FR3081721A1 - Procede de preparation d'un sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de préparation d'un sel de lithium du bis(fluorosulfonyl)imide F-(SO2)-NLi-(SO2)-F comprenant une étape (a) comprenant une étape de chloration de l'acide sulfamique HO-(SC2)-NH2 pour obtenir le bis(chlorosulfonyl)imide Cl-(SO2)-NH-(SO2)-Cl, ladite étape (a) étant réalisée dans un réacteur fait d'un matériau M3 résistant à la corrosion, ou dans un réacteur contenant une couche de base faite d'un matériau M1 revêtue d'une couche de surface faite d'un matériau M2 résistant à la corrosion.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide.
ARRIERE-PLAN TECHNIQUE
Le marché des batteries Li-ion nécessite de développer des batteries de plus forte puissance. Cela passe par l’augmentation du voltage nominal des batteries Li-ion. Pour atteindre les voltages visés, des électrolytes de grande pureté sont nécessaires. Les anions de type sulfonylimide, de par leur très faible basicité, sont de plus en plus utilisés dans le domaine du stockage d’énergie sous forme de sels inorganiques dans les batteries, ou de sels organiques dans les super condensateurs ou dans le domaine des liquides ioniques.
Dans le domaine spécifique des batteries Li-ion, le sel actuellement le plus utilisé est le LiPFe. Ce sel montre de nombreux désavantages tels qu’une stabilité thermique limitée, une sensibilité à l’hydrolyse et donc une plus faible sécurité de la batterie. Récemment de nouveaux sels possédant le groupement fluorosulfonyl FSÛ2- ont été étudiés et ont démontré de nombreux avantages comme une meilleure conductivité ionique et une résistance à l’hydrolyse. L’un de ces sels, le LiFSI a montré des propriétés très intéressantes qui font de lui un bon candidat pour remplacer le LiPFe.
L’identification et la quantification des impuretés dans les sels et/ou électrolytes, et la compréhension de leurs impacts sur les performances de la batterie deviennent primordiales. Par exemple, les impuretés possédant un proton mobile, en raison de leur interférence avec les réactions électrochimiques, conduisent à des performances et une stabilité globale moindre des batteries Li-ion. L’application des batteries Li-ion nécessite d’avoir des produits de haute pureté (minimum d’impuretés).
Les procédés existants de préparation du LiFSI comprennent notamment des étapes (par exemple chloration, fluoration...) mettant en œuvre des réactifs corrosifs, et/ou la formation de produits secondaires corrosifs, qui engendrent (dans les conditions opératoires) une corrosion élevée du matériau des équipements utilisés pour les réactions. Cette corrosion induit la contamination dudit LiFSI par des ions métalliques issus desdits matériaux. Or, la présence d’ions métalliques dans le LiFSI en quantité trop importante peut perturber le fonctionnement de la batterie et ses performances, par exemple en raison du dépôt desdits ions métalliques sur les électrodes de la batterie. De plus, la corrosion des matériaux des équipements utilisés compromettent l’intégrité structurelle des équipements et réduisent leur durée de vie.
Ainsi, il existe un besoin d’un nouveau procédé de préparation d’un sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide conduisant à un LiFSI de haute pureté présentant une teneur réduite en ions métalliques.
DESCRIPTION DE L’INVENTION
La présente invention concerne un procédé de préparation d’un sel de lithium du bis(fluorosulfonyl)imide F-(SO2)-NLi-(SO2)-F comprenant une étape (a) comprenant une étape de chloration de l’acide sulfamique HO-(SO2)-NH2 pour obtenir le bis(chlorosulfonyl)imide Cl(SO2)-NH-(SO2)-CI, ladite étape (a) étant réalisée dans un réacteur fait d’un matériau M3 résistant à la corrosion, ou dans un réacteur contenant une couche de base faite d’un matériau M1 revêtue d’une couche de surface faite d’un matériau M2 résistant à la corrosion.
Dans le cadre de l’invention, on utilise de manière équivalente les termes « sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide », « lithium bis(sulfonyl)imidure », « LiFSI », « LiN(FSO2)2», « lithium de bis(sulfonyl)imide », ou « bis(fluorosulfonyl)imidure de lithium » ou « F-(SO2)-NLi(SO2)-F».
Etape (a)
La couche de surface du réacteur de l’étape (a) est la couche susceptible d’être en contact avec le milieu réactionnel de l’étape (a) de chloration (par exemple réactifs de départ, produits générés, ...), le milieu réactionnel pouvant comprendre tout type de phase : liquide, et/ou gaz, et/ou solide.
De préférence, la couche de surface du réacteur de l’étape (a) est au moins en contact avec au moins un des réactifs de départ, tel que par exemple l’acide sulfamique.
La couche de base et la couche de surface peuvent être disposées l’une contre l’autre par placage. C’est par exemple le cas lorsque le matériau M2 est un alliage à base de nickel, tel que défini ci-après. De préférence, le placage est réalisé par placage par soudure, placage par explosion, placage par laminage à chaud, ou par placage par laminage à froid, préférentiellement par placage par explosion.
Selon un mode de réalisation, la couche de surface a une épaisseur comprise entre 0,01 et 20 mm, ladite épaisseur de ladite couche de surface interne étant inférieure à celle de ladite couche de base. De préférence, ladite couche de surface interne a une épaisseur comprise entre 0,05 et 15 mm, préférentiellement entre 0,1 et 10 mm, avantageusement entre 0,1 et 5 mm.
Matériau M1
Selon un mode de réalisation, le matériau M1 comprend :
i) au moins 60% en poids de fer, de préférence au moins 70% en poids, avantageusement au moins 75% en poids, encore plus avantageusement au moins 80% en poids, plus préférentiellement au moins 85% en poids, en particulier au moins 90% en poids, plus particulièrement au moins 95% en poids, et encore plus préférentiellement au moins 97% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M1 ; et
ü) moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, plus préférentiellement moins de 0,75% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, de manière privilégiée moins de 0,1% en poids de carbone par rapport au poids total du matériau M1 ; et/ou moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement moins de 2% en poids, préférentiellement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M1 ; et/ou moins de 20% en poids de chrome, préférentiellement moins de 5% en poids de chrome, avantageusement moins de 4% en poids, de préférence moins de 3% en poids, plus préférentiellement moins de 2% en poids, en particulier moins de 1% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M1; et/ou moins de 15% en poids de nickel, préférentiellement moins de 5% en poids, avantageusement moins de 4% en poids, de préférence moins de 3% en poids, plus préférentiellement moins de 2% en poids, en particulier moins de 1% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M1 ; et/ou moins de 2% en poids de silicium, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids de silicium par rapport au poids total du matériau M1 ; et/ou moins de 2,5% en poids de manganèse, avantageusement moins de 2% en poids, de préférence moins de 1,5% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids de manganèse par rapport au poids total du matériau M1.
Selon un mode de réalisation préféré, le matériau M1 comprend :
i) au moins 60% en poids de fer, de préférence au moins 70% en poids, avantageusement au moins 75% en poids, encore plus avantageusement au moins
80% en poids, plus préférentiellement au moins 85% en poids, en particulier au moins 90% en poids, plus particulièrement au moins 95% en poids, et encore plus préférentiellement au moins 97% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M1 ; et
ü) moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, préférentiellement moins de 0,75% en poids, plus préférentiellement moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, et encore plus avantageusement entre 0,01% et 0,2% en poids de carbone par rapport au poids total du matériau M1 ; et/ou moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement moins de 2% en poids, préférentiellement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, encore plus avantageusement entre 0,1% et 1% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M1, et/ou moins de 5% en poids de chrome, préférentiellement moins de 4% en poids, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, en particulier entre 0,5% et 2% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M1 ; et/ou moins de 2% en poids de silicium, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence entre 0,1% et 1,5 % en poids de silicium par rapport au poids total du matériau M1 ; et/ou moins de 2,5% en poids de manganèse, avantageusement moins de 2% en poids, de préférence moins de 1,5% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, en particulier entre 0,1% et 1% en poids de manganèse par rapport au poids total du matériau M1.
De préférence, le matériau M1 comprend au moins 60% en poids de fer, de préférence au moins 70% en poids de fer, avantageusement au moins 75% en poids, encore plus avantageusement au moins 80% en poids, plus préférentiellement au moins 85% en poids, en particulier au moins 90% en poids, plus particulièrement au moins 95% en poids, et encore plus préférentiellement au moins 97% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, préférentiellement moins de 0,75% en poids, plus préférentiellement moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, et encore plus avantageusement entre 0,01% et 0,2% en poids de carbone par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement moins de
2% en poids, préférentiellement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, encore plus avantageusement entre 0,1% et 1% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M1, et/ou moins de 5% en poids de chrome, préférentiellement moins de 4% en poids, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, en particulier entre 0,5% et 2% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M1.
Selon un autre mode de réalisation préféré, le matériau M1 comprend :
- au moins 60% en poids de fer, plus particulièrement au moins 70% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M1 ;
- moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, plus préférentiellement moins de 0,75% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, encore plus avantageusement moins de 0,1% en poids par rapport au poids total du matériau M1; et
- de 10% à 20% en poids de chrome, avantageusement de 15% à 20% en poids, en particulier de 16% à 18,5% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M1 ;
et éventuellement :
- moins de 15% en poids de nickel, préférentiellement entre 10% et 14% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M1 ; et/ou
- moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement entre 2% et 3.0% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M1 ; et/ou
- moins de 2,5% en poids de manganèse, avantageusement 2% en poids de manganèse par rapport au poids total du matériau M1 ; et/ou
- moins de 2% en poids de silicium, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1 % en poids de silicium par rapport au poids total du matériau M1.
De préférence, le matériau M1 comprend au moins 60% en poids de fer, plus particulièrement au moins 70% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, plus préférentiellement moins de 0,75% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, encore plus avantageusement moins de 0,1% en poids par rapport au poids total du matériau M1; et de 10% à 20% en poids de chrome, avantageusement de 15% à 20% en poids, en particulier de 16% à 18,5% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de 15% en poids de nickel, préférentiellement entre 10% et 14% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement entre 2% et 3.0% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de
2,5% en poids de manganèse, avantageusement 2% en poids de manganèse par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de 2% en poids de silicium, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids de silicium par rapport au poids total du matériau M1.
Matériau M2
Le matériau M2 peut être choisi dans le groupe constitué de l’émail, des polymères fluorés, et des alliages à base de nickel.
Selon un mode de réalisation, le matériau M2 est de l’émail. Typiquement, l’émail comprend principalement S1O2 en particulier en une teneur massique supérieure à 60% en masse, préférentiellement comprise entre 60% et 70% en masse. La couche d’émail peut être obtenue par application d’une suspension de poudre de verre en une épaisseur suffisante sur la couche de base de la paroi interne du réacteur, puis chauffage pour assurer la fusion de la poudre de verre, suivi du refroidissement pour permettre l’obtention d’une couche d’émail.
Selon un mode de réalisation, le matériau M2 est choisi parmi les polymères fluorés, et en particulier les polymères fluorés thermoplastiques. On peut par exemple citer le PVDF (polyfluorure de vinylidène), le PTFE (polytétrafluoroéthylène), les PFA (copolymères de C2F4 et d'éther vinylique perfluoré), les FEP (copolymères de tétrafluoroéthylène et du perfluoropropène, tel que par exemple copolymère du C2F4 et du CsFe), le ETFE (copolymère du tétrafluoroéthylène et de l’éthylène, et le FKM (copolymère d’hexafluoropropylène et de difluoroéthylène).
Selon un mode de réalisation, le matériau M2 est choisi parmi les alliages à base de nickel, en particulier parmi les alliages comprenant au moins 40% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M2.
Avantageusement, le matériau M2 est choisi parmi les alliages à base de nickel comprenant au moins 45% en poids de nickel, plus préférentiellement au moins 50% en poids de nickel, en particulier au moins 55% en poids de nickel, plus particulièrement au moins 60% en poids de nickel, de manière privilégiée au moins 65% en poids de nickel, de manière encore plus privilégiée au moins 70% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M2.
Le matériau M2 peut être choisi parmi les alliages à base de nickel comprenant de 45% à 95% en poids de nickel, de préférence de 50% à 90% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M2.
Le matériau M2 (alliages à base de nickel) peut également comprendre du chrome dans une teneur inférieure à 35% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 30% en poids, de préférence inférieure à 20% en poids, plus préférentiellement inférieure à 15% en poids, en particulier inférieure à 10% en poids, plus particulièrement inférieure à 5% en poids par rapport au poids total du matériau M2.
Le matériau M2 (alliages à base de nickel) peut également comprendre du molybdène dans une teneur inférieure à 35% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 30% en poids, de préférence inférieure à 20% en poids, plus préférentiellement inférieure à 15% en poids, en particulier inférieure à 10% en poids, plus particulièrement inférieure à 5% en poids par rapport au poids total du matériau M2.
De préférence, le matériau M2 (alliages à base de nickel) comprend au moins 40% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M2, de préférence au moins 45 % en poids, plus préférentiellement au moins 50% en poids, en particulier au moins 55% en poids, plus particulièrement au moins 60% en poids, de manière privilégiée au moins 65% en poids, de manière plus privilégiée au moins 70% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M2; et moins de 35% en poids de chrome, avantageusement moins de 30% en poids, de préférence moins de 20% en poids, plus préférentiellement moins de 15% en poids, en particulier moins de 10% en poids, plus particulièrement moins de 5% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M2; et moins de 35% en poids de molybdène, avantageusement moins de 30% en poids, de préférence moins de 25% en poids, plus préférentiellement moins de 20% en poids, en particulier moins de 15% en poids, plus particulièrement moins de 10% en poids de molybdène, par rapport au poids total du matériau M2.
Le matériau M2 (alliages à base de nickel) peut également comprendre du cobalt dans une teneur inférieure à 10% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 8% en poids, de préférence inférieure à 6% en poids, plus préférentiellement inférieure à 4% en poids, en particulier inférieure à 3% en poids, plus particulièrement inférieure à 2% en poids par rapport au poids total du matériau M2.
Le matériau M2 (alliages à base de nickel) peut également comprendre du tungstène dans une teneur inférieure à 5% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 4% en poids, de préférence inférieure à 3% en poids, plus préférentiellement inférieure à 2% en poids, en particulier inférieure à 1% en poids par rapport au poids total du matériau M2.
Le matériau M2 (alliages à base de nickel) peut également comprendre du fer dans une teneur inférieure à 25% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 20% en poids, de préférence inférieure à 15% en poids, plus préférentiellement inférieure à 10% en poids, en particulier inférieure à 7% en poids, plus particulièrement inférieure à 5% en poids par rapport au poids total du matériau M2.
Le matériau M2 (alliages à base de nickel) peut également comprendre du manganèse dans une teneur inférieure à 5% en poids par rapport au poids total de l’alliage, avantageusement inférieure à 4% en poids, de préférence inférieure à 3% en poids, plus préférentiellement inférieure à 2% en poids, en particulier inférieure à 1% en poids, plus particulièrement inférieure à 0,5% en poids par rapport au poids total du matériau M2.
Le matériau M2 (alliages à base de nickel) peut également comprendre du cuivre dans une teneur inférieure à 50% en poids, avantageusement inférieure à 45% en poids, de préférence inférieure à 40% en poids, plus préférentiellement inférieure à 35% en poids, en particulier inférieure à 30% en poids, plus particulièrement inférieure à 25% en poids de cuivre par rapport au poids total du matériau M2.
