BE544171A - - Google Patents

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BE544171A
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B7/00Halogens; Halogen acids
    • C01B7/09Bromine; Hydrogen bromide
    • C01B7/096Bromine

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   La présente invention concerne un procédé pour la produc- tion de brome par l'oxydation catalytique d'acide   bromhydrique, ,   
On a déjà préparé du brome par l'oxydation d'acide brom- hydrique à de hautes températures. Dans le procédé Deacon, par exemple, on prépare du brome en faisant passer de l'acide brom- hydrique gazeux en mélange avec de l'air/oxygène sur du bromure ou oxyde. cuivrique supporté par de la matière céramique à 325-425 C 
Un objet de l'invention est de prévoir un procédé par   le-*   quel on peut faire réagir de l'acide bromhydrique, même en solu- tion aqueuse, avec l'oxygène pour dégager du brome libre, à des 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 températures ne dépassant pas fortement la température du labo- ratoire. 



   L'invention consiste en un procéda pour la préparation de brome, dans lequel l'acide bromhydrique est   oxyd   au moyen d'un gaz contenant une proportion notable d'oxygène, par exemple de l'air, en présence de peroxyde d'azote agissant comme catalyseur. 



   La vitesse de la réaction : 
 EMI2.1 
 dépend de la température à laquelle elle est effectuée et augmente avec   la   température* Elle dépend aussi de la concentration ini- tiale du catalyseur, de la pression partielle de l'oxygène dans le vase de réaction, ot de certaines particularités subsidiaires qui seront prises en considération ci-après, en corrélation avec les données expérimentales. La réaction peut être amenée à donner de bons rendements à la pression atmosphérique et à des températu- res ne dépassant pas fortement   la   température du laboratoire.

   Il a également été constaté que lorsque de l'eau est présente à l'état liquide, l'addition de sels ou acides, de telle façon que leur coefficient d'activité dans les conditions de réaction soit. plus grand que l'unité, favorise la réaction même avec. des con- 'centrations d'acide bromhydrique auxquelles autrement il ne se produirait pas de réaction, le rendement en brome augmentant avec l'augmentation de la concentration en sel ou acide. 



   L'eau peut être présente sous la forme de vapeur seulement, mis il est préférable qu'elle soit aussi présente sous forme li- quide, et le procédé selon l'invention présente en effet   l'avan-   tage qu'il peut être appliqué avec succès en utilisant de l'acide -bromhydrique en solution aqueuse. Dans ce cas, il est nécessaire d'effectuer un bon mélange des phases liquide et gazeuse, par exemple en citant énergiquement. Le procédé peut être réalisé par chapes successives ou d'une façon continue, des moyens .tant prévus, dans ce dernier cas, pour réaliser un contact efficace 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 entre les phases liquida et gazeuse, par exemple en faisant passer le liquide en contre-courant par rapport au gaz dans une tour à ruissellement. 



   Le procédé trouve une application.importante pour le fonc-   tionnement   satisfaisant du type de cellule à combustible à action indirecte, dans lequel l'anolyte est le brome, qui est réduit en acide bromhydrique pendant le fonctionnement de la   cellule.'La   régénération de l'anolyte est évidemment d'importance primordia- le dans les cellules de ce type. Toute tentative pour régénérer 
 EMI3.1 
 le brome par les procédés connus impliquerait leenlèvement d'acide bromhydrique de la solution et sa décomposition par la chaleur. 



  Un tel procédé serait difficile à mettre en oeuvre, et donnerait lieu à des pertes de chaleur qui diminueraient l'efficacité de la cellule. La régénération de brome à partie. d'acide bromhydri- que en solution aqueuse dans le voisinage de la température am- biante est donc probablement essentielle pour qu'une cellule dece type puisse être d'utilité pratique. 



   Le catalyseur est en général produit sur place à partir d'oxyde d'azote, ce dernier étant ajouté comme tel au mélange de réaction. 



   Le tableau I illustre la marche principale de la réaction dans des conditions variables. 



   TABLEAU I. 



    @   Température = 50 0 Volume de solution ' 
 EMI3.2 
 Vitesse d'agitation - 600 cycles/miw aqueuse de Har = 20 cm 3' nute. d'agitation . 600 cyoWi-i-., 'Volume du flacon = 293 cm 
 EMI3.3 
 M | II | i # # I I.LJ-LJI * ######)######.#.########, 1- N9ri. Addition Y hJ Pression '"Normalité Br.. 



