Brevet FR2272036A1 — publié le 19751219

La présente invention a trait à un procédé de bicarbonatation directe notamment à partir d'effluents provenant de cellules d'é- lectrolyse Elle concerne également le dispositif pour sa mise en oeuvre, ainsi que le produit obtenu. On a pensé depuis longtemps obtenir du bicarbonate de sodium à partir d'effluents provenant de cellules d'électrolyse. Ainsi dans le brevet américain 552.955, on a proposé d'alimenter le compartiment cathodique avec une solution aqueuse de bicarbonate de sodium, d'alimenter le compartiment anodique avec du sel en solution et à le décomposer électrolytiquement, de transforer le produit provenant du compartiment cathodique après sa conversion en mono carbonate dans un récipient sépare puis à l'y traiter avec du gaz carbonique en proportion telle que lton transforme la solution de carbonate de sodium en bicarbonate de sodium, ensuite de rentoyer la solution-au compartiment cathodique et de former un précipite de bicarbonate de sodium dans le récipient séparé en maintenant une circulation constante du liquide à travers le compartiment cathodique et ledit récipient avec une électrolyse continue du sel et de le traiter avec de l'anhydride carbonique, puis de récupérer le précipité du liquide. Depuis lors, d'autres procédés ont été proposés pour fabriquer du bicarbonate dans des cellules d'électrolyse. Mais le fait d'opérer dans les cellules présente des inconvénients et notamment celui de risquer de perturber le fonctionnement de ltélectrolyseur, en dépit d'améliorations sensibles apportées aux procédés du type précite. Aussi a-t-on pensé qu'il était plus avantageux de séparer les deux opérations, ainsi qu > il est exposé dans le brevet améri- cain 2.383.674. Dans le brevet américain 2.383.674 lton traite une solution non saturée renfermant de la soude caustique et du chlorure de sodium en provenance du compartiment cathodique d'une cellule d'électrolyse, en la faisant passer à travers un lit de chlorure de-sodium, jusqu'à saturation par rapport au chlorure de sodium et à la soude caustique ; puis on traite la solution saturée par du gaz carbonique de manière à transformer autant que possible la soude caustique en bicarbonate, enfin l'on filtre le pré- capité de bicarbonate ainsi obtenu. Toutefois, ce procédé ne conduit pas à la maîtrise souhaitée du produit obtenu. Aussi, dans le brevet français 1.188.512, par tant de l'observation que les facteurs critiques sont l'alcalinité et la teneur en chlorure de sodium du mélange, la température de carbonatation, la vitesse du courant gazeux et sa concentration en anhydride carbonique il est revendiqué un procédé caractérisé par le fait que l'on soumet à la carbonatation une solution de carbonate de sodium contenant du chlorure de sodium en mettant en contact une solution de carbonate de sodium présentant une alcalinité équivalente de 9,5 % à 11,25 % en poids de carbonate de sodium et contenant de 11,0 % à 14,5 % de chlorure de sodium, avec un courant gazeux contenant de 10 % à 90 7c en volume d'anhydride carbonique à un débit compris entre 12 et 240 cm3 par minute pour 100 cm3 de solution à une température comprise entre 450 et 1000C. kais ce procédé présente l'inconvénient d'être strictement dépendant des conditions initiales de concentration des différents réactifs et de ce fait ne permet pas de traiter les solutions d'effluent telles quelles. Par ailleurs, il oblige à traiter les réactifs, dans un domaine d'avancement de la réaction, à une température déterminée dans un réacteur en discontinu et du fait des concentrations impo sées nécessite l'ajout de chlorure de sodium pour obtenir un rendement acceptable de récupération en soude, sous forme de bicarbonate. La demanderesse a observé que l'application pratique d'un procédé de bicarbonatation directe se heurtait à des difficultés découlant en particulier de la cinétique des réactions mises en oeuvre. I1 se produit en effet les trois réactions suivantes C 2 + Na2 C03 + H2O2 2 Na HC03 dissous (2) HC03 