De préférence, le matériau M2 (alliages à base de nickel) comprend au moins 40% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M2, de préférence au moins 45 % en poids de nickel, plus préférentiellement au moins 50% en poids de nickel, en particulier au moins 55% en poids de nickel, plus particulièrement au moins 60% en poids de nickel, de manière privilégiée au moins 65% en poids de nickel, de manière plus privilégiée au moins 70% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M2; et moins de 50% en poids de cuivre, avantageusement inférieure à 45% en poids, de préférence inférieure à 40% en poids, plus préférentiellement inférieure à 35% en poids, en particulier inférieure à 30% en poids, plus particulièrement inférieure à 25% en poids de cuivre par rapport au poids total du matériau M2.
De préférence, le matériau M2 (alliages à base de nickel) comprend au moins 40% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M2, de préférence au moins 45 % en poids de nickel, plus préférentiellement au moins 50% en poids de nickel, en particulier au moins 55% en poids de nickel, plus particulièrement au moins 60% en poids de nickel, de manière privilégiée au moins 65% en poids de nickel, de manière plus privilégiée au moins 70% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M2; et moins de 35% en poids de chrome, avantageusement moins de 30% en poids, de préférence moins de 20% en poids, plus préférentiellement moins de 15% en poids, en particulier moins de 10% en poids, plus particulièrement moins de 5% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M2; et moins de 25% en poids de fer, avantageusement moins de 20% en poids, de préférence moins de 15% en poids, plus préférentiellement moins de 10% en poids, en particulier moins de 7% en poids, plus particulièrement moins de 5% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M2 ; et éventuellement moins de 35% en poids de molybdène, avantageusement moins de 30% en poids, de préférence moins de 20% en poids, plus préférentiellement moins de 15% en poids, en particulier moins de 10% en poids, plus particulièrement moins de 5% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M2.
Le matériau M2 (alliages à base de nickel) peut comprendre moins de 4% en poids de titane par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,05% en poids de titane par rapport au poids total du matériau M2, de manière privilégiée le matériau M2 est dépourvu de titane.
Le matériau M2 (alliages à base de nickel) peut comprendre moins de 6% en poids de niobium par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement moins de 4% en poids, de préférence moins de 2% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,05% en poids de niobium par rapport au poids total du matériau M2, de manière privilégiée le matériau M2 est dépourvu de niobium.
Selon un mode de réalisation, le réacteur utilisé dans l’étape (a) du procédé selon l’invention comprend une couche de base faite d’un matériau M1 revêtue d’une couche de surface faite d’un matériau M2 résistant à la corrosion, ledit matériau M1 comprenant :
• au moins 60% en poids de fer, de préférence au moins 70% en poids de fer, avantageusement au moins 75% en poids, encore plus avantageusement au moins 80% en poids, plus préférentiellement au moins 85% en poids, en particulier au moins 90% en poids, plus particulièrement au moins 95% en poids, et encore plus préférentiellement au moins 97% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, préférentiellement moins de 0,75% en poids, plus préférentiellement moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, et encore plus avantageusement entre 0,01% et 0,2% en poids de carbone par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement moins de 2% en poids, préférentiellement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, encore plus avantageusement entre 0,1% et 1% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M1, et/ou moins de 5% en poids de chrome, préférentiellement moins de 4% en poids, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, en particulier entre 0,5% et 2% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M1 ; et • le matériau M2 étant choisi parmi les alliages à base de nickel, en particulier choisi parmi les alliages comprenant au moins 40% en poids de nickel, avantageusement au moins 45% en poids, plus préférentiellement au moins 50% en poids, en particulier au moins 55% en poids, plus particulièrement au moins 60% en poids, de manière privilégiée au moins 65% en poids, de manière encore plus privilégiée au moins 70% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du chrome dans une teneur inférieure à 35% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 30% en poids, de préférence inférieure à 20% en poids, plus préférentiellement inférieure à 15% en poids, en particulier inférieure à 10% en poids, plus particulièrement inférieure à 5% en poids par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du molybdène dans une teneur inférieure à 35% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 30% en poids, de préférence inférieure à 25% en poids, plus préférentiellement inférieure à 20% en poids, en particulier inférieure à 15% en poids, plus particulièrement inférieure à 10% en poids par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du cobalt dans une teneur inférieure à 10% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 8% en poids, de préférence inférieure à 6% en poids, plus préférentiellement inférieure à 4% en poids, en particulier inférieure à 3% en poids, plus particulièrement inférieure à 2% en poids par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du tungstène dans une teneur inférieure à 5% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 4% en poids, de préférence inférieure à 3% en poids, plus préférentiellement inférieure à 2% en poids, en particulier inférieure à 1% en poids, par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du fer dans une teneur inférieure à 25% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 20% en poids, de préférence inférieure à 15% en poids, plus préférentiellement inférieure à 10% en poids, en particulier inférieure à 7% en poids, plus particulièrement inférieure à 5% en poids par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du manganèse dans une teneur inférieure à 5% en poids par rapport au poids total de l’alliage, avantageusement inférieure à 4% en poids, de préférence inférieure à 3% en poids, plus préférentiellement inférieure à 2% en poids, en particulier inférieure à 1% en poids, plus particulièrement inférieure à 0,5% en poids par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du cuivre dans une teneur inférieure à 50% en poids, avantageusement inférieure à 45% en poids, de préférence inférieure à 40% en poids, plus préférentiellement inférieure à 35% en poids, en particulier inférieure à 30% en poids, plus particulièrement inférieure à 25% en poids de cuivre par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou moins de 4% en poids de titane par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,05% en poids par rapport au poids total du matériau M2, de manière privilégiée le matériau M2 étant dépourvu de titane ; et/ou moins de 6% en poids de niobium, avantageusement moins de 4% en poids, de préférence moins de 2% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,05% en poids de niobium par rapport au poids total du matériau M2, de manière privilégiée le matériau M2 étant dépourvu de niobium.
Selon un mode de réalisation préféré, le réacteur utilisé dans l’étape (a) du procédé selon l’invention comprend une couche de base faite d’un matériau M1 revêtue d’une couche de surface faite d’un matériau M2 résistant à la corrosion, ledit matériau M1 comprenant :
• au moins 60% en poids de fer, de préférence au moins 70% en poids de fer, avantageusement au moins 75% en poids, encore plus avantageusement au moins 80% en poids, plus préférentiellement au moins 85% en poids, en particulier au moins 90% en poids, plus particulièrement au moins 95% en poids, et encore plus préférentiellement au moins 97% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, préférentiellement moins de 0,75% en poids, plus préférentiellement moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, et encore plus avantageusement entre 0,01% et 0,2% en poids de carbone par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement moins de 2% en poids, préférentiellement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, encore plus avantageusement entre 0,1% et 1% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M1, et/ou moins de 5% en poids de chrome, préférentiellement moins de 4% en poids, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, en particulier entre 0,5% et 2% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M1 ; et • le matériau M2 étant choisi parmi les polymères fluorés, et en particulier les polymères fluorés thermoplastiques, tels que par exemple le PVDF (polyfluorure de vinylidène), le PTFE (polytétrafluoroéthylène), les PFA (copolymères de C2F4 et d'éther vinylique perfluoré), les FEP (copolymères de tétrafluoroéthylène et du perfluoropropène, tel que par exemple copolymère du C2F4 et du CsFe), le ETFE (copolymère du tétrafluoroéthylène et de l’éthylène, et le FKM (copolymère d’hexafluoropropylène et de difluoroéthylène).
Selon un autre mode de réalisation préféré, le réacteur utilisé dans l’étape (a) du procédé selon l’invention comprend une couche de base faite d’un matériau M1 revêtue d’une couche de surface faite d’un matériau M2 résistant à la corrosion, ledit matériau M1 comprenant • au moins 60% en poids de fer, de préférence au moins 70% en poids de fer, avantageusement au moins 75% en poids, encore plus avantageusement au moins 80% en poids, plus préférentiellement au moins 85% en poids, en particulier au moins 90% en poids, plus particulièrement au moins 95% en poids, et encore plus préférentiellement au moins 97% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de
2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, préférentiellement moins de 0,75% en poids, plus préférentiellement moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, et encore plus avantageusement entre 0,01% et 0,2% en poids de carbone par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement moins de 2% en poids, préférentiellement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, encore plus avantageusement entre 0,1% et 1% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M1, et/ou moins de 5% en poids de chrome, préférentiellement moins de 4% en poids, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, en particulier entre 0,5% et 2% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M1 ; et • le matériau M2 étant de l’émail.
Selon un mode de réalisation préféré, le taux de corrosion du matériau M2 est inférieur à 100 gm/an, de préférence inférieur à 90 gm/an, avantageusement inférieur à 80 gm/an, préférentiellement inférieur à 70 gm/an, encore plus avantageusement inférieur à 60 gm/an, et en particulier inférieur à 50 gm/an. Ce taux est mesuré selon la méthode des coupons ASTM D 2 328-65 T.
Matériau M3
Le réacteur de l’étape (a) peut être fait d’un matériau M3 résistant à la corrosion. En particulier, le réacteur est fait d’un matériau massif M3 résistant à la corrosion. De préférence, le matériau M3 est du nickel pur.
Dans le cadre de l’invention, on entend par « le matériau M3 est du nickel pur», un matériau M3 comprenant au moins 99% en poids de nickel, de préférence au moins 99,1%, préférentiellement au moins 99,2%, avantageusement au moins 99,3%, encore plus avantageusement au moins 99,4%, par exemple au moins 99,5%, et en particulier au moins 99,6%, par rapport au poids total dudit matériau M3. Lorsque le matériau M3 est du nickel pur, il peut également comprendre en outre:
du fer dans une teneur inférieure à 1% en poids par rapport au poids total du matériau M3, avantageusement inférieure à 0,9% en poids, de préférence inférieure à 0,8% en poids, plus préférentiellement inférieure à 0,7% en poids, en particulier inférieure à 0,6% en poids, plus particulièrement inférieure à 0,5% en poids par rapport au poids total du matériau M3. De préférence, le matériau M3 comprend entre 0,1% et 1% en poids de fer, en particulier entre 0,3% et 0,8 % en poids de fer, plus particulièrement entre 0,3% et 0,5% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M3 ; et/ou du manganèse dans une teneur inférieure à 1% en poids par rapport au poids total du matériau M3, avantageusement inférieure à 0,9% en poids, de préférence inférieure à 0,8% en poids, plus préférentiellement inférieure à 0,7% en poids, en particulier inférieure à 0,6% en poids, plus particulièrement inférieure à 0,5% en poids, de manière privilégiée inférieure à 0,4% en poids, par rapport au poids total du matériau M3 ; et/ou du silicium dans une teneur inférieure à 1% en poids par rapport au poids total du matériau M3, avantageusement inférieure à 0,9% en poids, de préférence inférieure à 0,8% en poids, plus préférentiellement inférieure à 0,7% en poids, en particulier inférieure à 0,6% en poids, plus particulièrement inférieure à 0,5% en poids par rapport au poids total du matériau M3 ; et/ou du cuivre dans une teneur inférieure à 1% en poids par rapport au poids total du matériau M3, avantageusement inférieure à 0,9% en poids, de préférence inférieure à 0,8% en poids, plus préférentiellement inférieure à 0,7% en poids, en particulier inférieure à 0,6% en poids, plus particulièrement inférieure à 0,5% en poids, de manière privilégiée inférieure à 0,4% en poids, de manière particulièrement privilégiée inférieure à 0,3% en poids par rapport au poids total du matériau M3 ; et/ou du carbone dans une teneur inférieure à 0,1% en poids par rapport au poids total du matériau M3, avantageusement inférieure à 0,09% en poids, de préférence inférieure à 0,08% en poids, plus préférentiellement inférieure à 0,07% en poids, en particulier inférieure à 0,06% en poids, plus particulièrement inférieure à 0,05% en poids, de manière privilégiée inférieure à 0,04% en poids, de manière particulièrement privilégiée inférieure à 0,03% en poids par rapport au poids total du matériau M3.
A titre d’exemple, on peut par exemple citer le NÎ201 comprenant au moins 99% en poids de nickel, au plus 0,02% en poids de carbone, au plus 0,40% en poids de fer, au plus 0,35% en poids de manganèse, au plus 0,35% en poids de silicium, et au plus 0,25% de cuivre ; ou le Ni200 comprenant au moins 99% en poids de nickel, au plus 0,15% en poids de carbone, au plus 0,40% en poids de fer, au plus 0,35% en poids de manganèse, au plus 0,35% en poids de silicium, et au plus 0,25% de cuivre.
Selon un mode de réalisation préféré, le taux de corrosion du matériau M3 est inférieur à 100 gm/an, de préférence inférieur à 90 gm/an, avantageusement inférieur à 80 gm/an, préférentiellement inférieur à 70 gm/an, encore plus avantageusement inférieur à 60 gm/an, et en particulier inférieur à 50 gm/an. Ce taux est mesuré selon la méthode des coupons ASTM D 2 328-65 T.
Réacteur
De préférence, le réacteur est alimenté en réactifs de départ par des lignes d’alimentation. Le réacteur peut également comprendre des lignes d’effluent ou de sortie permettant d’évacuer le milieu réactionnel du réacteur.
De préférence, les lignes d’alimentation ou de sortie du réacteur sont faites de matériau spécifique capable de résister également à la corrosion, par exemple faites du matériau M3 susmentionné. Les lignes d’alimentation peuvent être de forme tubulaire. Alternativement, les lignes d’alimentation ou de sortie peuvent être faites d’un matériau comprenant une couche de base faite d’un matériau M1 susmentionné revêtue d’une couche de surface, susceptible d’être en contact avec le milieu réactionnel, faite d’un matériau M2 susmentionné.
Selon un mode de réalisation, le réacteur de l’étape (a) est un réacteur agité muni de mobile(s) d’agitation.
Parmi les mobiles d’agitation, on peut par exemple citer les turbines (par exemple les turbines à pales droites dites de Rushton ou turbines à pales incurvées ou turbines à pales courbes), les rubans hélicoïdaux, les hélices (par exemple les hélices à pales profilées), les ancres, et leurs combinaisons.
Le(s) mobile(s) d’agitation peut(vent) être fixé(s) sur un arbre d’agitation central, et peut(vent) être de nature identique ou différente. L’arbre d’agitation peut être entraîné par un moteur, se trouvant avantageusement à l’extérieur du réacteur.
Le design et la taille des mobiles d'agitation peuvent être choisis par l'homme du métier en fonction du type de mélange à réaliser (mélange de liquides, mélange de liquide et solide, mélange de liquide et gaz, mélange de liquide, gaz et solide) et des performances de mélange désirées. En particulier, le mobile d’agitation est choisi parmi les mobiles d’agitation les mieux adaptés pour assurer une bonne homogénéité du milieu réactionnel. Dans le cas particulier de la présence d’un milieu au moins diphasique solide/liquide, voire triphasique solide/liquide/gaz, dans les conditions réactionnelles mises en œuvre dans l’étape (a), le mobile d’agitation est avantageusement choisi parmi les mobiles d’agitation les mieux adaptés pour assurer une bonne homogénéité du milieu réactionnel, et une bonne mise en suspension du solide dans la phase liquide.
