Brevet FR2101084A1 — publié le 19720331

La production du chlore et de la soude caùstique parélec- trolyse de chlorure de sodium est un procédé largement utilisé. Le besoin de l'industrie en chlore augmentant plus rapidement que le besoin en soude caustique1 il en résulte un excès de ce dernier corps. La demanderesse a trouvé que cette production excédentaire de soude caustique qui se trouve le plus souvent à une concentration voisine de 50 % NAOS, (qu'elle soit produite directement par des cellules d'électrolyse à cathodes de mercure ou par des cellules à diaphragme suivies d'une concentration) peut être facilement et économiquement transformée en carbonate de soude directement commercialisable. La carbonatation s'effectue avantageusement par division de la solution et envoi de gaz de combustion contenant principalement du C02 suivant la demande de brevet déposée le 24 åuin 1970 au nom de la mQme Société demanderesse et portant le NO d'enregistrement national 7 023 400. Dans le cas particulier de la production de soude caustique par des cellules du type à diaphragme, on obtient à la sortie des électrolyseurs une solution contenant en moyenne Na3H 11,1 % NaGl 13,1 % H20 75,8 % Après carbonatation de la soude caustique, on obtient une solution contenant en moyenne Na2C03 13,90 % NaOl 12,35 % H20 73,75 % Pour permettre l'exploitation inlustrielle de cette solution il est nécessaire de séparerppar cristallisation, le carbonate de soude contenu dans la solution et restituer une eau mère contenant le chlorure de sodium avec le moins possib > le de carbonate dissous. La présente invention offre une solution simple à ce problème. Elle consiste tout d'abord à refroidir à une température re aussi basse que possible (voisine de 0 C) la solution afin d'en séparer le carbonate de soude, décahydrate, sous forme de cristaux purs facilement séparables par essorage de l'eaumère qui contient tout le chlorure de sodium, ces cristaux décahydratés étant ultérieurement amenés à l'état anhydre comme il sera décrit plus loin. Cette solution de NaCl peut ensuite être retournée à l'alimentation des cellules d'électrolyse. Le Na2C03 non précipité contenu dans ces saumures, est utilisé comme réactif d'épuration de la saumure fraîche alimentant les électrolyseurs cette réaction d'épuration est obtenue par simple mélange de la saumure fraîche et de la saumure de retour de l'unité de production de carbonate décahydraté. Le refroidissement de la solution mixte de chlorure et de carbonate de sodium peut être obtenu par n'importe quel moyen mais plus avantageusement par le procédé consistant à refroidir la solution par vaporisation en son sein, d'un gaz liquéfié tel que décrit dans le brevet français NO 1 397 491 ou le brevet additif NO 86 685. L'examen du-graphique figure 1 de solubilité réciproque NaCl-Na2CO3, où l'on a représenté les courbes d'équilibre Na2C03 - NaCl à différentes températures de O à 350C, montre qu'une solution de composition indiquée plus haut et représentée par le point A donnera, après refroidissement à OOC, une solution représentée par le point B et contenant NaCl 18,5 % Na2C03 3,8 % il apparaît que cette dernière solution peut être enrichie en Na0l jusqu'au point B', soit NaCl 24 % Na2C03 3,8 % qui constitue la teneur maximale possible en chlorure. Cet enrichissement peut facilement être obtenu par une évaporation de la solution initiale dont le point représentatif peut passer de A en A'. Cette évaporation peut être réalisée indifféremment par un évaporateur de type connu ou par un système de détente sous vide approprié, système qui présente l'avantage de réaliser en même temps que l'évaporation, un prérefroidissement de la solution. Le carbonate de soude pur obtenu à ce stade sous forme de sel décahydra-té n'est guère osnnercialisable sous cette forma, Pour l'amener à la forme de sel anhydre le Na2CO3, 10 H20 est transformé tout d'abord, par chauffage, dans un évaporateur fondoir en Na2C03, 1 H20, ou monohydrate qui à son tour est transformé par calcination en sel anhydre. L'évaporateur peut être de n'importe quel type, à simple ou à multiple effet. Dans ce dernier cas, il y a intérêt à faire fonctionner les derniers effets sous vide. il est nécessaire que les zones de cristallisation soient à une température suffisamment élevée pour que lton se trouve dans la zone de cristallisation du sel monohydraté (plus de 35 C.) L'unité d'évaporation-cristallisation est conçue de telle manière que dans sa partie fondoir, le sel décahydraté soit chauffé par une circulation adéquate d'eaux-mères