dissous , Na HC03 précipité (3) Or, la première réaction esttapide et est pratiquement totale alors que la vitesse des deux autres réactions est lente. L'on remarque en particulier que si on conduit l'opération dans un réacteur en se plaçant à basse température,le temps de sé- jour pour atteindre ltéquilibre est important et l'on obtient en général un mélange de bicarbonate et de carbonate, les cristaux recueillis étant de petite taille, difficiles à décanter, essorer, laver et séparer. I1 en résulte que le rendement en soude caustique, récupéré lors de cette opération est grandement affecté. Si au contraire l'-on se place à température élevée il se produit un phénomène d'encroutement qui provoque l'obstruction du réa- teur. De plus, pour des risons d'ordre économique l'on doit se placer dans des conditions telles que l'on parvienne à un résultat determiné à priori, avec un rendement en un produit commercialisable élevé, ce qui oblige à adopter un procédé pouvant travailler pratiquement en continu. Or, on a trouvé que ces conditions peuvent être remplies en mettant en oeuvre le procédé qui fait l'objet de la présente invention et qui consiste à obtenir du bicarbonate de sodium par traitement d'effluent provenant drune cellule d'éIectrolyse par action de gaz carbonique et caractérisé par le fait que - l'on transforme la soude contenue dans ledit effluent en carbonate neutre de sodium - lton amène ensuite le carbonate ainsi formé dans une zone de précipitation du bicarbonate de sodium dans laquelle la température maximale atteinte est comprise entre 50 et 700C, avantageusement entre 559C et 650C, ladite zone étant une zone d'4hange gaz-liquide et d'évacuation de solide. - l'on conduit enfin les produits résultant de- la secondé zone dans une zone de fin de bicarbonatation et de refroidissement, laquelle zone étant par ailleurs également une zone d'échange gaz-liquide et d'évacuation de solide, dans laquelle la température est avantageusement inférieure ou égale à 450C à la sortie de ladite zone. Comme déjà dit précédemment- l'effluent traite peut être cons titubé par une solution provenant directement d'une cellule d'élec- trolyse. De façon préférentielle une telle lessive renfermeentre 160 et 210 g/litre de chlorure de sodium, et entre 110 et 140 g/litre de soude caustique. De meme, on peut utiliser des gaz plus ou moins riches en gaz carbonique. De façon préférentielle les gaz utilisés pour les réactions en volume, 2 et 3 renferment au moins 35 % # de gaz carbonique. La premiere réaction par contre peut être effectuée avec des gaz à basse teneur en C02. Le procédé selon la présente invention peut être mis en oeu- vre par un appareillage qui fait partie de l'invention et. qui se caractérise en ce qu'il comprend en combinaison - dans une première partie des moyens de lise;en contact gazliquide - dans une seconde partie des moyens de mise en contact gazliquide et d'évacuation de solide - dans une troisième partie des moyens de mise en contact gazliquide et d'évacuation de solide associés à des moyens de refroidissement. Les moyens de mise en contact gaz-liquide peuvent être constitués par tout moyen connu tels que colonne à garnissage; réacteurs munis de moyens d'agitation, etc... Les moyens de mise en contact gaz-liquide et d'évacuation du solide peuvent être constitués par une colonne noyée telle que munie de passettes ou d'éléments du type gazo siphon comme ceux comportant une virole intérieure concentrique à une virole extérieure disposées entre deux diaphragmes, ou par tout moyen équivalent. Enfin, les moyens de refroidissement sont constitués de façon simple par des dispositifs réfrigérants tels que serpentins à circulation de liquide. Les divers moyens agencés comme dits précédemment peuvent être répartis en un même dispositif,ou en plusieurs dispositifs. Mais de façon préférentielle l'appareillage comprend au moins deux dispositifs distincts dont l'un renferme des moyens de mise en contact gaz-liquide, et les autres renferment chacun d'abord des