De préférence, le(s) mobile(s) d’agitation est(sont) fait(s) d’un matériau résistant à la corrosion, tel que par exemple fait du matériau M3 tel que défini ci-dessus, ou peuvent comprendre une couche de base faite d’un matériau M1 susmentionné revêtue d’une couche de surface, susceptible d’être en contact avec le milieu réactionnel, faite d’un matériau M2 susmentionné résistant à la corrosion.
Le réacteur de l’étape (a) peut comprendre des moyens de chauffage.
Le réacteur de l’étape (a) peut être chauffé au moyen d’une double-enveloppe entourant le réacteur dans laquelle peut circuler un fluide de chauffage, par exemple de la vapeur ou de l’eau chaude.
Selon un mode de réalisation, l’étape (a) est réalisée dans un réacteur ayant une conductivité thermique globale supérieure ou égale à 10 W/m/°C, de préférence supérieure ou égale à 15 W/m/°C.
Lorsque le réacteur contient une couche de base faite d’un matériau M1 revêtue d’une couche de surface faite d’un matériau M2 résistant à la corrosion, la conductivité thermique globale Xvdu réacteur composé de M1 et M2 est calculée selon la formule suivante :
λι,2= (ei + e2) / ((ei/λι) + (e2/À2)) avec une épaisseur ei représentant l’épaisseur du matériau M1, β2 représentant l’épaisseur du matériau M2, λι représentant la conductivité thermique du matériau M1 et λ2 représentant la conductivité thermique du matériau M2.
Lorsque le réacteur est fait d’un matériau M3, la conductivité thermique globale est celle du matériau M3.
Conditions réactionnelles
Selon un mode de réalisation, l’étape (a) de chloration est réalisée à partir de l’acide sulfamique, avec au moins un acide soufré et au moins un agent chlorant.
L’étape (a) peut être réalisée :
à une température comprise entre 30°C et 150°C, de préférence entre 30°C et 120°C et avantageusement entre 30°C et 100°C ; et/ou avec un temps de réaction compris entre 1 heure et 7 jours, de préférence entre 1 h et 5 jours et avantageusement entre 1 h et 3 jours ; et/ou à une pression comprise entre 1 bar abs et 7 bar abs, de préférence entre 1 bar abs et 5 bars abs, et avantageusement entre 1 bar abs et 3 bar abs.
Selon l’invention, l’agent soufré peut être choisi dans le groupe constitué de l’acide chlorosulfonique (CISO3H), de l’acide sulfurique, de l’oléum, et de leurs mélanges. De préférence, l’agent soufré est l’acide sulfurique.
Selon l’invention, l’agent chlorant peut être choisi dans le groupe constitué du chlorure de thionyle (SOCI2), du chlorure d’oxalyle (COCI)2, du pentachlorure de phosphore (PCI5), du trichlorure de phosphonyle (PCb), du trichlorure de phosphoryle (POCb), et de leurs mélanges. De préférence, l’agent chlorant est le chlorure de thionyle.
L’étape de chloration (a) peut être réalisée en présence d’un catalyseur, tel que par exemple choisi parmi une amine tertiaire (telle que la méthylamine, triéthylamine, ou la diéthylméthylamine) ; la pyridine ; et la 2,6-lutidine.
Le rapport molaire entre l’acide soufré et l’acide sulfamique peut être compris entre 0,7 et 5, de préférence entre 1 et 5.
Le rapport molaire entre l’agent chlorant et l’acide peut être compris entre 3 et 10, de préférence entre 2 et 5.
En particulier, lorsque l’agent soufré est l’acide chlorosulfonique, le rapport molaire entre celui-ci et l’acide sulfamique est compris entre 1 et 5, et/ou le rapport molaire entre l’agent chlorant et l’acide sulfamique est compris entre 2 et 5.
En particulier, lorsque l’agent soufré est l’acide sulfurique (ou l’oléum), le rapport molaire entre l’acide sulfurique (ou l’oléum) et l’acide sulfamique est compris entre 0,7 et 5.
En particulier, lorsque l’agent soufré est l’acide sulfurique (ou l’oléum), le rapport molaire entre l’acide sulfurique (ou l’oléum) et l’acide sulfamique est compris entre 1 et 5, et/ou le rapport molaire entre l’agent chlorant et l’acide sulfamique est compris entre 3 et 10.
Les agents soufrés et chlorants susmentionnés sont en particulier corrosifs. Il en va de même de certains produits formés tels que par exemple le bis(chlorosulfonyl)imide CI-(SO2)NH-(SO2)-CI et HCl.
L’utilisation du réacteur tel que défini ci-dessus permet avantageusement de résister à la corrosivité du milieu réactionnel (réactifs de départ, et/ou produits formés) dans les conditions réactionnelles, et ainsi d’éviter la contamination du milieu par des ions métalliques.
Etape (b)
Le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape (b), ultérieure à l’étape (a), comprenant la réaction du bis(chlorosulfonyl)imide CI-(SO2)-NH-(SC>2)-CI avec un agent de fluoration, pour former le bis(fluorosulfonyl)imide F-(SO2)-NH-(SO2)-F.
Conditions réactionnelles
L’agent de fluoration peut être choisi dans le groupe constitué de H F (de préférence HF anhydre), KF, AsFs, B1F3, ZnF2, SnF2, PbF2, CuF2, et de leurs mélanges, l’agent de fluoration étant de préférence H F, et encore plus préférentiellement H F anhydre.
Dans le cadre de l’invention, par « HF anhydre », on entend de l’HF contenant moins de 500 ppm d’eau, de préférence moins de 300 ppm d’eau de manière préférée moins de 200 ppm d’eau.
L’étape (b) du procédé est de préférence réalisée dans au moins un solvant organique SO1. Le solvant organique SO1 possède de préférence un nombre donneur compris entre 1 et 70 et avantageusement compris entre 5 et 65. L’indice donneur d’un solvant représente la valeur -ΔΗ, ΔΗ étant l’enthalpie de l’interaction entre le solvant et le pentachlorure d’antimoine (selon la méthode décrite dans Journal of Solution Chemistry, vol. 13, n°9, 1984). Comme solvant organique SO1, on peut citer notamment les esters, les nitriles, les dinitriles, les éthers, les diéthers, les amines, les phosphines, et leurs mélanges.
De préférence, le solvant organique SO1 est choisi dans le groupe constitué de l’acétate de méthyle, de l’acétate d’éthyle, de l’acétate de butyle, de l’acétonitrile, du propionitrile, de l’isobutyronitrile, du glutaronitrile, du dioxane, du tétrahydrofurane, de la triéthylamine, de la tripropylamine, de la diéthylisopropylamine, de la pyridine, de la triméthylphosphine, de la triéthylphosphine, de la diéthylisopropylphosphine, et de leurs mélanges. En particulier, le solvant organique SO1 est le dioxane.
L’étape (b) peut être mise en œuvre à une température comprise entre 0°C et la température d’ébullition du solvant organique SO1 (ou du mélange de solvants organiques SO1). De préférence, l’étape (b) est réalisée à une température comprise entre 5°C et la température d’ébullition du solvant organique SO1 (ou du mélange de solvants organiques SO1), préférentiellement entre 25°C et la température d’ébullition du solvant organique SO1 (ou du mélange de solvants organiques SO1).
L’étape (b), de préférence avec l’acide fluorhydrique anhydre, peut être mise en œuvre à une pression P, de préférence comprise entre 0 et 16 bars abs.
Cette étape (b) est de préférence mise en œuvre en dissolvant le bis(chlorosulfonyl)imide CI-(SO2)-NH-(SC>2)-CI dans le solvant organique SO1, ou le mélange de solvants organiques SO1, préalablement à l’étape de réaction avec l’agent de fluoration, de préférence avec l’HF anhydre.
Le rapport massique entre le bis(chlorosulfonyl)imide CI-(SO2)-NH-(SC>2)-CI et le solvant organique SO1, ou le mélange de solvants organiques SO1, est de préférence compris entre 0,001 et 10, et avantageusement entre 0,005 et 5.
Selon un mode de réalisation, l’HF anhydre est introduit dans le milieu réactionnel sous forme liquide ou sous forme gazeuse, de préférence sous forme gazeuse.
Le rapport molaire x entre l’agent de fluoration, de préférence l’HF anhydre, et le bis(chlorosulfonyl)imide CI-(SO2)-NH-(SC>2)-CI mis en jeu est de préférence compris entre 2 et 10, et avantageusement entre 2 et 5.
L’étape de réaction avec l’agent de fluoration, de préférence l’HF anhydre, peut être effectuée en milieu fermé ou en milieu ouvert, de préférence l’étape (b) est réalisée en milieu ouvert avec notamment dégagement d’HCI sous forme gaz.
Matériaux M4, M5, M6
Selon un mode de réalisation préféré, l’étape (b) est réalisée dans un réacteur fait d’un matériau M4 résistant à la corrosion, ou dans un réacteur contenant une couche de base faite d’un matériau M5 revêtue d’une couche de surface faite d’un matériau M6 résistant à la corrosion.
La couche de surface du réacteur de l’étape (b) est la couche susceptible d’être en contact avec le milieu réactionnel de l’étape (b) de fluoration (par exemple réactifs de départ, produits générés, ...), le milieu réactionnel pouvant comprendre tout type de phase : liquide, et/ou gaz, et/ou solide.
De préférence, la couche de surface du réacteur de l’étape (b) est au moins en contact avec au moins un des réactifs de départ, par exemple le bis(chlorosulfonyl)imide.
La couche de base et la couche de surface peuvent être disposées l’une contre l’autre par placage. C’est par exemple le cas lorsque le matériau M6 est un alliage à base de nickel, tel que défini ci-après. De préférence, le placage est réalisé par placage par soudure, placage par explosion, placage par laminage à chaud, ou par placage par laminage à froid, préférentiellement par placage par explosion.
Selon un mode de réalisation, la couche de surface a une épaisseur comprise entre 0,01 et 20 mm, ladite épaisseur de ladite couche de surface interne étant inférieure à celle de ladite couche de base. De préférence, ladite couche de surface interne a une épaisseur comprise entre 0,05 et 15 mm, préférentiellement entre 0,1 et 10 mm, avantageusement entre 0,1 et 5 mm.
En particulier, le réacteur est fait d’un matériau massif M4 résistant à la corrosion.
Le matériau M4 peut être choisi parmi le matériau M3 tel que défini ci-dessus, ou un matériau M4 comprenant :
- au moins 60% en poids de fer, plus particulièrement au moins 70% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M4 ;
- moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, plus préférentiellement moins de 0,75% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, encore plus avantageusement moins de 0,1% en poids par rapport au poids total du matériau M4; et
- de 10% à 20% en poids de chrome, avantageusement de 15% à 20% en poids, en particulier de 16% à 18,5% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M4;
et éventuellement :
- moins de 15% en poids de nickel, préférentiellement entre 10% et 14% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M4 ; et/ou
- moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement entre 2% et 3% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M4 ; et/ou
- moins de 2,5% en poids de manganèse, avantageusement 2% en poids de manganèse par rapport au poids total du matériau M4 ; et/ou
- moins de 2% en poids de silicium, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1 % en poids de silicium par rapport au poids total du matériau M4.
De préférence, le matériau M4 comprend au moins 60% en poids de fer, plus particulièrement au moins 70% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M4 ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, plus préférentiellement moins de 0,75% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, encore plus avantageusement moins de 0,1% en poids par rapport au poids total du matériau M4; et de 10% à 20% en poids de chrome, avantageusement de 15% à 20% en poids, en particulier de 16% à 18,5% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M4 ; et moins de 15% en poids de nickel, préférentiellement entre 10% et 14% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M4 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement entre 2% et 3% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M4 ; et moins de 2,5% en poids de manganèse, avantageusement 2% en poids de manganèse par rapport au poids total du matériau M4 ; et moins de 2% en poids de silicium, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids de silicium par rapport au poids total du matériau M4.
De préférence, le matériau M5 est le matériau M1 tel que défini ci-dessus. Plus préférentiellement, le matériau M5 comprend au moins 60% en poids de fer, de préférence au moins 70% en poids de fer, avantageusement au moins 75% en poids, encore plus avantageusement au moins 80% en poids, plus préférentiellement au moins 85% en poids, en particulier au moins 90% en poids, plus particulièrement au moins 95% en poids, et encore plus préférentiellement au moins 97% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M5 ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, préférentiellement moins de 0,75% en poids, plus préférentiellement moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, et encore plus avantageusement entre 0,01% et 0,2% en poids de carbone par rapport au poids total du matériau M5 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement moins de 2% en poids, préférentiellement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, encore plus avantageusement entre 0,1% et 1% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M5, et/ou moins de 5% en poids de chrome, préférentiellement moins de 4% en poids, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, en particulier entre 0,5% et 2% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M5.
Le matériau M6 peut être choisi dans le groupe constitué de l’émail, des polymères (en particulier les polymères fluorés), et des alliages à base de nickel (les alliages à base de nickel étant en particulier ceux définis ci-dessus pour le matériau M2).
De préférence, le matériau M6 est choisi parmi les polymères, en particulier les polyoléfines (tel que par exemple le polyéthylène), et les polymères fluorés, tels que par exemple le PVDF (polyfluorure de vinylidène), le PTFE (polytétrafluoroéthylène), les PFA (copolymères de C2F4 et d'éther vinylique perfluoré), les FEP (copolymères de tétrafluoroéthylène et du perfluoropropène, tel que par exemple copolymère du C2F4 et du CsFe), le ETFE (copolymère du tétrafluoroéthylène et de l’éthylène, et le FKM (copolymère d’hexafluoropropylène et de difluoroéthylène), plus préférentiellement le matériau M6 est choisi parmi les PTFE et les PFA.
Selon un mode de réalisation préféré, le réacteur utilisé dans l’étape (b) du procédé selon l’invention comprend une couche de base faite d’un matériau M5 revêtue d’une couche de surface faite d’un matériau M6 résistant à la corrosion, ledit matériau M5 comprenant :
• au moins 60% en poids de fer, de préférence au moins 70% en poids de fer, avantageusement au moins 75% en poids, encore plus avantageusement au moins 80% en poids, plus préférentiellement au moins 85% en poids, en particulier au moins 90% en poids, plus particulièrement au moins 95% en poids, et encore plus préférentiellement au moins 97% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M5 ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, préférentiellement moins de 0,75% en poids, plus préférentiellement moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, et encore plus avantageusement entre 0,01% et 0,2% en poids de carbone par rapport au poids total du matériau M5 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement moins de 2% en poids, préférentiellement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, encore plus avantageusement entre 0,1% et 1% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M5, et/ou moins de 5% en poids de chrome, préférentiellement moins de 4% en poids, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, en particulier entre 0,5% et 2% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M5 ; et • le matériau M6 étant choisi parmi les polymères fluorés, et en particulier les polymères fluorés thermoplastiques, tels que par exemple le PVDF (polyfluorure de vinylidène), le PTFE (polytétrafluoroéthylène), les PFA (copolymères de C2F4 et d'éther vinylique perfluoré), les FEP (copolymères de tétrafluoroéthylène et du perfluoropropène, tel que par exemple copolymère du C2F4 et du CsFe), le ETFE (copolymère du tétrafluoroéthylène et de l’éthylène, et le FKM (copolymère d’hexafluoropropylène et de difluoroéthylène), plus préférentiellement le matériau M6 étant choisi parmi les PTFE et les PFA.
