LU85684A1 - Procede pour la production de bicarbonate de metal alcalin et carbonate de sodium obtenu a partir de ce procede - Google Patents

Description

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Procédé pour la production de bicarbonate de métal alcalin et carbonate de sodium obtenu â partir de ce procédé

Cas S. 83/33 SOLVAY & Cie (Société Anonyme)

La présente invention vise à produire du bicarbonate de métal alcalin, notamment du bicarbonate de sodium, par la technique aux amines.

Dans la technique aux amines pour la production de bicarbonate 5 de sodium, on traite une solution aqueuse de chlorure de sodium avec un gaz contenant de 1*anhydride carbonique, en présence d'une solution organique d'une amine, pour cristalliser du bicarbonate de sodium et'former du chlorhydrate d'amine, on recueille le bicarbonate de sodium cristallisé et on régénère l'amine à partir du chlorhydrate 10 d'amine (brevet GB-A-1082436 (KAISER ALUMINUM & CHEMICAL CORPORATION); brevet IL-A-33551 (IMI(TAMI) INSTITUTE FOR RESEARCH & DEVELOPMENT); demande de brevet JP-A-57/7826 (TOYO SODA)). Pour améliorer le rendement en anhydride carbonique, on préconise de régler la quantité d'anhydride carbonique mise en oeuvre, pour que 15 l'eau mère de la cristallisation du bicarbonate de sodium contienne entre 10 et 26 % en poids de chlorure de sodium (demande de brevet JP-A-57/7826).

Dans ce procédé connu, on utilise indifféremment des amines dont le chlorhydrate est insoluble dans l'eau (par exemple l'alkyl-20 amine primaire connue sous la marque PRIMENE JMT (Rohm & Haas) qui contient entre environ 18 et 24 atomes de carbone dans sa molécule : brevet GB-A-1082436; demande de brevet JP-A-57/7826), ou des amines dont le chlorhydrate est au moins partiellement hydrosoluble (par exemple la triéthylamine ou l'alkylamine primaire connue sous la 25 marque PRIMENE 81R (Rohm & Haas) qui contient environ de 12 à 14 atomes de carbone dans sa molécule : brevet IL-A-33551). Pour régénérer l'amine à partir de son chlorhydrate, on traite celui-ci avec un réactif capable de le décomposer, habituellement de l'oxyde ou de l'hydroxyde de calcium ou de magnésium. A cet égard; la· ............

30 | sélection d'une amine dont le chlorhydrate est soluble dans l'eau - 2 - est un Inconvénient, car elle implique une consommation excessive en réactif et une perte en sodium. En effet, le chlorhydrate d’amine étant soluble dans l'eau, il se trouve partiellement dissous dans l’eau mère de la cristallisation du bicarbonate de sodium et, 5 lors du traitement de celle-ci avec le réactif, une partie importante de celui-ci est consommée inutilement par le bicarbonate de sodium dissous de l'eau mère.

Les alkylamines primaires qui comprennent de 12 à 14 atomes de carbone et qui forment donc des chlorhydrates hydrosolubles, prë-10 sentent cependant plusieurs avantages sur les amines comprenant un nombre supérieur d'atomes de carbone notamment sur les alkylamines primaires comprenant de 18 à 24 atomes de carbone. Elles présentent notamment une plus grande capacité de fixation du chlorure d'hydrogène et, toutes autres choses égales, elles forment des solutions 15 organiques moins visqueuses.

L'invention vise à fournir un procédé pour la production de bicarbonate de métal alcalin par la technique aux amines, qui permette la mise en oeuvre d'amines insolubles dans l'eau, dont les chlorhydrates sont hydrosolubles, tout en évitant l'inconvénient 20 précité, lié à la régénération de telles amines.

En conséquence, l'invention concerne un procédé pour la production de bicarbonate de métal alcalin, selon lequel on traite une solution aqueuse de chlorure de métal alcalin avec un gaz contenant de l'anhydride carbonique et une solution organique d'une amine insoluble 25 dans l'eau, on recueille le mélange réactionnel résultant qui comprend du bicarbonate de métal alcalin solide, une eau mère saturée en bicarbonate de métal alcalin et une solution organique de chlorhydrate d'amine, on isole la solution organique de chlorhydrate d'amine et on la traite avec un réactif capable de décomposer 30 le chlorhydrate d'amine pour reconstituer une partie au moins de la solution organique d'amine; selon l’invention, on met en oeuvre une amine dont le chlorhydrate est soluble dans l'eau et, avant d'isoler la solution organique de chlorhydrate d'amine, on réalise dans-le Ι5lange réactionnel une teneur en chlorure de métal alcalin comprise tre 11 et 20 % du poids de l'eau mère.