  #8F"41"- fer partielonle 0 Normalité Br.@ tiale introduit partielle 02 après 120 ils (atmosphères) minutes. 
 EMI3.4 
 
<tb> 



  A <SEP> 3N <SEP> 9,1 <SEP> 0,2 <SEP> 0.69N
<tb> B <SEP> 3N <SEP> # <SEP> 9,1 <SEP> 1 <SEP> 0,92
<tb> 
 
 EMI3.5 
 C 5N -- # - 9, l ' 1 1,1 D 1,92N a6 7N HOI 9, l 0, 91 ' 1,9zon 2, 7nic1 1103 1 Izb. 1,24 ¯ bzz 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 
Les   @xemples A & B   du tableau illustrent l'effet de   l'augmen-   talion de la pression partielle d'oxygène de   0,2   (correspondant   à l'air)   jusqu'à 1,0. 



   L'expérience a permis de constater que dans des atmosphères contenant moins de 20% d'oxygène, la vitesse dela réaction tombe anormalement vite. Cet effet est indépendant de la température et il a été prouvé qu'il est dû à la désactivation du catalyseur. 



   A une concentration de 15   %   d'oxygène, il se produit une désac- tivation partielle du catalyseur, et au-dessous de cette   concen@   tration celui-ce est totalement désactivé. 



   Le catalyseur peut être réactivé en augmentant la pression partielle d'oxygène jusqu'à 0,18 ou une valeur plus élevée. 



   L'Exemple C illustre l'effet de l'augmentation de la concentra- tion initiale d'acide bromhydrique dans la phase liquide. 



   L'exemple D illustre l'effet qu'une addition produit sur la réaction. L'ajoute d'acides ou sels peut favoriser la réaction de deux façons : a) par l'effet primaire du sel, et b) par l'effet secondaire du sel. a) Effet primaire du   sel ;   Il est bien connu que les coefficients d'activité d'ions dépendent de la concentration ionique totale. L'action de l'acide   chlorhydrique,-   dans ce cas, est d'augmenter le coefficient d'activité et donc l'activité de l'acide bromhydrique en solution, avec, par conséquent, une augmentation de la pression partielle de HBr dans la phase gazeuse, ce qui augmente, à son tour, la vitesse de la réaction. 



   Il a été constaté que d'autres composés, par exemple le chlorure de lithium et le perchlorate de lithium, produisent le même effet, et le Tableau II (a) donné ci-après montre l'effet de l'addition de chlorure de lithium. En plus de ceux-ci, d'autres sels   métallique   peuvent être employés et, à cet égard, les sels alcalins et alcalino-terreux conviennent à des concentrations pour lesquelles leurs coefficients d'activité sont plus grands que   l'unité,   

 <Desc/Clms Page number 5> 

 
 EMI5.1 
 .7tll.E3,.t4 Il (a) 1'u., :c,vLuro == jazz C. Volume de la solution aqueuse de :i..:;. du flacon = 9.3 cni3 1' ¯ :.,;0 crn. 



  1-7 = 1 é o r Volume de HO - 9,1 cm . wu z ' Preyaion partielle 0., = 1 1,..dj{{)o'J)hè!re. 
 EMI5.2 
 



  " Temps /br.,¯7 obtenue 'zTBr.,¯/obtenue * / En, ¯/ obtenu fces) pour zTLiGl/11 ; pour"/Lid7= ; pour7LiC]7- 6N 30 0,075N 0,24N 0,2JN 60 0,095N 0,; bTd 0,5Utalr 
 EMI5.3 
 
<tb> 120 <SEP> 0,1 <SEP> N <SEP> 0,38N <SEP> 0,65N
<tb> 
 Dans ce tableau : [X] désigne la concentration de X. 



   Il a été constaté que le perchlorate de lithium favorise la réaction dans une mesure qui est même plus grande que pour le chlorure de lithium, tel qu'il ressortira du Tableau II (b). 



   Tableau II (b). 



    Température   50  C. Volume de solution aqueuse de Volume du   flacon =   293 car HBr =   20 cm3   
 EMI5.4 
 /-F±r 7 = ION Volume de NO =9,15 cm Pression partielle de O2 = 1 atmosph. 
 EMI5.5 
 



  Temps LBrzJ obtenue pour /¯Bro 7 obtenue pour (.minutes)  TiC44 ## ZiCI 7 (mll1u'tes) Z LiC104¯/ = 3N ALiCl¯7 = 3N 
 EMI5.6 
 
<tb> 30 <SEP> 0,23N <SEP> 0,155N
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 60 <SEP> 0,275N <SEP> 0,198N
<tb> 
 
L'addition d'acide sulfurique concentré (environ   -SON)   favorise la réaction dans une mesure telle que la solution   devient   saturée en   brome,   le brome liquide se séparant.