Selon un autre mode de réalisation préféré, le réacteur utilisé dans l’étape (b) du procédé selon l’invention est fait d’un matériau M4 résistant à la corrosion, ledit matériau M4 comprenant au moins 60% en poids de fer, plus particulièrement au moins 70% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M4 ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, plus préférentiellement moins de 0,75% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, encore plus avantageusement moins de 0,1% en poids par rapport au poids total du matériau M4; et de 10% à 20% en poids de chrome, avantageusement de 15% à 20% en poids, en particulier de 16% à 18,5% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M4 ; et moins de 15% en poids de nickel, préférentiellement entre 10% et 14% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M4 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement entre 2% et 3% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M4 ; et moins de 2,5% en poids de manganèse, avantageusement 2% en poids de manganèse par rapport au poids total du matériau M4 ; et moins de 2% en poids de silicium, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids de silicium par rapport au poids total du matériau M4.
Selon un mode de réalisation préféré, le taux de corrosion du matériau M4 est inférieur à 100 gm/an, de préférence inférieur à 90 gm/an, avantageusement inférieur à 80 gm/an, préférentiellement inférieur à 70 gm/an, encore plus avantageusement inférieur à 60 gm/an, et en particulier inférieur à 50 gm/an. Ce taux est mesuré selon la méthode des coupons ASTM D 2 328-65 T.
Selon un mode de réalisation préféré, le taux de corrosion du matériau M6 est inférieur à 100 gm/an, de préférence inférieur à 90 gm/an, avantageusement inférieur à 80 gm/an, préférentiellement inférieur à 70 gm/an, encore plus avantageusement inférieur à 60 gm/an, et en particulier inférieur à 50 gm/an. Ce taux est mesuré selon la méthode des coupons ASTM D 2 328-65 T.
Réacteur
De préférence, le réacteur est alimenté en réactifs de départ par des lignes d’alimentation. Le réacteur peut également comprendre des lignes d’effluent ou de sortie permettant d’évacuer le milieu réactionnel du réacteur.
De préférence, les lignes d’alimentation ou de sortie du réacteur sont faites de matériau spécifique capable de résister également à la corrosion, par exemple faites du matériau M4 susmentionné. Les lignes d’alimentation peuvent être de forme tubulaire. Alternativement, les lignes d’alimentation ou de sortie peuvent être faites d’un matériau comprenant une couche de base faite d’un matériau M5 susmentionné revêtue d’une couche de surface, susceptible d’être en contact avec le milieu réactionnel, faite d’un matériau M6 résistant à la corrosion.
Selon un mode de réalisation, le réacteur de l’étape (b) est un réacteur agité muni de mobile(s) d’agitation.
Parmi les mobiles d’agitation, on peut par exemple citer les turbines (par exemple les turbines à pales droites dites de Rushton ou turbines à pales incurvées ou turbines à pales courbes), les rubans hélicoïdaux, les hélices (par exemple les hélices à pales profilées), les ancres, et leurs combinaisons.
Le(s) mobile(s) d’agitation peut(vent) être fixé(s) sur un arbre d’agitation, et peut(vent) être de nature identique ou différente. L’arbre d’agitation peut être entraîné par un moteur, se trouvant avantageusement à l’extérieur du réacteur.
Le design et la taille du(des) mobile(s) d'agitation peuvent être choisis par l'homme du métier en fonction du type de mélange à réaliser (mélange de liquides, mélange de liquide et solide, mélange de liquide et gaz, mélange de liquide, gaz et solide) et des performances de mélange désirées. En particulier, le mobile d’agitation est choisi parmi les mobiles d’agitation les mieux adaptés pour assurer une bonne homogénéité du milieu réactionnel.
De préférence, le(s) mobile(s) d’agitation est(sont) fait(s) d’un matériau résistant à la corrosion tel que par exemple fait du matériau M4 tel que défini ci-dessus, ou peuvent comprendre une couche de base faite d’un matériau M5 susmentionné revêtue d’une couche de surface, susceptible d’être en contact avec le milieu réactionnel, faite d’un matériau M6 susmentionné résistant à la corrosion.
Le réacteur de l’étape (b) peut comprendre des moyens de chauffage.
Le réacteur de l’étape (b) peut être chauffé au moyen d’une double-enveloppe entourant le réacteur dans laquelle peut circuler un fluide de chauffage, par exemple de la vapeur ou de l’eau chaude.
Selon un mode de réalisation, l’étape (b) est réalisée dans un réacteur ayant une conductivité thermique globale supérieure ou égale à 10 W/m/°C, de préférence supérieure ou égale à 15 W/m/°C.
Lorsque le réacteur contient une couche de base faite d’un matériau M5 revêtue d’une couche de surface faite d’un matériau M6 résistant à la corrosion, la conductivité thermique globale Xs,6 du réacteur composé de M5 et M6 est calculée selon la formule suivante :
/5,6= (θ5 + θδ) / ((65//5) + (65//5)) avec une épaisseur es représentant l’épaisseur du matériau M5, ee représentant l’épaisseur du matériau M6, /5 représentant la conductivité thermique du matériau M5 et Z6 représentant la conductivité thermique du matériau M6.
Lorsque le réacteur est fait d’un matériau M4, la conductivité thermique globale est celle du matériau M4.
La réaction de fluoration conduit typiquement à la formation de HCl, dont la majorité peut être dégazée du milieu réactionnel (tout comme l’HF excédentaire si l’agent de fluoration est le H F), par exemple par entraînement (stripping) d’un gaz neutre (tel que l’azote, l’hélium ou l’argon).
Toutefois, de l’HF et/ou de l’HCI résiduels peuvent être dissous dans le milieu réactionnel. Dans le cas de l’HCI les quantités sont très faibles car aux pression et température de travail l’HCI est principalement sous forme gaz.
L’HF anhydre et HCl susmentionnés sont en particulier corrosifs. Il en va de même pour le bis(chlorosulfonyl)imide CI-(SO2)-NH-(SC>2)-CI. L’utilisation du réacteur tel que défini cidessus permet avantageusement de résister à la corrosivité du milieu réactionnel (réactifs de départ, et/ou produits formés) dans les conditions réactionnelles, et ainsi d’éviter la contamination du milieu par des ions métalliques issus des matériaux du réacteur.
Etape (c)
Le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape (c), ultérieure à l’étape (b), comprenant la préparation d’un sel alcalin ou alcalino-terreux du bis(fluorosulfonyl)imide par neutralisation du bis(fluorosulfonyl)imide.
Conditions réactionnelles
L’étape (c) du procédé selon l’invention peut être effectuée par mise en contact du bis(fluorosulfonyl)imide avec une solution aqueuse d’une base choisie parmi les carbonate de métaux alcalins ou alcalino-terreux de formule MCO3,nH2O ou les hydroxyde de métaux alcalins ou alcalino-terreux MOH,nH2O, avec M représentant un cation monovalent de métal alcalin ou alcalino-terreux et n pouvant varier de 0 à 10. De préférence, MOH représente LiOH,
NaOH, KOH RbOH, et CsOH. De préférence, MCO3 représente Na2COs, K2CO3, Rb2COs, CS2CO3, L12CO3, MCO3 représentant avantageusement Na2COs, K2CO3, Rb2COs, ou CS2CO3.
De préférence, M ne représente pas Li+.
De préférence, la base utilisée n’est pas une base comprenant du lithium. De préférence, la base utilisée comprend du potassium.
L’étape (c) permet avantageusement la préparation d’un composé de formule (I) suivante :
F-(SO2)-NM-(SO2)-F (I) dans laquelle M est tel que défini ci-dessus, M étant de préférence différent de Li+.
L’étape (c) peut être mise en œuvre par exemple par ajout d’une solution aqueuse de la base choisie. Le rapport molaire base/ bis(fluorosulfonyl)imide F-(SO2)-NH-(SO2)-F peut être par exemple de 1 à 5 lorsque la base est un hydroxyde, ou de 0,5 à 5 (ou de 2 à 10), lorsque la base est un carbonate.
La température de la réaction de l’étape (c) peut par exemple être comprise entre 10°C et 40°C.
La solution obtenue à l’issue de l’étape (c) comprenant le sel alcalin ou alcalino-terreux du bis(fluorosulfonyl)imide, de préférence de formule (I), peut ensuite être filtrée, conduisant à un filtrat F et à un gâteau G.
Selon la nature du métal alcalin ou alcalino-terreux, le sel désiré peut être présent dans le filtrat F et/ou dans le gâteau G. Les fluorures de métaux alcalins ou alcalino-terreux sont notamment présents dans le gâteau G mais peuvent également se retrouver dans le filtrat F.
Le filtrat F peut être soumis à au moins une étape d’extraction avec un solvant organique SO2 typiquement faiblement soluble dans l’eau, afin d’extraire le sel désiré, de préférence de formule (I) susmentionnée, dans une phase organique. L’étape d’extraction conduit typiquement à la séparation d’une phase aqueuse et d’une phase organique.
Le solvant organique SO2 susmentionné est en particulier choisi parmi les familles suivantes: les esters, les nitriles, les éthers, les solvants chlorés, les solvants aromatiques, et leurs mélanges. De préférence, le solvant organique SO2 est choisi parmi le dichlorométhane, l’acétate d’éthyle, l’acétate de butyle, le tétrahydrofurane, l’acétronitrile, le diéthyléther, et leurs mélanges. En particulier, le solvant organique SO2 est l’acétate de butyle.
Pour chaque extraction, la quantité massique de solvant organique utilisée peut varier entre 1/6 et 1 fois la masse du filtrat F. Le nombre d’extractions peut être compris entre 2 et 10.
De préférence, la phase organique, résultant de(s) l’extraction(s), présente une teneur massique en sel désiré, de préférence de formule (I), allant de 5% à 50% en masse.
La phase organique séparée (obtenue à l’issue de l’extraction) peut ensuite être concentrée pour atteindre une concentration en sel désiré, de préférence de formule (I), comprise entre 5 et 55%, de préférence entre 10% et 50% en masse, ladite concentration pouvant être réalisée par tout moyen d’évaporation connu de l’homme du métier.
Le gâteau G susmentionné peut être lavé avec un solvant organique SO3 choisi parmi les familles suivantes : les esters, les nitriles, les éthers, les solvants chlorés, les solvants aromatiques, et leurs mélanges. De préférence, le solvant organique SO3 est choisi parmi le dichlorométhane, l’acétate d’éthyle, l’acétate de butyle, le tétrahydrofurane, l’acétronitrile, le diéthyléther, et leurs mélanges. En particulier, le solvant organique SO3 est l’acétate de butyle.
La quantité massique de solvant organique SO3 utilisée peut varier entre 1 et 10 fois le poids du gâteau. La quantité totale de solvant organique SO3 destinée au lavage peut être utilisée en une seule fois ou en plusieurs fois dans le but notamment d’optimiser la dissolution du sel désiré, de préférence de formule (I) susmentionnée.
De préférence, la phase organique, résultant du(des) lavage(s) du gâteau G, présente une teneur massique en sel désiré, de préférence de formule (I), allant de 5% à 50% en masse.
La phase organique séparée résultant du(des) lavage(s) du gâteau G peut ensuite être concentrée pour atteindre une concentration en sel désiré, de préférence de formule (I), comprise entre 5 et 55%, de préférence entre 10% et 50% en masse, ladite concentration pouvant être réalisée par tout moyen d’évaporation connu de l’homme du métier.
Selon un mode de réalisation, les phases organiques résultant de(s) l’extraction(s) du filtrat F et du(des) lavage(s) du gâteau G, peuvent être rassemblées ensemble, avant l’éventuelle étape de concentration.
Matériaux M7, M8 et M9
Selon un mode de réalisation préféré, l’étape (c) est réalisée dans un réacteur fait d’un matériau M7 résistant à la corrosion, ou dans un réacteur contenant une couche de base faite d’un matériau M8 revêtue d’une couche de surface faite d’un matériau M9 résistant à la corrosion.
La couche de surface du réacteur de l’étape (c) est la couche susceptible d’être en contact avec le milieu réactionnel de l’étape (c) de neutralisation (par exemple réactifs de départ, produits générés, ...), le milieu réactionnel pouvant comprendre tout type de phase : liquide, et/ou gaz, et/ou solide.
De préférence, la couche de surface du réacteur de l’étape (c) est au moins en contact avec au moins un des réactifs de départ, par exemple le bis(fluorosulfonyl)imide.
La couche de base et la couche de surface peuvent être disposées l’une contre l’autre par placage. C’est par exemple le cas lorsque le matériau M9 est un alliage à base de nickel, tel que défini ci-après. De préférence, le placage est réalisé par placage par soudure, placage par explosion, placage par laminage à chaud, ou par placage par laminage à froid, préférentiellement par placage par explosion.
Selon un mode de réalisation, la couche de surface a une épaisseur comprise entre 0,01 et 20 mm, ladite épaisseur de ladite couche de surface interne étant inférieure à celle de ladite couche de base. De préférence, ladite couche de surface interne a une épaisseur comprise entre 0,05 et 15 mm, préférentiellement entre 0,1 et 10 mm, avantageusement entre 0,1 et 5 mm.
De préférence, le matériau M7 est le matériau M4 tel que défini ci-dessus. Plus préférentiellement, le matériau M7 comprend au moins 60% en poids de fer, plus particulièrement au moins 70% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M7 ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, plus préférentiellement moins de 0,75% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, encore plus avantageusement moins de 0,1% en poids par rapport au poids total du matériau M7; et de 10% à 20% en poids de chrome, avantageusement de 15% à 20% en poids, en particulier de 16% à 18,5% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M7 ; et moins de 15% en poids de nickel, préférentiellement entre 10% et 14% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M7 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement entre 2% et 3% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M7 ; et moins de 2,5% en poids de manganèse, avantageusement 2% en poids de manganèse par rapport au poids total du matériau M7 ; et moins de 2% en poids de silicium, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids de silicium par rapport au poids total du matériau M7.
De préférence, le matériau M8 est le matériau M1 tel que défini ci-dessus. Plus préférentiellement, le matériau M8 comprend au moins 60% en poids de fer, de préférence au moins 70% en poids de fer, avantageusement au moins 75% en poids, encore plus avantageusement au moins 80% en poids, plus préférentiellement au moins 85% en poids, en particulier au moins 90% en poids, plus particulièrement au moins 95% en poids, et encore plus préférentiellement au moins 97% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M8 ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, préférentiellement moins de 0,75% en poids, plus préférentiellement moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, et encore plus avantageusement entre 0,01% et 0,2% en poids de carbone par rapport au poids total du matériau M8 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement moins de 2% en poids, préférentiellement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, encore plus avantageusement entre 0,1% et 1% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M8, et/ou moins de 5% en poids de chrome, préférentiellement moins de 4% en poids, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, en particulier entre 0,5% et 2% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M8.
De préférence, le matériau M9 est le matériau M6 tel que défini ci-dessus. Plus préférentiellement, le matériau M9 est choisi parmi les polymères, en particulier les polyoléfines (tel que par exemple le polyéthylène), et les polymères fluorés, tels que par exemple le PVDF (polyfluorure de vinylidène), le PTFE (polytétrafluoroéthylène), les PFA (copolymères de C2F4 et d'éther vinylique perfluoré), les FEP (copolymères de tétrafluoroéthylène et du perfluoropropène, tel que par exemple copolymère du C2F4 et du CsFe), le ETFE (copolymère du tétrafluoroéthylène et de l’éthylène, et le FKM (copolymère d’hexafluoropropylène et de difluoroéthylène), plus préférentiellement le matériau M9 est choisi parmi les PTFE et les PFA.