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Dans le procédé selon l'invention les quantités relatives de la solution aqueuse de chlorure de métal alcalin, de l'anhydre carbonique et de la solution organique d'amine doivent être convenablement choisies pour que leur réaction donne lieu â une cristal-5 lisation de bicarbonate de sodium et â la formation concomitante de chlorhydrate d'amine. On recueille de la sorte un mélange réactionnel qui est constitué par une solution organique de chlorhydrate d'amine, du bicarbonate de métal alcalin solide et une eau mère ou solution aqueuse saturée en bicarbonate de métal alcalin.

10 Divers modes opératoires peuvent être mis en oeuvre pour traiter la solution aqueuse de chlorure de métal alcalin avec le gaz et la solution organique d'amine. Par exemple, selon un premier mode opératoire, on mélange d'abord les deux solutions aqueuse et organique, et on traite ensuite le mélange avec le gaz. En variante, 15 on peut aussi utiliser le mode opératoire décrit aux exemples 4 et 5 du brevet IL-A-33551, selon lequel on traite d’abord la solution organique d'amine avec le gaz pour la bicarbonater et on mélange ensuite la solution organique bicarbonatée à la solution aqueuse de chlorure de métal alcalin.

20 Le solvant de la solution organique de l'amine doit être mis en oeuvre en quantité suffisante pour pouvoir dissoudre la totalité du chlorhydrate d'amine formé. Il est souhaitable de choisir un solvant organique insoluble dans l'eau, qui possède une grande vitesse d'absorption de l'anhydride carbonique à température modérée, 25 généralement inférieure à 100°C et plus spécialement entre 15 et 70°C. Des exemples de solvants organiques utilisables dans le cadre de l'invention sont le xylène, les butylbenzènes, les méthyléthyl- benzènes, le white spirit et les solvants du commerce connus sous les marques ISOPAR (ESSO) qui est un mélange d'isoparaffines, 30 S0LVESS0 (ESSO) qui est un mélange de composés aromatiques, SHELLSOL AB (SHELL) qui est un mélange de composés aromatiques et * SHELLSOL K (SHELL) qui est un mélange de composés aliphatiques.

Pour isoler la solution organique de chlorhydrate d'.amine du ....... ......

mélange réactionnel, il suffit généralement de soumettre celui-ci à 35 Jl une décantation par gravité, ou â une centrifugation, ou â une il t - 4 - combinaison de ces deux modes de séparation de phases. En variante, avant d'isoler la solution organique de chlorhydrate d'amine du mélange réactionnel, on peut d'abord recueillir le bicarbonate de métal alcalin solide qu'il contient, en le soumettant par exemple à 5 une filtration, une sédimentation ou une centrifugation.

Par la suite, le mot "réactif" désignera le réactif capable de décomposer le chlorhydrate d'amine pour reconstituer l'amine; ce réactif doit être choisi de telle sorte que les produits de sa réaction avec le chlorhydrate d'amine soient l'amine et des composés 10 insolubles dans la solution organique d'amine. A l'issue de la réaction, la solution organique d'amine doit être séparée des autres composés de la réaction. On peut utiliser à cet effet tout moyen de séparation adéquat tel qu'une filtration, une sédimentation, ou une centrifugation.

15 Selon une première caractéristique de l'invention, on met en oeuvre une amine qui possède la double propriété d'être insoluble dans l'eau et d'avoir son chlorhydrate soluble dans l'eau. L'amine peut être sélectionnée parmi les amines primaires, les amines secondaires et les amines tertiaires possédant ces deux propriétés.

20 Ou préfère la sélectionner parmi les amines primaires. Les alkyl-amines primaires comprenant moins de 18 atomes de carbone dans leur molécule conviennent particulièrement bien; celles contenant plus de 7 atomes de carbone, et plus spécialement entre 12 et 14 atomes de carbone sont préférées.

25 Selon une seconde caractéristique de l'invention, avant d'isoler la solution organique de chlorhydrate d'amine, on réalise dans le mélange réactionnel, une teneur en chlorure de métal alcalin comprise entre 11 et 20 % du poids de l'eau mère. A cet effet, il suffit par exemple d'ajouter du chlorure de métal alcalin solide au mélange 30 réactionnel. On préfère toutefois, selon une forme d'exécution particulière du procédé, mettre en oeuvre une quantité d'anhydride carbonique ou de solution organique d'amine, qui est déficitaire /par rapport à la quantité nécessaire pour réagir avec la totalité de la solution aqueuse de chlorure de métal alcalin.