   Il a toutefois été   constata   que l'addition de sulfate de lithium n'a   pas   d'effet utile sur la   réaction,   parce qu'il a un   coefficient   
 EMI5.7 
 a' activité inférieur à l'unité, aux faibles concentrations uti4   lis@es.   

 <Desc/Clms Page number 6> 

 b) Effet secondaire du   sel :   Dans le cas de l'addition - d'un sel comportant un'ion de brome, par exemple du bromure de lithium ou du bromure de sodium, la réaction est favorisée à la fois par l'effet primaire du sel et par l'effet secondaire du sel. L'effet secondaire du sel est beaucoup plus faible que l'ef- fet primaire et dépend du fait que l'addition d'un ion commun augmente la concentration d'ions de brome dans la solution. 



    L'Exemple 35   du Tableau I montre l'effet de la variation de la concentration du catalyseur. 



   Dans une autre série d'essais, le volume d'oxyde d'azote introduitdans le flacon a été varié entre 2 et 11 cm3.Il a été constaté que la vitesse de la réaction augmente avec la concen- tration d'oxyde d'azote, mais que le rendement est indépendant de la concentration du catalyseur 
Divers autres facteurs qui affectent la production de brome ont été étudiés, 
Il a été constaté qu'en utilisant une cellule de réaction à surface double, on n'obtient pas une augmentation sensible du rendement en brome. 



   Des essais ont été effectués en utilisant des cellules de volumes différents, le volume du catalyseur introduit étant varié de façon que dans chaque cas sa pression partielle reste la même. 



   Il a été constaté qu'il existe une relation presque linéaire entre le volume de la cellule et la concentration de brome que l'on obtient en un temps donné (voir le Tableau III). 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 



  Tableau III. 
 EMI7.1 
 1\ml',Jrature : boo C" Volume de solution ú--luOn;:f; ::;: 20 c/n3, otaiit 1, 'w N par rapport au HBO et 2,7N par report au BUL. 
 EMI7.2 
 
<tb> 



  ¯¯¯
<tb> 
<tb> Volume <SEP> de <SEP> la <SEP> cellule <SEP> [Br2] <SEP> après <SEP> 40
<tb> 
<tb> 
<tb> en <SEP> cm3
<tb> 
<tb> minutes.
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 



  100 <SEP> 0.2N
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 293 <SEP> 0,37N
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 550 <SEP> 0,59N.
<tb> 
 



   Ces résultats peuvent être expliqués   co:nme     suit."  z, ¯ 
L'effet de l'augmentation du volume de la cellule de réac- tion est de changer la position d'équilibre entre l'acide brom- hydrique dans la solution et dans la phase gazeuse. Par consé- quent,une plus grande quantité d'acide bromhydrique passe dans la phase gazeuse pour rétablir l'équilibre entre les.deux phases. 



  L'augmentation de la concentration des réactifs dans la phase gazeuse donne lieu à un plus grand rendement en brome après un temps donné. Puisque dans chaque cas, le brome formé est dissous dans le même volume de solution, la concentration du brome pro- duit augmente en fonction de l'augmentation du volume de la cel- Iule. 
 EMI7.3 
 



  MVEI,.IDI CATI 01,1 S 
1 - Procédé pour la préparation de brome, dans lequel de l'acide bromhydrique est oxydé au moyen d'un gaz contenant une proportion notable d'oxygène, par exemple de l'air, en présence de peroxyde d'azote agissant comme catalyseur.

Claims (1)

  1. 2- Procédé suivant revendication 1, dans lequel le pero- xyde d'azote est produit par l'oxydation directe d'oxyde d'azote ' dans le vase de réaction. <Desc/Clms Page number 8>
    @@ Procédé suivant revendication 1 ou 2, dans lequel la réa@@ion est effectuée en présence d'eau.
    4@ Procède suivant revendication 3, dans lequel l'acide bromhydrique est présent en solution aqueuse.
    5 - Procédé suivant revendication 4, dans lequel la réactio est effectuée en présence d'un acide minéral ayant, dans les con- ditions de la réaction, un coefficient d'activité plus grand que l'unité.
    6 - Procède suivant revendication 4 ou 5, dans lequel le- dit procède est réalisé en présence d'un sel métallique d'un acide minéral, ledit sel ayant, dans les conditions de la réaction, un coefficient d'activité plus grand que l'unité.
    7 - Procédé suivant revendication 5 dans lequel l'acide minéral est l'acide sulfurique ou l'acide chlorhydrique.
    8 - Procédé suivant revendication 6, dans lequel le sel métallique est un bromure, un chlorure ou un perchlorate.
    9 - Procéda pour la préparation de brome, en substance come décrit ci-dessus.
    10 - Brome produit par un procédé suivant l'une quelcon- que des revendications précédentes.
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