Selon un mode de réalisation préféré, le réacteur utilisé dans l’étape (c) du procédé selon l’invention comprend une couche de base faite d’un matériau M8 revêtue d’une couche de surface faite d’un matériau M9 résistant à la corrosion, ledit matériau M8 comprenant :
• au moins 60% en poids de fer, de préférence au moins 70% en poids de fer, avantageusement au moins 75% en poids, encore plus avantageusement au moins 80% en poids, plus préférentiellement au moins 85% en poids, en particulier au moins 90% en poids, plus particulièrement au moins 95% en poids, et encore plus préférentiellement au moins 97% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M8 ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, préférentiellement moins de 0,75% en poids, plus préférentiellement moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, et encore plus avantageusement entre 0,01% et 0,2% en poids de carbone par rapport au poids total du matériau M8 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement moins de 2% en poids, préférentiellement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, encore plus avantageusement entre 0,1% et 1% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M8, et/ou moins de 5% en poids de chrome, préférentiellement moins de 4% en poids, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, en particulier entre 0,5% et 2% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M8 ; et • le matériau M9 étant choisi parmi les polymères fluorés, et en particulier les polymères fluorés thermoplastiques, tels que par exemple le PVDF (polyfluorure de vinylidène), le PTFE (polytétrafluoroéthylène), les PFA (copolymères de C2F4 et d'éther vinylique perfluoré), les FEP (copolymères de tétrafluoroéthylène et du perfluoropropène, tel que par exemple copolymère du C2F4 et du CsFe), le ETFE (copolymère du tétrafluoroéthylène et de l’éthylène, et le FKM (copolymère d’hexafluoropropylène et de difluoroéthylène), plus préférentiellement le matériau M9 étant choisi parmi les PTFE et les PFA.
Selon un autre mode de réalisation préféré, le réacteur utilisé dans l’étape (c) du procédé selon l’invention est fait d’un matériau M7 résistant à la corrosion, ledit matériau M7 comprenant au moins 60% en poids de fer, plus particulièrement au moins 70% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M7 ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, plus préférentiellement moins de 0,75% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, encore plus avantageusement moins de 0,1% en poids par rapport au poids total du matériau M7; et de 10% à 20% en poids de chrome, avantageusement de 15% à 20% en poids, en particulier de 16% à 18,5% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M7 ; et moins de 15% en poids de nickel, préférentiellement entre 10% et 14% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M7 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement entre 2% et 3% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M7 ; et moins de 2,5% en poids de manganèse, avantageusement 2% en poids de manganèse par rapport au poids total du matériau M7 ; et moins de 2% en poids de silicium, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids de silicium par rapport au poids total du matériau M7.
Réacteur
De préférence, le réacteur de l’étape (c) est alimenté en réactifs de départ par des lignes d’alimentation. Le réacteur peut également comprendre des lignes d’effluent ou de sortie permettant d’évacuer le milieu réactionnel du réacteur.
De préférence, les lignes d’alimentation ou de sortie du réacteur sont faites de matériau spécifique capable de résister également à la corrosion, par exemple faites du matériau M7 susmentionné. Les lignes d’alimentation peuvent être de forme tubulaire. Alternativement, les lignes d’alimentation ou de sortie peuvent être faites d’un matériau comprenant une couche de base faite d’un matériau M8 susmentionné revêtue d’une couche de surface, susceptible d’être en contact avec le milieu réactionnel, faite d’un matériau M9 susmentionné.
Selon un mode de réalisation, le réacteur de l’étape (c) est un réacteur agité muni de mobile(s) d’agitation.
Parmi les mobiles d’agitation, on peut par exemple citer les turbines (par exemple les turbines à pales droites dites de Rushton ou turbines à pales incurvées ou turbines à pales courbes), les rubans hélicoïdaux, les hélices (par exemple les hélices à pales profilées), les ancres, et leurs combinaisons.
Le(s) mobile(s) d’agitation peut(vent) être fixé(s) sur un arbre d’agitation central, et peut(vent) être de nature identique ou différente. L’arbre d’agitation peut être entraîné par un moteur, se trouvant avantageusement à l’extérieur du réacteur.
Le design et la taille des mobiles d'agitation peuvent être choisis par l'homme du métier en fonction du type de mélange à réaliser (mélange de liquides, mélange de liquide et solide, mélange de liquide et gaz, mélange de liquide, gaz et solide) et des performances de mélange désirées. En particulier, le mobile d’agitation est choisi parmi les mobiles d’agitation les mieux adaptés pour assurer une bonne homogénéité du milieu réactionnel. Dans le cas particulier de la présence d’un milieu au moins diphasique solide/liquide, voire triphasique solide/liquide/gaz, dans les conditions réactionnelles mises en œuvre dans l’étape (c), le mobile d’agitation est avantageusement choisi parmi les mobiles d’agitation les mieux adaptés pour assurer une bonne homogénéité du milieu réactionnel, et sa vitesse d’agitation est avantageusement adaptée pour obtenir un bon mélangeage du milieu en cas d’augmentation de la viscosité.
De préférence, le(s) mobile(s) d’agitation est(sont) fait(s) d’un matériau résistant à la corrosion, tel que par exemple fait du matériau M7 tel que défini ci-dessus, ou peuvent comprendre une couche de base faite d’un matériau M8 susmentionné revêtu d’une couche de surface, susceptible d’être en contact avec le milieu réactionnel, faite d’un matériau M9 susmentionné résistant à la corrosion.
Le réacteur de l’étape (c) peut comprendre des moyens de refroidissement.
Le réacteur de l’étape (c) peut être refroidi au moyen d’une double-enveloppe entourant le réacteur dans laquelle peut circuler un fluide de refroidissement, par exemple de l’eau.
Selon un mode de réalisation, l’étape (c) est réalisée dans un réacteur ayant une conductivité thermique globale supérieure ou égale à 10 W/m/°C, de préférence supérieure ou égale à 15 W/m/°C.
Lorsque le réacteur contient une couche de base faite d’un matériau M8 revêtue d’une couche de surface faite d’un matériau M9 résistant à la corrosion, la conductivité thermique globale Xa,9 du réacteur composé de M8 et M9 est calculée selon la formule suivante :
Xs,9— (θ8 + eg) / ((θβ/λβ) + (eg/Àg)) avec une épaisseur es représentant l’épaisseur du matériau M8, eg représentant l’épaisseur du matériau M9, λ8 représentant la conductivité thermique du matériau M8 et λ9 représentant la conductivité thermique du matériau M9.
Lorsque le réacteur est fait d’un matériau M7, la conductivité thermique globale est celle du matériau M7.
La réaction de neutralisation fait en particulier intervenir des composés qui peuvent s’avérer corrosifs tels que le bis(fluorosulfonyl)imide F-(SO2)-NH-(SC>2)-F et éventuellement HF résiduel.
L’utilisation du réacteur tel que défini ci-dessus permet avantageusement de résister à la corrosivité du milieu réactionnel (réactifs de départ, et/ou produits formés) dans les conditions réactionnelles, et ainsi d’éviter la contamination du milieu par des ions métalliques.
Etape (d)
Le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une éventuelle étape (d) d’échange de cations, ultérieure à l’étape (c), comprenant la réaction entre le sel alcalinoterreux du bis(fluorosulfonyl)imide et un sel de lithium pour obtenir le sel de lithium du bis(fluorosulfonyl)imide.
En particulier, le procédé selon l’invention comprend cette étape (d) lorsque le sel obtenu à l’étape (c) n’est pas le sel de lithium du bis(fluorosulfonyl)imide.
Conditions réactionnelles
L’étape (d) est en particulier une réaction d’échange de cations permettant de convertir un composé de formule (I) susmentionnée F-(SO2)-NM-(SC>2)-F (I), M étant tel que décrit précédemment, en un sel de lithium du bis(fluorosulfonyl)imide.
De préférence, le sel de lithium est choisi parmi LiF, LiCI, L12CO3, LiOH, L1NO3, L1BF4, et leurs mélanges.
Le sel de lithium peut être dissout dans un solvant organique polaire choisi parmi les familles suivantes : les alcools, les nitriles et les carbonates. A titre d’exemple on peut notamment citer le méthanol, l’éthanol, l’acétonitrile, le diméthylcarbonate et l’éthylméthylcarbonate.
Le rapport molaire du composé de formule (I) par rapport au sel de lithium peut varier : il peut être au moins égal à 1 et inférieur à 5. De préférence le rapport molaire composé de formule (l)/sel de lithium est compris entre 1,2 et 2.
Le milieu réactionnel peut être laissé sous agitation entre 1 à 24 heures, et/ou à une température comprise par exemple entre 0°C et 50°C.
A la fin de la réaction, le milieu réactionnel peut être filtré, puis éventuellement être concentré. L’étape de concentration peut éventuellement être effectuée par un évaporateur à couche mince, par un atomiseur, par un évaporateur rotatif, ou par tout autre appareil permettant l’évaporation de solvant.
La filtration peut être effectuée à l’aide d’un filtre ou essoreuse.
Le filtre ou l’essoreuse est de préférence fait(e) d’un matériau M’ comprenant :
- au moins 60% en poids de fer, plus particulièrement au moins 70% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M’ ;
- moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, plus préférentiellement moins de 0,75% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, encore plus avantageusement moins de 0,1% en poids par rapport au poids total du matériau M’; et
- de 10% à 20% en poids de chrome, avantageusement de 15% à 20% en poids, en particulier de 16% à 18,5% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M’ ;
et éventuellement :
- moins de 15% en poids de nickel, préférentiellement entre 10% et 14% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M’ ; et/ou
- moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement entre 2% et 3% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M’ ; et/ou
- moins de 2,5% en poids de manganèse, avantageusement 2% en poids de manganèse par rapport au poids total du matériau M’ ; et/ou
- moins de 2% en poids de silicium, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1 % en poids de silicium par rapport au poids total du matériau M’. De préférence, le matériau M’ comprend au moins 60% en poids de fer, plus particulièrement au moins 70% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M’ ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, plus préférentiellement moins de 0,75% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, encore plus avantageusement moins de 0,1% en poids par rapport au poids total du matériau M’; et de 10% à 20% en poids de chrome, avantageusement de 15% à 20% en poids, en particulier de 16% à 18,5% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M’ ; et moins de 15% en poids de nickel, préférentiellement entre 10% et 14% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M’ ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement entre 2% et 3% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M’ ; et moins de 2,5% en poids de manganèse, avantageusement 2% en poids de manganèse par rapport au poids total du matériau M’ ; et moins de 2% en poids de silicium, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids de silicium par rapport au poids total du matériau M’.
Le filtre ou l’essoreuse comprend de préférence une couche de base faite d’un matériau M1 revêtue d’une couche de surface faite d’un matériau M2 résistant à la corrosion, ledit matériau M1 comprenant :
• au moins 60% en poids de fer, de préférence au moins 70% en poids de fer, avantageusement au moins 75% en poids, encore plus avantageusement au moins 80% en poids, plus préférentiellement au moins 85% en poids, en particulier au moins 90% en poids, plus particulièrement au moins 95% en poids, et encore plus préférentiellement au moins 97% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, préférentiellement moins de 0,75% en poids, plus préférentiellement moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, et encore plus avantageusement entre 0,01% et 0,2% en poids de carbone par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement moins de 2% en poids, préférentiellement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, encore plus avantageusement entre 0,1% et 1% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M1, et/ou moins de 5% en poids de chrome, préférentiellement moins de 4% en poids, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, en particulier entre 0,5% et 2% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M1 ; et • le matériau M2 étant choisi parmi les alliages à base de nickel, en particulier choisi parmi les alliages comprenant au moins 40% en poids de nickel, avantageusement au moins 45% en poids, plus préférentiellement au moins 50% en poids, en particulier au moins 55% en poids, plus particulièrement au moins 60% en poids, de manière privilégiée au moins 65% en poids, de manière encore plus privilégiée au moins 70% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du chrome dans une teneur inférieure à 35% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 30% en poids, de préférence inférieure à 20% en poids, plus préférentiellement inférieure à 15% en poids, en particulier inférieure à 10% en poids, plus particulièrement inférieure à 5% en poids par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du molybdène dans une teneur inférieure à 35% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 30% en poids, de préférence inférieure à 25% en poids, plus préférentiellement inférieure à 20% en poids, en particulier inférieure à 15% en poids, plus particulièrement inférieure à 10% en poids par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du cobalt dans une teneur inférieure à 10% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 8% en poids, de préférence inférieure à 6% en poids, plus préférentiellement inférieure à 4% en poids, en particulier inférieure à 3% en poids, plus particulièrement inférieure à 2% en poids par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du tungstène dans une teneur inférieure à 5% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 4% en poids, de préférence inférieure à 3% en poids, plus préférentiellement inférieure à 2% en poids, en particulier inférieure à 1% en poids, par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du fer dans une teneur inférieure à 25% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 20% en poids, de préférence inférieure à 15% en poids, plus préférentiellement inférieure à 10% en poids, en particulier inférieure à 7% en poids, plus particulièrement inférieure à 5% en poids par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du manganèse dans une teneur inférieure à 5% en poids par rapport au poids total de l’alliage, avantageusement inférieure à 4% en poids, de préférence inférieure à 3% en poids, plus préférentiellement inférieure à 2% en poids, en particulier inférieure à 1% en poids, plus particulièrement inférieure à 0,5% en poids par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du cuivre dans une teneur inférieure à 50% en poids, avantageusement inférieure à 45% en poids, de préférence inférieure à 40% en poids, plus préférentiellement inférieure à 35% en poids, en particulier inférieure à 30% en poids, plus particulièrement inférieure à 25% en poids de cuivre par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou moins de 4% en poids de titane par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,05% en poids par rapport au poids total du matériau M2, de manière privilégiée le matériau M2 étant dépourvu de titane ; et/ou moins de 6% en poids de niobium, avantageusement moins de 4% en poids, de préférence moins de 2% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,05% en poids de niobium par rapport au poids total du matériau M2, de manière privilégiée le matériau M2 étant dépourvu de niobium.
Réacteur
L’étape (d) peut être réalisée dans un réacteur à base de carbure de silicium ou à base d’un polymère fluoré ou dans un réacteur en acier comprenant une surface intérieure, ladite surface intérieure susceptible d’être en contact avec le sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide étant recouverte par un revêtement polymérique ou par un revêtement de carbure de silicium.
Le polymère fluoré susmentionné est avantageusement choisi parmi le PVDF (polyfluorure de vinylidène), le PTFE (polytétrafluoroéthylène), les PFA (copolymères de C2F4 et d'éther vinylique perfluoré), et le ETFE (copolymère du tétrafluoroéthylène et de l’éthylène).
Le polymère fluoré est avantageusement choisi parmi le PVDF, les PFA, et le ETFE.
Le revêtement polymérique peut être un revêtement comprenant au moins l’un des polymères suivants : polyoléfines telles que par exemple le polyéthylène, ou les polymères fluorés tels que par exemple le PVDF (polyfluorure de vinylidène), le PTFE (polytétrafluoroéthylène), les PFA (copolymères de C2F4 et d'éther vinylique perfluoré), les FEP (copolymères de tétrafluoroéthylène et du perfluoropropène, tel que par exemple copolymère du C2F4 et du CsFe), le ETFE (copolymère du tétrafluoroéthylène et de l’éthylène, et le FKM (copolymère d’hexafluoropropylène et de difluoroéthylène). De préférence, le revêtement polymérique comprend au moins un polymère fluoré, et en particulier le PFA, le PTFE ou le PVDF.