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On a observé qu'en réalisant dans le mélange réactionnel une teneur en chlorure de métal alcalin comprise entre 11 et 20 % du poids de l'eau mère, on parvient à faire passer la totalité du chlorhydrate d'amine en solution organique, de sorte que le traite-5 ment avec le réactif peut être limité â la phase organique pour régénérer la totalité de l'amine. Le procédé selon l'invention présente ainsi l'avantage appréciable de permettre l'utilisation d'amines plus performantes, sans provoquer une augmentation accrue de la consommation en réactif pour sa régénération, ni une perte en 10 métal alcalin de l'eau mère. Après avoir recueilli le bicarbonate de métal alcalin solide produit et traité la solution organique de chlorhydrate d'amine avec le réactif, on peut recycler l'eau mère et la solution organique d'amine régénérée, dans le procédé.

Dans le procédé selon l'invention, la teneur optimum en chlorure 15 de métal alcalin qu'il convient de réaliser dans le mélange réactionnel est la teneur minimum pour laquelle le chlorhydrate d'amine est insoluble dans l'eau mère.

En pratique, cette teneur minimum dépend de l’amine sélectionnée et elle doit être déterminée dans chaque cas particulier, ce qui 20 peut être réalisé facilement par un travail de routine au laboratoire. En principe, il n'y a toutefois pas d'objection à réaliser une teneur en chlorure de métal alcalin supérieure à la teneur minimum susdite. La sélection d'une teneur comprise entre 11 et 20 % du poids de l'eau mère convient généralement à toutes les 25 amines utilisables dans le cadre de l'invention. Lorsque l'amine est sélectionnée parmi les amines primaires, on choisit de préfé-. rence une teneur en chlorure de métal alcalin supérieure à 12 % du poids de l'eau mère, les teneurs comprises entre 14 et 20 % convenant généralement dans tous les cas.

30 Selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention, on met en oeuvre une alkylamine primaire comprenant entre 12 et 14 atomes de carbone dans sa molécule, et on réalise une teneur en chlorure de métal alcalin dans le mélange réactionnel, comprise entre 15 et 18 % du poids d'eau mère. Une alkylamine primaire qui 35 IJ est préférée pour cette forme de réalisation de l'invention est jb celle connue sous la marque PRIMENE 81R (Rohm & Haas) .

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Dans une forme de réalisation particulière du procédé selon l'invention, on sélectionne le réactif parmi ceux qui, par réaction avec le chlorhydrate d'amine, libèrent l'amine et des composés hydrosolubles, que l'on dissout dans de l'eau. Dans cette forme de 5 réalisation de l'invention, la quantité d'eau mise en oeuvre doit de préférence être suffisante pour dissoudre la totalité des composés hydrosolubles formés. Elle facilite alors la récupération de la . solution organique d'amine régénérée.

Dans la forme de réalisation qui vient d'être décrite, le 10 réactif utilisé pour décomposer le chlorhydrate d'amine est avantageusement sélectionné parmi les composés des métaux alcalino-terreux, de sorte que, par réaction avec le chlorhydrate d'amine, il donne lieu à la formation de chlorure de métal alcalino-terreux. La réaction du chlorhydrate d'amine avec un composé de métal alcalino-15 terreux est toutefois rarement complète. Pour éviter que du chlorhydrate d'amine qui n'a pas réagi, soit dissous dans la solution aqueuse de chlorure de métal alcalino-terreux, on propose, selon une forme d'exécution avantageuse du procédé, de régler la quantité d'eau mise en oeuvre, pour obtenir une solution aqueuse contenant 20 au moins 12% en poids de chlorure de métal alcalino-terreux à l'issue du traitement de la solution organique de chlorhydrate d'amine avec le composé de métal alcalino-terreux. Dans cette forme de réalisation de l'invention, la teneur optimum en chlorure de métal alcalino-terreux à réaliser est la teneur minimum pour laquelle 25 le chlorhydrate d'amine est pratiquement insoluble dans la solution aqueuse de chlorure de métal alcalino-terreux. Cette teneur minimum dépend de divers paramètres, notamment de l'amine sélectionnée et du composé de métal alcalino-terreux. On n'a pas intérêt à réaliser une teneur en chlorure de métal alcalino-terreux supérieure à la 30 teneur minimum précitée, sous peine de porter préjudice au rendement I de la décomposition du chlorhydrate d'amine par le composé de métal r-L alcalino-terreux.