jusqu'à une température au moins égale à la température de transformation en monohydrate (350C), et que dans sa partie évaporateur, l'ex cément d'eau de cristallisation (9 molécules d'eau pour -2 molécule de carbonate) se trouve évaporé. On dispose aiessi de cristaux de carbonate de soude monohydraté pur qu'il/a-ile ensuite de transformer par calcination en carbonate de soude anhydre. il faut noter que la calcination de carbonate de soude monohydrate a I'avantage de donner directement un- carbonate de soude anhydre de haute densité apparente, connu dans le commerce sous l'appellation "soude dense". La figure 2 montre à titre d'exemple un schéma d'ensemble de l'installation mettant en oeuvre le procédé décrit ci-dessus. Dans une colonne 1, la lessive de soude provenant des électrolyseurs est introduite par une tubulure 2 et se trouve au contact de fumées contenant du C02, introduites par la tubulure 3. La lessive de soude capte le C02 et les gaz inertes sont rejetés par la tubulure 4. La solution de soude carbonatée est extraite par la tubulure 5vers l'appareil 6 réalisant une préévaporation et un refroidissement simultanés. La vapeur séparée est extraite par la tubulure 7, tandis que la solution prérefroidie est extraite par la tubulure 8 vers le dispositif de refroidissement 9 avantageusement du type par refroidissement par gaz liquéfié. La bouillie de saumure saline et de carbonate de soude décahydraté sortant par la tubulure 10 est séparée dans l'essoreuse ou le filtre 11. La saumure de-NaCl est recyclée par 12 vers l'électrolyse tandis que les cristaux de sel sont dirigés par 13 vers le fondoir-évaporateur 14. La vapeur d'eau séparée par évaporation est extraite par 15 vers un dispositif de condensation convenable, tandis que le carbonate monohydraté cristallisé est extrait par 16 avec une certaine quantité d'eauxmères qui sont séparées dans l'essoreuse ou le filtre 17. Les solutions sont recyclées par la tubulure 18 vers le fondoirévaporateur 14 et le sel séparé est orienté par la tubulure 19 vers le calcinateur 20 qui transforme le carbonate monohydraté en carbonate anhydre qui sort en 21. Cette calcination est obtenue en assurant une circulation de fluide de chauffage entrant par 22 et sortant par 23. Les différents dispositifs de chauffage connus, vapeur, air chaud, etc... peuvent être utilisés pour ce réchauffage. L'installation décrite ci-dessus suppose que le chlorure de sodium est retourné à la production de soude sous forme de solution. il est toujours possible et facilement réalisable de prévoir un dispositif d'évaporation sur la ligne 12, grâce auquel on pourra obtenir du chlorure de sodium cristallisé s'il s'avère nécessaire de récupérer ce sel sous cette forme. REVENDICÂTIONS 1.- Procédé de séparation de carbonate de soude à partir d'eaux mère s contenant du chlorure de sodium et obtenu à partir d'électrolyse de NaCl et traitement par gaz carbonique, ce procédé consistant à refroidir la solution à une température voisine de OOC, à séparer par essorage ou filtration les cristaux de carbonate de soude décahydratés, à retourner la solution de NaCl contenant du carbonate de soude non précipité vers les appareils d'électrolyse, à transformer par chauffage à environ 350C dans un appareil évaporateur-fondoir le carbonate décahydraté en carbonate monohydraté, puis à calciner le carbonate décahydraté pour obtenir le carbonate de soude anhydre. 2.- Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant essentiellement a) un appareillage 1 de carbonatation de lessive de soude pour l'obtention d'une solution de carbonate de soude, b) un appareillage de refroidissement 9 de la solution de carbonate en vue de la précipitation de sel décahydraté, c) un appareillage de fusion-évaporation 14 permettant la transformation du sel décahydraté en sel monohydraté, d) un appareillage de calcination 20 permettant la transformation du sel monohydraté en sel anhydre. 3.- Installation selon la revendication 2, munie d'un dispositif 6 de refroidissement-évaporation de la solution de carbonate sortant de l'appareil selon 2 (a) et permettant de recueillir à la sortie de l'appareil selon 2 (b) une solution saturée en NaCl. 4.- Appareillage selon la revendication 3 et permettant de produire simultanément du carbonate de soude cristallisé sous forme de sel décahydraté, monohydraté et anhydre. 5.- Installation selon l'une des revendications précédentes comportant en plus un dispositif d'évaporation de la saumure de chlorure de sodium pour produire simultanément du chlorure de sodium cristallisé.