Selon un mode de réalisation, le réacteur de l’étape (d) est un réacteur agité muni de mobile(s) d’agitation.
Parmi les mobiles d’agitation, on peut par exemple citer les turbines (par exemple les turbines à pales droites dites de Rushton ou turbines à pales incurvées ou turbines à pales courbes), les rubans hélicoïdaux, les hélices (par exemple les hélices à pales profilées), les ancres, et leurs combinaisons.
Le(s) mobile(s) d’agitation peut(vent) être fixé(s) sur un arbre d’agitation central, et peuvent être de nature identique ou différente. L’arbre d’agitation peut être entraîné par un moteur, se trouvant avantageusement à l’extérieur du réacteur.
Le design et la taille des mobiles d'agitation peuvent être choisis par l'homme du métier en fonction du type de mélange à réaliser (mélange de liquides, mélange de liquide et solide, mélange de liquide et gaz, mélange de liquide, gaz et solide) et des performances de mélange désirées. En particulier, le mobile d’agitation est choisi parmi les mobiles d’agitation les mieux adaptés pour assurer une bonne homogénéité du milieu réactionnel.
De préférence, le(s) mobile(s) d’agitation est(sont) fait(s) d’un matériau en acier, de préférence en acier carbone, comprenant une surface extérieure, ladite surface extérieure susceptible d’être en contact avec le sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide étant recouverte par un revêtement polymérique de préférence tel que défini précédemment, ou par un revêtement de carbure de silicium.
Etape (e)
Le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une éventuelle étape (e) de purification du sel de lithium du bis(fluorosulfonyl)imide.
L’étape (e) de purification du sel de lithium du bis(fluorosulfonyl)imide peut être réalisée par toute méthode conventionnelle connue. Il peut s’agir par exemple d’une méthode d’extraction, d’une méthode de lavage avec des solvants, d’une méthode de reprécipitation, d’une méthode de recristallisation, ou de leur combinaison.
A l’issue de l’étape (e) susmentionnée, le sel de lithium du bis(fluorosulfonyl)imide peut se présenter sous la forme d’un solide, ou d’une composition comprenant de 1% à 99,9% en poids de sel de lithium du bis(fluorosulfonyl)imide.
Selon un premier mode de réalisation, l’étape (e) est une étape de cristallisation du LiFSI.
De préférence, lors de l’étape (e), le LiFSI est cristallisé à froid, notamment à une température inférieure ou égale à 25°C.
De préférence, lors de l’étape (e), la cristallisation du LiFSI est réalisée dans un solvant organique (« solvant de cristallisation ») choisi parmi les solvants chlorés, tel que par exemple le dichlorométhane, parmi les alcanes tels que par exemple le pentane, l’hexane, le cyclohexane et l’heptane, et parmi les solvants aromatiques, tel que par exemple le toluène, en particulier à une température inférieure ou égale à 25°C. De préférence, le LiFSI cristallisé à l’issue de l’étape (e) est récupéré par filtration.
Selon un deuxième mode de réalisation, l’étape (e) comprend les étapes suivantes : i’) éventuelle mise en solution du LiFSI dans un solvant organique OS1 ;
i) extraction liquide-liquide du sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide avec de l’eau désionisée, et récupération d’une solution aqueuse dudit sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide;
ii) éventuelle concentration de ladite solution aqueuse dudit sel ;
iii) extraction liquide-liquide du sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide à partir de ladite solution aqueuse avec au moins un solvant organique OS2;
iv) concentration du sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide par évaporation dudit solvant organique OS2;
v) éventuellement cristallisation du sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide.
De préférence, au moins une des étapes i), ii), iii), ou iv) est réalisée dans:
- un équipement à base de carbure de silicium ou à base d’un polymère fluoré; ou
- un équipement en acier, de préférence en acier carbone, comprenant une surface intérieure, ladite surface intérieure susceptible d’être en contact avec le sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide étant recouverte par un revêtement polymérique ou par un revêtement de carbure de silicium.
Dans le cadre de l’invention, on utilise de manière équivalente les termes « eau déminéralisée » et « eau désionisée ».
L’équipement peut être un réacteur, un évaporateur, un mélangeur-décanteur, une colonne d’extraction liquide-liquide, un décanteur, un échangeur.
L’équipement à base de carbure de silicium est de préférence un équipement en carbure de silicium massif.
L’équipement à base d’un polymère fluoré est de préférence un équipement en polymère fluoré massif.
Le polymère fluoré est avantageusement choisi parmi le PVDF (polyfluorure de vinylidène), le PTFE (polytétrafluoroéthylène), les PFA (copolymères de C2F4 et d'éther vinylique perfluoré), et le ETFE (copolymère du tétrafluoroéthylène et de l’éthylène).
Le polymère fluoré de l’équipement est avantageusement choisi parmi le PVDF, les PFA, et le ETFE.
Le revêtement polymérique peut être un revêtement comprenant au moins l’un des polymères suivants : polyoléfines telles que par exemple le polyéthylène, ou les polymères fluorés tels que par exemple le PVDF (polyfluorure de vinylidène), le PTFE (polytétrafluoroéthylène), les PFA (copolymères de C2F4 et d'éther vinylique perfluoré), les FEP (copolymères de tétrafluoroéthylène et du perfluoropropène, tel que par exemple copolymère du C2F4 et du CsFe), le ETFE (copolymère du tétrafluoroéthylène et de l’éthylène, et le FKM (copolymère d’hexafluoropropylène et de difluoroéthylène).
De préférence, le revêtement polymérique comprend au moins un polymère fluoré, et en particulier le PFA, le PTFE ou le PVDF.
De préférence :
l’étape i) est réalisée dans un équipement tel que défini ci-dessus, ledit équipement étant de préférence une colonne d’extraction ou un mélangeur-décanteur ; et/ou l’étape ii) est réalisée dans un équipement tel que défini ci-dessus, ledit équipement étant de préférence un évaporateur ou un échangeur ; et/ou l’étape iii) est réalisée dans un équipement tel que défini ci-dessus, ledit équipement étant de préférence une colonne d’extraction ou un mélangeur-décanteur ; et/ou l’étape iv) est réalisée dans un équipement tel que défini ci-dessus, ledit équipement étant de préférence un évaporateur ou un échangeur.
L’étape (e) peut ne pas comprendre l’étape i’) susmentionnée si le LiFSI obtenu à l’étape (d) comprend déjà un solvant organique.
L’étape i) peut être réalisée dans un équipement choisi parmi une colonne d’extraction, un mélangeur-décanteur, et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation, l’étape i) d’extraction liquide-liquide est réalisée dans : une colonne d’extraction ou un mélangeur-décanteur, à base de carbure de silicium ou à base d’un polymère fluoré de préférence tel que défini précédemment ; ou une colonne d’extraction ou un mélangeur-décanteur, en acier de préférence en acier carbone, ladite colonne d’extraction ou ledit mélangeur-décanteur comprenant une surface intérieure, ladite surface intérieure susceptible d’être en contact avec le sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide étant recouverte par un revêtement polymérique de préférence tel que défini précédemment ou par un revêtement de carbure de silicium.
De préférence, l’étape i) d’extraction liquide-liquide est réalisée dans :
- une colonne d’extraction ou un mélangeur-décanteur à base d’un polymère fluoré, tel que par exemple le PVDF (polyfluorure de vinylidène), ou les PFA (copolymères de C2F4 et d'éther vinylique perfluoré) ; ou
- une colonne d’extraction ou un mélangeur-décanteur, en acier de préférence en acier carbone, ladite colonne d’extraction ou ledit mélangeur-décanteur comprenant une surface intérieure, ladite surface intérieure susceptible d’être en contact avec le sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide étant recouverte par un revêtement polymérique de préférence tel que défini précédemment.
Les mélangeurs-décanteurs sont bien connus de l’homme du métier. Il s’agit typiquement d’un appareil unique comprenant une chambre de mélange et une chambre de décantation, la chambre de mélange comprenant un mobile d’agitation permettant avantageusement le mélange des deux phases liquides. Dans la chambre de décantation, la séparation des phases se fait par gravité.
L’alimentation de la chambre du décanteur à partir de la chambre du mélangeur peut se faire par surverse, par le fond de la chambre de mélange, ou par une paroi perforée entre la chambre du mélangeur et la chambre du décanteur.
La colonne d’extraction peut comprendre :
au moins un garnissage tel que par exemple un garnissage vrac et/ou un garnissage structuré. Il peut s’agir d’anneaux de Rashig, d’anneaux de Pali, d’anneaux de Saddle, des selles de Berl, des selles Intalox, ou des billes ;
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 ;
et/ou des dispositifs d’atomisation d’une phase dans une autre, telles que par exemple des buses, le(s)dit(s) garnissage(s), plateau(x), dispositif(s) d’atomisation étant de préférence fait(s) d’un matériau polymérique, le matériau polymérique pouvant comprendre au moins un polymère choisi parmi les polyoléfines telles que par exemple le polyéthylène, et les polymères fluorés tels que par exemple le PVDF (polyfluorure de vinylidène), le PTFE (polytétrafluoroéthylène), les PFA (copolymères de C2F4 et d'éther vinylique perfluoré), les FEP (copolymères de tétrafluoroéthylène et du perfluoropropène, tel que par exemple copolymère du C2F4 et du CsFe), le ETFE (copolymère du tétrafluoroéthylène et de l’éthylène, et le FKM (copolymère d’hexafluoropropylène et de difluoroéthylène).
La colonne d’extraction peut également comprendre des chicanages solidaires des parois latérales de ladite colonne. Les chicanages permettent avantageusement de limiter le phénomène de remélange axial.
Dans le cadre de l’invention, on entend par « garnissage », une structure solide propre à accroître la surface de contact entre les deux liquides mis en contact.
La hauteur et/ou le diamètre de la colonne d’extraction dépende(nt) typiquement de la nature des liquides à séparer.
La colonne d’extraction peut être statique ou agitée. De préférence, la colonne d’extraction est agitée, préférentiellement mécaniquement. Elle comprend par exemple un ou plusieurs mobiles d’agitation fixés sur un arbre rotatif axial. Parmi les mobiles d’agitation, on peut par exemple citer les turbines (par exemple les turbines à pales droites dites de Rushton ou turbines à pales incurvées ou turbines à pales courbes), les hélices (par exemple les hélices à pales profilées), les disques, et leurs mélanges. L’agitation permet avantageusement la formation de fines gouttelettes pour disperser une phase liquide dans l’autre, et ainsi augmenter l’aire interfaciale d’échange. De préférence, la vitesse d’agitation est choisie de sorte à maximiser l’aire interfaciale d’échange.
De préférence, le(s) mobile(s) d’agitation est(sont) fait(s) d’un matériau en acier, de préférence en acier carbone, comprenant une surface extérieure, ladite surface extérieure susceptible d’être en contact avec le sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide étant recouverte par un revêtement polymérique de préférence tel que défini précédemment, ou par un revêtement de carbure de silicium.
Selon l’invention, l’étape i) susmentionnée peut être répétée au moins une fois, de préférence répétée de 1 à 10 fois, préférentiellement de 1 à 4 fois. Lorsque l’étape i) est répétée, elle peut être réalisée dans plusieurs mélangeurs-décanteurs en série.
L’étape i) peut être réalisée en continu ou en discontinu, de préférence en continu.
Selon un mode de réalisation, l’étape i) comprend l’addition d’eau désionisée à la solution de LiFSI dans le solvant organique OS1 susmentionné, par exemple obtenue lors d’étapes de synthèse antérieures, pour permettre la dissolution dudit sel, et l’extraction dudit sel dans l’eau (phase aqueuse).
Dans le cas particulier d’une étape en discontinu, et lors de la répétition de l’étape i), une quantité d’eau désionisée correspondant à au moins la moitié de la masse de la solution initiale peut être ajoutée dans une première extraction, puis une quantité supérieure ou égale à environ 1/3 de la masse de la solution initiale lors de la seconde extraction, puis une quantité supérieure ou égale à environ 1/4 de la masse de la solution initiale lors de la troisième extraction.
En cas d’extractions multiples (répétition de l’étape i)), les phases aqueuses extraites sont rassemblées ensemble pour former une unique solution aqueuse.
L’étape i) permet avantageusement l’obtention d’une phase aqueuse et d’une phase organique, qui sont séparées. L’étape ii) est ainsi avantageusement effectuée sur la solution aqueuse extraite à l’étape a) (phase aqueuse unique ou phases aqueuses rassemblées en cas de répétition de l’étape i)).
A l’issue de l’étape i), on obtient avantageusement une solution aqueuse de LiFSI. De préférence, la teneur massique en LiFSI dans la solution aqueuse est comprise entre 5% et 35%, de préférence entre 10% et 25%, par rapport à la masse totale de la solution.
L’étape (e) peut comprendre une étape de concentration ii) entre l’étape i) et l’étape iii), de préférence pour obtenir une solution aqueuse de LiFSI comprenant une teneur massique en LiFSI comprise entre 20% et 80%, en particulier entre 25% et 80%, de préférence entre 25% et 70%, et avantageusement entre 30% et 65% par rapport à la masse totale de la solution.
L’étape de concentration peut être réalisée sous pression réduite, par exemple à une pression inférieure à 50 mbar abs (de préférence inférieure à 30 mbar abs), et/ou à une température comprise entre 25°C et 60°C, de préférence entre 25°C et 50°C, préférentiellement entre 25°C et 40°C.
L’étape ii) peut être réalisée dans au moins un équipement choisi parmi un évaporateur ou un échangeur.
Selon un mode de réalisation, l’étape ii) de concentration est réalisée dans :
un échangeur ou évaporateur, à base de carbure de silicium ou à base d’un polymère fluoré de préférence tel que défini précédemment ; ou un échangeur ou évaporateur, en acier de préférence en acier carbone, ledit échangeur ou évaporateur comprenant une surface intérieure, ladite surface intérieure susceptible d’être en contact avec le sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide étant recouverte par un revêtement polymérique de préférence tel que défini précédemment ou par un revêtement de carbure de silicium..
De façon préférée, l’étape ii) est réalisée dans :
un échangeur ou évaporateur, à base de carbure de silicium ; ou un échangeur ou évaporateur, en acier de préférence en acier carbone, ledit échangeur ou évaporateur comprenant une surface intérieure, ladite surface intérieure susceptible d’être en contact avec le sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide étant recouverte par un revêtement de carbure de silicium.
De préférence, l’étape (e) purification selon l’invention comprend l’étape ii). Après concentration ii) de la solution aqueuse obtenue à l’issue de l’étape a), on obtient une solution aqueuse de LiFSI concentrée.
L’étape iii) peut être réalisé sur la solution aqueuse obtenue à l’issue de l’étape i) ou de l’étape de concentration ii) ou d’une éventuelle autre étape intermédiaire.
