Brevet FR2430393A1 — publié le 19800201

La présente inventioese rapporte à un procédé de préparation du chlorure d'aluminium anhydre par réaction de la gammaalumine (Y-A120,) avec le chlore en présence de charbon. La préparation du chlorure d'aluminium par chloration de matières contenant de l'all3mine, comme la bauxite ou la gammaalumine, en présence de charbon, est eonnue depuis déjà longtemps. On a d'abord fait réagir les composants entre eux à haute températurne, à plus de 650C et par exemple à 1.0000C, selon l'équation ci-après Al203 + 3 C + 3 Cl2 2 AlCl3 + 3 CO - C Cal Comme cette réaction est endothermique, on a également tenté de maintenir des températures plus basses et inférieures à 6500C. A ces températures, l'équilibre de Boudouard est déplacé en faveur de l'anhydride carbonique et la réaction, qui devient alors exothermique, se déroule selon l'équation ci-après Al203 + 3/2 C + 3 Cl2 A12C16 + 3/2 C02 + X Cal. Pour que la réaction puisse se dérouler à ces basses températures, il faut que les matières premières répondes à des exigences particulières. Ainsi par exemple, selon le brevet allemand nO 1.237.995, on utilise un carbon à faible teneur en cendres : la teneur en cendres ne doit pas dépasser 2,5 %. Selon un autre procédé connu et décrit dans la demande de brevet de la RFA publiée avant examen DOS 2.244.041, le composant apportant l'aluminium est une alumine poreuse à surface efficace agrandie et à teneur moyenne en alpha-alumine inférieure à 5 %. Cette alumine est utilisée en mélange avec du charbon ou,-de préférence, revêtue ou imprégnée de charbon. A cet effet, et dans un stade opératoire particulier, on craque un hydrocarbure en présence d'alumine, le carbone formé se déposant in situ sur les particules d'alumine. Par rapport au mélange total dont la teneur moyenne en carbone doit être de 15 à 24 %, la teneur en hydrogène doit être inférieure à 0,5 %. En raison du stade opératoire supplémentaire, auquel s'ajoute encore le traitement des gaz résiduaires formés qui contiennent encore des hydrocarbures, ce procédé est compliqué ; en outre l'alumine, en raison des fortes températures observées au craquage, peut voir son activité amoindrie. Des études visant à effectuer la réaction à des températures aussi basses que possible ont montré que la teneur en cendres du charbon, pour aussi importante qu'elle puisse être à l'égard du maintien à l'état de pureté d'un lit fluidisé opérant en continu et dans lequel on procède de préférence à la réaction, n'avait, pas plus que de faibles teneurs en hydrogène du charbon, pas d'influence directe sur le caractère plus ou moins complet de la réaction. Or, on doit viser à une réaction aussi complète que possible non seulement pour des raisons d'exploitation économique des matières premières mais également parce que le système Al203/C/Cl2 est très corrosif et que, selon le niveau de température, les revêtements du réacteur doivent être remplacés plus ou moins fréquemment. La demanderesse a alors cherché à mettre au point un procédé de préparation du chlorure d'aluminium anhydre par réaction de l'alumine avec le carbone et le chlore qui assurerait un haut rendement par rapport au chlore. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après. Ces buts et avantages ont été atteints conformément à l'invention en utilisant du carbone qui présente une surface interne de 20 à 100 m2/g. De préférence, le charbon doit présenter une surface interne de 40 à 70 m2/g (il s'agit de la surface spécifique à l'azote selon BET). On obtient un charbon qui répond à ces condition par exemple à la fabrication de l'acétylène. L'alumine utilisée est avantageusement la gamma-alumine à une teneur aussi faible que possible en alpha-alumine et par exemple à une teneur en alpha-alumine inférieure à 5 % en poids. Les dimensions de particules des deux matières solides utilisées comme matières premières doivent être réglées, lorsqu'on utilise un réacteur à couche fluidisée qui constitue le réacteur préféré, de manière qu'elles se mélangent bien sans séparation.On obtient des résultats satisfaisants avec du carbone à une dimension de grain qui représente d'environ 1,75 à 2,25 fois la dimension de grain de l'alumine, cette dernière pouvant par exemple être en grains de 0,1 à 0,3 mm de dimension. Dans la couche fluidisée, la teneur en carbone (rapportée à la somme A1203+C) est maintenue avantageusement entre 15 et 50%; à cet effet, on règle de manière correspondante les porportions relatives de mélange entre les composants ajoutés. La réaction pEUt être effectuée à des températures de 500 à 8000C et de préférence de 570 à 6500C et d'une manière générale, on peut indiquer que le rendement par rapport au chlore est d'autant plus fort que la surface du carbone mis en oeuvre es plus grande ou que la réaction, pour un même rendement par rapport au chlore, peut être effectuée à température plus basse si lton met en oeuvre un carbone présentant une surface spécifique pl-us grande en correspondance. On en tire l'avantage que l'on peut opérer avec un rendement élevé par rapport au chlore même à des températures de 500 à 6000C qui constituent les températuree préférées en raison de la situation favorable de l'équilibre de Boudouard dans cet intervalle de température. Le dégagement de chaleur relativement faible à la réaction de l'alumine avec le carbone et le chlore peut être accru, sans diminution du rendement