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Dans cette forme de réalisation du procédé selon l’invention, le composé de métal alcalino-terreux est avantageusement choisi parmi les composés du calcium et du magnésium, tels que, par exemple, l'oxyde et l'hydroxyde de calcium et de magnésium. La quantité 5 d'eau mise en oeuvre est alors réglée de préférence pour que la solution aqueuse obtenue à l'issue de la décomposition du chlorhydrate d’amine contiennent entre 15 et 30% en poids de chlorure de calcium ou de magnésium, les concentrations inférieures à 20% étant conseillées.

L'invention trouve une application spécialement avantageuse 10 pour la production de bicarbonate de sodium à partir de chlorure de sodium.

L'invention concerne dès lors aussi du carbonate de sodium obtenu par calcination de bicarbonate de sodium produit au moyen du procédé selon l'invention.

15 Des particularités et détails de l’invention ressortiront de la description suivante de la figure unique du dessin annexé, qui représente le schéma général d'une installation pour la -production de bicarbonate de sodium au moyen d'une forme d'exécution particulière du procédé selon l'invention.

20 L'installation représentée à la figure comprend une chambre de cristallisation 1 qui est alimentée, de manière continue, avec une solution aqueuse sensiblement saturée de chlorure de sodium 2, une solution organique d'amine primaire 3, insoluble dans la solution aqueuse de chlorure de sodium et un gaz contenant de l'anhydride 25 carbonique 4. La solution organique d'amine primaire 3 peut par exemple être une solution à 50 % en poids d'alkylamine primaire dans du xylêne. L'amine sélectionnée est une alkylamine primaire dont la molécule comprend entre 12 et 14 atomes de carbone; elle possède la double propriété d'être insoluble dans l'eau et d'avoir 30 Son chlorhydrate soluble dans l'eau. Le gaz 4 est de préférence un gaz enrichi, contenant 60 à 80 % en poids d'anhydride carbonique, obtenu par exemple en mélangeant en proportions adéquates un gaz de . four à chaux avec un gaz résiduaire de la calcination du bicarbonate J de sodium en monocarbonate de sodium.

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Dans la chambre de cristallisation 1, du bicarbonate de sodium cristallise et l'amine est convertie en chlorhydrate d'amine.

On soutire de la chambre de cristallisation 1, un liquide 5 constitué d'un mélange de cristaux de bicarbonate de sodium, d'une 5 eau mère de la cristallisation et d'une solution organique de chlorhydrate d'amine. Ce liquide 5 est transféré dans une chambre de décantation 6, oü on sépare, par gravité, la solution organique de chlorhydrate d'amine 7 et un brouet aqueux 8. Ce dernier est envoyé dans un dispositif d'essorage ou de filtration 9, où on 10 recueille séparément le bicarbonate de sodum solide 10 et l'eau mère 11.

Le bicarbonate de sodium solide 10 peut servir à la production de carbonate de sodium. Dans ce but, on le soumet, de manière connue en soi, à une calcination dans un four approprié, non représenté, où il est décomposé en libérant de l'eau et de l'anhydride carbonique 15 que l'on peut recycler dans le courant gazeux 4.

L'eau mère 11 est additionnée de chlorure de sodium, puis recyclée dans la solution de chlorure de sodium.

La solution organique de chlorhydrate d'amine 7 est traitée de manière connue en soi pour régénérer l'amine. A cet effet, elle 20 est envoyée dans une chambre de réaction 12, où. on la soumet à un brassage avec une suspension aqueuse d'hydroxyde de calcium 13, et le mélange résultant 14 est envoyé dans une chambre de décantation 15 de laquelle on recueille séparément, d'une part, une solution organique d'amine 3 que-l'on recycle dans la chambre de cristalli-25 sation 1 et, d'autre part, un liquide résiduaire 16 comprenant une solution aqueuse de chlorure de calcium.

Selon l'invention, on règle la composition et le débit du gaz 4, ainsi que la quantité d'amine 3 mise en oeuvre pour que l'eau mère 11 contienne une teneur résiduelle en chlorure de sodium, 30 comprise entre 15 et 18 % en poids. On règle en outre la teneur en eau de la suspension aquejuse d'hydroxyde de calcium 13, pour que la solution aqueuse du liquide 16 contienne environ 15 à 20% en poids de chlorure de calcium.