moyens de mise en contact gaz-liquide et d'évacuation de solide et ensuite des moyens de mise en contact gaz-liquide et d'évacuation de solide associés à des moyens de refroidissement. De manière pratique lesdits dispositifs sont constitués par des colonnes noyées. Avantageusement les moyens de mise en contact gaz-liquide de la première colonne sont identiques aux moyens de mise en contact-gaz-liquide et d'évacuation de solide de la deuxième colonne. De la sorte, la première colonne peut fonctionner en lavage , le bicarbonate déposé sous forme incrustante étant dissous alors que les autres colonnes, ou l'autre colonne, peuvent fonctionner en réacteur. Par ailleurs, l'appareillage selon la présente invention peut comporter des moyens de recyclage notatment en .a-ûx-mères. Mais la présente invention sera plues aisément comprise à l'aide des exemples suivants EXEMPLE 1 Lton utilise un appareillage tel que schématisé à la figure 1, lequel comprend une colonne noyée (1), fonctionnant en lavage, et une colonne noyée (2) fonctionnant en réacteur. Ces deux cdonnes présentent une structure interne comprenant des moyens de mise en contact gaz-liquide et d'évacuation du solide constitués par des éléments i passettes tel que celui illustré sur le schéma de la colonne (2) et qui comprend une collerette (3) surmontée par une doche (4). La lessive initiale est alimentée dans la colonne (1) par un conduit d'entrée (5), le gaz renfermant du gaz carbonique est introduit par un conduit (6) dans la cdonne (1), le surplus de gaz carbonique et les gaz inertes sont évacues par un conduit (7). La lessive résultant du passage-dans la colonne (1) passe ensuite par un conduit (8) dans la cdonne (2) où elle est introduite par le brut. Du gaz carbonique est introduit dans la colonne (2) en (10) et (Il), le surplus de gaz carbonique et les gaz inertes sont évacués en (12).La colonne (2) présente à sa partie infé- rieure des moyens de refroidissement constitués par un coffre de refroidissement (13), et un conduit (14) d'évacuation de la suspension Avec un appareillage comprenant deux colonnes de diamètre interne égal à 1,80 m et de hauteur égale à 20 m, l'on introduit une lessive de composition suivante Na C1 : 190 g/l, Na OH : 120 g/l avec un débit de 15 m3/h et l'on traite cette lessive au moyen d'un gaz renfermant en volume 40 % de gaz carbonique. On introduit chaque fois, en (6), (10) et (11) un tiers de la quantité totale de gaz carbonique. La température d'introduction du gaz carbonique est de 280C. La température maximale.atteinte dans la zone de précipitation du bicarbonate de sodium est égale à 580C. La température de la bouillie recueillie à la base de la deuxième colonne est de 25qu. Le rendement de récupération de la soude sous forme de bicarbonate est de 89,9 %. La bouillie recueillie est une suspension de bicarbonate, dé canté et filtré facilement, exempt de chlorure de sodium et de carbonate de sodium. Les cristaux recueillis ont un diamètre moyen lu sur la courbe de tamisage égal à 180 EXEMPLE 2 L'on utilise un appareillage tel que schématisé à la figure 2, lequel comprenlune colonne noyée (15) fonctionnant en réacteur, et un décanteur continu (16). La colonne- (15) est munie de passettes. Son diamètre est de 150 mm et sa hauteur de 9 m. Le décanteur (16) a une capacité de 50 litres. L'effluent est introduit par (17) avec un débit de 50 litres/heure et est constitué par une lessive venant de l'électro- lyse domprenant 126 g/l de NaOH et 183 g/l de NaCl. Le gaz de carbonatation est introduit en (18) à la base de la colonne (151, et renferme 68 % de C02 en volume. La température maximale atteinte dans la zone de précipitation est de 550C environ. La bouillie sort de la zone de refroidissement (19) à une température de 450C, puis est évacuée par un conduit (20) jusqu'au décanteur (16). Les cristaux de bicarbonate forme sont recueillis à la base du décanteur en (21), alors qu'une pompe (22) assure un recyclage de liquide clair en (23), en tête de la zone de précipitation