par rapport au chlore si, en augmentant en conséquence les quantités de carbone introduites, on introduit de l'oxygène avec le chlore dans la zone de réaction. En opérant de cette manière, on peut travailler même avec des réacteurs de petites dimensions sans chauffage extérieur en état stationnaire à la température de réaction voulue. Un mode opératoire particulièrement apprécié pour porter la température dans le réacteur à une valeur déterminée et la maintenir à ce niveau consiste à combiner la réaction selon l'invention sur le carbone avec la réaction fortement exothermique de l'alumine avec le phosgène ou un mélangeéquimoléculaire d'oxyde de carbone et de chlore, laquelle se déroule selon l'équation ci-après 2 Al203 + 6 CO + 6 C12 3 AlCl3 6 cl,. Comparativement à l'addition d'oxygène, ce mode opératoire présente l'avantage d'éviter l'introduction de suppléments de carbone, brûlés en anhydride carbonique qui dilue les gaz de réaction ; l'oxyde de carbone introduit à la place est également exploité pour la formation du chlorure d'aluminium. Si la température dans le réacteur n'atteint pas le niveau voulu, on peut remplacer une partie du chlore par la quantité correspondante de phosgène ou d'un mélange équimoléculaire d'oxyde de carbone et de chlore, à la quantité voulue pour maintenir la température exigée. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois la limiter ; dans ces exemples, les indications de parties et de % s'entendent en poids sauf mention contraire. Exemple 1 A) Dans un appareil à couche fluidisée chauffé on fait réagir 400 g de carbone présentant une surface-spécifique de 7,2 m2/g et 600 g de gamma-alumine, à des températures de 500 et 6000C respectivement, avec 50 l/h de chlore. On introduit dans l'appareil un mélange de 8 % d'alumine et 19 % de carbone, de sorte que la teneur en carbone du lit reste constante à 40 %. Le dosage du chlore dans les gaz résiduaires donne 33 % en volume à 5000 C, cette teneur tombant à 4 % en volume à 6000C. B) On fait réagir du carbone et de la gamma-alumine comme décrit ci-dessus sous A). Mais cette fois le carbone a une surfa 2 ce spécifique de 51 m2/g. La teneur en chlore des gaz résiduaires est de 27 % en volume à 5000C et de 0,8 % en volume à 6000C. Les conditions opératoires et résultats obtenus sont rapportés dans le tableau I ci-après Tableau I Surface spéci- Température, Cl2 dans les gaz rési que du carbone, OC duaires, % en volume in2/g 7,2 500 33 Exemple 1A 7,2 550 20 7,2 600 4 51 500 27 Exemple 1B 51 530 18 51 550 3,5 51 600 0,8 Exemple 2 On fait réagir comme décrit dans l'exemple 1 du carbone (surface spécifique 51 2/g) et de la gamma-alumine avec du chlore re. Avec le chlore, on ajoute des quantités variables d'oxygène.A des ooncentra- tions relatives Cl2/oxygène de 8,2 : 1 à 2,3 : 1 (en volume), on ne constate pas de diminution du rendement par rapport au chlore (calculé d'après le chlorure d'aluminium obtenu). La discordance entre le rendement par rapport au chlore et la teneur en chlore dans les gaz résiduaires, comparativement à l'exemple 1 B), s'explique par la teneur en humidité de la gamma-alumine mise en oeuvre. Les résultats obtenus sont rapportés dans le tableau II ci-après Tableau II Surface spécifique Température, Cl2/02 Rendement par du carbone, m2/g OC rapport au chlore, % 51 600 - 80,5 Exemple 2 51 600 8,2:1 78,2 51 600 3,5:1 78,9 51 600 2,3: 1 80,4 Exemple 3 On garnit à 60 % un réacteur# lit tourbillonnaire d'une hauteur totale de 10 m et d'un diamètre de 3,50 m d'un mélange de g & ma-alumine et de noir de carbone (aux proportions relatives en poids de 7:3). Le réacteur est maçonné par des briques céramiques de 350 mm d'épaisseur (R = 1,13 kcal/m et OC) et rendu hermétique aux gaz vers l'extérieur par une jaquette d'acier de 10 mm d'épaisseur.Lorsqu'on introduit dans ce réacteur du chlore gazeux pour une vitesse de fluidisation de 2,4 m/s (dans les conditions normales), on ne parvient pas à la conversion voulue en chlorure d'aluminium, car on n'atteint pas et de loin la température minimale de réaction de 5500C. Même en chauffant au préalable le contenu du réacteur à 5500 C, on n'arrive pas à maintenir la réaction en route. En moins d'une heure, la température a déjà tombé au point que la réaction ne se produit pratiquement plus le chlore introduit quitte le réacteur non converti. Lorsqu'on remplace la moitié du chlore gazeux injecté dans le réacteur par la quantité correspondante de phosgène, on peut faire fonctionner le même réacteur entièrement en continu à la température de réaction voulue de 6000 C, même en alimentant le réacteur avec de la gamma-alumine froide .La chaleur libérée par réaction du phosgène avec la gamma-alumine est suffisante pour compenser l'énergie calorifique dissipée au travers des parois et par les gaz. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation du chlorure d'aluminium anhydre par réaction de l'alumine avec le carbone et le chlore, ce procédé se caractérisant en ce que le carbone mis en oeuvre présente une surface interne de 20 à 100 m2/g. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réaction est effectuée à une température de 500 à 8000C. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, afin de maintenir la température de réaction voulue, on remplace une partie du chlore par la quantité correspondante de phosgène ou d'un mélange équimoléculaire d'oxyde de carbone et de chlore.