. L'intérêt de l'invention va apparaître à l'examen des résultats 35 ml des essais de solubilité du chlorhydrate de l'alkylamine PRIMENE 81R

J_ 4 - 9 - (Rohm & Haas) dans de l'eau, d'une part, et dans des solutions aqueuses de chlorure de sodium, d'autre part.

Essai n°l (essai de référence)

On a mis en oeuvre une solution à 50 % en poids de chlorhydrate 5 d'amine PRIMENE 81R dans un solvant organique aliphatique connu sous la marque SHELLSOL K (Shell) et on a mélangé 100 g de cette solution organique avec 200 g d'eau, à une température d'environ 20°C. On a ensuite laissé décanter la phase aqueuse et la phase organique, puis on les a séparées. On a observé que la totalité du 10 chlorhydrate d'amine était passée en solution dans l'eau.

Essai n°2 (conforme à l'invention)

On a répété l'essai n°l, en remplaçant l'eau par 200g d’une solution aqueuse à 14 % en poids de chlorure de sodium. Après le mélange des solutions et la décantation des phases aqueuse et 15 organique, on a observé que moins de 2 % du poids de chlorhydrate d'amine étaient passés en solution aqueuse, près de 99 % restant en solution organique.

Essai n° 3 (conforme â l'invention)

On a répété l'essai n°l en remplaçant l'eau par 200g d'une 20 solution aqueuse à 15 % en poids de chlorure de sodium. Après avoir mélangé les solutions et laissé décanter les phases aqueuse et organique, on a observé que la totalité du chlorhydrate d'amine /était resté dans la phase organique.

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Claims (10)

1. Procédé pour la production de bicarbonate de métal alcalin, selon lequel on traite une solution aqueuse de chlorure de métal alcalin avec un gaz contenant de l'anhydride carbonique et une solution organique d'une amine insoluble dans l'eau, on recueille 5 le mélange réactionnel résultant qui comprend du bicarbonate de métal alcalin solide, une eau mère saturée en bicarbonate de métal alcalin et une solution organique de chlorhydrate d'amine, on isole la solution organique de chlorhydrate d'amine et on la traite avec un réactif capable de décomposer le chlorhydrate d'amine pour 10 reconstituer une partie au moins de la solution organique d'amine, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre une amine dont le chlorhydrate est soluble dans l'eau et en ce qu'avant d'isoler la solution organique de chlorhydrate d'amine, on réalise dans le mélange réactionnel, une teneur en chlorure de métal alcalin comprise entre 15 11 et 20 % du poids de l'eau mère.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre une amine primaire comprenant moins de 18 atomes de carbone dans sa molécule, et on réalise une teneur en chlorure de métal alcalin dans le mélange réactionnel, au moins égale à 14 % du 20 poids de l'eau mère.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre une alkylamine primaire comprenant entre 12 et 14 atomes de carbone dans sa molécule, et on réalise une teneur en chlorure de métal alcalin dans le mélange réactionnel, comprise 25 entre 15 et 18 % du poids, de l'eau mère.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour réaliser la teneur en chlorure de métal alcalin dans le mélange réactionnel, on met en oeuvre une quantité d’anhydride carbonique et/ou d'amine qui est déficitaire par rapport 30. celle nécessaire pour réagir avec la totalité de la solution I aqueuse de chlorure de métal alcalin. A- * ♦ - 11 - y* *

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que le chlorure de métal alcalin du mélange réactionnel est du chlorure de sodium.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, „ 5 caractérisé en ce qu'on sélectionne le réactif parmi ceux qui, par réaction avec le chlorhydrate d'amine, libère l'amine et des composés ' hydrosolubles, que l'on dissout dans de l'eau.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on sélectionne le réactif parmi les composés des métaux alcalino-terreux 10 et on met en oeuvre une quantité d'eau réglée pour obtenir une solution aqueuse contenant au moins 12% en poids de chlorure de métal alcalino-terreux à l'issue du traitement de la solution organique de chlorhydrate d'amine avec le réactif.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on 15 sélectionne le réactif parmi les composés du calcium et du magnésium et on régie la quantité d'eau mise en oeuvre pour que la solution aqueuse de chlorure de métal alcalino-terreux contienne entre 15 et 30% en poids de chlorure de calcium ou de magnésium.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 20 caractérisé en ce qu'il est appliqué à la production du bicarbonate de sodium.

10. Carbonate de sodium, obtenu par calcination de bicarbonate de sodium produit au moyen du procédé conforme à la revendication 9. A