continu.
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Dans un exemple, les appareils comprennent une tour d'absorp- tion remplie de coke, un refroidisseur, un récipient de cristallisation, une centrifugeuse et une pompe pour faire recirculer la liqueur. La liqueur de départ contient de l'ammoniac, de l'anhydride carbonique et de l'eau et peut également contenir de faibles proportions d'impuretés qui s'accumulent pen- dant le cycle, ou des agents de modification des cristaux, tels que des poly- phosphates vitreux. Cette liqueur est en grande partie la liqueur mère pro- venant de la séparation d'une quantité antérieure de bicarbonate d'ammonium et est presque saturée de bicarbonate d'ammonium et de sesquicarbonate d'ammonium à 30 C environ. Elle contient approximativement 19 % d'ammoniac 24 % d'anhydride carbonique, le reste étant de l'eau.
La liqueur descend sur le coke contenu dans la tour d'absorption et du gaz contenant de l'ammoniac de l'anhydride carbonique, de la vapeur d'eau et des gaz inertes (principa- lement de l'azote) est soufflé à la partie inférieure. Le gaz résiduel quitte la partie supérieure de la tour et est lavé à l'eau pour récupérer l'ammoniac éventuel. Cette eau fournit la plus grande partie de l'eau nécessaire pour la réaction entre NH3 ét CO2 livrant NH4HCO3. Afin que l'ammoniac et l'anhy- dride carbonique soient absorbés en proportions équimoléculaires, on fait passer dans la tour l'anhydride carbonique en excès pouvant atteindre 20% la quantité en excès dépendant du volume de gaz inertes sortant de la tour et des conditions d'absorption.
La liqueur de la partie inférieure de la tour est plus chaude que la liqueur d'entrée à cause de la chaleur d'absorp - tion et est comprise entre 45-500C suivant le rendement par unité de volume de liqueur. Cette liqueur passe par le refroidisseur où sa température est abaissée à 25-27 C, puis dans un récipient contenant une suspension de bicar- bonate d'ammonium qui est agitée pendant 1/2 - 1 h. Ceci détermine la cristal- lisation de la liqueur sursaturée d'entrée, et la température s'élève alors à 30 - 35 C, après quoi la suspension est centrifugée. On obtient du bi- carbonate d'ammonium pratiquement sec, et la liqueur mère est réutilisée com- me on l'a décrit.
Dans la forme préférée de ce procédé, la liqueur mère du bicar- bonate d'ammonium contient 9 parties (en poids) d'ammoniac, 11,5 parties d' anhydride carbonique et 26 parties d'eau pour 40 m3 de liqueur. Elle est mélangée à de l'eau qui a été utilisée pour laver le gaz résiduel et qui contient par conséquent 0,04 partie d'ammoniac, 0,01 partie d'anhydride carbonique et 0,35 partie d'eau. Cette liqueur mélangée est introduite dans l'absorbeur où elle rencontre une quantité appropriée de gaz et absor- be 0,4 partie d'ammoniac, 1,0 partie d'anhydride carbonique et 0,12 partie (le tout en poids) d'eau.
Le gaz résiduel sortant de l'absorbeur contient après lavage toutes les matières inertes introduites avec le gaz et environ 10-15 % d'anhydride carbonique en volume, 10 à 15 % de l'anhydride carbonique étant donc perdus lorsque celui-ci est fourni partiellement par le gaz de fours à chaux et partiellement sous forme d'anhydride carbonique pur. La liqueur sortant de l'absorbeur, refroidie à 26 C, cristallisée et centrifugée à 30 C, fournit l,6 partie de bicarbonate d'ammonium solide contenant 3 % d'humidité, et 40 ni$ de liqueur mère à réemployer.
Dans le procédé connu, les liqueurs sont maintenues à 30 C en- viron d'un bout à l'autre de l'opération et en conséquence la somme des pressions partielles de NH3 et CO2 s'élève à 400 mm de mercure environ.
Avec les avantages de la séparation des phases d'absorption, de refroidis- sement et de cristallisation du procédé de l'invention, la température de la liqueur s'élève pendant l'absorption de l'anhydride carbonique à 50 C environ. L'emploi d'une liqueur relativement diluée et la précipitation de la moitié environ de l'ammoniac qu'elle contient en dissolution aurait pour conséquence des liqueurs ayant des pressions partielles de CO2 de 500 - 600 mm de mercure et plus, pressions qui peuvent difficilement être obtenues dans une tour fonctionnant à la température atmosphérique, spécialement si l'anhydride carbonique contient des matières inertes.
Par exemple, avec la solution préférée de l'invention, la pression partielle de 002 s'élève pen- dant la carbonatation de 20 mm de mercure à 240 mm de mercure à 50 C, tan- dis qu'avec une solution relativement diluée dans les limites indiquées, cette
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pression passe de 30 à 360 mm de mercure.
REVENDICATIONS
1.- Procédé cyclique pour la fabrication de bicarbonate d'ammonium caractérisé en ce qu'on fait absorber des quantités équimoléculaires d'ammoniac et d'anhydride carbonique par une liqueur presque saturée en bicarbonate d'ammonium et en un autre composé ou sel double d'ammoniac, anhydride carbonique et eau cornue le sesquicarbonate d'ammonium, on utilise une tour d'absorption à faible perte de charge, on refroidit la liqueur, on cristallise le bicarbonate d'ammonium, on sépare la liqueur mère du bicarbonate d'ammonium et on renvoie la liqueur, éventuellement avec de l'eau de complément, pour l'utiliser dans une nouvelle opération d'absorption.