L’étape iii) peut être réalisée dans un équipement choisi parmi une colonne d’extraction, un mélangeur-décanteur, et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation, l’étape iii) d’extraction liquide-liquide est réalisée dans : une colonne d’extraction ou un mélangeur-décanteur, à base de carbure de silicium ou à base d’un polymère fluoré de préférence tel que défini précédemment ; ou une colonne d’extraction ou un mélangeur-décanteur, acier de préférence en acier carbone, ladite colonne d’extraction ou ledit mélangeur-décanteur comprenant une surface intérieure, ladite surface intérieure susceptible d’être en contact avec le sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide étant recouverte par un revêtement polymérique de préférence tel que défini précédemment ou par un revêtement de carbure de silicium. De préférence, l’étape iii) d’extraction liquide-liquide est réalisée dans :
- une colonne d’extraction ou un mélangeur-décanteur à base d’un polymère fluoré tel que par exemple le PVDF (polyfluorure de vinylidène), ou les PFA (copolymères de C2F4 et d'éther vinylique perfluoré) ; ou
- une colonne d’extraction ou un mélangeur-décanteur, en acier de préférence en acier carbone, ladite colonne d’extraction ou ledit mélangeur-décanteur comprenant une surface intérieure, ladite surface intérieure susceptible d’être en contact avec le sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide étant recouverte par un revêtement polymérique de préférence tel que défini précédemment.
La colonne d’extraction peut être statique ou agitée. De préférence, la colonne d’extraction est agitée, préférentiellement mécaniquement. Elle comprend par exemple un ou plusieurs mobiles d’agitation fixés sur un arbre rotatif axial. Parmi les mobiles d’agitation, on peut par exemple citer les turbines (par exemple les turbines à pales droites dites de Rushton ou turbines à pales incurvées ou turbines à pales courbes), les hélices (par exemple les hélices à pales profilées), les disques, et leurs mélanges. L’agitation permet avantageusement la formation de fines gouttelettes pour disperser une phase liquide dans l’autre, et ainsi augmenter l’aire interfaciale d’échange. De préférence, la vitesse d’agitation est choisie de sorte à maximiser l’aire interfaciale d’échange.
De préférence, le(s) mobile(s) d’agitation est(sont) fait(s) d’un matériau en acier, de préférence en acier carbone, comprenant une surface extérieure, ladite surface extérieure susceptible d’être en contact avec le sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide étant recouverte par un revêtement polymérique de préférence tel que défini précédemment, ou par un revêtement de carbure de silicium.
L’étape iii) permet avantageusement de récupérer une phase organique, saturée en eau, contenant le LiFSI (il s’agit d’une solution de LiFSI dans le au moins solvant organique OS2, ladite solution étant saturée en eau).
Le solvant d’extraction OS2 du sel LiFSI dissous dans l’eau désionisée est avantageusement :
• un bon solvant du sel de LiFSI, c’est-à-dire que le LiFSI peut avoir une solubilité supérieure ou égale à 10% poids par rapport au poids total de la somme LiFSI et solvant ; et/ou • peu soluble dans l’eau, c’est-à-dire qu’il a une solubilité inférieure ou égale à 1% poids par rapport au poids total de la somme solvant et eau.
Selon un mode de réalisation, le solvant organique OS2 est choisi dans le groupe constitué des esters, des nitriles, des éthers, des solvants chlorés, des solvants aromatiques, et de leurs mélanges. De préférence, le solvant OS2 est choisi parmi les éthers, les esters, et leurs mélanges. Par exemple on peut citer le diéthylcarbonate, le diméthylcarbonate, l’éthylméthyl carbonate, le méthyl-t-butyl éther, le cyclopentylméthyl éther, l’acétate d’éthyle, l’acétate de propyle, l’acétate de méthyle, l’acétate de butyle, le propionate de méthyle, le dichlorométhane, le tétrahydrofurane, le diéthyléther, et leurs mélanges. De préférence, le solvant OS2 est choisi parmi le méthyl-t-butyl éther, le cyclopentylméthyl éther, l’acétate d’éthyle, l’acétate de propyle, l’acétate de butyle, et leurs mélanges, ledit solvant organique OS2 étant avantageusement l’acétate de butyle.
Selon l’invention, l’étape iii) peut être répétée au moins une fois, de préférence répétée de 1 à 10 fois, préférentiellement de 1 à 4 fois. Lorsque l’étape iii) est répétée, elle peut être réalisée dans plusieurs mélangeurs-décanteurs en série. En cas d’extractions multiples (répétition de l’étape iii)), les phases organiques extraites sont rassemblées ensemble pour former une unique solution organique.
L’étape iii) peut être réalisée en continu ou en discontinu, de préférence en continu.
Selon un mode de réalisation, l’étape iii) comprend l’addition du au moins solvant organique OS2 à la solution aqueuse de LiFSI, pour permettre la dissolution dudit sel, et l’extraction dudit sel dans la phase organique.
Dans le cas particulier d’un procédé en discontinu, et lors de la répétition de l’étape iii), la quantité massique de solvant(s) organique(s) OS2 utilisée peut varier entre 1/6 et 1 fois la masse de la phase aqueuse. De préférence, le rapport massique solvant(s) organique(s) S2/eau, lors d’une extraction de l’étape b), varie de 1/6 à 1/1, le nombre d’extractions variant en particulier de 2 à 10.
Selon un mode de réalisation, la teneur massique en LiFSI en solution dans la phase organique obtenue à l’issue de l’étape iii) est comprise entre 5% et 35%, de préférence entre 10% et 25% en masse par rapport à la masse totale de la solution.
L’étape iv) peut comprendre :
une étape iv-1) de pré-concentration de la solution obtenue à l’étape précédente ; et une étape iv-2) de concentration de la solution obtenue à l’étape iv-1).
L’étape iv-1) permet avantageusement d’obtenir une solution de LiFSI dans le au moins solvant organique OS2 comprenant une teneur massique en LiFSI comprise entre 20% et 60%, et de préférence entre 30% et 50% en masse par rapport à la masse totale de la solution.
L’étape de pré-concentration iv-1) peut être réalisée :
à une température allant de 25°C à 60°C, de préférence de 25°C à 50°C, et/ou sous pression réduite, par exemple à une pression inférieure à 50 mbar abs, en particulier à une pression inférieure à 30 mbar abs.
L’étape iv-1) peut être réalisée dans un équipement choisi parmi un évaporateur ou un échangeur.
Selon un mode de réalisation, l’étape iv-1) de pré-concentration est réalisée dans :
un échangeur ou un évaporateur, à base de carbure de silicium ou à base d’un polymère fluoré de préférence tel que défini précédemment ; ou un échangeur ou un évaporateur, en acier de préférence en acier carbone, ledit échangeur ou évaporateur comprenant une surface intérieure, ladite surface intérieure susceptible d’être en contact avec le sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide étant recouverte par un revêtement polymérique de préférence tel que défini précédemment ou par un revêtement de carbure de silicium.
De façon préférée, l’étape iv-1) est réalisée dans :
un échangeur ou évaporateur, à base de carbure de silicium ; ou un échangeur ou évaporateur, en acier de préférence en acier carbone, ledit échangeur ou évaporateur comprenant une surface intérieure, ladite surface intérieure susceptible d’être en contact avec le sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide étant recouverte par un revêtement de carbure de silicium.
L’étape iv-2) peut être réalisée dans un équipement choisi parmi un évaporateur, tel que par exemple un évaporateur à film mince (et préférentiellement un évaporateur à film mince à court trajet), ou un échangeur.
De préférence, l’étape iv-2) est réalisée dans un évaporateur à film mince à court trajet. L’étape iv-2) peut être réalisée dans :
un échangeur ou évaporateur, à base de carbure de silicium ou à base d’un polymère fluoré de préférence tel que défini précédemment ; ou un échangeur ou évaporateur, en acier de préférence en acier carbone, ledit échangeur ou évaporateur comprenant une surface intérieure, ladite surface intérieure susceptible d’être en contact avec le sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide étant recouverte par un revêtement polymérique de préférence tel que défini précédemment ou par un revêtement de carbure de silicium.
Selon un mode de réalisation préféré, l’étape (e) susmentionnée comprend une étape iv-2) de concentration du sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide par évaporation dudit au moins solvant organique OS2, dans un évaporateur à film mince à court trajet, de préférence dans les conditions suivantes :
- température comprise entre 30°C et 100°C;
- pression comprise entre 10-3 mbar abs et 5 mbar abs ;
- temps de séjour inférieur ou égal à 15 min.
Selon un mode de réalisation, l’étape iv-2) de concentration est réalisée à une pression comprise entre 10'2 mbar abs et 5 mbar abs, de préférence entre 5.10-2 mbar abs et 2 mbar abs, préférentiellement entre 5.10-1 et 2 mbar abs, encore plus préférentiellement entre 0,1 et 1 mbar abs, et en particulier entre 0,1 et 0,6 mbar abs.
Selon un mode de réalisation, l’étape iv-2) est réalisée à une température comprise entre 30°C et 95°C, de préférence entre 40°C et 90°C, préférentiellement entre 40°C et 85°C, et en particulier entre 50°C et 80°C.
Selon un mode de réalisation, l’étape iv-2) est réalisée avec un temps de séjour inférieur ou égal à 10 mn, préférentiellement inférieur ou égal à 5 mn, et de façon préférée inférieur ou égal à 3 minutes.
Dans le cadre de l’invention, et sauf mention contraire, on entend par « temps de séjour», le temps qui s’écoule entre l’entrée de la solution de sel de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide (en particulier obtenue à l’issue de l’étape b) susmentionnée) dans l’évaporateur et la sortie de la première goutte de la solution.
Selon un mode de réalisation préféré, la température du condenseur de l’évaporateur à film mince à court trajet est comprise entre - -55°C et 10°C, de préférence entre -50°C et 5°C, plus préférentiellement entre -45°C et -10°C, et avantageusement entre -40°C et -15°C.
Les évaporateurs à film mince à court trajet selon l’invention sont également connus sous la dénomination « Wiped film short path » (WFSP). Ils sont typiquement appelés ainsi car les vapeurs générées lors de l’évaporation effectuent un « court trajet » (courte distance) avant d’être condensées au condenseur.
Parmi les évaporateurs à film mince à court chemin (short path), on peut notamment citer les évaporateurs commercialisés par les sociétés Buss SMS Ganzler ex Luwa AG, LUC Gmbh ou VTA Process.
Typiquement, les évaporateurs à film mince à court trajet peuvent comprendre un condenseur des vapeurs de solvants placé à l’intérieur même de l’appareil (en particulier au centre de l’appareil), à la différence des autres types d’évaporateur à film mince (qui ne sont pas à court trajet) dans lesquels le condenseur se situe à l’extérieur de l’appareil.
Dans ce type d'appareil, la formation d’un film mince, de produit à distiller, sur la paroi chaude interne de l’évaporateur peut typiquement être assurée par étalement en continu sur la surface d’évaporation à l'aide de moyens mécaniques précisés ci-après.
L’évaporateur peut notamment être muni en son centre, d'un rotor axial sur lequel sont montés les moyens mécaniques qui permettent la formation du film sur la paroi. Il peut s'agir de rotors équipés de pales fixes : rotors lobés à trois ou quatre pales en matériaux souples ou rigides, distribuées sur toute la hauteur du rotor ou bien des rotors équipés de pales mobiles, palettes, balais racleurs, frotteurs guidés. Dans ce cas, le rotor peut être constitué par une succession de palettes articulées sur pivot montées sur un arbre ou axe par l'intermédiaire de supports radiaux. D'autres rotors peuvent être équipés de rouleaux mobiles montés sur des axes secondaires et lesdits rouleaux sont plaqués sur la paroi par centrifugation. La vitesse de rotation du rotor qui dépend de la taille de l'appareil, peut être déterminée aisément par l'homme de métier.
Selon un mode de réalisation, la solution de sel de LiFSI est introduite dans l’évaporateur à film mince à court trajet avec un débit compris entre 700g/h et 1200g/h, de préférence entre 900g/h et 1100g/h pour une surface d'évaporation de 0,04m2.
Selon l’invention, à l’issue de l’étape iv) susmentionnée, le LiFSI peut être obtenu sous forme solide, et en particulier sous forme cristallisée, ou sous forme d’une solution concentrée, la solution concentrée comprenant moins de 35% en poids de solvant résiduel, de préférence moins de 30% en poids.
Selon un mode de réalisation, l’étape (e) comprend une étape v) de cristallisation du sel de lithium du bis(fluorosulfonyl)imide obtenu à l’issue de l’étape iv) susmentionnée.
De préférence, lors de l’étape v), le LiFSI est cristallisé à froid, notamment à une température inférieure ou égale à 25°C.
De préférence, l’étape de cristallisation v) du LiFSI est réalisée dans un solvant organique S3 (« solvant de cristallisation ») choisi parmi les solvants chlorés, tel que par exemple le dichlorométhane, parmi les alcanes tels que par exemple le pentane, l’hexane, le cyclohexane, ou l’heptane, et parmi les solvants aromatiques, tel que par exemple le toluène, en particulier à une température inférieure ou égale à 25°C. De préférence, le LiFSI cristallisé à l’issue de l’étape v) est récupéré par filtration.
Procédé
Le procédé selon l’invention conduit avantageusement à un LiFSI, ayant une pureté élevée, et préférentiellement à un LiFSI ayant une pureté élevée et une teneur réduite en ions métalliques. Par ions métalliques, on entend en particulier les ions dérivés des métaux de transition (tel que par exemple Cr, Mn, Fe, Ni, Cu), les ions dérivés des métaux pauvres (tels que par exemple Al, Zn et Pb), les ions dérivés des métaux alcalins (tel que par exemple Na), les ions dérivés des métaux alcalino-terreux (tels que par exemple Mg et Ca), et les ions dérivés du silicium.
Ainsi, le procédé selon l’invention conduit avantageusement à un LiFSI ayant une teneur réduite en ions dérivant des métaux suivants : Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Al, Zn, Mo, Co, Pb, Na, Si, Mg, Ca.
En particulier, le procédé selon l’invention conduit avantageusement à une composition comprenant au moins à 99,9 % en poids de LiFSI, de préférence au moins 99,95% en poids, préférentiellement au moins 99,99% en poids de LiFSI, et ledit LiFSI comprenant éventuellement au moins l’une des impuretés suivantes dans les teneurs indiquées : 0 < H2<D< 100 ppm, 0 < Cl'< 100 ppm, 0 < SCU2^ 100 ppm, 0 < F'< 200 ppm, 0 < FSOsLi< 20 ppm, 0 < FSO2NH2S 20 ppm, 0 < K < 100 ppm, 0 < Na < 10 ppm, 0 < Si < 40 ppm, 0 < Mg < 10 ppm, 0 < Fe < 10 ppm, 0 < Ca <10ppm, 0 < Pb <10ppm, 0 < Cu < 10 ppm, 0 < Cr < 10 ppm, 0 < Ni < 10 ppm, 0 < Al < 10 ppm, 0 < Zn < 10 ppm, 0 < Mn < 10 ppm, et/ou 0 < Co < 10 ppm.
Dans le cadre de l’invention, le terme de « ppm » s’entend de ppm en poids.
Tous les modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent être combinés les uns avec les autres. En particulier, chaque mode de réalisation d’une étape quelconque du procédé de l’invention peut être combiné avec un autre mode de réalisation particulier.
Dans le cadre de l’invention, par « compris entre x et y », ou « allant de x à y », on entend un intervalle dans lequel les bornes x et y sont incluses. Par exemple, la température «comprise entre 30 et 100°C » inclus notamment les valeurs 30°C et 100°C.
