Brevet FR2310310A1 — publié le 19761203

L'invention concerne un procédé de préparation du monoxyde de chlore Cl2U, anhydride de l'acide hypochloreux. Le monoxyde de chlore est un composé connu depuis longtemps mais qui n'a que tout récemment trouvé des applications industrielles. C'est ainsi qu'à la suite de différents travaux dOs en particulier au Pulp and Paper Research Institute of Canada (P.P.R. I.C.) le monoxyde de chlore s'est avéré être un agent de blanchiment très intéressant dans le blanchiment en phase gazeuse des pâ- tes à papier. Cette application a fait l'objet de plusieurs brevets et notamment du brevet anglais BP 1.242.709 du 16.12.68. L'emploi du monoxyde de chlore a également été proposé dans le blanchiment des textiles et dans le traitement des eaux, par exemple dans le BF 2.186.566 du 30.5.73. De nombreux procédés de fabrication du monoxyde de chlore ont été décrits. Le plus anciennement connu consiste à faire réagir le chlore gazeux sur de l'oxyde de mercure HgO; ce procédé dû à Gay LUSSAC est inutilisable à l'échelle industrielle par suite du prix de revient très élevé du monoxyde de chlore obtenu. Une autre méthode de préparation consiste à faire réagir le chlore sur certains sels de métaux alcalins et alcalino-terreux et en particulier sur le carbonate ou le bicarbonate de sodium selon par exemple le BF. 2.231.619. Une autre voie consiste à faire réagir l'hypochlorite de sodium sur l-'acide sulfurique (Kirk OTHMER - 20 édition - volume 5 page 7); ce mode de préparation présente divers inconvénients et notamment la nécessité de travailler avec un hypochlorite de sodium à très haut titre, qui n'existe pas sous forme commerciale, et de conduire à un rendement de la réaction calculé comme indiqué à l'exemple 1 faible, de tordre de 40 %. Poursuivant ces études dans ce domaine, la demanderesse a constaté qu'il était possible, de façon particulièrement intéressante, de préparer le monoxyde de chlore en faisant réagir, selon les réactions connues de lthypochlorite de calcium sur de l'acide sulfurique un hypochlorite de calcium concentré sur un grand excès d'acide sulfurique concentré à une température comprise entre 200C et 50du. Selon le procédé mis au point on a pu obtenir des rendements en monoxyde de chlore supérieurs à 60 %, et pouvant atteindre 85 %, en utilisant de l'hypochlorite de calcium de degré chlorométrique supérieur à 1500, et de l'acide sulfurique de concentration supérieure à 50 % en poids d'H SO 24 L'hypochlorite de calcium peut être utilisé sous sa forme solide anhydre qui titre 2200 chlorométriques, ou sous forme cristallisée tel Ca (calo)2, 3H20 de titre 1600 chlorométriques, ou sous forme d'une bouillie de ces cristaux de titre supérieur à 1500 chlorométriques, obtenue par empatage avec de l'eau. La présence dans les hypochlorites de calcium commerciaux d'une quantité souvent assez importante de chlore libre, pouvant atteindre 30 % du chlore actif total, n'est pas une gêne pour la préparation du monoxyde de chlore, mais pour certaines applications il est préférable d'utiliser de l'hypochlorite de calcium à faible teneur en chlore libre pour la préparation du C120. L'acide sulfurique utilisé doit être à une concentration d'au moins 50 % en poids de H2So4, et de préférence de 70 à 96 %, et correspondre à un excès d'acide compris entre 5 et 15 fois la quantité stoéchiométrique. Pour obtenir les meilleurs résultats il est nécessaire par suite de la forte exothermicité de la réaction, de maintenir la température réactionnelle dans la zone 200C-50DC par tout dispositif approprié. La préparation de monoxyde de chlore selon le procédé peut se faire dans un réacteur muni d'un système d'agitation et d'un dispositif de refroidissement approprié. Le réacteur peut être en verre ou en tout autre matériau rigide résistant à la corrosion tels que l'acier revêtu de cérami que ou les matériaux plastiques, chlorure de polyvinyle, polytétra fluoroéthylène. Les tubulures d'introduction de l'hypochlorite de cal cium et de l'acide sulfurique dans le réacteur et les canalisations d'évacuation du monoxyde de chlore doivent également être réalisées en matériau résistant à la corrosion. L'acide sulfurique est tout d'abord introduit dans le réacteur puis l'agitation est mise en route et l'hypochlorite de calcium est introduit progressivement, le dispositif de refroidis sement étant réglé de façon à maintenir la température de la réac tion constante entre 200C et SOOC, et de préférence entre 250C et 35DC. L'entrainement du monoxyde de chlore formé est obtenu par un balayage d'air, traversant l'ensemble du dispositif de fa brication, réalisé par aspiration d'air. L'air de balayage traverse le milieu réactionnel en provoquant un barbotage qui améliore ltagi- tation et facilite l'entrainement du Cl2 0. A l'entrée du générateur du Cl 0 la dépression est obte 2 nue par un dispositif de formation du vide tels que, trompes à vide, colonne barométrique, pompe à vide. La valeur de la dépression et le débit d'air doivent être déterminés