avec un débit de 50 l/h. L'on observe que la conversion de la soude en bicarbonate est totale et le rendement de précipitation est de 84 %. De plus les cristaux de bicarbonate formé décantent bien et peuvent être filtrés et lavés facilement. Dans cet exemple l'on a utilisé un effluent provenant directement d'électrolyse, mais bien évidemment l'on peut comme dans l'exemple précédent faire appel à une colonne fonctionnant en lavage. L'on voit donc tout 1'-intérêt de la présente invention qui permet, notamment de réaliser la bicarbonatation en continu, avec un très bon rendement, et d'obtenir un bicarbonate d'excellente qualité. ~ RVWDICBTIONS I. Procédé d'obtention de bicarbonate de sodium par traitement notamment d'effluent provenant d'une cellule d'électrolyse par action de gaz carbonique et caractérisé par le fait que - l'on transforme la soude contenue dans ledit effluent en carbonate neutre de sodium ; - l'on amène ensuite le carbonate ainsi formé dans une zone de formation et de précipitation du bicarbonate de sodium dans laquelle la température maximale atteinte est comprise entre 50 et TOt C, ladite zone étant une zone d'échange gaz-liquide et d'éva- cuation du solide - l'on conduit enfin les produits résultant de la seconde zone dans une zone de fin de bicarbonatation et de refroidissement, ladite zone étant également une zone d'échange gaz-liquide et d'évacuation de solide. 2. Procédé selon la revendication I caractérisé par le fait que la température maximale atteinte dans la seconde zone est comprise entre 55 et 65' C, et que la température à la sortie de la zone de refroidissement est inférieure ou égale à 45- C. 3. Procédé selon l'une des revendications I à 2, caractérisé par le fait que l'effluent provenant d'une cellule d'électrolyse renferme entre I60 et 2IOg/l de chlorure de sodium et entre IIO et I40 gZl de soude caustique. 4. Procédé selon ltune des revendications I à 3, caractérisé par le fait que l'on traite l'effluent par un gaz renfermant au moins, en volume 35 % de gaz carbonique dans la zone de précipitation. 5. Appareillage pour la mise en oeuvre du procède selon l'une des revendications I à 4, caractérisé par le fait qu'il comprend en combinaison ; - dans une premiere partie des moyens de mise en contact gaz liquide - dans une seconde partie des moyens de mise en contact gazliquide et d'évacuation du solide ; - dans une troisième partie des moyens de mise en contact gazliquide et d'évacuation du solide associés à des moyens de refroi dissement 6. Appareillage selon la revendication 5 caractérisé par le fait que les moyens de mise en contact gaz-liquide sont constitués par une colonne à garnissage. 7. Appareillage selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens de mise en contact gaz-liquide et d'évacuation du solide sont constitués par une colonne noyée pourvue d'éléments à passettes. 8. Appareillage selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens de mise en contact gaz-liquide et d'évacuation du solide sont constitués par une colonne noyée pourvue de gazo siphons. 9. Appareillage selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux dispositifs dont ltun renferme des moyens de mise en contact gaz-liquide et les autres renferment chacun d'abord des moyens de mise en contact gazliquide et d'évacuation de solide associés à des moyens de refroidissement. tIO. Appareillage selon la revendication 9, caractérisé en ce qutil comprend au moins deux colonnes noyées munies intérieurement d'éléments à passettes. 11. Appareillage selon l'une des revendications 5 à IO, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de recyclage. I2. Application d'un appareillage selon l'une des revendications 5 à II à la fabrication en continu du bicarbonate de sodium, caractérisé par le fait que le premier dispositif fonctionne en lavage pendant que les autres dispositifs travaillent en réacteur. I3. Bicarbonate de sodium caractérisé en ce qu'il est obtenu en mettant en oeuvre le procédé selon l'une des revendications I à 4.