La présente invention est illustrée par l’exemple suivant, auquel elle n’est cependant pas limitée.
Partie expérimentale
Deux coupons métalliques de différentes constitutions ont été soumis à des conditions opératoires de chloration afin de déterminer leur vitesse de corrosion. Les coupons de corrosion ont été installés pendant 76h à 90°C dans un réacteur de chloration.
Le coupon A est constitué d’un matériau en acier revêtu d’une couche d’émail.
Le coupon B (comparatif) est constitué d’un matériau en Inox 316L.
La vitesse de corrosion des coupons A et B a été déterminée au bout des 76h, par observation microscopique. Les données sont reprises dans le tableau ci-dessous :
Coupon A Coupon B (comparatif)
Taux de corrosion Absence de corrosion 116 gm/an
Le coupon A présente une stabilité importante au cours du temps, même dans des conditions opératoires sévères. En revanche, le coupon B présente une corrosion très importante, et donc engendrant un risque de contamination en ions métalliques très élevé.

Claims (18)

1. Procédé de préparation d’un sel de lithium du bis(fluorosulfonyl)imide F-(SO2)-NLi(SO2)-F comprenant une étape (a) comprenant une étape de chloration de l’acide sulfamique HO-(SO2)-NH2 pour obtenir le bis(chlorosulfonyl)imide CI-(SO2)-NH-(SO2)Cl, ladite étape (a) étant réalisée dans un réacteur fait d’un matériau M3 résistant à la corrosion, ou dans un réacteur contenant une couche de base faite d’un matériau M1 revêtue d’une couche de surface faite d’un matériau M2 résistant à la corrosion.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau M3 est du nickel pur, comprenant :
au moins 99%, préférentiellement au moins 99,2%, avantageusement au moins 99,3%, encore plus avantageusement au moins 99,4%, par exemple au moins 99,5%, et en particulier au moins 99,6% de nickel par rapport au poids total dudit matériau M3 ; et du fer dans une teneur inférieure à 1% en poids par rapport au poids total du matériau M3, avantageusement inférieure à 0,9% en poids, de préférence inférieure à 0,8% en poids, plus préférentiellement inférieure à 0,7% en poids, en particulier inférieure à 0,6% en poids, plus particulièrement inférieure à 0,5% en poids par rapport au poids total du matériau M3 ; et/ou du manganèse dans une teneur inférieure à 1% en poids par rapport au poids total du matériau M3, avantageusement inférieure à 0,9% en poids, de préférence inférieure à 0,8% en poids, plus préférentiellement inférieure à 0,7% en poids, en particulier inférieure à 0,6% en poids, plus particulièrement inférieure à 0,5% en poids, de manière privilégiée inférieure à 0,4% en poids, par rapport au poids total du matériau M3 ; et/ou du silicium dans une teneur inférieure à 1% en poids par rapport au poids total du matériau M3, avantageusement inférieure à 0,9% en poids, de préférence inférieure à 0,8% en poids, plus préférentiellement inférieure à 0,7% en poids, en particulier inférieure à 0,6% en poids, plus particulièrement inférieure à 0,5% en poids par rapport au poids total du matériau M3 ; et/ou du cuivre dans une teneur inférieure à 1% en poids par rapport au poids total du matériau M3, avantageusement inférieure à 0,9% en poids, de préférence inférieure à 0,8% en poids, plus préférentiellement inférieure à 0,7% en poids, en particulier inférieure à 0,6% en poids, plus particulièrement inférieure à 0,5% en poids, de manière privilégiée inférieure à 0,4% en poids, de manière particulièrement privilégiée inférieure à 0,3% en poids par rapport au poids total du matériau M3 ; et/ou du carbone dans une teneur inférieure à 0,1% en poids par rapport au poids total du matériau M3, avantageusement inférieure à 0,09% en poids, de préférence inférieure à 0,08% en poids, plus préférentiellement inférieure à 0,07% en poids, en particulier inférieure à 0,06% en poids, plus particulièrement inférieure à 0,05% en poids, de manière privilégiée inférieure à 0,04% en poids, de manière particulièrement privilégiée inférieure à 0,03% en poids par rapport au poids total du matériau M3.
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le matériau M1 comprend :
i) au moins 60% en poids de fer, de préférence au moins 70% en poids de fer, avantageusement au moins 75% en poids, encore plus avantageusement au moins 80% en poids, plus préférentiellement au moins 85% en poids, en particulier au moins 90% en poids, plus particulièrement au moins 95% en poids, et encore plus préférentiellement au moins 97% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M1 ; et
ü) moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, plus préférentiellement moins de 0,75% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, de manière privilégiée moins de 0,1% en poids de carbone par rapport au poids total du matériau M1 ; et/ou moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement moins de 2% en poids, préférentiellement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M1 ; et/ou moins de 20% en poids de chrome, préférentiellement moins de 5% en poids de chrome, avantageusement moins de 4% en poids, de préférence moins de 3% en poids, plus préférentiellement moins de 2% en poids, en particulier moins de 1% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M1; et/ou moins de 15% en poids de nickel, préférentiellement moins de 5% en poids, avantageusement moins de 4% en poids, de préférence moins de 3% en poids, plus préférentiellement moins de 2% en poids, en particulier moins de 1% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M1 ; et/ou moins de 2% en poids de silicium, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids de silicium par rapport au poids total du matériau M1 ; et/ou moins de 2,5% en poids de manganèse, avantageusement moins de 2% en poids, de préférence moins de 1,5% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids de manganèse par rapport au poids total du matériau M1.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le matériau M1 comprend au moins 60% en poids de fer, de préférence au moins 70% en poids de fer, avantageusement au moins 75% en poids, encore plus avantageusement au moins 80% en poids, plus préférentiellement au moins 85% en poids, en particulier au moins 90% en poids, plus particulièrement au moins 95% en poids, et encore plus préférentiellement au moins 97% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, préférentiellement moins de 0,75% en poids, plus préférentiellement moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, et encore plus avantageusement entre 0,01% et 0,2% en poids de carbone par rapport au poids total du matériau M1 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement moins de 2% en poids, préférentiellement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, encore plus avantageusement entre 0,1% et 1% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M1, et/ou moins de 5% en poids de chrome, préférentiellement moins de 4% en poids, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, en particulier entre 0,5% et 2% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M1.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le matériau M2 est choisi dans le groupe constitué de l’émail, des polymères fluorés, et des alliages à base de nickel.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel :
les polymères fluorés sont choisis parmi le PVDF (polyfluorure de vinylidène), le PTFE (polytétrafluoroéthylène), les PFA (copolymères de C2F4 et d'éther vinylique perfluoré), les FEP (copolymères de tétrafluoroéthylène et du perfluoropropène, tel que par exemple copolymère du C2F4 et du CsFe), le ETFE (copolymère du tétrafluoroéthylène et de l’éthylène, et le FKM (copolymère d’hexafluoropropylène et de difluoroéthylène), et les alliages à base de nickel sont choisis parmi les alliages comprenant au moins 40% en poids de nickel, avantageusement au moins 45% en poids, plus préférentiellement au moins 50% en poids, en particulier au moins 55% en poids, plus particulièrement au moins 60% en poids, de manière privilégiée au moins 65% en poids, de manière encore plus privilégiée au moins 70% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du chrome dans une teneur inférieure à 35% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 30% en poids, de préférence inférieure à 20% en poids, plus préférentiellement inférieure à 15% en poids, en particulier inférieure à 10% en poids, plus particulièrement inférieure à 5% en poids par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du molybdène dans une teneur inférieure à 35% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 30% en poids, de préférence inférieure à 25% en poids, plus préférentiellement inférieure à 20% en poids, en particulier inférieure à 15% en poids, plus particulièrement inférieure à 10% en poids par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du cobalt dans une teneur inférieure à 10% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 8% en poids, de préférence inférieure à 6% en poids, plus préférentiellement inférieure à 4% en poids, en particulier inférieure à 3% en poids, plus particulièrement inférieure à 2% en poids par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du tungstène dans une teneur inférieure à 5% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 4% en poids, de préférence inférieure à 3% en poids, plus préférentiellement inférieure à 2% en poids, en particulier inférieure à 1% en poids, par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du fer dans une teneur inférieure à 25% en poids par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement inférieure à 20% en poids, de préférence inférieure à 15% en poids, plus préférentiellement inférieure à 10% en poids, en particulier inférieure à 7% en poids, plus particulièrement inférieure à 5% en poids par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du manganèse dans une teneur inférieure à 5% en poids par rapport au poids total de l’alliage, avantageusement inférieure à 4% en poids, de préférence inférieure à 3% en poids, plus préférentiellement inférieure à 2% en poids, en particulier inférieure à 1% en poids, plus particulièrement inférieure à 0,5% en poids par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou du cuivre dans une teneur inférieure à 50% en poids, avantageusement inférieure à 45% en poids, de préférence inférieure à 40% en poids, plus préférentiellement inférieure à 35% en poids, en particulier inférieure à
30% en poids, plus particulièrement inférieure à 25% en poids de cuivre par rapport au poids total du matériau M2 ; et/ou moins de 4% en poids de titane par rapport au poids total du matériau M2, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,05% en poids par rapport au poids total du matériau M2, de manière privilégiée le matériau M2 étant dépourvu de titane ; et/ou moins de 6% en poids de niobium, avantageusement moins de 4% en poids, de préférence moins de 2% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,05% en poids de niobium par rapport au poids total du matériau M2, de manière privilégiée le matériau M2 étant dépourvu de niobium.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le réacteur de l’étape (a) est un réacteur agité muni de mobile(s) d’agitation, par exemple choisir parmi les turbines, les rubans hélicoïdaux, les hélices, les ancres, et leurs combinaisons, le(s) mobile(s) d’agitation étant de préférence fait(s) d’un matériau résistant à la corrosion, tel que par exemple fait du matériau M3 tel que défini dans la revendication 1 ou 2, ou pouvant comprendre une couche de base faite d’un matériau M1 tel que défini dans l’une quelconque des revendications 1, 3 ou 4, revêtue d’une couche de surface, susceptible d’être en contact avec le milieu réactionnel, faite d’un matériau M2 tel que défini dans l’une quelconque des revendications 1, 5 ou 6.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’étape (a) est réalisée avec :
au moins un acide soufré, de préférence choisi dans le groupe constitué de l’acide chlorosulfonique (CISO3H), de l’acide sulfurique, de l’oléum, et de leurs mélanges, l’agent soufré étant préférentiellement l’acide sulfurique ;
et au moins un agent chlorant choisi dans le groupe constitué du chlorure de thionyle, du chlorure d’oxalyle, du pentachlorure de phosphore, du trichlorure de phosphonyle, du trichlorure de phosphoryle, et de leurs mélanges, l’agent chlorant étant préférentiellement le chlorure de thionyle.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l’étape (a) est réalisée avec :
à une température comprise entre 30°C et 150°C, de préférence entre 30°C et 120°C et avantageusement entre 30°C et 100°C ; et/ou avec un temps de réaction compris entre 1 heure et 7 jours, de préférence entre 1 h et 5 jours et avantageusement entre 1 h et 3 jours ; et/ou à une pression comprise entre 1 bar abs et 7 bar abs, de préférence entre 1 bar abs et 5 bars abs, et avantageusement entre 1 bar abs et 3 bar abs.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre une étape (b), ultérieure à l’étape (a), comprenant la réaction du bis(chlorosulfonyl)imide CI-(SO2)-NH-(SC>2)-CI avec un agent de fluoration, pour former le bis(fluorosulfonyl)imide F-(SO2)-NH-(SC>2)-F.
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l’agent de fluoration est choisi dans le groupe constitué de HF (de préférence HF anhydre), KF, AsFs, B1F3, ZnF2, SnF2, PbF2, CuF2, et de leurs mélanges, l’agent de fluoration étant de préférence HF, et encore plus préférentiellement H F anhydre.
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 ou 11, dans lequel l’étape (b) est réalisée dans un réacteur fait d’un matériau M4 résistant à la corrosion, ou dans un réacteur contenant une couche de base faite d’un matériau M5 revêtue d’une couche de surface faite d’un matériau M6 résistant à la corrosion.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel le matériau M4 est choisi parmi le matériau M3 tel que défini dans la revendication 2, ou un matériau M4 comprenant :
- au moins 60% en poids de fer, plus particulièrement au moins 70% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M4 ;
- moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, plus préférentiellement moins de 0,75% en poids, en particulier moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, encore plus avantageusement moins de 0,1% en poids par rapport au poids total du matériau M4; et
- de 10% à 20% en poids de chrome, avantageusement de 15% à 20% en poids, en particulier de 16% à 18,5% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M4;
et éventuellement :
- moins de 15% en poids de nickel, préférentiellement entre 10% et 14% en poids de nickel par rapport au poids total du matériau M4 ; et/ou
- moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement entre 2% et 3% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M4 ; et/ou
- moins de 2,5% en poids de manganèse, avantageusement 2% en poids de manganèse par rapport au poids total du matériau M4 ; et/ou
- moins de 2% en poids de silicium, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids de silicium par rapport au poids total du matériau M4.
14. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 ou 13, dans lequel le matériau M5 est le matériau M1 tel que défini aux revendications 3 et 4, de préférence le matériau M5 comprend au moins 60% en poids de fer, de préférence au moins 70% en poids de fer, avantageusement au moins 75% en poids, encore plus avantageusement au moins 80% en poids, plus préférentiellement au moins 85% en poids, en particulier au moins 90% en poids, plus particulièrement au moins 95% en poids, et encore plus préférentiellement au moins 97% en poids de fer par rapport au poids total du matériau M5 ; et moins de 2% en poids de carbone, avantageusement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1% en poids, préférentiellement moins de 0,75% en poids, plus préférentiellement moins de 0,5% en poids, plus particulièrement moins de 0,2% en poids, et encore plus avantageusement entre 0,01% et 0,2% en poids de carbone par rapport au poids total du matériau M5 ; et moins de 3% en poids de molybdène, avantageusement moins de 2% en poids, préférentiellement moins de 1,5% en poids, de préférence moins de 1,25% en poids, plus préférentiellement moins de 1% en poids, encore plus avantageusement entre 0,1% et 1% en poids de molybdène par rapport au poids total du matériau M5, et/ou moins de 5% en poids de chrome, préférentiellement moins de 4% en poids, avantageusement moins de 3% en poids, de préférence moins de 2% en poids, en particulier entre 0,5% et 2% en poids de chrome par rapport au poids total du matériau M5.
15. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel le matériau M6 est choisi dans le groupe constitué de l’émail, des polymères (en particulier les polymères fluorés), et des alliages à base de nickel.
16. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 14, comprenant en outre une étape (c), ultérieure à l’étape (b), comprenant la préparation d’un sel alcalin ou alcalinoterreux du bis(fluorosulfonyl)imide par neutralisation du bis(fluorosulfonyl)imide.
17. Procédé selon la revendication 16, comprenant en outre une étape (d) d’échange de cations, ultérieure à l’étape (c), comprenant la réaction entre le sel alcalino-terreux du bis(fluorosulfonyl)imide et un sel de lithium, pour obtenir le sel de lithium du bis(fluorosulfonyl)imide.
18. Procédé selon l’une quelconque des revendications 16 ou 17, comprenant en outre une étape (e) de purification du sel de lithium du bis(fluorosulfonyl)imide.
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