en fonction du débit de Cl 0 formé de telle manière que 2 la concentration du Cl20 dans l'air soit nettement inférieure à la limite de concentration explosive du monoxyde de chlore. A 200C cet te limite est de 23,5 % de Cl20 en volume par rapport au mélange air/Cl2O, et il est souhaitable de se maintenir à une teneur en Cl2O inférieure à 15 %. L'entrainement du Cl2 0 peut également être effectué sans sortir du cadre de l'invention par balayage sous pression d'air ou de tout autre mélange gazeux inerte. La production de monoxyde de chlore selon ce procédé peut se réaliser à la continu si les quantités de Cl20 le justifient. Les conditions opératoires restent les mêmes que dans le procédé à la discontinu préalablement décrit, mais il est alors nécessaire de prévoir l'alimentation en continu de l'hypochlorite de calcium et de l'acide sulfurique selon tout dispositif approprié, ainsi que le soutirage en continu du précipité de sulfate de calcium. Le Cl20 est un produit de pouvoir oxydant élevé qui est intéressant comme réactif d'oxydation dans les processus de blanchiment, notamment dans le blanchiment des pâtes à papier. L'emploi du monoxyde de chlore est particulièrement approprié aux techniques du blanchiment en phase vapeur actuellement étudiées. Par rapport au blanchiment traditionnel en phase liquide ce procédé présente le gros avantage de nécessiter des temps de réaction trois à cinq fois plus faibles. Comme en outre il exige de travailler sur des pâtes à papier à très haute concentration, il en résulte une réduction extrêmement importante de la dimension des appareillages de blanchiment. Par ailleurs, du fait de la nature même du blanchiment en phase vapeur, il est nécessaire de mettre en oeuvre des réactifs de blanchiment susceptibles de se présenter sous forme gazeuse, tel le monoxyde de chlore. Les exemples suivants illustrent de façon non limitative le procédé de préparation de Cl2 0 mis au point par la demanderesse. - Exemple 1. Dans une installation telle que décrite précédemment, on introduit dans un réacteur de 500 ml, 500 g d'acide sulfurique à 90 %. En maintenant une bonne agitation à l'aide d'un agitateur magnétique et en opérant sous dépression au moyen d'une trompe à vide placée à la sortie du dispositif, on introduit progressivement en une heure 50 g d'un hypochlorite de calcium anhydre dont les caractéristiques sont les suivantes Chlore actif : 706 g/kg Chlore libre : 238,4 g/kg Cl2 0 théorique : 286,4 g/kg Degré chlorométrique : 222,7 chlore actif total : 70,6 % % Cl actif issu de Ca(OCl)2/Cl actif total : 66,2 % % Cl actif issu de Cl libre/Cl actif total : 33,8 , La température est maintenue constante à 300C, et le mélange gazeux contenant le Cl 0 formé est entrainé puis absorbé dans 2 un flacon rempli d'un litre de solution normale d'hydroxyde de sodium en vue de son dosage. Les quantités de Cl2O et de Cl2 dégagées sont dosées dans ce flacon par les méthodes classiques, argentimétrie et iodométrie. On calcule alors le rendement en Cl2O : quantité de Cl2O formée quantité théorique que doit fournir l'hypochlorite puis le pourcentage de chlore recueilli quantité de chlore recueilli chlore actif total contenu dans l'hypochlorite après 1 h.15 et 3 h. de réaction. Les résultats obtenus sont les suivants - rendement en Cl20 : - après 1 h.15 : 84,6 % - après 3 h. : 80,7 0 - pourcentage de chlore recueilli - après 1 h.15 : 28,6 % - après 3 h. : 28,6 % On observera que la quantité de chlore recueillie est inférieure à la quantité de chlore libre contenue dans l'hypochlorite de départ. - ExemPles 2 à 8. Dans le même dispositif que celui de l'exemple 1 on effectue les essais 2 à 8 qui correspondent à des concentrations en acide et à des températures différentes. Les conditions particulières et les résultats obtenus dans ces essais sont rassemblés dans le tableau ci-dessous Na H SO Température Cl2 O C12 essai @2 @@4 1 h.15 3 h. 1 h.15 3 h 2 80% 200C 69,3 ,~ 71 % 22,9 23,9?,o 3 90% 20 C 67,3 % 62,4% 22,4% 28 % 4 90% 25 C 72,9% 69,5% 26,8% 29,7% N H2SO4 Température Cl2O Cl2 essai 1 h.15 3 h 1 h.15 3 h 5 90% 250C 73,9 % 82,5% 22,5% 21,6% 6 90% 35 C 80,2% 80 % 29,9% 28,6% 7 96% 250C 62,4% 62,8% 34,8% 36,9% 8 96% 25 C 65,8% 61,7% 31,9% 37,1% REVENDICATIONS 1.- Procédé de préparation de monoxyde de chlore par action a'hy- pochlorite de calcium sur de l'acide sulfurique consistant à faire réagir de l'hypochlorite de calcium de degré chlorométrique supérieur à 150 chlorométrique, à une température comprise entre 2O0C et 500C, sur de l'acide sulfurique de ccncentration supérieure à 50 % en poids de SO4H2, la quantité d'acide utilisée étant de 5 à 15 fois la quantité d'acide stoechiométriquement nécessaire à la réaction. 2.- Procédé selon la revendication 1 où l'hypochlorite de calcium est progressivement introduit dans l'acide sulfurique préalablement placé dans le réacteur utilisé. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 oU l'acide sulfurique utilisé est un acide de concentration comprise entre 70% et 96% en poids de SO4H2.